33、基于物理不可克隆函数的鲁棒认证技术解析

基于物理不可克隆函数的鲁棒认证技术解析

1. 相关工作概述

现有基于物理不可克隆函数（PUF）的认证文献可分为三类：
- 实现可行性类 ：考虑可靠计算PUF对挑战响应的可行性，如部分文献为基于PUF的认证使用公钥密码学提供支持，与本文工作互补。
- 知识产权保护类 ：主要是基于实现的，常为可重构FPGA实现现有认证协议，不太适用于本文目的。
- 轻量级认证增强类 ：涵盖RFID系统的PUF协议和人类协议HB。RFID文献实现简单认证构造，近期关于HB协议的结果虽用PUF增强但不满足本文需求。

智能卡认证协议与本文框架相关，但PUF认证有独特要求，之前没有符合本文模型的智能卡协议。多因素认证协议虽有探索，但未考虑数据库受损时的用户仿冒问题。Boyen的工作用生物识别和模糊提取器实现零存储认证，本文解决方案与之有相似安全属性，但基于不同技术和设备类型，还增加了密码作为第二安全因素。

2. 安全模型

2.1 问题描述

认证涉及三个主要实体：服务器S、用户U和设备D。认证前，用户获取内置PUF的设备并与服务器进行注册协议。定义了两个程序：
- Enroll ：用户U在设备D的协助下向服务器S注册，成功后服务器获取并存储令牌credU用于后续认证。
- Auth ：用户U使用设备D，服务器S使用存储的凭证credU决定是否接受用户认证。

2.2 建模PUFs

PU