基于SOT效应的物理不可克隆函数生成方法及系统技术方案

本发明专利技术属于自旋信息安全领域。针对现有物理不可克隆函数器件的制作工艺复杂、存在较大安全隐患的技术问题，提供了一种基于SOT效应的物理不可克隆函数生成方法及系统。首先，采用经过光刻、刻蚀等工艺制作的同一批器件构建Hall Bar阵列，对Hall Bar阵列的所有器件进行初始化，并施加相同的写电流；其次，根据给定的地址从所述阵列中任意选择N个器件，获取所述N个器件的反常霍尔电阻；最后，将所述N个器件的反常霍尔电阻进行两两比较，根据比较结果生成响应。本发明专利技术通过简单的光刻、刻蚀等工艺制作，得到不同的反常霍尔电阻分布，制备工艺简单且安全性能较高；而且，这样的随机性还可通过改变初始化电流和写电流进行重构，进一步提高了安全性能。

Generation method and system of physical non clone function based on sot effect

【技术实现步骤摘要】
基于SOT效应的物理不可克隆函数生成方法及系统
本专利技术属于自旋信息安全领域，更具体的，涉及一种基于自旋轨道力矩(SpinOrbitTorque，SOT)效应的物理不可克隆函数生成方法及系统。
技术介绍
信息安全在信息技术高速发展的时代显得越发重要，因为技术的提升不仅给使用者带来了一定的便捷性，同时攻击技术手段的发展也给用户信息安全带来了一系列挑战。传统的加密方式容易受到各种攻击手段的破解，使得用户的个人信息和隐私得不到很好的保护，所以人们专利技术了一种安全性能更高的物理不可克隆函数(PhysicalUnclonableFunction，PUF)。物理不可克隆函数利用的是物理实体自身的内在结构的差异性来构造安全原语，对于一个特定的物理不可克隆函数，给定一个激励会输出一个不可预测的响应，激励响应一一对应，称为激励响应对(CRP)。可重构是指在激励响应对用完或者遭受到攻击时可以进行刷新以降低安全隐患。在实际环境下，即使通过相同的生产方式或工艺条件也不可能得到两个完全相同的器件，类似于人类的指纹和虹膜，所以物理不可克隆函数器件唯一存在且不可克隆。由于出色的安全性能，物理不可克隆函数在产权保护、密钥生成以及系统认证等方面都有着很好的应用，并且在信息安全等其他领域也有着很好的应用前景。物理不可克隆函数最早由Pappu等提出，是一种光学物理不可克隆函数，但复杂的制作过程与严格的使用条件限制了光学物理不可克隆函数的实际应用。随着技术的发展，硅基物理不可克隆函数被提出，基于线路信号延迟的硅基物理不可克隆函数构造简单，但容易被建模攻击，所以需要提出一种构造简单且能抵抗各种攻击的新型物理不可克隆函数器件。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于自旋轨道力矩效应的可重构物理不可克隆函数方法和系统，旨在解决现有的物理不可克隆函数器件的制作工艺复杂、存在较大安全隐患的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于SOT效应的物理不可克隆函数生成方法，包括以下步骤：(1)对HallBar阵列的所有器件进行初始化，并施加相同的写电流；(2)根据给定的地址从所述阵列中任意选择N个器件，获取所述N个器件的反常霍尔电阻；(3)将所述N个器件的反常霍尔电阻进行两两比较，根据比较结果生成响应。进一步地，所述HallBar阵列采用经过光刻、刻蚀等工艺制作的同一批器件构建。进一步地，所述步骤(1)包括：对所有的器件施加一个初始化电流，并在电流方向上施加一个恒定的平面磁场，初始化完成后，对所有器件施加一个相同的写电流，使所有器件都处于一个稳定的中间态。进一步地，所述步骤(2)包括：根据给定行和列的地址从所述阵列中任意选择N个器件，对选定器件的所在行通入读电流，并读取反常霍尔电压，进而获取所述N个器件的反常霍尔电阻值。进一步地，该方法还包括：改变初始化电流和写电流的大小，使所有器件的初始态处于与所述步骤(1)不同的阻态。本专利技术还提供了一种基于SOT效应的物理不可克隆函数生成系统，包括：电流施加模块，对HallBar阵列的所有器件进行初始化，并施加相同的写电流；选择模块，用于根据给定的地址从所述阵列中任意选择N个器件，获取所述N个器件的反常霍尔电阻；比较模块，用于将所述N个器件的反常霍尔电阻进行两两比较，根据比较结果生成响应。进一步地，所述HallBar阵列的组成单元是经过光刻、刻蚀等工艺制作的同一批器件。进一步地，所述电流施加模块对所有的器件施加一个初始化电流，并在电流方向上施加一个恒定的平面磁场，初始化完成后，对所有器件施加一个相同的写电流，使所有器件都处于一个稳定的中间态。进一步地，所述选择模块根据给定行和列的地址从所述阵列中任意选择N个器件，对选定器件的所在行通入读电流，并读取反常霍尔电压，进而获取所述N个器件的反常霍尔电阻值。进一步地，该系统还包括：重构模块，用于改变初始化电流和写电流的大小，使所有器件的初始态处于与上一次初始化不同的阻态。通过本专利技术所构思的以上技术方案，通过简单的光刻、刻蚀等工艺对铁磁材料多层膜制备器件制作，得到不同的反常霍尔电阻分布，从而可以用来实现可重构物理不可克隆函数生成方法及系统，制备工艺简单且安全性能较高；而且，这样的随机性还可通过改变初始化电流和写电流进行重构，当CRP用完或者遭到攻击的时候就可以利用重构来更新CRP，可提升使用次数，从而进一步提高了安全性能。附图说明图1是按照本专利技术的基于自旋轨道力矩效应的可重构物理不可克隆函数器件示意图。图2(a)、(b)分别为多个物理不可克隆函数器件在一定的平面磁场下随电流的翻转曲线及其临界翻转电流的统计示意图。图3是实现本专利技术的可重构物理不可克隆函数的系统示意图。图4是按照本专利技术的基于自旋轨道力矩效应的物理不可克隆函数生成方法流程图。图5(a)、(b)分别是重构前后所有器件的反常霍尔电阻分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。由于制备工艺的差别，通过简单的光刻、刻蚀等工艺制作的同一批器件，器件与器件间会展现出一定的随机性差异，由于自旋轨道力矩(Spin-OrbitTorque，SOT)效应，在一个稳定的外加平面磁场下，对所有器件进行相同的初始化电流和写电流，外加磁场方向和电流方向一致，每个器件的反常霍尔电阻会有差异，并且对这些器件施加不同于之前的初始化电流和写电流，会得到不同的反常霍尔电阻分布，从而可以用来制作可重构物理不可克隆函数器件，制备工艺简单且安全性能高。本专利技术提出的基于自旋轨道力矩效应的可重构物理不可克隆函数器件利用垂直磁化的铁磁材料多层膜制作。如图1所示，垂直磁化的铁磁材料多层膜从下到上依次是自旋流生成层L1、铁磁层L2、绝缘层L3、盖帽层L4，最下层的自旋流生成层L1用于产生自旋流，自旋流的自旋轨道力矩改变铁磁层L2的磁畴状态，在自旋轨道力矩和施加的平面磁场的共同作用下磁畴壁会移动，磁畴壁的移动会造成铁磁层L2内磁化方向向上和磁化方向向下的磁畴比例发生改变，从而改变铁磁层L2的磁畴状态，器件的反常霍尔电阻值就会随之改变。对垂直磁化的铁磁材料多层膜进行光刻、刻蚀处理得到HallBar结构，每个HallBar结构就是一个物理不可克隆函数器件。HallBar结构的膜面呈十字形状，十字形的一条直线的两端为第一电极对(E1、E1’)，另一条直线的两端为第二电极对(E2、E2’)。由于光刻、刻蚀等制作工艺的差别，同一批制作的器件会出现随机性差异。首先给制备的所有器件的任一电极对之间施加一个相同的初始化电流，且在通电流的方向上施加一个稳定的平面磁场，使所有器件全部处于初始化状态；然后，对所有器件施加一个相同的写电流，由于器件之间的差异性，每个器件的磁畴壁移动的位置不一样，导致各个器件的反常霍尔电阻不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SOT效应的物理不可克隆函数生成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对Hall Bar阵列的所有器件进行初始化，并施加相同的写电流；/n(2)根据给定的地址从所述阵列中任意选择N个器件，获取所述N个器件的反常霍尔电阻；/n(3)将所述N个器件的反常霍尔电阻进行两两比较，根据比较结果生成响应。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SOT效应的物理不可克隆函数生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对HallBar阵列的所有器件进行初始化，并施加相同的写电流；
(2)根据给定的地址从所述阵列中任意选择N个器件，获取所述N个器件的反常霍尔电阻；
(3)将所述N个器件的反常霍尔电阻进行两两比较，根据比较结果生成响应。


2.如权利要求1所述的物理不可克隆函数生成方法，其特征在于，所述HallBar阵列采用经过光刻、刻蚀工艺制作的同一批器件构建。


3.如权利要求2所述的物理不可克隆函数生成方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
对所有的器件施加一个初始化电流，并在电流方向上施加一个恒定的平面磁场，初始化完成后，对所有器件施加一个相同的写电流，使所有器件都处于一个稳定的中间态。


4.如权利要求2所述的物理不可克隆函数生成方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
根据给定行和列的地址从所述阵列中任意选择N个器件，对选定器件的所在行通入读电流，并读取反常霍尔电压，进而获取所述N个器件的反常霍尔电阻值。


5.如权利要求3所述的物理不可克隆函数生成方法，其特征在于，还包括：
改变初始化电流和写电流的大小，使所有器件的初始态处于与所述步骤(1)不同的阻态。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：游龙，张建，张帅，曹真，李若凡，洪正敏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42