10、物理不可克隆函数（PUF）：从基础到应用

物理不可克隆函数（PUF）：从基础到应用

一、引言

在当今社会，电子设备无处不在，且未来其普及程度可能会进一步加深。然而，这种普及也使得电子设备成为了攻击者的目标，引发了隐私和信息安全问题。传统密码学通过秘密二进制密钥来保障安全，但在实际应用中，由于物理攻击（如侵入式、半侵入式或侧信道攻击）和软件攻击（如 API 攻击和病毒），密钥很容易暴露。为应对这一问题，物理不可克隆函数（PUF）的概念应运而生。

PUF 是一种物理系统 S，它可以接受刺激或挑战 Ci，并给出相应的响应 RCi。这些响应依赖于系统 S 中超出原始制造商控制范围的制造差异或结构无序性，无法被精确克隆或复制。挑战 - 响应对（CRPs）是 PUF 的重要组成部分。PUF 主要分为强 PUF 和弱 PUF 两种类型。

二、强 PUF 和弱 PUF 的特点与应用

1. 强 PUF
   • 特点 ：具有大量可能的挑战，在有限时间内无法完全确定或测量所有的挑战 - 响应对。攻击者很难根据已知的挑战 - 响应对来预测随机挑战的响应。
   • 应用 ：常用于密钥建立和身份识别协议。例如，在身份识别协议中，中央权威机构（CA）持有 PUF 的许多 CRPs 列表。CA 随机选择 k 个挑战发送给嵌入 PUF 的硬件或安全令牌，如果硬件能正确返回相应的响应，则身份识别成功。这种方法避免了在硬件中存储秘密二进制密钥，也无需在移动设备中实现标准密码系统。
2. 弱 PUF