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无线传感器网络中基于PUF的轻量级多网关身份认证协议
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作者 王雄 王文博 +3 位作者 刘昂 许盛伟 李伟麟 张泽昊 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第4期1230-1238,共9页
针对无线传感器网络中多网关身份认证协议所存在的计算效率低、缺乏安全性以及无线传感器资源受限等问题,提出了一种基于不可克隆函数(PUF)的轻量级多网关身份认证协议。该协议全部使用异或、哈希函数等轻量级运算保证加密传输和完整性... 针对无线传感器网络中多网关身份认证协议所存在的计算效率低、缺乏安全性以及无线传感器资源受限等问题,提出了一种基于不可克隆函数(PUF)的轻量级多网关身份认证协议。该协议全部使用异或、哈希函数等轻量级运算保证加密传输和完整性验证,每个设备利用PUF函数生成“设备指纹”标志其唯一性,并且通过提出的网络架构能够解决网关节点计算瓶颈和单点故障问题。其次通过随机预言模型、ProVerif协议仿真工具和非形式化安全分析,证明了所提协议满足信息传输机密性、完整性、匿名性等14种安全属性。最后在统一的性能基准下通过与近年相关协议进行分析对比,结果表明所提协议在效率、存储成本和安全属性方面具有较大的优势。 展开更多
关键词 不可克隆函数 轻量级 多网关 身份认证协议
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基于PUFS的不经意传输协议 被引量:2
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作者 郭渊博 张紫楠 杨奎武 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第S1期38-43,共6页
不经意传输(OT,oblivious transfer)协议是密码学中的一个基本协议。基于物理不可克隆函数(PUF,physical unclonable function)给出物理不可克隆函数系统(PUFS,physical unclonable function system)的概念,并在此基础上提出一个新的不... 不经意传输(OT,oblivious transfer)协议是密码学中的一个基本协议。基于物理不可克隆函数(PUF,physical unclonable function)给出物理不可克隆函数系统(PUFS,physical unclonable function system)的概念,并在此基础上提出一个新的不经意传输协议(POT,PUFS based OT),最后在通用可组合(UC,universal composition)框架内给出POT协议抵抗静态敌手的安全性证明。相比于传统基于公钥加密的OT方案,POT协议不使用任何可计算的假设,而是基于PUFS的安全属性实现,因此在很大程度上减小了计算和通信开销。 展开更多
关键词 不经意传输 物理不可克隆函数(PUF) 物理不可克隆函数系统(pufs) UC框架
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MS PUF:抗机器学习建模攻击的多维协同强PUF设计
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作者 左欣怡 马双宝 +3 位作者 李少青 王振宇 刘威 张洋 《计算机工程》 北大核心 2025年第8期62-73,共12页
物理不可克隆函数(PUF)在资源受限的信息安全领域起着至关重要的作用,然而广泛使用的仲裁器PUF(APUF)及其变体因结构简单和防御维度单一,面临机器学习建模攻击的威胁,同时具有高防御能力的PUF设计通常伴随着较高的硬件成本。为应对这些... 物理不可克隆函数(PUF)在资源受限的信息安全领域起着至关重要的作用,然而广泛使用的仲裁器PUF(APUF)及其变体因结构简单和防御维度单一,面临机器学习建模攻击的威胁,同时具有高防御能力的PUF设计通常伴随着较高的硬件成本。为应对这些挑战,提出一种新型的多维协同PUF(MS PUF)设计,旨在平衡强大的抗建模攻击能力和低硬件开销。该设计以APUF为基础,融合了弱PUF、线性反馈移位寄存器(LFSR)和多路复用器(MUX),通过异或操作混淆输入信号并动态控制MUX输出,增强了PUF响应的安全性和不可预测性。在此设计中,MUX的输出有两种选择:一是直接采用弱PUF序列,二是通过分组异或处理并采用由弱PUF初始化的LFSR生成的序列。此外,MS PUF通过引入逐层异或混淆机制,构筑了一个多层次、多维度的协同安全防御策略。实验结果表明,MS PUF在均匀性、唯一性和可靠性等关键性能指标上表现优异,且硬件开销低,在防御逻辑回归(LR)、支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)、卷积神经网络(CNN)以及全连接长短时记忆(FC-LSTM)网络等多种机器学习建模攻击时,MS PUF的预测准确率均接近50%,展示了出色的防御能力。 展开更多
关键词 仲裁器物理不可克隆函数 机器学习建模攻击 硬件开销 多维协同PUF 逐层异或混淆机制
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车联网V2N中的轻量级双向认证与密钥协商
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作者 柳亚男 曹磊 +3 位作者 张正 李戈 邱硕 王苏豪 《信息安全研究》 北大核心 2025年第8期753-760,共8页
针对车联网(IoV)的V2N(vehicle to network)环境中车辆安全接入应用服务器场景,提出一种基于物理不可克隆函数(physical unclonable function,PUF)的Kerberos扩展协议PuKE-V2N,实现车辆与远程应用服务器之间的双向认证和与密钥协商,保障... 针对车联网(IoV)的V2N(vehicle to network)环境中车辆安全接入应用服务器场景,提出一种基于物理不可克隆函数(physical unclonable function,PUF)的Kerberos扩展协议PuKE-V2N,实现车辆与远程应用服务器之间的双向认证和与密钥协商,保障V2N数据传输的保密性与认证性.利用PUF产生的激励响应对代替标准Kerberos的口令认证,从而防止攻击者通过入侵、半入侵或侧信道攻击等物理攻击造成的密钥泄露威胁.而Kerberos的轻量级双向认证协议,可以克服公钥认证算法计算复杂度高、速度慢的缺陷,高效实现车辆与应用服务器之间的安全数据传输. 展开更多
关键词 KERBEROS 物理不可克隆函数 身份认证 车联网 轻量
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基于PUF的电力物联网智能终端认证协议 被引量:1
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作者 袁征 张跃飞 +1 位作者 冯笑 乔雅馨 《信息网络安全》 北大核心 2025年第1期13-26,共14页
电力系统逐步向智能化和数字化转型,越来越多的终端设备通过物联网技术实现互联和数据共享,但由于设备多样性、资源受限、通信环境复杂、物理分布广泛等特点以及高实时性需求,电力物联网智能终端安全验证在密码破解、仿冒攻击和复杂性... 电力系统逐步向智能化和数字化转型,越来越多的终端设备通过物联网技术实现互联和数据共享,但由于设备多样性、资源受限、通信环境复杂、物理分布广泛等特点以及高实时性需求,电力物联网智能终端安全验证在密码破解、仿冒攻击和复杂性等方面面临严峻的挑战。为应对电力物联网智能终端在通信中的认证安全性挑战,引入PUF技术并设计扩展CRP结构,提出一种基于物理不可克隆函数(PUF)的电力物联网智能终端认证协议。使用ProVerif工具和Tamarin工具进行模拟实验,证明该协议能够有效抵御常见攻击,如中间人攻击和仿冒攻击等,对轻量级和双向认证等协议特征进行理论分析,并与相似方案进行比较,结果显示该方案在多方面具有显著优势。该研究为电力物联网智能终端的安全认证提供了一种高效的解决方案,不仅弥补了传统认证方案的不足,还为未来的电力物联网系统提供更为安全可靠的技术基础,有助于提升电力系统的整体安全水平和运行效率。 展开更多
关键词 电力物联网 智能终端 物理不可克隆函数 身份认证
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面向电力物联网设备的基于PUF的轻量级认证协议 被引量:1
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作者 张跃飞 袁征 +1 位作者 冯笑 乔雅馨 《计算机应用研究》 北大核心 2025年第5期1541-1548,共8页
随着电力物联网设备的普及和应用范围的不断扩大,对于这些设备的安全性和认证机制的需求日益增加。传统的认证方式存在着密钥管理复杂、计算成本高等问题,因此迫切需要一种轻量级且高效的认证协议来满足电力物联网设备的安全需求。针对... 随着电力物联网设备的普及和应用范围的不断扩大,对于这些设备的安全性和认证机制的需求日益增加。传统的认证方式存在着密钥管理复杂、计算成本高等问题,因此迫切需要一种轻量级且高效的认证协议来满足电力物联网设备的安全需求。针对这一问题,提出了一种新的基于物理不可克隆函数(PUF)的轻量级认证协议,该协议通过改进传统PUF认证机制,设计扩展挑战-响应对(CRP)结构,低成本实现对电力物联网设备的高安全认证。在介绍了电力物联网设备安全性挑战和PUF技术原理的基础上,详细阐述了提出的认证协议的设计思路和关键步骤,并对其在应用中的安全性和性能进行了分析和评估。研究结果表明,所提出的基于PUF的轻量级认证协议在安全性和效率上均具有较好的性能,能够有效应对电力物联网设备面临的安全威胁,具有一定的实用和推广价值。 展开更多
关键词 电力物联网 物理不可克隆函数 轻量级 认证 安全性分析
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面向云边协同无人机网络的高效切换认证协议
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作者 芮立 张雄伟 +1 位作者 杨吉斌 徐伟光 《通信学报》 北大核心 2025年第6期60-72,共13页
针对在云边协同环境中现有无人机网络切换认证协议存在认证效率低下、物理安全属性缺失等问题,提出一种基于物理不可克隆函数(PUF)的高效切换认证协议,在云边架构条件下实现了无人机在不同地面站间的轻量级切换认证。所提协议设计了匿... 针对在云边协同环境中现有无人机网络切换认证协议存在认证效率低下、物理安全属性缺失等问题,提出一种基于物理不可克隆函数(PUF)的高效切换认证协议,在云边架构条件下实现了无人机在不同地面站间的轻量级切换认证。所提协议设计了匿名响应分割方法,利用加法同余思想对认证使用的挑战-响应对进行分割保护,增强了对机器学习攻击的防御能力。构建了基于中国剩余定理的动态挑战-响应对分片批量同步机制,实现区域内非实时数据预协商,提高了实时切换认证效率和切换稳定性。安全分析与性能评估表明,与现有协议相比,所提协议提供了更加全面的安全属性,且地面站的计算开销降低了9.1%以上,整体通信开销降低了13.8%以上。 展开更多
关键词 无人机网络 云边协同 切换认证协议 物理不可克隆函数 中国剩余定理
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基于PUF和切比雪夫映射的认证与密钥协商方案
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作者 葛宇 梁静 熊玲 《计算机工程与设计》 北大核心 2025年第5期1335-1341,共7页
针对物联网终端设备与服务器通信过程中的身份认证与密钥协商问题,提出一种认证密钥协商方案。基于物理不可克隆函数(physical unclonable function, PUF)设计终端设备与服务器之间的双向认证,利用切比雪夫映射的半群特性设计相应的密... 针对物联网终端设备与服务器通信过程中的身份认证与密钥协商问题,提出一种认证密钥协商方案。基于物理不可克隆函数(physical unclonable function, PUF)设计终端设备与服务器之间的双向认证,利用切比雪夫映射的半群特性设计相应的密钥协商机制。结合随机预言模型对方案进行安全性分析,验证了该方案的正确性和有效性。与近年来具有代表性的认证密钥协商方案对比结果表明,该方案实现了计算开销与安全属性的平衡,具有高安全性和实用性。 展开更多
关键词 物联网终端设备 切比雪夫映射 物理不可克隆函数 身份认证 密钥协商 计算开销 安全属性
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基于模糊提取器的无人机轻量级安全认证方法
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作者 陈瑞政 李宁 +2 位作者 郭艳 何明 韦建宇 《计算机工程与设计》 北大核心 2025年第5期1356-1363,共8页
针对无人机在应用中遭遇的安全威胁,设计一种名为LSAKA的轻量级安全认证与密钥协商协议。通过无人机在基站注册并生成假名来保护其真实身份,利用物理不可克隆函数(PUF)并辅以模糊提取器,在确保产生会话密钥安全性的前提下,解决PUF中的... 针对无人机在应用中遭遇的安全威胁,设计一种名为LSAKA的轻量级安全认证与密钥协商协议。通过无人机在基站注册并生成假名来保护其真实身份,利用物理不可克隆函数(PUF)并辅以模糊提取器,在确保产生会话密钥安全性的前提下,解决PUF中的噪声问题。通过Real-Or-Random(ROR)模型下的形式安全证明和AVISPA工具的形式化安全验证,辅以安全性分析,证实LSAKA协议能够有效抵御物理捕获、重放攻击、消息篡改及冒充攻击在内的多种威胁。性能评估表明,LSAKA在计算和通信开销上表现优异,确保了无人机通信的安全可靠,适用于资源受限的无人机环境。 展开更多
关键词 无人机 安全认证 轻量级 物理不可克隆函数 模糊提取器 密钥协商 ROR模型
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工业物联网中基于PUFs轻量级的密钥交换协议研究 被引量:5
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作者 夏艳东 戚荣鑫 季赛 《计算机应用与软件》 北大核心 2022年第3期316-321,共6页
为了保障数据的安全性和隐私性,防止恶意用户访问传感器设备,针对工业物联网提出一种轻量级的认证与密钥交换协议。该协议采用物理不可克隆函数,模糊提取器保障传感器设备的安全。同时采用单向散列函数、异或操作和对称加解密等技术建... 为了保障数据的安全性和隐私性,防止恶意用户访问传感器设备,针对工业物联网提出一种轻量级的认证与密钥交换协议。该协议采用物理不可克隆函数,模糊提取器保障传感器设备的安全。同时采用单向散列函数、异或操作和对称加解密等技术建立安全的会话通道。实验结果表明,相比于其他认证方案,该协议有效减少了密钥交换的通信和计算开销,所提出的协议适用于资源受限的传感器设备且能够抵抗现有多种已知攻击。 展开更多
关键词 工业物联网 物理不可克隆函数 模糊提取器 密钥交换
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提高SRAM PUFs密钥生成可靠性的方法
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作者 李冰 金涛 陈帅 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期133-141,共9页
在基于PUFs的密钥生成与存储系统中,密钥生成的可靠性由PUFs响应的错误率决定.通过对不同长度下的SRAM PUFs响应进行最大错误率统计和最小熵统计发现,SRAM PUFs内部错误分布不均,导致难以选择合适的纠错码;提出使用地址块选择算法来选... 在基于PUFs的密钥生成与存储系统中,密钥生成的可靠性由PUFs响应的错误率决定.通过对不同长度下的SRAM PUFs响应进行最大错误率统计和最小熵统计发现,SRAM PUFs内部错误分布不均,导致难以选择合适的纠错码;提出使用地址块选择算法来选取错误率低的地址块,降低SRAM PUFs响应错误率,使用参数化的辅助数据算法(HDA)提高纠错能力.实验结果表明,当SRAM PUFs最大错误率为15%时,通过改变参数寄存器的长度,纠错模块可以降低11%的错误率,有效提高密钥生成的可靠性. 展开更多
关键词 辅助数据算法 地址块选择算法 密钥生成与存储 物理不可克隆函数(pufs) 可靠性
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V2G中基于PUF的轻量级匿名认证协议 被引量:2
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作者 范馨月 刘洁 何嘉辉 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期129-141,共13页
针对现有车辆到电网(V2G)网络认证协议中功能不够完善、通信开销大、计算开销高等问题,提出了一种基于物理不可克隆函数(PUF)的轻量级匿名认证协议,可以抵抗机器学习建模攻击。所提协议采用哈希函数和ASCON密码算法,实现车辆、充电桩和... 针对现有车辆到电网(V2G)网络认证协议中功能不够完善、通信开销大、计算开销高等问题,提出了一种基于物理不可克隆函数(PUF)的轻量级匿名认证协议,可以抵抗机器学习建模攻击。所提协议采用哈希函数和ASCON密码算法,实现车辆、充电桩和能源提供商之间快速的三方认证与密钥协商。通过模糊提取器结合生物特征和用户密码,实现双因素验证、密码和生物特征更新功能,并通过密码学动态累加器提供有效的用户撤销策略。ROR模型和Scyther形式化验证工具证明了所提协议的安全性,非形式化安全分析表明所提协议能抵抗物理攻击、位置伪造攻击、特权内部攻击等多种安全攻击。与近几年协议的性能对比分析表明,所提协议平均减少了约35.9%的通信开销和29.9%的计算开销,高度适用于资源有限的V2G环境。 展开更多
关键词 匿名认证 用户撤销 物理不可克隆函数 轻量级 车辆到电网
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基于物理不可克隆函数的轻量级可证明安全车联网认证协议 被引量:1
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作者 夏卓群 苏潮 +1 位作者 徐梓桑 龙科军 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3788-3796,共9页
车联网(IoVs)广泛用于获取车辆和道路状况等信息,但是这些信息都是在公共信道中进行传输,所以最重要和关键的要求之一就是在严格延迟要求下的数据安全。其中,认证是解决数据安全最常用的方法,但是由于车联网的资源受限和对延迟敏感等特... 车联网(IoVs)广泛用于获取车辆和道路状况等信息,但是这些信息都是在公共信道中进行传输,所以最重要和关键的要求之一就是在严格延迟要求下的数据安全。其中,认证是解决数据安全最常用的方法,但是由于车联网的资源受限和对延迟敏感等特点,车辆认证需要在一定的消耗和延迟内完成。然而,现有方案容易遭受物理、伪造和共谋等攻击,同时也产生了昂贵的通信和计算成本。该文提出一种基于物理不可克隆函数(PUF)的车路云协同轻量级安全认证方案。所提议方案采用轻量级的物理不可克隆函数作为车联网实体的信任保证,抵御攻击者对实体的物理和共谋等攻击;采用车路云协同的架构,在经过可信机构(TA)认证的路边单元(RSU)上完成认证运算,大大减轻了TA的计算压力,并将挑战响应对(CRPs)的更新应用到假名的构造更新中,保护身份和轨迹隐私的同时也能在身份追踪阶段披露恶意车辆身份。在实际场景的模拟实验中,通过与其它方案进行比较,表明该方案更加安全和高效。 展开更多
关键词 车联网 认证协议 隐私保护 物理不可克隆函数 车路云协同
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物理不可克隆函数-多位并行异或运算一体化设计技术 被引量:1
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作者 李刚 周俊杰 +2 位作者 汪鹏君 张茂林 郭宇锋 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4101-4111,共11页
物理不可克隆函数(PUF)和异或(XOR)运算在信息安全领域均发挥着重要作用。为突破PUF与逻辑运算之间的功能壁垒,通过对PUF工作机理和差分串联电压开关逻辑(DCVSL)的研究,该文提出一种基于DCVSL异或门级联单元随机工艺偏差的PUF和多位并... 物理不可克隆函数(PUF)和异或(XOR)运算在信息安全领域均发挥着重要作用。为突破PUF与逻辑运算之间的功能壁垒,通过对PUF工作机理和差分串联电压开关逻辑(DCVSL)的研究,该文提出一种基于DCVSL异或门级联单元随机工艺偏差的PUF和多位并行异或运算电路一体化设计方案。通过在DCVSL异或门差分输出端增加预充电管并在对地端设置管控门,可实现PUF特征信息提取、异或/同或(XOR/XNOR)运算和功率控制3种工作模式自由切换。此外,针对PUF响应稳定性问题,提出极端工作点和黄金工作点共同参与标记的不稳定位混合筛选技术。基于TSMC 65 nm工艺,对输入位宽为10位的电路进行全定制版图设计,面积为38.76 μm^(2)。实验结果表明,PUF模式下,可产生1024位输出响应,混合筛选后可获得超过512位稳定的密钥,且具有良好的随机性和唯一性;运算模式下,可同时实现10位并行异或和同或运算,功耗和延时分别为2.67 μW和593.52 ps。功控模式下,待机功耗仅70.5 nW。所提方法为突破PUF“功能墙”提供了一种新的设计思路。 展开更多
关键词 物理不可克隆函数 逻辑运算 一体化设计 稳定性筛选 硬件安全
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基于超晶格PUF的轻量级信息论安全密钥达成协议 被引量:1
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作者 解建国 刘晶 +2 位作者 吴涵 徐莉伟 陈小明 《密码学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期387-402,共16页
物理不可克隆函数(physicalunclonablefunction,PUF)是一种新型硬件安全原语,提取由器件制造过程中不可避免的随机差异作为密钥.超晶格PUF自提出以来,由于其良好的强PUF特性吸引了国内外诸多学者投入到超晶格随机数发生器和身份认证研究... 物理不可克隆函数(physicalunclonablefunction,PUF)是一种新型硬件安全原语,提取由器件制造过程中不可避免的随机差异作为密钥.超晶格PUF自提出以来,由于其良好的强PUF特性吸引了国内外诸多学者投入到超晶格随机数发生器和身份认证研究中.但是目前针对超晶格PUF的多方密钥达成协议研究仍然较少,尤其是面向轻量级设备场景.本文提出了一种基于超晶格PUF的轻量级密钥达成协议,阐述了从超晶格PUF派生密钥的方法,并提供信息论安全.通过引入可信第三方来实现持有超晶格PUF的终端设备的注册和会话密钥达成等功能.分析了该协议的攻击模型,证明了其信息论安全.最后在Cortex-A7平台进行实验验证,阐述了其效率和适用性.所提密钥达成协议专注于轻量级群组用户需求,对未来车联网、工业物联网等场景下的安全需求具有重要意义. 展开更多
关键词 密钥达成 物理不可克隆函数 协议 安全性分析 超晶格
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一种面向PUF的模糊提取器设计与实现 被引量:1
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作者 宋敏特 侯凯 +2 位作者 茹占强 王争光 宋贺伦 《中国科学院大学学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第1期127-135,共9页
基于SRAM等方案实现的物理不可克隆函数(PUF)易于受电压变化、热噪声等环境因素影响,存在可复现性较差的内在缺点,因此极大限制了其在密码和通信等领域的应用。借助BCH码的精确纠错译码特性,设计了一种具有大纠错容量的模糊提取器,用于... 基于SRAM等方案实现的物理不可克隆函数(PUF)易于受电压变化、热噪声等环境因素影响,存在可复现性较差的内在缺点,因此极大限制了其在密码和通信等领域的应用。借助BCH码的精确纠错译码特性,设计了一种具有大纠错容量的模糊提取器,用于实现SRAM原始数据的重建。搭载本设计的SRAM PUF芯片在华虹宏力0.11μm CMOS平台制造,模糊提取器部分消耗面积为306267μm 2,搭载的本源BCH码具有127 bit的码长和27 bit的纠错能力,满足PUF的实际应用需求。 展开更多
关键词 物理不可克隆函数 BCH码 模糊提取器 数字集成电路设计
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基于非正交离散变换的物理不可克隆函数可靠性提升算法
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作者 李诗扬 倪少杰 +2 位作者 邓丁 陈雷 林红磊 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2024年第7期2116-2122,共7页
为了解决物理不可克隆函数(PUF)受外部环境和自身老化因素影响存在响应不稳定的问题,提出基于非正交离散(NOD)变换的PUF可靠性提升算法。首先,设计了一种重排序混淆器,将随机种子向量及PUF响应经重排序混淆器迭代处理后得到非正交混淆... 为了解决物理不可克隆函数(PUF)受外部环境和自身老化因素影响存在响应不稳定的问题,提出基于非正交离散(NOD)变换的PUF可靠性提升算法。首先,设计了一种重排序混淆器,将随机种子向量及PUF响应经重排序混淆器迭代处理后得到非正交混淆矩阵与混淆响应矩阵的内积,据此建立NOD谱,有效缓解了因PUF本身均匀性不足而产生偏向性密钥的问题;随后,通过分区编解码策略,赋予NOD谱一定的波动容错能力,将不稳定响应的影响限制在有限的范围,从而显著提高最终响应的可靠性。所提算法相较于传统基于纠错码的方法,需要的帮助数据更少。基于SRAM-XMC数据集进行实验,所提算法在对2949120组64位响应进行101次重复实验过程中平均可靠性达到99.97%,唯一性达到49.92%,均匀性达到50.61%。实验结果表明,所提算法能够在保证PUF响应均匀性与唯一性的同时有效提高可靠性。 展开更多
关键词 非正交离散变换 物理不可克隆函数 可靠性 分区编解码 唯一性 布尔函数
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SDL PUF:高可靠自适应偏差锁定PUF电路
18
作者 张源 罗静茹 张吉良 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2274-2280,共7页
物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function, PUF)作为一种新的硬件安全原语,通过提取工艺偏差产生唯一的响应序列为计算系统提供可信根。然而现有基于现场可编辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)的PUF难以在较宽的温... 物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function, PUF)作为一种新的硬件安全原语,通过提取工艺偏差产生唯一的响应序列为计算系统提供可信根。然而现有基于现场可编辑门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)的PUF难以在较宽的温度和电压范围内实现高可靠性。该文提出一种基于自定时环(Self-Timed Ring,STR)的自适应偏差锁定PUF(Self-adaption Deviation Locking PUF, SDL PUF),首先利用STR延迟引起的振荡频率差产生PUF响应;然后通过在初始化阶段自适应配置,有效扩大STR环内的事件到达时间偏差,从而显著提高PUF的可靠性;最后进一步提出一种对比混淆策略,通过提取工艺偏差自动生成随机比特配置并混淆比较器,以抵抗侧信道攻击。在Xilinx Virtex-6 FPGA上实验结果表明,SDL PUF在0~80°C的温度范围和0.85~1.15V的电压范围内误码率为0,唯一性和均匀性分别为49.29%和49.84%。 展开更多
关键词 物理不可克隆函数 自定时环 FPGA 可靠性
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基于混沌映射的抗机器学习攻击强物理不可克隆函数 被引量:1
19
作者 汪鹏君 方皓冉 李刚 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2281-2288,共8页
物理不可克隆函数(PUF)在硬件安全领域具有广阔的应用前景,然而易受到基于机器学习等建模攻击。通过对强PUF电路结构和混沌映射机理的研究,该文提出一种可有效抵御机器学习建模攻击的PUF电路。该电路将原始激励作为混沌映射初始值,利用... 物理不可克隆函数(PUF)在硬件安全领域具有广阔的应用前景,然而易受到基于机器学习等建模攻击。通过对强PUF电路结构和混沌映射机理的研究,该文提出一种可有效抵御机器学习建模攻击的PUF电路。该电路将原始激励作为混沌映射初始值,利用PUF激励响应映射时间与混沌算法迭代深度之间的内在联系产生不可预测的混沌值,并采用PUF中间响应反馈加密激励,进一步提升激励与响应映射的复杂度,增强PUF的抗机器学习攻击能力。该PUF采用Artix-7 FPGA实现,测试结果表明,即使选用的激励响应对数量高达106组,基于逻辑回归、支持向量机和人工神经网络的攻击预测率仍接近50%的理想值,并具有良好的随机性、唯一性和稳定性。 展开更多
关键词 物理不可克隆函数 机器学习 混沌映射 响应反馈
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基于RS和BCH码的SRAM-PUF密钥提取方法及性能分析 被引量:1
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作者 周昱 于宗光 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期187-193,共7页
物理不可克隆函数(PUF)是芯片制造过程中随机偏差形成的唯一和不可复制的物理指纹,使用这个特征可以鉴别各个芯片,然而PUF芯片因环境变化会影响输出,导致在认证应用时可能失败。介绍了模糊提取器的密钥提取方法,通过在静态随机存取存储... 物理不可克隆函数(PUF)是芯片制造过程中随机偏差形成的唯一和不可复制的物理指纹,使用这个特征可以鉴别各个芯片,然而PUF芯片因环境变化会影响输出,导致在认证应用时可能失败。介绍了模糊提取器的密钥提取方法,通过在静态随机存取存储器(SRAM)-PUF芯片中加入里德-所罗门(RS)硬解码,在认证系统中加入BCH软解码模块,纠正PUF在一定范围内变化来确保通过认证,并对SRAM-PUF电路在三温下进行实验分析。实验结果表明,SRAM-PUF电路的PUF点分布有较好的均衡性,在常温时可靠性接近100%,在低温条件下可靠性范围为98.84%~100%,在高温条件下,可靠性范围为97.77%~99%,当RS码和BCH码设计的纠错能力大于PUF可靠性时能够通过认证。 展开更多
关键词 物理不可克隆函数 静态随机存取存储器 模糊提取器 里德-所罗门码 BCH码
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