稳定性保证的 PUF 设计与分析
摘要
缺乏稳定性是限制 PUF 广泛应用于实际的主要瓶颈之一。本文提出一种弱 PUF 和一种强 PUF，二者均完全稳定且内部距离（intra-distance）为 0%。这些 PUF 被称为局部增强缺陷性(Locally Enhanced Defectivity, LED)PUF。LEDPUF 的随机源提取自局部增强的缺陷性，且不影响芯片的其他部分。LEDPUF 是一种纯功能型 PUF，不需要像传统参数型 PUF 那样的任何校正方案。文中给出了通过形成定向自组装(Directed Self Assembly, DSA)随机连接阵列来构建弱 LEDPUF 的方法，并利用弱 LEDPUF 作为带密钥哈希消息认证码(keyed-hash message authentication code, HMAC)的密钥来实现强 LEDPUF。我们的仿真与统计结果表明，弱 LEDPUF 比特的熵接近理想值，且弱、强 LEDPUF 的相互距离（inter-distance）均约为 50%，这意味着这些 LEDPUF 不仅稳定而且唯一。我们基于密码安全，利用猜工作(guesswork)的信息论工具，开发了一个评估 PUF 安全等级的新统一框架。猜工作模型允许使用单一统一度量，定量比较具有不同稳定性、偏置和可用边信息的 PUF。此外，它推广了其他用于评估安全等级的度量，如最小熵(min-entropy)和互信息。作为示例，我们评估了一些实测 SRAM 和环形振荡器(Ring Oscillator) PUFs 的基于猜工作的安全性，并与 LEDPUF 比较，表明稳定性对 PUF 安全性的影响比偏置响应更严重。此外，我们发现了三个新问题的猜工作：攻击失败概率下的猜工作、消息认证码理想化版本的猜工作，以及用于认证的强 PUFs 的猜工作。
引用
@article{arxiv.1701.05637,
title = {Design and Analysis of Stability-Guaranteed PUFs},
author = {Wei-Che Wang and Yair Yona and Suhas Diggavi and Puneet Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.05637},
year = {2017}
}