Xilinx、Altera 和 Microsemi 器件上物理不可克隆函数生成比特串的统计质量比较
密码学与安全
2024-08-14 v1
摘要
熵或随机性代表了安全相关操作（如密钥生成）中的基础安全属性。密钥生成又是认证和加密等安全协议的核心。物理不可克隆函数（PUF）是基于硬件的原语，可在现代微电子器件和应用中充当密钥生成引擎。PUF 从制造变化中提取熵，这些变化自然存在于同一器件的副本内部及副本之间。然而，代表熵的随机变化水平与 PUF 生成比特串的质量密切相关，且因制造商而异。本文评估了由三家主流 FPGA 厂商——Xilinx、Altera 和 Microsemi——制造的器件集合中的熵。用于评估的器件被视为低端商用器件，以使分析更贴合物联网应用。评估中使用了 SiRF PUF，该 PUF 在三种器件中构建几乎相同，仅 PUF 架构中使用的某些逻辑单元原语存在细微差异，这些差异对我们的比较分析影响很小。SiRF PUF 使用高分辨率时间数字转换器（TDC），该转换器由器件内嵌的高速进位链逻辑构成，用于测量工程化逻辑门网表中的路径延迟，作为熵源。因此，我们的分析包括对三种器件类别中实际路径延迟变化的评估，以及对 PUF 生成比特串的统计评估。此外，还使用工业标准温度实验收集的数据进行了可靠性分析，以完善对 PUF 重要统计特性的评估。
引用
@article{arxiv.2408.06463,
title = {Statistical Quality Comparison of the Bitstrings Generated by a Physical Unclonable Function across Xilinx, Altera and Microsemi Devices},
author = {Jenilee Jao and Kristi Hoffman and Cheryl Reid and Ryan Thomson and Michael Thompson and Jim Plusquellic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.06463},
year = {2024}
}
备注
15 pages, 22 figures, IEEE journal