可重构TRNG-PUF芯片

片内自动校准、能耗极低

将真随机数发生器与物理不可克隆功能统一在一颗芯片上，通过片内自动校准解决两者对频率偏差的矛盾需求，同时轻量级认证协议可抵御机器学习攻击。

Cao, Yuan · Wanyi, Liu · Zheng, Yue · Chen, Shuai · 叶靖 · Qian, Lei · Chang, Chip Hong

IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers 2023

参数信息

TRNG能效

7.42 pJ/bit

PUF能效

0.10 pJ/bit

随机性测试

NIST SP 800-22 and 90B, autocorrelation, FFT

技术优势

能效极低

通过弱反型电流饥饿反相器作为延时单元，在提升抖动的同时最小化功耗，TRNG模式仅7.42 pJ/bit，PUF模式0.10 pJ/bit。

自动解决偏差矛盾

片内校准器在制造时自动选择频率偏差小的挑战用于TRNG模式，并在PUF注册时屏蔽频率偏差大的不可靠挑战，无需外部干预。

抗机器学习攻击

提出的轻量级双向认证协议仅使用TRNG和PUF，即可有效抵御机器学习、重放和中间人攻击，无需其他安全原语。

应用场景

• 物联网安全：为资源受限的物联网设备提供轻量级、高能效的真随机数和唯一身份标识。
• 轻量级认证：直接用芯片的TRNG和PUF完成双向认证，无需额外安全原语即可抵御多种攻击。
• 硬件安全：以极低功耗和面积在硬件层实现密钥生成与设备指纹，提升系统整体安全性。
• 芯片安全模块：可作为集成了随机数、PUF和认证协议的单一芯片安全模块，简化系统设计。