基于D触发器仲裁器PUF的改进设计与性能分析

"本文主要探讨了物理不可克隆函数(Physical Uncloneable Function，PUF)的设计与改进，特别是在仲裁器PUF方面的创新。PUF是一种利用物理设备固有的微小差异来实现的安全技术，具有快速响应和不可复制的特性，广泛应用于身份验证和密钥生成等领域。针对传统仲裁器PUF的输出不平衡性和易受攻击的问题，文章提出了基于D触发器的仲裁器PUF改进方案，旨在提高其安全性和可靠性。 研究中首先介绍了PUF的基本概念，强调了它的主要特点：易于评估和难以特征化。PUF的评价过程迅速，而攻击者在有限资源下几乎不可能准确预测其响应。接着，文章详细描述了传统的仲裁器PUF设计，该设计基于信号传输延迟和仲裁器，由对称的信号路径和64个开关组成，输出取决于哪条路径的信号先到达。然而，这种设计的输出0和1的比例不平衡，使得PUF更易遭受攻击。 针对这一问题，作者提出了改进的仲裁器PUF设计方案，主要变化包括： 1. 引入了传输信号生成模块和激励信号生成模块，这有助于更精细地控制信号传输和响应，从而可能提高输出的平衡性。 2. 增加了开关的数量，从64个增加到128个，这可以增加设计的复杂性，增加攻击者的建模难度。 3. 将仲裁器中的D锁存器替换为边沿触发的D触发器，以减少亚稳态带来的不稳定性。D触发器在建立时间内的稳定性可以显著提升系统的整体性能和安全性。 通过对传统设计的这些改进，预期能够增强仲裁器PUF的抗攻击能力，降低成功预测输出的可能性，从而更好地满足PUF的安全需求。此研究在FPGA平台上实现了这一改进方案，并对其性能进行了测试，以验证改进的有效性。 这篇阅读笔记深入分析了仲裁器PUF的现有问题，并提出了一种增强安全性的解决方案。通过对设计的优化，尤其是采用D触发器，有望实现更均衡的输出和更高的安全性，这对于未来PUF在物联网设备、嵌入式系统以及安全通信等领域的应用具有重要意义。"