一种基于模糊提取的数据残留SRAM-PUF设计

作     者：陈泽亮 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张培勇

授予年度：2023年

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：物理不可克隆函数 SRAM 预选算法 数据残留 RC4加密算法 

摘      要：SRAM物理不可克隆函数（Static Random-Access Memory Physically Unclonable Function,SRAM-PUF）利用参数设计完全相同的晶体管在制造过程中存在的工艺偏差,生成无法克隆的密钥响应。由于SRAM-PUF内部错误分布的随机性,密钥重构需要使用纠错码,而纠错电路的面积与其纠错能力成正相关。 为了降低SRAM-PUF错误分布,减小纠错电路面积,本文研究了SRAM数据残留特性,提出了一种数据残留预选算法。通过对SRAM单元进行筛选,提高PUF响应稳定性;通过区块择优算法筛选SRAM区块,减小响应的分散度,以更短的时间和更小的资源消耗生成PUF响应。 本文使用基于ECC的模糊提取算法,重构SRAM-PUF响应,将SRAM-PUF以及改进的RC4加解密算法集成于嵌入式系统中。测试结果表明,在-40～80℃和±10%电压波动下,256位SRAM-PUF响应拥有99.8%的稳定性以及1.9×10-8的误码率,相比于常用的临时多数表决（Temporal Majority Voting,TMV）算法提升了1.7%的稳定性,降低2.1×10～5倍误码率,与1000次TMV相比,时间复杂度从O（2000n）线性降低到O（900n）。经过老化测试后,采用数据残留算法预选的SRAM-PUF稳定性仅下降0.2%。