利用选择挑战攻击破解 XOR Arbiter PUF
密码学与安全
2025-08-21 v2
摘要
XOR Arbiter PUF 于 2007 年作为一种强 PUF 被引入，并在 2015 年被机器学习（ML）攻击破解，该攻击通过利用测量响应的可靠性信息，允许对底层的 Arbiter PUF 进行单独建模。为了缓解基于可靠性的攻击，现有最先进的理解表明，可以将单个 Arbiter PUF 和整体 XOR Arbiter PUF 的可靠性提升至任意高的水平，从而使所有已知的基于可靠性的 ML 攻击失效；或者，在 XOR Arbiter PUF 周围设置访问控制接口可以防止相同的挑战-响应对被重复访问，从而消除可靠性信息的泄露。我们表明，\textbf{首次实现了以分治方式成功攻击完全可靠的 XOR Arbiter PUF}，这意味着 XOR Arbiter PUF 中的每个底层 Arbiter PUF 都可以被单独攻击。这使我们能够高效地攻击大型 XOR Arbiter PUF，即使在没有可靠性信息或任何侧信道信息的情况下也是如此。我们的关键洞察是，与可靠性信息不同，高度相关挑战的响应也揭示了响应距离响应决策边界有多近。这导致了对 XOR Arbiter PUF 的 \textit{选择挑战攻击}，即通过仔细选择相关挑战来测量并聚合收集到的信息。我们使用 PUF 仿真以及在 FPGA 上实现的 XOR Arbiter PUF 验证了我们的攻击。我们还证明了我们的选择挑战方法与最先进的基于梯度的多目标优化组合攻击兼容。最后，我们讨论了一种有效的对策，该对策可以防止我们的攻击，但与 PUF 本身相比具有相对较大的面积开销。
引用
@article{arxiv.2312.01256,
title = {Breaking XOR Arbiter PUFs with Chosen Challenge Attack},
author = {Niloufar Sayadi and Phuong Ha Nguyen and Marten van Dijk and Chenglu Jin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.01256},
year = {2025}
}