一種物理不可克隆功能電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物理不可克隆技術(shù)和集成電路技術(shù)，具體涉及一種物理不可克隆功能電路。該電路利用2N個(gè)電阻可產(chǎn)生N2個(gè)激勵(lì)響應(yīng)對(duì)，具有低成本、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合RFID、智能卡等低成本、低功耗應(yīng)用場合。
【背景技術(shù)】
[0002]物理不可克隆技術(shù)(Physical Unclonable Funct1n, PUF)是利用集成電路(Integrated Circuit)制造工藝的隨機(jī)偏差來產(chǎn)生密鑰或識(shí)別碼的一種集成電路技術(shù)。任意兩個(gè)不同的芯片上相同的PUF電路表現(xiàn)出差異性，產(chǎn)生的密鑰或識(shí)別碼具有一定的差異，而單個(gè)芯片上的PUF電路則表現(xiàn)出穩(wěn)定性，隨著芯片工作條件的改變，如電源電壓、溫度發(fā)生改變，其產(chǎn)生的密鑰或識(shí)別碼只有少數(shù)位發(fā)生變化。
[0003]利用PUF技術(shù)產(chǎn)生的密鑰或識(shí)別碼具有唯一性，且不可預(yù)測、不可復(fù)制、不可篡改，PUF電路掉電或復(fù)位，密鑰或識(shí)別碼則消失。PUF電路的唯一特性在集成電路的制造過程產(chǎn)生，即使復(fù)制完全相同的電路并制造出來，也無法得到相同的特性。因此，PUF技術(shù)比傳統(tǒng)上使用非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)密鑰或識(shí)別碼的方法具有更高的安全性，可以抵抗現(xiàn)有的以及未來可能出現(xiàn)的攻擊手段。PUF技術(shù)可提高應(yīng)用系統(tǒng)在加密、防偽等方面的安全性和可靠性，在信息安全領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用和市場前景。
[0004]一些應(yīng)用場合，如射頻識(shí)別(RFID)、智能卡等，通常工作在無源模式下，對(duì)芯片的功耗有嚴(yán)格的要求，并且希望芯片的成本越低越好。因此，設(shè)計(jì)一種性能好、面積小、功耗低的PUF電路具有重要的應(yīng)用意義。傳統(tǒng)的PUF電路，如仲裁器PUF、環(huán)形振蕩器PUF、靜態(tài)存儲(chǔ)器PUF，或在成本上，或在功耗上，存在一些不足之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了一種低成本、低功耗的物理不可克隆電路，利用集成電路電阻器件的工藝偏差來實(shí)現(xiàn)物理不可克隆的特性，適合RFID、智能卡等應(yīng)用場入口 ο
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種物理不可克隆功能電路，包括開關(guān)電阻電路、第一譯碼電路、第二譯碼電路、參考電壓電路和比較器；
所述開關(guān)電阻電路包括N個(gè)第一電阻和N個(gè)第二電阻和N個(gè)第一開關(guān)和N個(gè)第二開關(guān)，輸出一個(gè)隨機(jī)電壓信號(hào)，其中每個(gè)第一電阻的一端分別通過一個(gè)第一開關(guān)連接至電源，每個(gè)第二電阻的一端分別通過一個(gè)第二開關(guān)連接至地，所有N個(gè)第一電阻未與第一開關(guān)連接的一端與所有N個(gè)第二電阻未與第二開關(guān)連接的一端連接到一個(gè)公共端，該公共端連接至輸出的隨機(jī)電壓信號(hào)；
所述第一譯碼電路接收激勵(lì)信號(hào)，輸出N個(gè)第一控制信號(hào)分別連接至上述開關(guān)電阻電路中連接電源的N個(gè)第一開關(guān)；
所述第二譯碼電路接收激勵(lì)信號(hào)，輸出N個(gè)第二控制信號(hào)分別連接至上述開關(guān)電阻電路中連接地的N個(gè)第二開關(guān)；
所述參考電壓電路包括電阻1、電阻2、開關(guān)I和開關(guān)2，電阻I與電阻2串聯(lián)，該電阻I和電阻2串聯(lián)連接的公共端連接至輸出的參考電壓信號(hào)，電阻I另一端通過開關(guān)I連接至電源，電阻2另一端通過開關(guān)2連接至地，開關(guān)I和開關(guān)2由使能信號(hào)控制；
所述比較器的正輸入端連接上述參考電壓電路輸出的參考電壓信號(hào)，負(fù)輸入端連接上述開關(guān)電阻電路輸出的隨機(jī)電壓信號(hào)，輸出端連接至輸出響應(yīng)信號(hào)；
所述的使能信號(hào)分別連接至上述第一譯碼電路、第二譯碼電路、參考電壓電路和比較器，控制所述第一譯碼電路、第二譯碼電路、參考電壓電路和比較器的打開或關(guān)閉。
[0007]進(jìn)一步的改進(jìn)方案為，所述的激勵(lì)信號(hào)包括前半部分信號(hào)和后半部分信號(hào)，前半部分信號(hào)由第一譯碼電路接收并譯碼，后半部分信號(hào)由第二譯碼電路接收并譯碼。
[0008]進(jìn)一步的改進(jìn)方案為，所述第一譯碼電路和第二譯碼電路由使能信號(hào)控制，使能信號(hào)有效時(shí)，該第一譯碼電路對(duì)接收到的激勵(lì)信號(hào)的前半部分信號(hào)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生N個(gè)有效的第一控制信號(hào)，控制所述開關(guān)電阻電路中連接電源的N個(gè)第一開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，其余N-1個(gè)第一開關(guān)關(guān)斷；所述的第二譯碼電路對(duì)接收到的激勵(lì)信號(hào)的后半部分信號(hào)進(jìn)行譯碼產(chǎn)生N個(gè)有效的第二控制信號(hào)，控制所述開關(guān)電阻電路中連接地的N個(gè)第二開關(guān)中的一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，其余N-1個(gè)第二開關(guān)關(guān)斷。輸入不同的激勵(lì)信號(hào)時(shí)，第一譯碼電路和第二譯碼電路輸出不同的控制信號(hào)，分別選擇不同的開關(guān)導(dǎo)通。使能信號(hào)無效時(shí)，第一譯碼電路和第二譯碼電路輸出無效的控制信號(hào)，關(guān)閉所有N個(gè)第一開關(guān)和N個(gè)第二開關(guān)。
[0009]進(jìn)一步的改進(jìn)方案為，所述開關(guān)電阻電路在使能信號(hào)有效時(shí)，產(chǎn)生并輸出一個(gè)由電阻工藝偏差決定的隨機(jī)電壓信號(hào)；當(dāng)所述使能信號(hào)有效時(shí)，第一譯碼電路根據(jù)激勵(lì)信號(hào)的前半部分信號(hào)控制所述開關(guān)電阻電路中一個(gè)連接電源的第一開關(guān)導(dǎo)通，與該第一開關(guān)連接的第一電阻接通電源，第二譯碼電路根據(jù)激勵(lì)信號(hào)的后半部分信號(hào)控制所述開關(guān)電阻電路一個(gè)連接地的第二開關(guān)導(dǎo)通，與該第二開關(guān)連接的第二電阻接通地，該第一開關(guān)、第二開關(guān)、第一電阻、第二電阻形成電源到地的通路，通過該第一電阻和第二電阻分壓產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)電壓信號(hào)；所述使能信號(hào)無效時(shí)，所述的開關(guān)電阻電路中所有開關(guān)關(guān)斷，該開關(guān)電阻電路輸出無效的隨機(jī)電壓信號(hào)。
[0010]所述開關(guān)電阻電路中2N個(gè)電阻均采用相同的尺寸、類型和版圖設(shè)計(jì)，上述電阻的類型為多晶硅電阻、阱電阻或熱電阻等。
[0011]進(jìn)一步的改進(jìn)方案為，所述比較器在使能信號(hào)有效時(shí)，通過比較所述參考電壓電路輸出的參考電壓和所述開關(guān)電阻電路輸出的隨機(jī)電壓的大小，產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)；若該參考電壓高于該隨機(jī)電壓，所述比較器輸出響應(yīng)信號(hào)1，反之，該比較器輸出響應(yīng)信號(hào)O ;所述的使能信號(hào)無效時(shí)，該比較器關(guān)閉，輸出無效的響應(yīng)信號(hào)。
[0012]進(jìn)一步的改進(jìn)方案為，輸入激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)，以獲得密鑰或者識(shí)別碼的步驟包括:
步驟一，由外部電路發(fā)出有效的使能信號(hào)，打開第一譯碼電路、第二譯碼電路、參考電壓電路和比較器，參考電壓電路接收使能信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)參考電壓信號(hào)，連接至比較器的正輸入端；
步驟二，由所述外部電路發(fā)出有效的激勵(lì)信號(hào)，第一譯碼電路接收激勵(lì)信號(hào)的前半部分信號(hào)并產(chǎn)生第一控制信號(hào)，第二譯碼電路接收激勵(lì)信號(hào)的后半部分信號(hào)并產(chǎn)生第二控制信號(hào)，分別控制所述開關(guān)電阻電路中連接電源的一個(gè)第一開關(guān)和連接地的一個(gè)第二開關(guān)導(dǎo)通。
[0013]步驟三，該開關(guān)電阻電路中導(dǎo)通的第一開關(guān)和第二開關(guān)以及與該第一開關(guān)連接的一個(gè)第一電阻和與該第二開關(guān)連接的一個(gè)第二電阻形成電源到地的通路，通過該第一電阻和第二電阻分壓產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)電壓信號(hào)；
步驟四，所述比較器通過比較所述參考電壓電路輸出的參考電壓和所述開關(guān)電阻電路輸出的隨機(jī)電壓的大小，產(chǎn)生一位響應(yīng)信號(hào)，由所述外部電路讀取。
[0014]通過施加多個(gè)不同的激勵(lì)信號(hào)，可獲得多個(gè)響應(yīng)信號(hào)，以構(gòu)成多位密鑰或者識(shí)別碼。輸入一個(gè)給定的激勵(lì)信號(hào)，本發(fā)明的電路將產(chǎn)生并輸出一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)，構(gòu)成一個(gè)激勵(lì)響應(yīng)對(duì)，共存在N2個(gè)有效的激勵(lì)響應(yīng)對(duì)。通過施加多個(gè)不同的激勵(lì)信號(hào)，可獲得多個(gè)響應(yīng)信號(hào)。
[0015]上述本發(fā)明技術(shù)方案中，N為彡I的整數(shù)。
[0016]本發(fā)明以較小的電路成本實(shí)現(xiàn)了一種物理不可克隆電路，電路工作時(shí)只有兩個(gè)電阻分壓支路和一