面向异构 IoT 设备的统一开放集 PUF 认证框架
密码学与安全
2026-05-11 v1
摘要
随着现代网络安全系统规模扩大以纳入大量异构 IoT 设备，保护这些设备免受冒充和伪造攻击已成为关键网络安全挑战。物理不可克隆函数 (PUF) 提供了一种轻量级、源自硬件的信任锚点，用于 IoT 安全。然而，不同的 PUF 架构具有各自不同的挑战-响应空间和原始响应可靠性，使现有的认证协议受限于特定 PUF 类型。为弥合这种互操作性瓶颈，本文提出了一种可扩展的、无助手数据的、开放集 PUF 认证框架，利用基于 OpenGAN 的分类器来管理异构 IoT 设备的 fleets。该方法通过将来自多种 PUF 类型（包括强 PUF、弱 PUF 和混合 PUF）的原始响应编码为统一的图像表示，来解决传统数据库中心和数字孪生建模方法的局限性。这使我们能够实现稳健的单次分类和伪装者拒绝。我们将该分类器集成到一种通用协议中，该协议采用混合加密和基于 Bloom 过滤器的防重放检测。我们在四种不同类型的噪声 PUF 数据（Arbiter、SRAM、DRAM 和混合 PUF）上进行评估，结果显示该框架在闭合集合上实现 100% 的准确率，在开放集合上实现接近零的错误率（最多 45 个设备），显著优于先前基于分类的方法在 3 到 5 个设备上的表现。该框架在树莓派上实现原型，完成一次认证循环所需时间为 0.67 秒，约为现有开放集基准的 30 倍。
引用
@article{arxiv.2605.07340,
title = {A Unified Open-Set Framework for Scalable PUF-Based Authentication of Heterogeneous IoT Devices},
author = {Xin Wang and Peichun Hua and Chip Hong Chang and Wenye Liu and Yue Zheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.07340},
year = {2026}
}
备注
8 pages, 3 figures, 5 tables, submitted for conference