[发明专利]一种基于PUF的密钥生成方法及数据存储方法

说明书

本发明公开了一种基于PUF的密钥生成方法及数据存储方法，在对基于工艺偏差产生的信号差异进行比较判决时引入阈值偏移，根据激励信号在引入阈值偏移前后的响应信号，依次对PUF电路的若干激励信号进行验证，获取能产生稳定响应的激励信号并进行登记。本发明以较小的电路成本，代替传统的PUF纠错电路，节省了系统电路开销，同时具有高安全性。

技术领域

本发明属于安全存储技术领域，更具体地，涉及一种基于PUF的密钥生成方法及数据存储方法。

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。

随着各种便携式移动存储设备的普及，数据存储领域的安全性越来越受到关注。在安全敏感应用中的一个普遍问题是存储器，如Flash、硬盘等。某些数据需要长时间持续存储，存储中的数据时常需要防范被修改或读取，通常将保护措施内置于操作系统或文件中。此外，由于存储器能轻易地被移至不遵守这些保护措施的平台，通常还使用加密技术以提高其可靠性，例如针对特定目的的个人信息、数据库中的不同文件或者不同记录的不同加密。然而，上述常规方式生成的密钥面临较大的通过逆向操作或复制破解的风险。

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PUF的数据存储系统，使得对存储于数据存储器中的内容很难进行修改或复制，大幅提高了数据存储系统的安全性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于PUF的密钥生成方法，在对基于工艺偏差产生的信号差异进行比较判决时引入阈值偏移，根据激励信号在引入阈值偏移前后的响应信号，依次对PUF电路的若干激励信号进行验证，获取能产生稳定响应的激励信号并进行登记；将已登记的激励信号依次输入到所述PUF电路中，在不引入阈值偏移的条件下，提取对应的稳定响应，得到稳定响应序列；利用所述稳定响应序列生成密钥；其中，所述PUF电路具有足够多的能够能产生稳定响应的激励信号，以产生足够多的稳定响应，形成一个或多个稳定响应序列；利用所述稳定响应序列生成一个或多个密钥，或者变更密钥。

优选地，所述阈值偏移叠加在基于工艺偏差产生的两路信号的其中任一路上。

优选地，所述阈值偏移包括正向阈值偏移和负向阈值偏移；对于每一个激励信号，所述PUF电路在不引入阈值偏移、引入正向阈值偏移和引入负向阈值偏移的条件下进行三次比较判决，对应产生三个响应信号；在所述三个响应信号相同时，确定对应的激励信号能产生稳定响应。

优选地，将基于工艺偏差产生的两路信号的绝对差异与叠加所述阈值偏移后的阈值进行比较，在所述绝对差异大于叠加所述阈值偏移后的阈值时，确定对应的激励信号能产生稳定响应。

按照本发明的另一方面，还提供了一种基于PUF的数据存储方法，利用上述密钥生成方法生成密钥，并将所述能产生稳定响应的激励信号存储于非易失性存储器的对应位置进行登记；利用所述密钥对原始数据进行加密生成密文并存储于所述非易失性存储器中，或者对已存储于所述非易失性存储器中的密文进行解密恢复原始数据。

优选地，在加密或解密操作完成后，删除密钥信息。

优选地，所述非易失性存储器设置在存储系统中，所述方法的所有内容均在所述存储系统中执行，即执行所述方法的所有电路或模块均设置在所述存储系统中，构成所述存储系统的一部分，所述验证和登记步骤只需执行一次，即第一次登记的能产生稳定响应的激励信号始终有效。

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：