9、PUF架构的攻击与防御机制解析

PUF架构的攻击与防御机制解析

1. PUF的基本应用

物理不可克隆函数（PUF）在密码学领域有着重要应用，可用于生成加密算法所需的密钥。不过，密码学应用对错误零容忍，而PUF的输出存在噪声，会引入一些误差。因此，需要将纠错码和辅助数据结合使用，以确保PUF每次都能给出准确的正确响应。辅助数据可以存储在芯片上，也可以外部存储在服务器中。

2. PUF面临的攻击类型

2.1 基于机器学习的攻击

数值建模攻击是针对PUF提出的早期攻击技术之一。利用一组挑战 - 响应对（CRPs），结合支持向量机（SVM）、逻辑回归（LR）和进化策略（ES）等机器学习技术，能够准确预测PUF在整个挑战 - 响应空间的输出结果。

虽然提出了仲裁器PUF（APUF）和环形振荡器PUF（RO PUF）的不同变体，以增加电路的非线性来对抗建模攻击，但PUF在建模攻击下的安全性仍存疑。

以标准仲裁器PUF为例，其总延迟差的数学模型如下：
- (Delay = w^T * \phi) (3.1)
- (w^T = (w_1, w_2, … w_{K + 1})^T) (3.2)
- (w_1 = \frac{\delta_0^1 - \delta_1^1}{2})，(w_i = \frac{\delta_0^{i - 1} + \delta_1^{i - 1} + \delta_0^i - \delta_1^i}{2})（对于所有 (i = 2, .., k)），(w_{K + 1} = \frac{\delta_0^K + \delta_1^K}{2}) (3.3)
- (\phi(C) = (\phi_