仲裁 PUF-使用混合 CMOS-斯坦福忆阻器模 型进行唯一性和可靠性分析-计算机科学-硬件安全-蒙特卡洛模拟.pdfVIP

仲裁PUF：使用混合CMOS-斯坦福忆阻器模

型进行唯一性和可靠性分析

TanvirRahmanA.B.M.Harun-urRashid

Dept.ofEEEDept.ofEEE

BUETBUET

Dhaka,BangladeshDhaka,Bangladesh

1906176@eee.buet.ac.bdabmhrashid@eee.buet.ac.bd

摘要—在一个日益互联的世界中，保护电子设备变得更加关意内容、侧信道泄露、不安全的防篡改机制、PCB设计

本键，因为数据提取、逆向工程和硬件篡改等危险的存在。在第三修改等。

译方制造公司生产芯片可能会让黑客改变设计。随着物联网（IoT）

中的普及，物理攻击的发生频率更高，而传统的加密技术在这种情A.物理不可克隆函数（PUF）

况下效果不佳。本文研究了使用斯坦福忆阻器模型设计和评估

1PUFs的方法，利用其随机丝状演化来提高安全性。该系统采用物理不可克隆函数（PUF）是一种硬件安全模块，

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145nmCMOS技术构建。对基于CMOS和基于忆阻器的仲裁利用集成电路（IC）固有的物理特性生成独特且无法预

6PUF进行了比较，评估它们在温度、电压和工艺变化下的性能。测的签名。它作为单向机制运行，在给定输入的情况下

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4通过蒙特卡洛模拟使用了海明距离来估计唯一性和可靠性。结果产生特定输出，但不能从输出推断出输入。PUF技术背

0显示，基于忆阻器的PUFs比基于CMOS的设计提供了更好

.后的基本概念是在制造过程中由于工艺变化导致IC特

7的可靠性，尽管独特性仍需进一步改进。此外，本研究还揭示了

0基于忆阻器的PUFs在硬件安全中的安全性应用的合理性。性的差异。由于内在的工艺变化，晶体管设备的长度、

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2IndexTerms—硬件安全，仲裁PUF，斯坦福忆阻器模宽度、氧化层厚度和掺杂水平可以有所不同。即使使用

:型，唯一性，可靠性，蒙特卡洛模拟，intra-HD，inter-HD。相同的掩模和生产工艺，每个集成电路（IC）都是独一

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i无二的，这会导致正常的制造变异性。因此，当在不同

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rI.介绍设备上制造时，晶体管的电气特性可能会略有不同[4]。

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电子设备，推动了快速的技术进化，重塑了我们学PUF利用固有的制造工艺变化生成独特的硬件标识符，

习、工作和交流的方式。在核心层面，集成电路（IC）使其具有可重复性、独特性、不可克隆性、单向性、不

实现了这一进步，但其日益复杂的特性使得确保安全性可预测性和篡改证据[5]。根据制造分类，PUF分为两

和正常功能成为一项挑战性任务。尽管充满挑战，但我大类：硅基和非硅基PUF。光学PUF、纸张PUF、声学

们必须记住其重要性，因为这些设备不仅存储我们的个PUF[22]、磁性PUF等属于非硅基PUF。在硅基PUF

人信息，还包含专有数据，使它们成为黑客的诱人目标中，有两个类别：基于延迟的PUF（ROPUF，仲裁器

[1]。硬件安全性是一个广泛术语，指的是使用硬件组件PUF[23]等）和基于存储的PUF（SRAMPUF[24]，触

在整个集成电路（IC）供应链的所有阶段确保安全性的发器PUF，蝴蝶PUF[25]等）。评估PUF质量时会使

过程。这包括硅半导体收集、IC设计、规范制定、IP/IC用特定指标来确定其在给定应用中的适用性。PUF的

外包以及IC生命周期后期等过程[2]。在物联网（IoT）两个常见指标如下[6]：

背景下，硬件安全性具有优势。物联网被定义为利用智唯