[发明专利]一种物理不可克隆函数电路及其操作方法

说明书

本发明公开了一种物理不可克隆函数电路及其操作方法，属于电路设计领域，包括：控制模块、忆阻器阵列和比较放大电路；其中，控制模块用于基于外部输入的激励信号选中忆阻器阵列中第i行、第j列的忆阻器单元和第i行、第j+1列的忆阻器单元；将忆阻器阵列的第i行导通，并在忆阻器阵列的第j列上施加高电平信号，忆阻器阵列的第j+1列上施加低电平信号，其余各列上均处于悬空状态，以使所选中的忆阻器单元构成串联电路进行分压操作，忆阻器阵列第i行所在的源线输出即为串联电路中间分压点处的分压信号；比较放大电路用于比较分压信号与参考电压的大小，得到响应信号；本发明不会受到串扰电流的影响，响应结果的准确度较高，大大降低了误码率。

技术领域

本发明属于电路设计领域，更具体地，涉及一种物理不可克隆函数电路及其操作方法。

背景技术

随着电子技术和物联网(IoT)的快速发展，硬件终端的安全性越来越受到关注，现在加密算法和终端存在计算能力差，资源受限等问题；而且传统加密算法得到的密钥都能够很轻易的被第三方侵入并且篡改，极易被侵入式攻击导致密码的破解，使得设备的安全性能无法得到保障，从而需要更加高级别的安全应用且保证密钥的不可预测和唯一的随机熵源，能够安全可靠的进行存储，所以提出了物理不可克隆函数的概念。

物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions，PUF)在实际意义上就是硬件的指纹，通过相同的激励给到不同的PUF单元上会得到唯一的响应。这也使得PUF成为了当前硬件安全性的热门研究。其中PUF利用了物理器件在工艺制作过程中无法避免的工艺偏差以及自身的物理特性而产生的唯一性标识作为密钥提取的熵源，它具有唯一性、随机性、不可克隆性。基于氧化物的忆阻器是一种新兴的非易失性存储器(NVM)，由于氧空位的产生和迁移的随机开关机制，使得它在电阻值分布上具有很大的差异性，这为NVM的设计增加了重大的设计挑战。但是硬件安全的应用程序通常包含真正的随机变化，可以利用忆阻器的可变性来设计物理不可克隆函数，氧空位的随机开关机制可以作为很好的熵源。上述的可变性是由于两金属电极间含氧空位构成的导电细丝产生的随机性而变化，其中导电细丝可进行可逆的断裂和生长。

当下忆阻器相关的PUF设计都是利用激励(challenge)输入作为忆阻器的单元地址的选择，选中两个忆阻器单元进行电流的读取对比，具体为地址选中的忆阻器单元的R1和R2，对流过两个单元的读出电流I1和I2进行比较，通过最后的比较放大电路输出两个电流之间的比较结果。若需要得到N位就操作N次上述操作，属于一种典型的强PUF的设计，拥有较多的相应对(Challenge Response Pairs，CRPs)，但是在操作过程中，无法避免串扰电流的影响，这就在很大程度上增大了误码率，使得响应结果不符合理论值，进而出现HD偏“1”或“0”的现象。而且在地址选择的过程中未选择单元都是输入低电平或者接地，这使得功耗在一定程度上会增大，因此需要一种功耗更低、输出更加准确、实用性更好的PUF电路结构。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种物理不可克隆函数电路及其操作方法，用以解决现有技术中由于存在串扰电流的影响而导致响应结果的准确度较低的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种物理不可克隆函数电路，包括：控制模块、忆阻器阵列和比较放大电路；

控制模块分别与忆阻器阵列的各字线和位线相连；忆阻器阵列的源线与比较放大电路的第一输入端相连，比较放大电路的第二输入端接入参考电压V_ref；

控制模块用于基于外部输入的激励信号选中忆阻器阵列中第i行、第j列的忆阻器单元和第i行、第j+1列的忆阻器单元；将忆阻器阵列的第i行导通，并在忆阻器阵列的第j列上施加高电平信号，忆阻器阵列的第j+1列上施加低电平信号，其余各列上均处于悬空状态，以使所选中的忆阻器单元构成串联电路进行分压操作，忆阻器阵列第i行所在的源线输出即为串联电路中间分压点处的分压信号；其中，i＝0,1,2,...m-1；j＝0,1,2,...n-1；m为忆阻器阵列的行数，n为忆阻器阵列的列数；