CN110633777A

CN110633777A - 一种物理不可复制功能标签产生方法及电路

Info

Publication number: CN110633777A
Application number: CN201910724736.6A
Authority: CN
Inventors: 张其文; 樊海涛; 葛晓欢
Original assignee: Advanced Institute of Information Technology AIIT of Peking University; Hangzhou Weiming Information Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Micro Nano Core Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2019-12-31
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: CN110633777B; WO2021023277A1

Abstract

本发明公开了一种物理不可复制功能标签产生方法及电路，该方法包括：使芯片通电工作，通过模数转换模块对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样；所述模数转换模块将采样得到的每个模拟电压信号转换为数字电压信号，再将所述数字电压信号传输给微处理器；所述微处理器将所有所述数字电压信号的电压值数据按照其对应的采样顺序拼接起来，生成物理不可复制功能标签。本发明实施例提供的物理不可复制功能标签产生方法，设计科学，操作简单方便，利用简单电路对芯片本身的若干模拟功能模块的电压信号采样，快速生成PUF标签，耗时时间短，效率高，且完全满足PUF标签的随机性、唯一性需求。

Description

一种物理不可复制功能标签产生方法及电路

技术领域

本发明涉及电子芯片技术领域，具体涉及一种物理不可复制功能标签产生方法及电路。

背景技术

随着越来越多地使用利用集成电路的电子器件以为各种不同应用提供不同类型信息，越来越需要充分保护可能存储在电子器件中的敏感和关键信息，以将对此类信息的访问仅限制于允许访问该信息的其它器件。应用的一些实例包括器件的认证、器件内的机密信息的保护以及两个或更多器件之间的通信的确保。

PUF(即物理不可复制功能：physical unclonable function)技术是应用于集成电路芯片安全领域的新方法。PUF是一种芯片领域的“生物特征”识别技术，也可以称之为“芯片指纹”技术。PUF从各个芯片中提取每个芯片特有的“指纹”信息，这些“指纹”信息可以用来验证芯片的真伪、保护存储器中的数据，在芯片的安全和防伪领域有着巨大的应用前景。

PUF技术的原理在于，不同芯片在制造过程中总会产生许多不可避免的个体差异。芯片的制造差异来自两个方面，一个是芯片的固有结构差异，另一个就是制造过程中由于外界条件的影响所产生的随机差异。芯片是通过晶片经显影、刻蚀等步骤制成的，而且即便是同一晶棒上切下来的晶片，它们也存在各自的结构差异，这种物理结构差异称为芯片的固有结构差异；芯片在制造的过程中，由于温度、电压等外界条件的随机差异，即使芯片的版图是完全一致的，制造出的芯片也不可避免地存在差异性，这种差异称之为芯片的随机差异。通过提取芯片在制造过程中所产生的差异，就能够生成芯片独特的“指纹”信息，这些“指纹”信息即使是芯片的制造商也无法复制和预测。

现有技术的PUF标签生成方法过于复杂，操作不便，且耗时较长，效率不高。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种物理不可复制功能标签产生的新的技术方案。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种物理不可复制功能标签产生方法，包括：

使芯片通电工作，通过模数转换模块对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样；采样总次数是由预设的物理不可复制功能标签数据位宽与模数转换模块位宽之比决定的；

所述模数转换模块将采样得到的每个模拟电压信号转换为数字电压信号，再将所述数字电压信号传输给微处理器；

所述微处理器将所有所述数字电压信号的电压值数据按照其对应的采样顺序拼接起来，生成物理不可复制功能标签。

进一步地，所述方法还包括：所述微处理器将所述物理不可复制功能标签存储在存储模块中。

进一步地，所述进行多次模拟电压信号采样的采样总次数是由预设的物理不可复制功能标签数据位宽与模数转换模块位宽之比确定的。

进一步地，所述采样总次数根据以下方式确定：

当物理不可复制功能标签数据位宽/模数转换模块位宽的值不是整数时，采样总次数＝[物理不可复制功能标签数据位宽/模数转换模块位宽]+1；

当物理不可复制功能标签数据位宽/模数转换模块位宽的值是整数时，采样总次数＝物理不可复制功能标签数据位宽/模数转换模块位宽。

进一步地，所述对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样包括：使所述芯片处于某一种工作模式，然后从所述若干模拟功能电路模块中选取若干模拟功能电路模块进行模拟电压信号采样，确保在所述芯片所具有的所有工作模式中，在每种工作模式下至少进行一次模拟电压信号采样。

进一步地，所述方法是在所述芯片处于未校准状态时进行的。

进一步地，所述对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样包括：对每个模拟功能电路的模拟电压信号进行一次或多于一次的采样。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种物理不可复制功能标签产生电路，包括：

模数转换模块，用于对芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样，将采样得到的每个模拟电压信号转换为数字电压信号，再将所述数字电压信号传输给微处理器；

微处理器，用于将所有所述数字电压信号的电压值数据按照其对应的采样顺序拼接起来，生成物理不可复制功能标签。

进一步地，所述电路还包括：存储模块，用于存储所述物理不可复制功能标签。

进一步地，所述存储模块包括9个可编程电阻式存储器且排列成3×3阵列，其中同一行的存储器用一位线连接，同一列的存储器用一字线连接；所述各存储器均被配置为处于数据状态。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明实施例提供的物理不可复制功能标签产生方法，设计科学，操作简单方便，利用简单电路对芯片本身的若干模拟功能模块的电压信号采样，快速生成PUF标签，耗时时间短，效率高，且完全满足PUF标签的随机性、唯一性需求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开一个实施例的物理不可复制功能标签产生方法流程图；

图2为本公开一个实施例的物理不可复制功能标签产生电路结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，本申请一个实施例提供一种物理不可复制功能标签产生方法，包括：

S1、使芯片在未校准状态下通电工作，通过模数转换模块(ADC)对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样；芯片如果具有多种工作模式，则可以调整芯片使其处于不同的工作模式，然后从所述若干模拟功能电路模块中选取若干模拟功能电路模块进行模拟电压信号采样，确保在所述芯片所具有的所有种工作模式中，在每种工作模式下至少进行一次模拟电压信号采样，例如使芯片处于低功耗模式、待机模式等进行采样；其中，对芯片的一次模拟电压信号采样指的是选取芯片上的一个模拟功能电路模块进行一次采样；对芯片的两次模拟电压信号采样指的是选取同一个模拟功能电路模块进行两次采样或选取两个模拟功能电路对每个分别进行一次采样；对芯片的两次模拟电压信号采样指的是：选取一个模拟功能电路模块进行三次采样；或选取两个模拟功能电路模块，对其中一个进行一次采样，对另一个进行两次采样；或者是选取三个不同的模拟功能电路模块，对其中的每一个分别进行一次采样；

S2、所述模数转换模块将采样得到的每个模拟电压信号分别转换为数字电压信号，然后将所述数字电压信号传输给微处理器；

S3、所述微处理器将所有所述数字电压信号的电压值数据按照其对应的采样顺序拼接起来，生成物理不可复制功能标签；

S4、所述微处理器将所述物理不可复制功能标签存储在存储模块中。

其中，对每个模拟功能电路模块进行模拟电压信号采样的次数可以为一次，也可以为多于一次，可以在芯片的不同工作模式下，对同一模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样；

模数转换模块可以采用不同位宽的ADC，例如可以为10位、12位或16位等位宽的ADC。

对所述若干模拟功能电路模块所进行的采样总次数是由预设的物理不可复制功能标签数据位宽与ADC位宽之比决定的，所述采样总次数计算方法为：

当物理不可复制功能标签数据位宽/ADC位宽的值不是整数时，采样总次数＝[物理不可复制功能标签数据位宽/ADC位宽]+1；

当物理不可复制功能标签数据位宽/ADC位宽的值是整数时，采样总次数＝物理不可复制功能标签数据位宽/ADC位宽。

例如，若预设的物理不可复制功能标签数据位宽为64位，ADC位宽为10位，则采用次数总和＝[64/10]+1＝7。

所述模拟功能电路模块可以为时钟模块、电源模块、电阻模块、运算放大电路模块、电容式传感器、反馈放大电路模块、功率放大电路模块、信号产生电路模块、信号处理与转换电路模块、电源稳压电路模块等模块，也可以是由这些模块中任意几种组合在一起形成的模拟功能电路模块等。

优选地，所述存储模块为存储阵列模块，可以包括9个可编程电阻式存储器且排列成3×3阵列，其中同一行的存储器用一位线(bit line)连接，同一列的存储器用一字线(word line)连接；所述各存储器均被配置为处于数据状态。

如图2所示，本申请另一个实施例提供一种物理不可复制功能标签产生电路，包括：

所述电路还包括：存储模块，用于所述微处理器将所述物理不可复制功能标签存储在所述存储模块中。

该物理不可复制功能标签产生电路结构简单，便于实现。

上述的物理不可复制功能标签产生方法是在芯片未校准状态下进行的。完成物理不可复制功能标签存储之后，对所述芯片进行加载校准值的操作。加载校准值之后，相同版图的芯片的电学性能参数差异变得极小。如果在对所述芯片进行校准之后再进行产生物理不可复制功能标签的操作，则无法达到物理不可复制功能标签对各采样模块数据随机性、唯一性的要求，对采样精确度的要求也需要进一步提高，加大了操作难度。

需要说明的是：

术语“模块”并非意图受限于特定物理形式。取决于具体应用，模块可以实现为硬件、固件、软件和/或其组合。此外，不同的模块可以共享公共组件或甚至由相同组件实现。不同模块之间可以存在或不存在清楚的界限。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种物理不可复制功能标签产生方法，其特征在于，包括：

使芯片通电工作，通过模数转换模块对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：所述微处理器将所述物理不可复制功能标签存储在存储模块中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多次模拟电压信号采样的采样总次数是由预设的物理不可复制功能标签数据位宽与模数转换模块位宽之比确定的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采样总次数根据以下方式确定：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样包括：使所述芯片处于某一种工作模式，然后从所述若干模拟功能电路模块中选取若干模拟功能电路模块进行模拟电压信号采样，确保在所述芯片所具有的所有工作模式中，在每种工作模式下至少进行一次模拟电压信号采样。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法是在所述芯片处于未校准状态时进行的。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述芯片上的若干模拟功能电路模块进行多次模拟电压信号采样包括：对每个模拟功能电路的模拟电压信号进行一次或多于一次的采样。

8.一种物理不可复制功能标签产生电路，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：存储模块，用于存储所述物理不可复制功能标签。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述存储模块包括9个可编程电阻式存储器且排列成3×3阵列，其中同一行的存储器用一位线连接，同一列的存储器用一字线连接；所述各存储器均被配置为处于数据状态。