[发明专利]一种基于电容偏差的PUF电路

说明书

本发明公开了一种基于电容偏差的PUF电路，包括电容阵列，译码选择电路、充电电路和比较器。电容阵列包括N+1个相同的电容单元,其中第N+1个电容单元作为参考电容，连接至充电电路，其它N个电容单元连接至译码选择电路。译码选择电路接收激励信号，通过译码选择电容阵列中对应的1个电容单元连接至充电电路。充电电路在一定时间内同时对参考电容和被选中的电容单元进行充电。充电结束后，比较器通过比较参考电容和被选中电容上的电压大小产生1位PUF密钥。本发明具有低成本、低功耗等优点。

技术领域

本发明属于PUF技术领域，更具体地，涉及一种基于电容偏差的PUF电路。

背景技术

Physical Unclonable Functions(PUF)技术是当今半导体安全技术的最新突破。PUF系统是一组微型的电路，通过提取IC制造过程中不可避免产生的个体差异，生成无限多个、特有的密钥，这些密钥不可预测和安排，永久存在，即使是芯片的制造商也无法仿制。和传统安全解决方案不同的是，PUF技术可以为每个动态生成无限多的、特有的、一次性的密钥，无需为加密而储存密钥，因而在安全防伪领域具有巨大的应用前景。

然而，也正是由于用来生成密钥的电路器件采用了相同的图形和尺寸设计以及相同的生产工艺，其相关参数尽管不可避免地存在一定偏差，但这种偏差往往非常微弱，这导致PUF电路单元在相同的激励下产生不同密钥值的情况时有发生，例如，对于同一激励，在某一时刻产生密钥0，在另一时刻又产生密钥1，因而严重影响了PUF技术的可靠性，极大地限制了PUF技术的进一步推广应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于电容偏差的PUF电路，能有效避免由于电路器件间的微弱差异导致产生的密钥值不稳定的情况，因而能显著提高PUF技术的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种PUF电路，包括电容阵列，译码选择电路、充电电路和比较器；所述电容阵列包括N+1个相同的电容单元，其中N个电容单元的一端接地，另一端分别连接至所述译码选择电路的N个输入端，所述译码选择电路的输出端连接至所述充电电路的第一电流输出端，用于产生随机电压信号；第N+1个电容单元作为参考电容单元，其一端接地，一端连接至充电电路的第二电流输出端，用于产生参考电压信号；所述随机电压信号和所述参考电压信号输入至所述比较器，使所述比较器输出响应信号。

优选地，所述电容单元由螺旋结构电容和开关并联而成，所述螺旋结构电容由成对金属线以螺旋方式缠绕得到，所述开关由复位信号控制。

优选地，所述译码选择电路包括译码电路和N选1电路，所述译码电路用于在激励信号的作用下生成选择信号，所述N选1电路用于在所述选择信号的作用下，从所述N个电容单元中选择1个电容单元连接至所述充电电路。

优选地，所述充电电路和所述比较器由使能信号控制，工作时，所述充电电路的第一电流输出端和第二电流输出端输出大小相等的电流，并同时对被所述译码选择电路选中的电容单元和参考电容单元进行充电，所述比较器比较正负输入端的电压大小，输出1位PUF密钥。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：将成对金属线以螺旋方式缠绕得到螺旋结构电容，基于两个完全相同的螺旋结构电容生成密钥；由于无法精确控制层内电容的间距，一方面进一步提升了密钥的随机性和不可复制性，另一方面有利于增大用于生成密钥的两个电容间的差异，从而有效避免了由于电路器件间的微弱差异导致产生的密钥值不稳定的情况，因而能显著提高PUF技术的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例的基于电容偏差的PUF电路的结构示意图；

图2是本发明实施例的电容单元的结构示意图；

图3是本发明实施例的译码选择电路的结构示意图；

图4是本发明实施例的充电电路的结构示意图。