ASCH-PUF：一种具有双模式低成本稳定化的“零”误码率 CMOS 物理不可克隆函数
密码学与安全
2023-07-12 v2
摘要
物理不可克隆函数(PUFs)正日益被用于嵌入式与物联网设备的低成本安全密钥及芯片 ID 生成。在器件生命周期内跨越宽温与宽压变化实现 100% 可复现密钥至关重要，而传统上需要大量的掩码或纠错码(ECC)开销来保证。本文提出一种自动自检与修复(ASCH)稳定化技术，用于基于亚阈值反相器链的先进 PUF 单元设计。ASCH 系统成功移除了所有不稳定 PUF 单元，而无需在不稳定位检测期间进行昂贵的温度扫描。通过精确找出所有不稳定位而无需昂贵的温度扫描，ASCH 实现了极低误码率(BER)，从而显著降低了使用 ECC 与注册的成本。我们的 ASCH 可工作于两种模式：静态模式(S-ASCH)采用传统的预注册不稳定位掩码，以及动态模式(D-ASCH)进一步免除了用于存储掩码的非易失性存储器(NVMs)。所提出的 ASCH-PUF 采用 65nm CMOS 工艺制造并评估。ASCH 系统在 -20{\deg}C 至 125{\deg}C 的温度变化以及 0.7V 至 1.4V 的电压变化下，通过分别在 S-ASCH 与 D-ASCH 模式中屏蔽 31% 和 35% 的已制造 PUF 位，实现了“0”误码率(BER, < 1.77E-9)。该原型在 1.2V、25{\deg}C 下实现了 11.4 Gbps 的测得吞吐量与 0.057 fJ/b 的核心能效。
引用
@article{arxiv.2307.04344,
title = {ASCH-PUF: A "Zero" Bit Error Rate CMOS Physically Unclonable Function with Dual-Mode Low-Cost Stabilization},
author = {Yan He and Dai Li and Zhanghao Yu and Kaiyuan Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.04344},
year = {2023}
}
备注
This paper has been accepted to IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)