Физически неклонируемая функция типа абитр с нелинейными парами путей

Abstract

Физически неклонируемые функции (ФНФ) являются базовыми элементами физической криптографии, позволяющие решать такие задачи как, неклонируемая идентификация, аутентификация и доказательство авторства на цифровые устройства, генерирование случайных последовательностей и т.п. Отличительными особенностями ФНФ являются их случайность, непредсказуемость и невоспроизводимость, обусловленные неконтролируемыми, случайными вариациями исходных материалов и технологических процессов при их изготовлении. По своей сути ФНФ представляют собой цифровые схемы, позволяющие извлекать подобные вариации и преобразовывать их в двоичную форму для дальнейшего использования. Среди всего многообразия ФНФ выделяют ФНФ типа арбитр (АФНФ), которая представляет собой цифровую схему, которая принимает на входы двоичное значение N-разрядного запроса и вырабатывает однобитный ответ. Функционирование схемы АФНФ основано на сравнении времени прохождения двух копий тестового сигнала по паре конфигурируемых путей, выбранной значением запроса из множества 2N всех возможных пар. Результат сравнения и определяет двоичное значение ответа АФНФ. Множество всех пар запрос-ответ является случайным, непредсказуемым и невоспроизводимым в случае реализации копий схемы ФНФ как на одном, так и на других кристаллах, в том числе с использованием различных технологий. В данной статье предлагается новый подход к синтезу схем АФНФ, основанный на применении элементов перестановочных сетей и позволяющий формировать нелинейные конфигурации пар путей, что потенциально усложняет построение модели АФНФ с целью осуществления атаки на ее реализации. Приводятся новые схемотехнические решения для построения АФНФ и результаты экспериментальных исследований их основных характеристик, полученных при реализации на FPGA серии Zynq-7000.