基于APUF的认证系统的FPGA实现开题报告

 2022-10-18 10:44:32

1. 研究目的与意义

物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions, PUFs)作为一种全球新兴的信息安全机制,具有低成本、高安全的特点,正在成为主流的信息安全产业的支撑,能够有效解决上述问题。

PUFs的本质是一种芯片指纹,该指纹来源于难以控制、无法预测、不可克隆的芯片制造差异,能够抵御针对NVM的物理攻击。

PUFs一般被分为强PUFs(Strong PUFs)与弱PUFs(Weak PUFs)两类:强PUFs具有指数级的激励响应对(ChallengeResponse Pairs,CRPs),主要用于安全认证;弱PUFs的响应输出数量与电路规模呈正比,主要用于密钥、ID等关键信息存储。

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2. 课题关键问题和重难点

基于仲裁器的PUF中激励和响应信号呈线性函数对应关系。

攻击者如果得每个单元的时延值,可以通过计算所有路径时延准确预知响应信号,尽管很难直接测量每个单元的时延,但是攻击者可以通过软件方法,利用机器学习建立时延模型,对任意激励信号都可以预测,因此基于仲裁器的PUF电路易受到模型攻击。

仲裁器的PUF 安全相关的中心问题在于,仲裁器的PUF可避免在硬件中使用明确的数字密钥,但其未必能完全避免所有的秘密信息存在于一般硬件中。

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3. 国内外研究现状(文献综述)

由于传统技术在物理上存在安全问题,所以可以考虑采用PUF,它能在物理层面提供安全保护。

然而,从 2010 年起发表的众多关于 PUF 的物理攻击的文章中可以清楚地看出,这种原语也不完全安全。

无论关于噪声和环境扰动的实验工作如何,这些攻击的巨大规模都对 PUF 技术提出了质疑。

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4. 研究方案

第一步,查找文献,完成关于基于FPGA的APUF实现,并且完成相应的工作要求; 第二步,在PC端使用MATLAB或C等软件实现基于APUF激励响应对的认证过程,尽量进行多种电路测试,保证设计完成的质量。

对于基于PUF的认证:物理不可克隆函数(PUF)电路,由于其对于一个激励(函数的输入)其响应(函数的输出)不仅与电路的结构有关还与电路实现时的工艺偏差有关,因工艺偏差不可控,可认为相同的PUF电路结构实现在不同芯片上得到的激励响应对(CRP)是不同的。

故PUF可以用来作为芯片认证。

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5. 工作计划

第1周: 从网上查找文献,并将导师所给的文献翻译第2周: 撰写开题报告和提交翻译第3周: 了解APUF的基本原理和结构,从网上查找资料并进行基础学习第4周: 了解基于PUF的认证方案,开始自主设计PUF电路第5周: 了解FPGA实现APUF的方案及电路调整方案,并且逐渐优化电路,找出自己的不足之处第6周: 基于FPGA实现APUF,并调整APUF电路性能,做好数据表格,进行多次测试,不懂之处找导师答疑分析第7周: 使用软件实现基于PUF的认证过程,并且学会灵活运用软件,一步一步的实行计划,把APUF FPGA电路的PUF电路具有唯一且不可隆的特性掌握第8周: 验证PUF性能,调整电路,把其低成本、高安全的特点体现出来第9周: 验证认证过程,并优化第10周:验证认证过程,并优化第11周:规整毕设资料,仔细写好毕设论文,反复观摩,发现问题立即改正第12周:提交论文 ,并好好温习毕设所学知识,为答辩做好准备第13周:认真准备答辩工作,为毕业找工作做准备第14周:毕设结束工作,回顾今年的毕设为自己做一个总结

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