[发明专利]一种基于物理不可克隆函数的密钥保护方法和安全芯片

权利要求书

1.一种基于物理不可克隆函数的密钥保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、密钥登记阶段：

S11：为设备选择一个密钥种子Seed，并保存设备编号ID与密钥种子Seed组成的二元组<ID,Seed>；

S12：使用纠错码算法的编码算法对密钥种子Seed进行编码得到对应的码字C；

S13：读取设备上的物理不可克隆函数PUF的指纹R，将指纹R与码字C进行异或操作得到辅助数据H，并将辅助数据H存储在非易失性存储上；

S14：(1)如果绑定到设备上的是非对称密钥，且针对该非对称密钥颁发安全证书，则使用密钥产生算法KG对密钥种子Seed进行操作，得到绑定到设备上的非对称密钥对<Pk,Sk>，其中Pk为公钥，Sk为私钥，并将安全证书存储在非易失性存储上，其中，密钥产生算法KG为非对称密钥产生算法，密钥种子Seed为该算法的随机数种子；

(2)如果绑定到设备上的是对称密钥，则密钥产生算法KG为密钥导出函数KDF，密钥种子Seed作为密钥导出函数KDF的种子，对称密钥K＝KG(Seed)；

S2、密钥重构阶段：

S21：读取物理不可克隆函数PUF中的指纹R’，然后与存储在非易失性存储上的辅助数据H进行异或操作，得到一个具有噪音的码字C’；

S22：使用纠错码算法的解码算法对C’进行解码，在解码过程中消除C’的噪音，最后输出密钥登记阶段绑定到此设备的密钥种子Seed；

S23：使用密钥产生算法KG对密钥种子Seed进行操作得到密钥，然后删除密钥种子Seed。

2.如权利要求1所述的基于物理不可克隆函数的密钥保护方法，其特征在于，还包括步骤S3、密钥更新阶段：

S31：向设备发送一个随机挑战数N；如果设备保存的是非对称密钥，则使用私钥Sk对随机挑战数N和设备编号ID进行签名Sig＝SIG(Sk,N||ID)；如果设备保存的是对称密钥，则使用对称密钥K对随机挑战数N和设备编号ID进行HMAC操作Sig＝HMAC(K,N||ID)；再输出Sig和设备编号ID；其中，符号||表示N和ID的串联；

S32：根据设备编号ID获取对应的密钥种子Seed，然后用密钥种子Seed导出密钥，用密钥验证Sig是否合法；如果Sig合法，则进入步骤S33，否则停止密钥更新操作；

S33：进入密钥登记阶段，执行步骤S11-S14，其中，在执行过程中，删除密钥更新阶段之前存储的<ID,Seed>二元组。

3.如权利要求2所述的基于物理不可克隆函数的密钥保护方法，其特征在于，所述步骤S32具体为：

如果绑定到设备上的是对称密钥，则用密钥种子Seed导出对称密钥K，计算HMAC(K,N||ID)，利用HMAC(K,N||ID)验证Sig是否合法；

如果绑定到设备上的是非对称密钥，则用密钥种子Seed导出非对称密钥对(Pk,Sk)，然后用公钥Pk验证Sig是否合法，或者，直接获取设备的公钥Pk或安全证书，利用该公钥Pk或者安全证书中的公钥验证Sig是否合法。

4.如权利要求1、2或3所述的基于物理不可克隆函数的密钥保护方法，其特征在于：通过重复执行密钥登记阶段的步骤S11-S14，为设备绑定多个密钥。