[发明专利]可感知芯片电路物理完整性的PUF电路及芯片

说明书

本发明公开了一种可感知芯片生产制造和使用电路物理完整性的PUF电路及芯片，该PUF电路的差分运算放大电路具有至少两个信号输入端LSSAIN，且信号输入端LSSAIN通过芯片基片上封装引线连接Bump或引脚PAD与封装在芯片内部或者设于芯片外部的导线、或焊锡、或外部电路相连，芯片中带有前述可感知芯片生产制造和使用电路物理完整性的PUF电路。本发明利用芯片生产制造、封装、焊接和外接电路等发生的改变实现芯片电路物理完整性检测，可广泛用于电子产品身份标识、信息安全和防伪溯源等领域，具有数字身份标识与电路物理特性紧密关联、唯一绑定、防伪效果好等优点。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域物理不可复制函数（PUF）电路设计，具体涉及一种可感知芯片生产制造和使用电路物理完整性的PUF电路及芯片。

背景技术

所谓物理不可复制函数（PUF）电路指定是利用芯片生产制造过程中不可避免的工艺偏差而产生输出变量的电路，电路的输出不可预测，每颗芯片中PUF电路的输出具有唯一性和不可复制性，即使芯片设计者和制造商也无法复制。

PUF电路的上述特性在信息安全方面具有非常重要的用途，比如PUF电路的输出可以作为芯片的唯一标识（ID）号，可以作为芯片的指纹或密钥进而实现芯片的身份标识认证，也可以用于软硬件IP核授权管理与总量控制；如果带有PUF电路的芯片与实体物品绑定，可以进而实现实体物品的鉴别与防伪认证。特别的，如果芯片集成的PUF电路能够感知外部实体物品的细微物理特征（如外部电路特征、封装和焊接等）的不同，而产生不可复制和不可篡改的输出值，这个输出值既可作为该芯片唯一标识ID号，也可将该唯一标识ID号与实体物品唯一绑定，作为实体物品的数字身份，从而有效实现物品流通管理和防伪溯源，对于防止假冒伪劣商品进入市场具有重要作用。

目前，在芯片内部实现PUF电路的方式多种多样，比如SRAM PUF、涂层PUF、蝴蝶结构PUF、环形振荡器PUF、光敏PUF等等。但是绝大部分PUF电路只是利用芯片内部物理实现的工艺偏差来产生不可预测、不可复制的输出变量，但是均无法感知芯片外部环境（如外部电路、芯片的封装和焊接等）的物理变化，也就是芯片外部电路或者芯片封装和焊接等的完整性受到破坏，芯片内部PUF电路的输出值不会同步发生变化，也就是PUF电路的状态输出与芯片外部电路或封装和焊接等的完整性没有建立紧耦合和对应联系。当带有PUF电路的芯片用于安全认证的信任根源时，如果PUF电路不具备感知芯片外部电路或封装完整性的能力，则有可能导致整个安全系统存在严重的安全漏洞，比如带PUF的RFID标签可能被重复使用，从而失去其在许多领域的应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题：绝大部分PUF电路只是利用芯片内部物理实现的工艺偏差来产生不可预测、不可复制的输出变量，但是均无法感知芯片外部环境（如外部电路、芯片的封装和焊接等）的物理变化，也就是芯片外部电路或者芯片封装和焊接等的完整性受到破坏，芯片内部PUF电路的输出值不会同步发生变化，也就是PUF电路的状态输出与芯片外部电路或封装和焊接等的完整性没有建立紧耦合和对应联系。针对现有技术和应用的上述问题，提供一种可感知芯片生产制造和使用电路完整性的PUF电路及芯片，本发明利用感知外部电路或者封装焊接导线材料的寄生效应等电气物理特性发生变化实现对芯片外部电路的完整性检测，产生与芯片外部电气物理特征完整性紧密绑定的数字标识ID，该标识ID具有与电路物理特性紧密关联、唯一绑定、防篡改、防复制等优点。

本发明采用的技术方案为：