Двухмерные физически неклонируемые функции типа арбитр

Abstract

Цели. Решается задача построения нового класса физически неклонируемых функций типа арбитр (АФНФ), основанного на различии задержек по входам многочисленных модификаций базового элемента путем увеличения как количества входов, так и топологии их подключения. Подобный подход позволяет строить двухмерные физически неклонируемые функции (2D-АФНФ), в которых в отличие от классических АФНФ запрос, формируемый для каждого базового элемента, выбирает пару путей не из двух возможных, а из большего их количества. Актуальность данного исследования связана с активным развитием физической криптографии. В работе преследуются следующие цели: построение базовых элементов АФНФ и их модификаций, разработка методики построения 2D-АФНФ. Методы. Используются методы синтеза и анализа цифровых устройств, в том числе на программируе мых логических интегральных схемах, основы булевой алгебры и схемотехники. Результаты. Показано, что в классических АФНФ применяется стандартный базовый элемент, выполняющий две функции, а именно функцию выбора пары путей Select и функцию переключения путей Switch, которые за счет их совместного использования позволяют достичь высоких характеристик. В первую очередь это касается стабильности функционирования АФНФ, характеризующейся небольшим числом запросов, для которых ответ случайным образом принимает одно из двух возможных значений: 0 или 1. Предложены модификации базового элемента в части реализаций его функций Select и Switch. Приводятся новые структуры базового элемента с внесенными модификациями их реализаций, в том числе в части увеличения количества пар путей базового элемента, из которых путем запроса выбирается одна из них и конфигурации их переключений. Применение разнообразных базовых элементов позволяет улучшать основные характеристики АФНФ, а также нарушать регулярность их структуры, которая является главной причиной взлома АФНФ путем машинного обучения. Заключение. Предложенный подход к построению 2D-АФНФ, основанный на различии задержек сигналов через базовый элемент, показал свою работоспособность и перспективность. Экспериментально подтвержден эффект улучшения характеристик подобных ФНФ, и в первую очередь стабильности их функционирования. Перспективным представляется дальнейшее развитие идеи построения 2D-АФНФ, экспериментальное исследование их характеристик и устойчивости к различного рода атакам, в том числе с использованием машинного обучения.