[发明专利]物理不可克隆函数PUF装置

说明书

本申请实施例涉及PUF装置和输出随机序列的方法，该PUF装置包括：至少一个PUF单元和至少一个处理单元，该至少一个PUF单元中第一PUF单元包括两个MOS管，该两个MOS管的两个源极连接相同的输入电压；该两个MOS管的两个栅极浮空；该两个MOS管的两个漏极分别与该至少一个处理单元中的第一处理单元连接，该第一处理单元用于：在该输入电压大于或者等于预设电压时，根据该两个MOS管的两个漏极输出的两个结果之间的差异，输出与该第一PUF单元对应的第一随机值。本申请实施例的该PUF装置结构简单，实现功能过程中无物理破坏，不易从装置端被破解。

技术领域

本申请涉及信息安全领域，尤其涉及物理不可克隆函数PUF装置。

背景技术

物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions，PUF)技术是利用半导体芯片的制造过程中不可控随机变异来获得独特的随机码的技术。此制造变异包括半导体的工艺变异。就算有精确的工艺步骤可以制造出半导体芯片，但是其中的工艺变异如薄膜厚度分布，微观缺陷分布，离子注入分布等随机因素几乎不可能被复制。因此，具有PUF技术的半导体芯片通常被运用于高安全防护的应用。

目前的PUF实现方式主要包括：非电子PUF，如光学PUF；模拟电路PUF，如涂层电容PUF；数字电路PUF，如基于静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，SRAM)的PUF等。其中非电子PUF与模拟电路PUF的实现方式较为复杂，与大规模数字电路集成较为不便，因此数字电路PUF的结构是目前集成电路领域较为热门的安全应用研究方向。

目前的基于数字电路的PUF实现方式主要集中在基于SRAM的PUF实现，以及基于传播延迟和基于一次可编程存储器(One Time Programmable，OTP)结构的PUF实现等，其中基于SRAM的PUF实现在应用过程中会产生一定的比特错误率，同时每一个SRAM单元电路较为复杂，无法做到很大容量，而基于OTP结构的PUF由于OTP本身的局限，容易从OTP的熔断状态中读取得到PUF的激励响应对(Challenge/Response Pairs，CRPs)，从而从器件本身破译PUF产生的安全密钥。

发明内容

本申请提供了一种PUF装置和输出随机序列的方法，该PUF装置结构简单，实现功能过程中无物理破坏，不易从该装置端被破解。

第一方面，提供了一种PUF装置，该PUF装置包括：至少一个PUF单元和至少一个处理单元，所述至少一个PUF单元中第一PUF单元包括两个金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)管，所述两个MOS管包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一PUF单元为所述至少一个PUF单元中的任意一个，所述第一MOS管的第一源极与所述第二MOS管的第二源极连接相同的输入电压；所述第一MOS管的第一栅极与所述第二MOS管的第二栅极浮空；所述第一MOS管的第一漏极以及所述第二MOS管的第二漏极与所述至少一个处理单元中的第一处理单元连接，所述第一处理单元用于：在所述输入电压的绝对值大于或者等于预设电压时，根据所述第一漏极输出的第一结果与所述第二漏极输出的第二结果之间的差异，输出与所述第一PUF单元对应的第一随机值。

因此，本申请实施例的PUF装置，包括至少一个PUF单元，每个PUF单元只需要两个MOS管，因此装置结构简洁，实现方式较为简单，为大容量PUF的实现提供可能，并且在制造过程中，可基于标准MOS工艺制造，无需新增额外制造工艺；在使用时，将该两个MOS管的栅极浮空，并将两个MOS管的源极连接相同的输入电压，剩余两个漏极加相同低电位，依靠电容耦合效应使得两个MOS管呈现不同的开启特性，从而实现PUF的功能，上述过程中，由于激励响应对产生过程中不会对装置产生物理性破坏，因此较难从装置本身读取激励响应对(CRPs)从而破译其产生的密钥。

结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述两个MOS管为仅存在加工差异的结构相同的MOS管。