基于PDS电阻参数测量的PUF研究

【摘要】：所有计算机系统的安全性,几乎都取决于对密钥等核心秘密的可靠保护。由于目前国内在信息安全应用方面缺少有效的抗入侵技术,攻击者可以通过直接的硬件攻击演算出几乎所有的密码,数据存储的安全问题受到了很大的威胁。因此,在系统设计中加入物理抗入侵技术就是显得非常重要。在芯片制造过程中,尤其是在晶体生长的晶圆制造后段制程(BEOL)中,金属电阻的工艺偏差有着非常重要的意义,使制造出的芯片具有不可避免的差异性,能够用来建立不可复制的密钥,从物理上保证了系统的安全。本文主要研究了基于芯片上电源分布式系统(PDS)电阻制造工艺偏差的测量提取方法,首先分析了PDS结构并构造出电源网络等效电路模型,然后介绍了PDS中电阻参数的测量提取步骤,并将得到的电阻参数应用统计学的噪声分析和偏差分析方法,分析了该电阻制造工艺偏差数据具有唯一性,证明了应用PDS等效电路模型测量和计算出的PDS电阻数据可以提取出芯片在晶圆制造后段制程(BEOL)阶段产生的工艺偏差,该工艺偏差是芯片在制造过程中不可避免的产生的,可以有效的区分出不同的芯片,以便唯一地认证芯片。本文在第四章中论述了如何将电源分布式系统(PDS)中电阻工艺偏差应用到物理不可克隆函数(PUF)中,并做了实验评测分析。首先分析了电阻工艺偏差和PUF函数的相同点,它们都有唯一性、可重复性和不可克隆性。然后在两组24片由IBM公司65nm工艺生产的测试芯片中应用该方法进行评测,通过数据可以明显看出电阻工艺偏差各不相同。用这些工艺偏差数据来构建PUF,得到芯片的数字签名,并分析了测量噪声对签名唯一性的影响。最后我们证明了得到的PUF签名可以唯一地认证芯片。文中构建的物理反克隆函数模型中的“密钥”是应用统计方法得到的集成电路芯片(IC)内部固有的工艺偏差,而不是传统的储存在ROM中的非易失“密钥”,从而明显改善了内嵌静态存在的数字“密钥”容易受到攻击的弱点,真正做到了唯一性、可重复性和不可克隆性,从根本上解决了硬件系统安全问题。
【关键词】：电源分布式系统 电阻测量 工艺偏差 物理不可克隆函数
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP309