[发明专利]一种基于动态可重构技术实现PUF的系统及方法

说明书

本发明提出一种基于动态可重构技术实现PUF的系统及方法，本发明通过FPGA实现PUF结构，利用FPGA动态可重构技术，让FPGA在运行期间部分的被重新配置，而不中断其余部分的工作。本发明将CRO区域作为重构区域，同时保持其他部分的功能不变，可以部分地更换CRO区域中的RO结构，以此改变电路的延迟特性。本发明可以在增加产生的激励响应对数量的同时减少硬件资源消耗，并且还能提高建模攻击的难度。

技术领域

本发明涉及可重构环形振荡器物理不可克隆函数领域，尤其是一种基于动态可重构技术实现PUF的系统及方法。

背景技术

随着物联网(IOT)的迅速发展，数以十亿计的节点被连接起来。虽然这为我们交换信息创造了极大的便利，但同时也带来了严重的安全和隐私问题，这对物联网行业是一个巨大的挑战。与传统的软件安全相比，硬件安全会增加攻击的成本和难度，且更适用于资源受限的物联网设备，这促使物理不可克隆函数(PUF)的发展。PUF是一种用于从集成电路(IC)中提取独特的数字指纹的电路。任意两个芯片，即便它们的结构完全相同，由于制造差异它们之间也会存在细微的差别。PUF利用这些差异为每个芯片生成唯一的身份标识，由于这些差异都是随机的，因此这些标识是无法克隆的。

至今为止，已经有大量的PUF电路结构被提出，其中仲裁器PUF，SRAM-PUF，RO PUF以及它们的变体是最受欢迎的。但是，并不是所有类型的PUF都适合在FPGA上实现。基于环形振荡器(RO)的PUF设计是一种更适于FPGA的结构。然而，由于RO阵列中的每一个RO只能输出一个频率，为了产生足够的响应，需要实现大量的RO，因此这种设计将占用大量的硬件资源，且利用效率很低。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于动态可重构技术实现PUF的系统及方法，可以在增加产生的激励响应对数量的同时减少硬件资源消耗，并且还能提高建模攻击的难度。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出以下技术方案：

一种基于动态可重构技术实现PUF的系统，包括：存储器和FPGA模块；

存储器用于存储FPGA整体结构配置文件和不同类型的可重构环形振荡器结构设计配置文件；

FPGA模块用于实现PUF结构，包括：编程系统、控制模块、可重构环形振荡器、计数器和比较器，控制模块、可重构环形振荡器、计数器和比较器组成PUF，所述PUF中的可重构环形振荡器为可配置区域，由编程系统加载存储在存储器中的可重构环形振荡器结构设计配置文件并进行配置实现；

控制模块产生使能信号和能够形成有效震荡的配置信号并发送给配置好的可重构环形振荡器，同时，控制模块产生计数器的定时控制信号，用于控制计数器的计数时间；

可重构环形振荡器根据配置信号和使能信号产生具有唯一频率的振荡信号，计数器统计设定时间内的振荡次数；最后通过比较器比较连续两次计数器上传的计数值来获得比特输出，也就是响应信号；相邻的两次计数值有以下产生方式：

对于不同结构的可重构环形振荡器，控制模块产生同一配置信号，计数器分别对两次震荡信号进行统计，得到两次计数值；

对于不同结构的可重构环形振荡器，控制模块产生不同配置信号，计数器分别对两次震荡信号进行统计，得到两次计数值；

对于相同结构的可重构环形振荡器，控制模块产生不同配置信号，计数器分别对两次震荡信号进行统计，得到两次计数值。

具体的，所述可重构环形振荡器的结构包括：CRO结构、RRO结构和XRRO结构。

本发明还提出一种基于动态可重构技术实现PUF的方法，所述方法基于所述系统实现，包括步骤：

(1)预先生成FPGA整体结构配置文件和不同类型的可重构环形振荡器结构设计配置文件，并存储在存储器中；