19、逆向基于物理不可克隆函数（PUF）的认证协议解析

逆向基于物理不可克隆函数（PUF）的认证协议解析

1. 引言

在当今的数字安全领域，设备认证和密钥交换是至关重要的环节。物理不可克隆函数（PUF）因其利用设备的物理特性，提供了一种安全、稳健且低成本的机制，受到了广泛关注。本文将详细介绍一种新型的逆向基于PUF的认证协议，包括其构建、安全性分析以及认证密钥交换等方面。

2. PUF相关背景知识

PUF利用设备的物理特性，这些特性易于测量，但难以表征、建模或复制。当向PUF施加一个称为挑战（C）的刺激时，它会产生一个响应（R），响应取决于挑战和设备中独特的内在随机性。挑战和其对应的响应被称为挑战 - 响应对（CRP）。PUF通常满足以下安全假设：
- 不可预测性 ：对手无法在不建模其内在特性的情况下预测特定PUF挑战的响应。而且，一个CRP的响应Ri对另一个不同CRP的响应Rj提供的信息很少。
- 不可克隆性 ：对手无法在其他设备或软件中模拟PUF的行为，因为其行为完全依赖于原始设备的物理特性。
- 鲁棒性 ：PUF的输出随时间稳定，多次使用相同挑战查询时，相应的响应相似，这为应用纠错码以获得稳定响应提供了可能。

满足这些假设的PUF可用于设备识别和认证、硬件 - 软件绑定或安全存储加密密钥等。电子PUF可轻松集成到集成电路中，主要有三种类型：
| PUF类型 | 原理 | 示例 |
| ---- | ---- | ---- |
| 基于延迟的PUF | 基于数字竞争条件或频率变化 | 仲裁器PUF、环形振荡器PUF |
| 基