【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息安全，特别是一种物理不可克隆函数的轻量化稳定性设计方法。
技术介绍
1、近些年来，随着智能卡、射频识别等物理实体的广泛应用，如何对这些物理实体实施有效认证是确保系统安全的基础问题。然而，由于这类实体普遍存在计算能力差、资源有限等问题，基于密码学的传统认证方法在应用时存在着很大障碍。借鉴当前普遍使用的人体唯一特征(指纹或虹膜)对个人实施认证的思想，人们基于物理实体的内在物理构造来唯一地标识单个物理实体实现有效认证的思路，提出了物理不可克隆函数的概念。puf是指对一个物理实体输入一个激励，利用其不可避免的内在物理构造的随机差异输出一个不可预测的响应，构成一个物理不可克隆的函数。puf最基本的应用是利用实体的唯一标识来实现认证，随着人们对puf的理解和应用的不断深入，puf又逐渐被应用到系统认证、密钥生成等更多的领域。
2、puf是一个物理的激励-响应函数，也就是说，puf不是一个纯粹抽象的数学概念。puf的输入一般称为激励，输出一般称为响应，一个激励及其测量的响应一般称为一个激励-响应对。稳定性是puf实用化的核心指标，即同一个激励，产生稳定的puf响应输出。
3、由于存在环境噪声的影响，同一个物理不可克隆函数(puf)电路，在不同的时间或环境下测试，物理不可克隆函数(puf)的响应存在差异；其次是随着物理不可克隆函数(puf)电路使用寿命的增加，部分电路的安全电气特性可能发生变化，导致响应产生差异。
4、(1)基于纠错校验机制的模糊提取算法。
5、puf稳定化处理普
6、(2)基于条件概率的预选取方法。
7、当设备老化或处于较极端外界环境下(高温、高压等)时，puf响应的稳定性将大幅降低，如果仅靠纠错码进行纠错，硬件开销和计算复杂度也会随之增加，2020年潘畲稣等人提出基于条件概率的预选位方法，通过先验估计去除少量连续出错概率较高的非稳定位，以提高纠错成功率。
8、目前，上述方法均依托于纠错算法进行稳定化处理，存在算法实现硬件开销大、功耗高，软件实现性能慢的明显缺点，同时先验估计，不利于芯片的测试与实际应用。因此，本专利技术提出了一种基于时间域单比特纵向择多与空间域多比特联合映射的轻量化数据稳定性方法，解决puf的实用化问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服物理不可克隆函数响应采用纠错校验算法导致的算法实现复杂、资源占用大、性能慢、功耗高等不足，不适用于智能卡、射频识别等轻量化终端设备，提出一种物理不可克隆函数的轻量化稳定性设计方法。
2、本专利技术公开了一种物理不可克隆函数的轻量化稳定性设计方法，其包括：
3、步骤1：原始数据仿真；
4、步骤2：基于原始数据仿真，进行概率模型分析；概率模型分析包括多比特联合映射概率分析和单比特纵向择多概率分析；
5、步骤3：基于概率模型分析，确定稳定化参数；
6、步骤4：基于稳定化参数，进行puf注册；
7、步骤5：基于puf注册，进行puf数据重构。
8、进一步地，所述步骤1包括：
9、根据物理不可克隆函数的不同设计原理，设计puf原始电路，在不同温度、电压条件下，通过电路仿真，获取puf原始响应数据。
10、进一步地，统计分析原始响应数据的0/1稳定性；其中，0/1稳定性是指同一个设计，不同环境下仿真或多次采样数据对应比特的稳定性统计；对每一比特，统计其跳变次数，定义跳变次数为0的比特数占比p为单比特的稳定性概率；p的取值范围为0到1。
11、进一步地，在所述步骤2中，多比特联合映射概率分析包括：
12、假设单比特的稳定性为p，即单比特每次采样保持上次采样值的概率为p，与上次采样值相反的概率为1-p；2k比特的可靠性定义为若其中k比特以上的数据与原采样值相等，则认为该2k比特保持稳定；k≥1，k∈z。
13、进一步地，所述2k比特保持稳定的概率为：
14、
15、其中，为组合数，i为比特个数。
16、进一步地，在所述步骤2中，单比特纵向择多概率分析包括：
17、p为原始数据单比特稳定性概率，t为纵向的采样次数t＝2j+1，那么择多后稳定性概率为其中，择多即t次采样中“0”，“1”次数偏多的为单比特“0”/“1”。
18、进一步地，所述步骤3包括：
19、依据puf原始电路单比特仿真稳定性概率p，puf响应的比特位宽n，稳定性容错误差e，依据如下公式，确立联合映射的比特数2k，纵向择多的采样次数t：
20、
21、
22、其中，p1为纵向择多采样后单比特稳定性概率，p2为联合映射概率。
23、进一步地，所述步骤4包括：
24、步骤41：根据puf激励以及纵向择多的采样次数t，获取每比特数据纵向择多后的数据；
25、步骤42：单比特puf响应值生成：根据确立的联合映射的比特数参数2k，经逻辑运算，映射为1比特；
26、步骤43：辅助数据生成：若单比特为“1”，则2k比特辅助数据为原始数据取反；若为“0”，则2k比特辅助数据为原始数据；
27、步骤44：puf响应生成：重复步骤42和步骤43，生成n比特puf注册数据，辅助数据存入非易失性存储器或外部保存。
28、进一步地，所述步骤5包括：
29、步骤51：辅助数据获取：根据puf激励，芯片从外部或者非易失性存储器中获取注册时的辅助数据；
30、步骤52：根据纵向择多的采样次数，获取每比特数据纵向择多后的数据；
31、步骤53：puf重构：辅助数据与原始数据每比特异或，并根据异或后数据的汉明重量值，重构puf比特值。
32、进一步地，在所述步骤53中，若汉明重量不小于k，则映射为比特“1”，否则映射为比特“0”。
33、由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术仅直接采用基本逻辑运算与计数采样设计，具有实现面积小、性能快、功耗低、数据稳定等优点，同时适用于不同原理类型的puf稳定化构建，具有较高的普适性，解决了puf应用的核心问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种物理不可克隆函数的轻量化稳定性设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，统计分析原始响应数据的0/1稳定性；其中，0/1稳定性是指同一个设计，不同环境下仿真或多次采样数据对应比特的稳定性统计；对每一比特，统计其跳变次数，定义跳变次数为0的比特数占比p为单比特的稳定性概率；p的取值范围为0到1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，多比特联合映射概率分析包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述2k比特保持稳定的概率为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，单比特纵向择多概率分析包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤53中，
...【技术特征摘要】
1.一种物理不可克隆函数的轻量化稳定性设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，统计分析原始响应数据的0/1稳定性；其中，0/1稳定性是指同一个设计，不同环境下仿真或多次采样数据对应比特的稳定性统计；对每一比特，统计其跳变次数，定义跳变次数为0的比特数占比p为单比特的稳定性概率；p的取值范围为0到1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，多比特联合映射概率分析包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：王明东，李军，朱翔，吴朋庭，何卫国，梅瑞，
申请(专利权)人：成都三零嘉微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。