Nghiên cứu tính ổn định của tham số trích xuất từ RO – PUF triển khai trên FPGA

Bài viết "Nghiên cứu tính ổn định của tham số trích xuất từ RO – PUF triển khai trên FPGA" tập trung vào nghiên cứu tính ổn định của thiết kế khối RO – PUF trên nền tảng phần cứng khả trình (FPGA), đặc biệt là ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài tới các tham số trích xuất. Nhóm nghiên cứu sử dụng sử dụng mô hình thống kê và khoảng cách Kullback-Leibler để xác định được tính ổn định của trích xuất tần số và chuỗi ID cho số lượng lớn các mẫu đo trên các vi mạch vật lý khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính ổn định của tham số trích xuất từ RO – PUF triển khai trên FPGA Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Nghiên cứu tính ổn định của tham số trích xuất từ RO – PUF triển khai trên FPGA 1 Nguyễn Viết Dương, 2Trịnh Quang Kiên, Hoàng Văn Phúc, Nguyễn Quang Hòa, Phạm Văn Nhiên Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn. 1 nguyenvietduong210896@gmail.com, 2kien.trinh@lqdtu.edu.vn Tóm tắt —Hàm không thể sao chép về mặt vật lý (PUF) luôn Các phần tiếp theo của bài báo sẽ trình bày như sau: Phầnđược quan tâm trong lĩnh vực bảo mật phần cứng nhờ một số II trình bày nền tảng thiết kế và các nghiên cứu liên quan.đặc tính rất hữu dụng. Trong công trình này này, nhóm tác giảtập trung vào nghiên cứu tính ổn định của thiết kế khối RO – Phần III, đề xuất thiết kế RO – PUF trên FPGA. Phần IV trìnhPUF trên nền tảng phần cứng khả trình (FPGA), đặc biệt là ảnh bày các thí nghiệm trên FPGA và theo đó là kết luận.hưởng của các yếu tố bên ngoài tới các tham số trích xuất. Nhómnghiên cứu sử dụng sử dụng mô hình thống kê và khoảng cách II. KHẢO SÁT CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUANKullback-Leibler để xác định được tính ổn định của trích xuấttần số và chuỗi ID cho số lượng lớn các mẫu đo trên các vi mạch Hàm không thể sao chép về mặt vật lý (PUF) là một dạngvật lý khác nhau. Kết quả sơ bộ cho thấy ID trích xuất có thể rất biểu hiện có tính định lượng được của một đặc điểm cụ thểổn định với một thiết kế cụ thể nhưng lại rất nhạy cảm với từng của thiết bị, không thể sao chép và thuộc về một vật thể vậtthay đổi nhỏ trong thiết kế tổng thể dù thiết kế vật lý của khối lý cụ thể [2]. Có thể phân loại PUF thành hai loại dựa trên đặcRO không hề thay đổi. Những phát hiện và kết quả định lượng tính cấu trúc của chúng là PUF nội tại và không nội tại.của mô hình nghiên cứu có thể gợi mở ra hướng ứng dụng mớicủa mô hình PUF trong bảo mật phần cứng ở lớp vật lý. Tất cả các triển khai PUF nội tại được biết đến hiện nay đều dựa trên các vi mạch bán dẫn CMOS và các tính chất của Từ khóa—Bảo mật phần cứng, RO – PUF, bảo mật lớp vật PUF xuất phát từ sự không tuyệt đối chính xác của quá trìnhlý, FPGA. chế tạo quang khắc. Giá trị phản hồi từ các cấu trúc PUF có thể được sử dụng như một yếu tố bảo mật trong việc triển khai I. GIỚI THIỆU một thuật toán mã hóa lớn hơn trên cùng một vi mạch bán dẫn [3], [4]. Các điểm đặc biệt khi triển khai PUF nội tại trên vi Sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử đem lại nhiều mạch bán dẫn như tính duy nhất, khả năng không thể sao chéplợi ích cho con người trong tất cả các mặt của đời sống. Tuy vật lý đã mang lại ý nghĩa vô cùng quan trọng trong bảo mậtnhiên, ngày càng có nhiều cuộc tấn công vào hệ thống phần phần cứng mà nếu chỉ dựa trên cấu trúc thuật toán bảo mật thìcứng nhằm sửa đổi trái phép thiết kế gây ra nhiều hậu quả và không thể có được [3]. Theo thời gian, ngày càng nhiều triểnchúng ngày càng trở nên phổ biến và tinh vi hơn. Nhằm xác khai PUF nội tại được đề xuất và nghiên cứu nhằm đánh giáthực và chống lại hành vi này, ý tưởng về một thiết kế không cấp độ hiệu quả, hiệu suất của các triển khai này cả từ góc độthể sao chép về mặt vật lý (PUF) đã được hình thành và ngày lý thuyết về PUF (tức là cấu trúc nào cho thấy hành vi PUFmột trở nên quan trọng. PUF cho phép trích xuất đặc trưng tốt nhất) và cả trên quan điểm thiết kế phần cứng (cấu trúcduy nhất của thiết bị vi mạch điện tử bất kì, tương tự như các nào tối ưu nhất về diện tích, tài nguyên, tốc độ cao nhất haydấu hiệu sinh trắc học của con người như vân tay, mống mắt, tiêu thụ năng lượng thấp nhất). Đa số các mạch PUF khônghay khuôn mặt. Thiết kế vi mạch PUF thường có yêu cầu tuân theo quy tắc thiết kế logic, dẫn đến khả năng cấu trúcnghiêm ngặt về cấu trúc cũng như cách bố trí các khối đảm PUF bị sửa đổi hoặc cắt bớt trong các giai đoạn tối ưu hóabảo tính đơn giản, tính bảo mật, độ ổn định [1]. thiết kế. Cấu trúc PUF cũng đòi hỏi việc bố trí thành phần phải đều đặn và đối xứng, điều này khó thực hiện trên các Nghiên cứu này tập trung vào giới thiệu một kiến trúc phần tử có khả năng cấu hình lại như FPGA. Trong số cácPUF nhỏ gọn, có tính bảo mật, tính xác thực và độ ổn định loại PUF, RO – PUF là một cấu trúc mạch có tính tương thíchkhi thiết bị làm việc trong các điều kiện khác nhau. Tuy nhiên cao và dễ triển khai trên hầu hết các vi mạch FPGA khôngcác khảo sát thực nghiệm trong công trình này nhằm định phụ thuộc vào công nghệ cũng như hãng chế tạo.lượng sự phụ thuộc của PUF với các yếu tố bên ngoài với giảđịnh bản thân thiết kế vật lý (kích thước, vị trí, bố trí) khôngthay đổi. Thông tin về sự phụ thuộc hay độ nhạy của PUF cho 1phép khai thác thiết kế này theo một khía cạnh ứng dụng khác ...