一种新型CRO电路结构及其CROPUF电路制造技术

本发明专利技术公开了一种新型CRO电路结构及其CRO PUF电路，其中CRO电路结构包括1个与非门、2n+1个二路选通器；每2个二路选通器组成一级延时单元，剩余的1个二路选通器单独组成最后一级延时单元，一共设n+1级延时单元；所述的与非门有两个输入端，与非门的输出端分别与第一级延时单元中的两个二路选通器的数据输入端相连；上一级延时单元中的两个二路选通器的输出端均与下一级延时单元中的两个二路选通器的输入端连接；第n级延时单元的两个二路选通器的输出端均与最后一级延时单元的二路选通器的输入端连接；最后一级延时单元的二路选通器的输出端与与非门的另一个输入端连接；其中，2n+1个二路选通器的配置端分别由相互独立的配置信号进行控制。的配置信号进行控制。的配置信号进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种新型CRO电路结构及其CRO PUF电路


[0001]本专利技术涉及可配置环形振荡器物理不可克隆函数(CRO PUF)
，更具体的，涉及一种新型CRO电路结构及其CRO PUF电路。

技术介绍

[0002]随着物联网的不断普及，越来越多的电子设备作为网络节点接入物联网中，这样的发展在给社会带来便利的同时，也隐藏着风险，受限于设备节点的响应速度以及计算资源，物联网节点特别是简单节点往往缺少安全防护措施，而这一类节点很容易成为物联网中的潜在的攻击切入点。
[0003]目前主流的传统密码算法资源消耗大。如ECC(椭圆曲线加密算法)，HASH(哈希算法)等常见安全加密算法均需要消耗较多硬件资源，占用节点处理器性能，这对于简单节点是一个巨大的负担。而物理不可克隆函数通过独立的硬件进行实现，不需要消耗过多节点的处理器性能，同时由于其不可克隆的特点，可以有效保护参与加密的参数如密钥或者参与密钥生成的重要参数。
[0004]最早的环形振荡器物理不可克隆函数(RO PUF)由Suh等人提出，其最基本的结构如图1所示，一个完整的RO PUF由两个振荡器支路组成，每个支路由数量相同的单数个反相器串联得到，随后每个环形振荡器所输出的振荡信号分别由一个计数器计数，最后将得到的计数值进行比较得到一比特的输出，可以发现这种结构是固定不可变的，一个完整的RO PUF仅输出一比特固定信号，硬件资源代价大。为了解决这个问题又提出了可配置的概念，图2所示为最简单的配置方式，将所有的振荡环作为待选项，每次通过多路选择器从中选择两个支路进行比较得到输出。与图1相比在n个支路的结构中，图2的方式的输出比特数比原来提高了n
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1倍。在2011年，Maiti和Schaumont提出了图3所示的可配置RO PUF电路结构，该结构构造了一种基本延时单元，该单元由一个二路选通器和两个反相器构成，用该基本单元取代原本的单个反相器，根据配置信号可以对每个基本单元的反相器进行选择，从而实现振荡环的振荡频率可变。Gao则提出了另外一种可配置RO PUF结构，如图4所示，该结构在图3的基础上，直接将每个基本单元的反相器减少一个，在减少硬件资源的同时，增加了稳定性，但是该种结构需要注意的是，配置不可以使得串联的反相器个数为偶数个，因此，有一半的配置是无用的。2017年，庞子涵提出了一种交叉可重构RO PUF电路，电路结构如图5所示，其把电路的重构数进一步增加，把反相器下一级可选范围进一步提高到行数n，但是该模块的限制条件较多，首先首尾的反相器必须为同一行，并且反相器个数必须为奇数，除此之外，由于所涉及的反相器数目众多，环形振荡器在布局布线时不可避免会跨越不同的CLB(可配置逻辑块)。由此可见，已有结构无法克服奇数个反相器的条件限制，降低了RO PUF的可拓展性。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决以上传统RO
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PUF电路所存在的反相器个数必须为奇数个的条件
限制的问题，提供了一种新型CRO电路结构及其CRO PUF电路，相比于传统结构，不仅消除了反相器奇数个的限制，还在等量的硬件资源的消耗前提下，提高了可配置数，增加了激励响应对的数量。
[0006]为实现上述本专利技术目的，采用的技术方案如下：
[0007]一种新型CRO电路结构，包括1个与非门、2n+1个二路选通器；其中每2个二路选通器组成一级延时单元，剩余的1个二路选通器单独组成最后一级延时单元，一共设n+1级延时单元，其中n为正整数；
[0008]所述的与非门有两个输入端，一个输出端，其中一个输入端用于输入使能信号en，与非门的输出端分别与第一级延时单元中的两个二路选通器的数据输入端相连；
[0009]上一级延时单元中的两个二路选通器的输出端均与下一级延时单元中的两个二路选通器的输入端连接；
[0010]第n级延时单元的两个二路选通器的输出端均与最后一级延时单元的二路选通器的输入端连接；
[0011]最后一级延时单元的二路选通器的输出端与与非门的另一个输入端连接；
[0012]其中，2n+1个二路选通器的配置端分别由相互独立的配置信号进行控制。
[0013]优选地，所述的使能信号en为高电平时，与非门退化为反相器，所述的CRO电路结构形成一个振荡环，输出振荡信号；当使能信号en为低电平时，反相器固定输出高电平，所述的振荡环不再振荡，处于休眠状态。
[0014]进一步地，将前n个延时单元中的两个二路选通器分别定义为第一二路选通器、第二二路选通器；
[0015]上一级延时单元的第一二路选通器分别与下一级延时单元的第一二路选通器的高电平输入端、第二二路选通器的低电平输入端连接；
[0016]上一级延时单元的第二二路选通器分别与下一级延时单元的第一二路选通器的低电平输入端、第二二路选通器的高电平输入端连接，从而形成交叉输出；
[0017]第n级延时单元的第一二路选通器与最后一级延时单元的二路选通器的高电平输入端连接；
[0018]第n级延时单元的第二二路选通器与最后一级延时单元的二路选通器的低电平输入端连接。
[0019]再进一步地，上一级延时单元的两个二路选通器的配置信号的电平状态，决定下一级延时单元的两个二路选通器的信号来源；
[0020]当上一级延时单元的两个二路选通器的配置信号均为高电平时，输入该级延时单元的二路选通器的高电平输入端的信号从输出端输出，并输入下一级延时单元；
[0021]当上一级延时单元的两个二路选通器的配置信号均为低电平时，输入该级延时单元的二路选通器的低电平输入端的信号从输出端输出，并输入下一级延时单元；
[0022]根据最后一级延时单元的配置信号的电平状态，决定反馈回到与非门的信号来源。
[0023]一种新型CRO PUF电路，包括N个所述的新型CRO电路结构，每个所述的新型CRO电路结构的配置信号相互独立；还包括2个频率计数器、1个采样计数器；N为大于或等于2的正整数；
[0024]当使能信号en为高电平时，输出振荡信号，将输出的振荡信号作为频率计数器时钟端的输入；
[0025]不同的振荡信号由不同的频率计数器进行计数；
[0026]当其中一个频率计数器最高位翻转时，使得锁定信号处于高电平，该锁定信号立即将整个CRO PUF电路的状态进行锁定；
[0027]当锁定信号高电平有效时，进一步启动采样计数器进行后续采样过程。
[0028]优选地，所述的采样计数器提供两个信号：
[0029]第一个信号为当次高位翻转为高电平，提供一个采样信号，在次高位为高电平期间，该采样信号同步维持高电平，并且在采样信号有效期间对保存的频率计数值进行比较，并进行唯一一次采样，且保存到下一级D触发器；
[0030]第二个信号为当采样计数器最高位翻转为高电平时，提供一个电路复位信号，所述的电路复位信号将频率计数器、采样计数器均复位置零，并且拉低锁定信号，解除锁定状态，随后依次输入不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型CRO电路结构，其特征在于：包括1个与非门、2n+1个二路选通器；其中每2个二路选通器组成一级延时单元，剩余的1个二路选通器单独组成最后一级延时单元，一共设n+1级延时单元，其中n为正整数；所述的与非门有两个输入端，一个输出端，其中一个输入端用于输入使能信号en，与非门的输出端分别与第一级延时单元中的两个二路选通器的数据输入端相连；上一级延时单元中的两个二路选通器的输出端均与下一级延时单元中的两个二路选通器的输入端连接；第n级延时单元的两个二路选通器的输出端均与最后一级延时单元的二路选通器的输入端连接；最后一级延时单元的二路选通器的输出端与与非门的另一个输入端连接；其中，2n+1个二路选通器的配置端分别由相互独立的配置信号进行控制。2.根据权利要求1所述的新型CRO电路结构，其特征在于：所述的使能信号en为高电平时，与非门退化为反相器，所述的CRO电路结构形成一个振荡环，输出振荡信号；当使能信号en为低电平时，反相器固定输出高电平，所述的振荡环不再振荡，处于休眠状态。3.根据权利要求2所述的新型CRO电路结构，其特征在于：将前n个延时单元中的两个二路选通器分别定义为第一二路选通器、第二二路选通器；上一级延时单元的第一二路选通器分别与下一级延时单元的第一二路选通器的高电平输入端、第二二路选通器的低电平输入端连接；上一级延时单元的第二二路选通器分别与下一级延时单元的第一二路选通器的低电平输入端、第二二路选通器的高电平输入端连接，从而形成交叉输出；第n级延时单元的第一二路选通器与最后一级延时单元的二路选通器的高电平输入端连接；第n级延时单元的第二二路选通器与最后一级延时单元的二路选通器的低电平输入端连接。4.根据权利要求3所述的新型CRO电路结构，其特征在于：上一级延时单元的两个二路选通器的配置信号的电平状态，决定下一级延时单元的两个二路选通器的信号来源；当上一级延时单元的两个二路选通器的配置信号均为高电平时，输入该级延时单元的二路选通器的高电平输入端的信号从输出端输出，并输入下一级延时单元；当上一级延时单元的两个二路选通器的配置信号均为低电平时，输入该级延时单元的二路选通器的低电平输入端的信号从输出端输出，并输入下一级延时单元；根据最后一级延时单元的配置信号的电平状态，决定反馈回到与非门的信号来源。5.一种新型CRO PUF电路，其特征在于：包括N个如权利要求1～4任一项所述的新型CRO电路结构，每个所述的新型CRO电路结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一杰，孙伟，张宇，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：