利用忆阻交叉阵列中的非线性电导与模拟状态调谐实现高安全物理不可克隆密码原语

快速发展的硬件本征安全原语旨在解决信息技术时代大规模互联世界面临的重大安全挑战。此类原语的主要思想是利用电子硬件中实例特定的工艺诱导变异作为密码数据的来源。在新兴技术中，忆阻器件因其操作中固有的随机性而为安全应用提供了独特的机会。本文中，我们通过积极利用器件非线性 I-V 特性及其模拟调谐中的工艺诱导变异，基于三维无源金属氧化物忆阻交叉阵列，报告了一种稳健、密集且可重构的物理不可克隆函数原语的原型。我们首先基于单片集成的 10x10 250-nm 半节距忆阻交叉阵列双层堆栈，表征了安全原语基本构建模块的安全指标。实验结果表明，在总计约 697,000 个响应中随机抽取的 6,000 个 64 位响应样本上测量的平均均匀性和扩散性接近理想的 50%，两项指标的标准差均为 5%。通过在同一交叉阵列内重新调整交叉点器件的电导而在较小样本上评估的唯一性也接近理想的 50% ± 1%，而在 ±20% 电源变化下于 30 天窗口内测得的最小误码率（即可靠性的倒数）约为 1.5% ± 1%。随后，我们利用基本模块的多个实例演示了具有 10 位隐藏挑战生成的物理不可克隆功能原语，该原语可编码超过 10^19 个挑战-响应对，并具有相当的均匀性、扩散性和误码率。