8、从统计到电路：未来物理不可克隆函数的基础

从统计到电路：未来物理不可克隆函数的基础

1. PUF 基本原理与应用

PUF（Physical Unclonable Function，物理不可克隆函数）是利用芯片制造过程中的随机变化来生成唯一响应的技术。其工作流程主要包括测试统计量（TS）计算和量化步骤。
- 测试统计量（TS） ：通常是两个选定环形振荡器（RO）的频率差。由于物理测量存在噪声，TS 也会受到噪声影响。
- 量化步骤 ：将实值的 TS 映射为数字响应 R。例如，简单的量化函数是检查 TS 值的符号，负值产生 0 响应，正值或零产生 1 响应。一些研究将量化步骤推广为模糊提取过程，除了响应 R 还生成额外的辅助数据位，用于纠正 TS 中的噪声影响。

现代硅技术中存在大量的工艺变化，可用于实现身份映射。近年来，有利用 SRAM 和触发器的启动状态、片上逻辑延迟以及片上电网电阻等的 PUF 技术提案。

PUF 的典型应用是身份验证。验证者从可信源获取已知的挑战 - 响应（C/R）对表，选择一个挑战发送给 PUF，然后将响应与表中注册的响应进行比较。为防止回放攻击，每个 C/R 对只能使用一次，因此 PUF 的可信寿命由表中 C/R 对的数量决定。此外，每个 C/R 对在 PUF 群体中必须唯一，以防止混淆，这也决定了可以部署的 PUF 电路数量。

2. PUF 质量因素

PUF 的质量因素主要包括成本、可靠性和安全性，好的 PUF 设计需要在这三个因素之间进行权衡。
| 质量因素 | 描述 |
| ---- | ---- |
| 成本 | 低成本的