[发明专利]基于RO PUF的密钥生成方法及其系统

说明书

提供一种基于RO PUF的密钥生成方法，所述RO PUF包括N个环形振荡器，该方法包括：步骤20)：随机生成用于选择第一个环形振荡器和第二个环形振荡器的挑战，确定所述第一个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数和所述第二个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数的差的绝对值大于第一阈值；步骤30)：利用所述挑战按照第一预定次数重复计数所述第一个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数，以及所述第二个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数，并执行第一预定次数的比较，判断所述第一预定次数的比较结果是否相同；以及步骤40)：在所述第一预定次数的比较结果都相同时，输出所述挑战和相应的比较结果。

技术领域

本发明涉及数字集成电路设计以及信息安全领域，尤其涉及一种基于RO PUF的密钥生成方法及其系统。

背景技术

物理不可克隆函数(PUF)是指，对一个芯片输入一个激励，利用芯片生产制造过程中不可避免的随机工艺偏差输出一个不可预测的响应的函数。其中，PUF依赖于芯片制造过程中的不可逆误差，利用这些误差的随机性和唯一性，并将其提取作为芯片的特征。激励信号与响应信号之间的唯一对应，形成了类似于人体指纹的“芯片指纹”。PUF理念的提出极大地丰富了传统密码学的应用场景和安全性。

目前应用最广泛的是可集成的电子类PUF，例如：基于SRAM的物理不可克隆函数(SRAM PUF)、基于环形振荡器(RO)的物理不可克隆函数(RO PUF)、基于仲裁机制的物理不可克隆函数(Arbiter PUF)、以及基于SR锁存器的物理不可克隆函数(SR PUF)。其中RO PUF电路结构简单，易于在FPGA平台和ASIC平台上实现。由于每个环形振荡器的内部布线延迟存在偏差，使得每个环形振荡器所产生的频率不同。通过激励随机选择两个环形振荡器并通过比较所选择的两个环形振荡器的频率，可产生针对该芯片特有的响应，以及进一步地，产生针对该芯片的密钥。在密钥生成的过程中，无论加密还是解密，密钥中的某些位错误翻转将会导致密钥的稳定性受到影响，因此，需要降低RO PUF产生的密钥中的响应位的错误翻转，保证RO PUF的可靠性。

RO PUF的可靠性容易受到温度和元件老化的影响，生成错误的响应位。传统的纠错方法一般包括汉明码、BCH码等。使用汉明码编码需要额外的比特位存储校验位，且其无法纠正2比特以上的数据错误。BCH码纠错能力较强，但需要在生成响应位的基础上增加过多的冗余位，这在存储密文的过程中增加了存储器的硬件开销。同样的响应位数，误码率越高意味着纠错时的硬件开销越大，因此需要一种在硬件开销最小的情况下解决响应位误码问题的方法。

发明内容

基于现有技术的上述问题，本发明提出一种基于RO PUF的密钥生成方法，所述ROPUF包括N个环形振荡器，N为大于2的整数，所述方法包括：

步骤20)：随机生成用于选择第一个环形振荡器和第二个环形振荡器的挑战，确定所述第一个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数和所述第二个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数的差的绝对值大于第一阈值，其中N＝2^M/2，M是用于选择第一个环形振荡器和第二个环形振荡器的挑战的总位数；

步骤30)：利用所述挑战按照第一预定次数重复计数所述第一个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数，以及所述第二个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数，并执行第一预定次数的比较，判断所述第一预定次数的比较结果是否相同；以及

步骤40)：在所述第一预定次数的比较结果都相同时，输出所述挑战和相应的比较结果。

在一个实施例中，所述步骤20)还包括：

步骤210)：所述挑战用于激活第一个环形振荡器和第二个环形振荡器，基于所计数的所述第一个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数和所述第二个环形振荡器在第一时间长度内的振荡次数，判断所述差的绝对值是否大于第一阈值；

步骤220)：如果所述差的绝对值小于或等于所述第一阈值，则重复所述步骤20)。