基于多项式拟合频率重构的物理不可克隆函数优化

来源：电讯技术杂志2021年第3期北京时间：

作者：黎帮梅,陈怀新,刘小宇,王成刚,李思奇

单位：(电子科技大学 资源与环境学院，成都611731;中国西南电子技术研究所，成都 610036)

摘要：近年来硬件安全不断受到挑战，具有不可预测性、随机性等特性的环形振荡器物理不可克隆函数（Ring Oscillator Physical Unclonable Function，RO PUF）可作为硬件安全重要的加密密钥方式，但通常原始RO PUF不满足加密密钥对随机性的要求。因此，提出了基于多项式拟合频率重构的PUF优化方法。首先，实现RO电路的硬宏设计并在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)上进行实例化，从而获得RO阵列的频率数据；其次，针对原始响应的随机性较差的情况，通过统计分析其分布特征，利用多项式拟合法优化重构RO阵列频率；最后，采用熵密度值评估RO PUF响应的随机性。选用型号为Xilinx Artix 7103的FPGA板进行实验测试评估，结果表明所提方法不仅比原始RO PUF响应的随机性强，而且与随机补丁混合法(Random Patch Mixer,RPM)和基于回归的熵蒸馏法相比也具备更好的随机性。

关键词：硬件安全；环形振荡器；物理不可克隆函数(PUF)；频率重构；多项式拟合；

基金资助：国防预研基金项目（315025102）；国防科技创新特区H863计划项目（18-H863-05-ZT-001-011-12）