中国半导体行业协会封装分会会刊

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电子与封装 ›› 2019, Vol. 19 ›› Issue (7): 033 -36. doi: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2019.0709

• 电路设计 • 上一篇    下一篇

基于环形振荡器的物理不可克隆函数的设计与验证

胡鹏,魏江杰,周昱,张荣,魏敬和   

  1. 中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡 214072
  • 收稿日期:2019-01-11 出版日期:2019-07-18 发布日期:2019-07-18
  • 作者简介:胡 鹏(1990—),男,江苏江阴人,2015年毕业于美国锡拉丘兹大学,助理工程师,现在中国电子科技集团第五十八所从事IC逻辑设计工作。

Design and Verification of RO-based PUF on FPGA

HU Peng,WEI Jiangjie,ZHOU Yu,ZHANG Rong,WEI Jinghe   

  1. China Electronic Technology Group Corporation No.58 Research Institute,Wuxi214072,China
  • Received:2019-01-11 Online:2019-07-18 Published:2019-07-18

摘要: 为了验证物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)的有效性,试验必须针对大量芯片的微延迟特性进行建模。尽管仿真的方式能够提供近似的结果,但通过片上试验能获得更加精确的结果。借助FPGA工具制造硬宏,在多块同型号FPGA上分析了基于环形振荡器(Ring Oscillator,RO)的物理不可克隆函数。其核心步骤是通过对相邻RO的振荡频率计数后相互比较,得到1024比特长度的响应输出。在多次试验测试后,得到了片内和片间汉明距,并作为PUF性能的指标参数——唯一性、可靠性。结果表明,常温下的平均唯一性为48.01%,平均可靠性为1.75%。

关键词: 物理不可克隆函数, 环形振荡器, 唯一性, 可靠性

Abstract: Tovalidatetheeffectivenessof a Physical Uncloneable Function(PUF),itneedstobecharacterized by delay model over a large population of chips.Though simulation methodscan show approximate results,an on-chip experiment produces more accurate results.This paper includes the test of the Ring Oscillator based PUFsonseveral same-model FPGAswiththehard-macromadeby FPGA tool.Thecoreprocessof thedesignis countingtheoscillatingfrequenciesinpairsand comparingthecounters'valuestoform a1024-bitresponse.We obtaintheintra-dieand inter-die Hammingdistanceby theexperimentsand treatthemasthequality factorsof a PUF such as uniqueness and reliability.The results show an average uniqueness of 48.01%,and an average reliability of 1.75%.

Key words: physical uncloneablefunction, ringoscillator, uniqueness, reliability

中图分类号: