SRAM PUF核心特性仿真预测方法的研究

摘要

物理不可克隆函数（PUF）的出现提供了一种安全有效的防物理侵入式攻击的安全机制，PUF已经被认为是各类加密协议和安全架构中的核心模块。各类新型PUF层出不穷，但是由于各类PUF的结构不同、测试环境的变化，其性能指标评估方式也不同，而且既有文献资料中代表性数据不会公开，使得目前还没有一种能公平对比各类PUF性能的普适标准方法，PUF的安全特性仍然在研究当中，给PUF系统开发者在选择最恰当的PUF时带来一定的挑战。
　　本文对各种PUFs中使用最为广泛的SRAM PUF的稳定性（或健壮性）和随机性（或不可预测性）做了较为深入的研究，并给出其特性的仿真预测方法。一方面，通过对传统的SRAM单元稳定性衡量指标静态噪声容限（SNM）的各种测量方法的研究和分析，提出了适合于SRAM用作PUF时其稳定性的物理数学模型PSNM；另一方面，借鉴热力学能量和熵的关系，提出SRAM PUF上电过程中吸收能量与上电结果熵值存在确定关系的思想。基于PSNM和熵能关系的理论，搭建了SRAM片上测试平台和仿真测试平台。
　　实验结果表明，基于SRAM单元SNM的PSNM模型是合理可行的，并且热力学熵能关系的思想可以很好地移植到SRAM PUF最小熵的研究中。虽然PUF的安全特性可以用基于物理电子的数学模型进行理论上的评估，但是数学模型不能够全面真实地捕获PUF实体的物理属性，本文给出的理论分析模型并不十分完善，要达到更加准确的预测，该方案仍需改进。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本文的主要工作

1.4 本文的组织结构

2 SRAM PUF实现机理

2.1 基于存储器的PUF

2.2 SRAM PUF

2.3 SRAM PUF的模拟指纹

2.4 本章小结

3 SRAM PUF核心特性理论前导

3.1 SRAM PUF核心特性片上测试指标

3.2 SRAM PUF稳定性的片级仿真

3.3 SRAM PUF稳定性模型

3.4 SRAM PUF随机性模型

3.5 本章小结

4 SRAM PUF核心特性的仿真预测

4.1 预测工具软硬件平台

4.2 随机性研究实验

4.3 稳定性研究实验

4.4 老化测试

4.5 本章小结

5 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录