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基于FPGA的新型强弱混合型PUF电路设计

Novel hybrid strong and weak PUF design based on FPGA

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物理不可克隆函数(PUF,physically unclonable function)通过提取芯片制造过程中无法避免引入的工艺偏差,可产生具有随机性、唯一性和防篡改特性的特征密钥.通过对PUF电路结构和工作原理的研究,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA,field-programmable gate array)的新型强弱混合型PUF(SWPUF,strong and weak PUF)电路设计方案.该PUF可根据激励的汉明重量(HW,hamming weight)灵活地配置为强PUF和弱PUF两种拓扑结构,解决强/弱PUF分立实现的局限性.此外,利用异或去相关技术进一步优化输出密钥的统计特性.所提PUF采用Xilinx Artix-7 FPGA(28 nm工艺)实现,利用Malab结合MicroBlaze微控制器构建内建自测试平台(self-built test platform).实验结果表明,该PUF具有良好的随机性(96.98％)、唯一性(99.64％)和可靠性(常温常压下96.6％).逻辑回归分析进一步显示,在HW较小的情况下所提SWPUF比传统的Arbiter-PUF具有更好的抗攻击能力,可广泛应用于信息安全领域,如密钥存储(针对弱PUF)和设备认证(针对强PUF).

连佳娜、汪鹏君、李刚、马雪娇、翟官宝

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温州大学电气与电子工程学院,浙江温州325000

温州大学计算机与人工智能学院,浙江温州325000

温州大学瓯江学院,浙江温州325000

强弱混合型 物理不可克隆函数 现场可编程门阵列 电路设计

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2018YFB22021006187407861904125G20190006G20190003

2021

10.11959/j.issn.2096-109x.2021028

网络与信息安全学报
人民邮电出版社

网络与信息安全学报

CSTPCD
ISSN：2096-109X
年,卷(期)：2021.7(2)
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