一级黄色片免费播放|中国黄色视频播放片|日本三级a|可以直接考播黄片影视免费一级毛片

高級(jí)搜索

留言板

尊敬的讀者、作者、審稿人, 關(guān)于本刊的投稿、審稿、編輯和出版的任何問(wèn)題, 您可以本頁(yè)添加留言。我們將盡快給您答復(fù)。謝謝您的支持!

姓名
郵箱
手機(jī)號(hào)碼
標(biāo)題
留言內(nèi)容
驗(yàn)證碼

基于敏感度混淆機(jī)制的控制型物理不可克隆函數(shù)研究

徐金甫 吳縉 李軍偉 曲彤洲 董永興

徐金甫, 吳縉, 李軍偉, 曲彤洲, 董永興. 基于敏感度混淆機(jī)制的控制型物理不可克隆函數(shù)研究[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2019, 41(7): 1601-1609. doi: 10.11999/JEIT180775
引用本文: 徐金甫, 吳縉, 李軍偉, 曲彤洲, 董永興. 基于敏感度混淆機(jī)制的控制型物理不可克隆函數(shù)研究[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2019, 41(7): 1601-1609. doi: 10.11999/JEIT180775
Jinfu XU, Jin WU, Junwei LI, Tongzhou QU, Yongxing DONG. Controlled Physical Unclonable Function Research Based on Sensitivity Confusion Mechanism[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(7): 1601-1609. doi: 10.11999/JEIT180775
Citation: Jinfu XU, Jin WU, Junwei LI, Tongzhou QU, Yongxing DONG. Controlled Physical Unclonable Function Research Based on Sensitivity Confusion Mechanism[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(7): 1601-1609. doi: 10.11999/JEIT180775

基于敏感度混淆機(jī)制的控制型物理不可克隆函數(shù)研究

doi: 10.11999/JEIT180775
詳細(xì)信息
    作者簡(jiǎn)介:

    徐金甫:男,1965年生,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)閷S眉呻娐吩O(shè)計(jì)技術(shù)

    吳縉:男,1994年生,碩士生,研究方向?yàn)閷S眉呻娐吩O(shè)計(jì)技術(shù)

    李軍偉:男,1988年生,講師,研究方向?yàn)榘踩酒O(shè)計(jì)

    曲彤洲:男,1994年生,碩士生,研究方向?yàn)榭芍貥?gòu)計(jì)算與信息安全

    董永興:男,1994年生,碩士生,研究方向?yàn)閷S眉呻娐吩O(shè)計(jì)技術(shù)

    通訊作者:

    吳縉 woshi57890@163.com

  • 中圖分類號(hào): TP331

Controlled Physical Unclonable Function Research Based on Sensitivity Confusion Mechanism

  • 摘要: 為了克服物理不可克隆函數(shù)(PUF)面對(duì)建模攻擊的脆弱性,該文提出一種基于敏感度混淆機(jī)制的控制型PUF架構(gòu)。根據(jù)PUF的布爾函數(shù)定義及Walsh譜理論,推導(dǎo)出各個(gè)激勵(lì)位具有不同敏感度,分析并歸納了與混淆值位寬奇偶性有關(guān)的位置選取規(guī)則。利用該規(guī)則指導(dǎo)了多位寬混淆算法(MWCA)的設(shè)計(jì),構(gòu)建了具有高安全性的控制型PUF架構(gòu)。將基礎(chǔ)PUF結(jié)構(gòu)作為控制型PUF的防護(hù)對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)估,發(fā)現(xiàn)基于敏感度混淆機(jī)制的控制型PUF所產(chǎn)生的響應(yīng)具有較好的隨機(jī)性。采用邏輯回歸算法對(duì)不同PUF結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模攻擊,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比基本ROPUF、仲裁器PUF以及基于隨機(jī)混淆機(jī)制的OB-PUF,基于敏感度混淆機(jī)制的控制型PUF能夠顯著提高PUF的抗建模攻擊能力。
  • 圖  1  控制型PUF架構(gòu)

    圖  2  敏感度測(cè)量結(jié)果

    圖  3  ${N_{{\rm{OB}}}} = {\rm{2}}$時(shí)概率期望${E_{\Pr }}\left( {\rm{{Aa,Ta,Sa}}} \right)$的分布圖

    圖  4  ${N_{{\rm{OB}}}} = {\rm{3}}$時(shí)概率期望${E_{\Pr }}\left( {\rm{{Aa,Ta,Sa}}} \right)$的分布圖

    圖  5  基于敏感度混淆機(jī)制的控制型PUF架構(gòu)

    圖  6  基于APUF的混淆值產(chǎn)生模塊

    圖  7  控制型PUF響應(yīng)的漢明距離頻率分布圖

    圖  8  不同PUF結(jié)構(gòu)的建模攻擊結(jié)果

    表  1  ${N_{{\rm{OB}}}} = {\rm{1}},2,{\rm{3}},{\rm{4}}$時(shí)混淆值位置選擇所有組合情況

    NOB (Aa,Ta,Sa)
    1 (1,0,0);(0,1,0);(0,0,1)
    2 (1,1,0);(1,0,1);(0,1,1);(2,0,0);(0,2,0);(0,0,2)
    3 (1,1,1);(2,1,0);(2,0,1);(1,2,0);(0,2,1);(1,0,2);(0,1,2);
    (3,0,0);(0,3,0);(0,0,3)
    4 (2,1,1);(1,2,1);(1,1,2);(2,2,0);(2,0,2);(0,2,2);(3,1,0);(3,0,1);
    (1,3,0);(0,3,1);(1,0,3);(0,1,3);(4,0,0);(0,4,0);(0,0,4)
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  MWCA的具體算法

     輸入:混淆激勵(lì)集合${C_{\rm OB}} = \left\{ {c_{\rm OB}^k|k \in \left\{ {1,2, ·\!·\!· ,\sum\nolimits_{i = 1}^t {{2^{N - i}}} } \right\}} \right\}; $
        混淆值集合$Y = \left\{ {{y_k}|k \in \left\{ {1,2, ·\!·\!· ,\sum\nolimits_{i = 1}^t {{2^{N - i}}} } \right\}} \right\} $
     過(guò)程:
     $(1)\;{\rm for}\;\forall k \in \left\{ {1,2, ·\!·\!· ,\sum\nolimits_{i = 1}^t {{2^{N - i}}} } \right\}{\rm do} $
     $(2)\;{\text{輸入混淆激勵(lì)集合}}c_{\rm OB}^k = \left\{ {{c_1},{c_2}, ·\!·\!· ,{c_t}} \right\}\text{、}\ {\text{混淆值}}{y_k}{\text{和標(biāo)識(shí)值}}{a_k} ; $
     $(3)\;{\rm if}\;{a_k} = 1\;{\rm then} $
     $(4)\;{\text{調(diào)用位置選擇策略}}{P_k} ;{\text{產(chǎn)生完整激勵(lì)}}{C_k}{\rm{ = }}{P_k}(c_{{\rm{OB}}}^k,{y_k}) ;{\rm return} $
     $(5)\;{\rm else} $
     $(6)\;{\text{計(jì)算}}{{ r = ({N} - t) }}\% 2 ; $
     $(7)\;\rm end\;if$
     $(8)\;{\rm if}\;r = 0\;{\rm then}$
     $(9)\;{\text{調(diào)用偶數(shù)規(guī)則}}{\rm{Rule}}\_{\rm E},{\text{生成位置選擇策略}}{P_k},{a_k} = 1;$
     $(10)\;\rm else $
     $(11)\;{\text{調(diào)用奇數(shù)規(guī)則}}{\rm{Rule}}\_{\rm O},{\text{生成位置選擇策略}}{P_k},{a_k} = 1;$
     $(12)\;\rm end\;if $
     $(13)\;{\text{存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)值}}{a_k}{\text{和策略}}{P_k} ,{\text{用于之后激勵(lì)混淆步驟的判斷依據(jù)}} ;$
     (14) 按照策略將混淆值插入混淆激勵(lì)$c_{{\rm{OB}}}^k,$產(chǎn)生完整激勵(lì)
    ${C_k}{\rm{ = }}{P_k}(c_{{\rm{OB}}}^k,{y_k}) ;\rm return$
     $ (15) \;\rm end\;for$
     輸出:完整激勵(lì)集合${C_f} = {\rm{\{ }}{C_k}|k \in {\rm{\{ }}1,2, ·\!·\!· ,\sum\nolimits_{i = 1}^t {{2^{N - i}}} {\rm{\} \} }}。$
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  3  可靠性和唯一性指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

    PUF結(jié)構(gòu) 基本ROPUF[10] LR-PUF[5] OB-PUF[6] 本文
    Ps(%) 49.97 ≈50 47.31 51.24
    Pd(%) 1.59 2 0.86 1.56
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  4  NIST隨機(jī)數(shù)測(cè)試結(jié)果

    測(cè)試項(xiàng)目 基本ROPUF[10] 本文
    P_value 結(jié)果 P_value 結(jié)果
    頻率檢驗(yàn) 0.000003 失敗 0.829896 通過(guò)
    塊內(nèi)頻數(shù)檢驗(yàn) 0.050764 通過(guò) 0.580358 通過(guò)
    向前累加和檢驗(yàn) 0.000000 失敗 0.502594 通過(guò)
    向后累加和檢驗(yàn) 0.000000 失敗 0.347179 通過(guò)
    游程檢驗(yàn) 0.302788 通過(guò) 0.329404 通過(guò)
    塊內(nèi)最長(zhǎng)游程檢驗(yàn) 0.000062 失敗 0.024892 通過(guò)
    近似熵檢驗(yàn) 0.000001 失敗 0.693147 通過(guò)
    向前序列檢驗(yàn) 0.070160 通過(guò) 0.024892 通過(guò)
    向后序列檢驗(yàn) 0.192277 通過(guò) 0.756264 通過(guò)
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  5  不同PUF結(jié)構(gòu)的攻擊結(jié)果對(duì)比

    PUF類型 訓(xùn)練集數(shù)量 攻擊時(shí)間(s) 預(yù)測(cè)成功率(%)
    OB-PUF(1) 4400 26 87.6
    OB-PUF(2) 5200 30 84.4
    OB-PUF(3) 6000 62 73.1
    OB-PUF(4) 8000 128 69.8
    基本ROPUF 5200 8 99.5
    控制型ROPUF 7200 262 53.4
    仲裁器PUF 4800 15 93.9
    控制型APUF 6500 187 67.2
    下載: 導(dǎo)出CSV
  • RüHRMAIR U, S?LTER J, SEHNKE F, et al. PUF modeling attacks on simulated and silicon data[J]. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 2013, 8(11): 1876–1891. doi: 10.1109/TIFS.2013.2279798
    GASSEND B, VAN DIJK M, CLARKE D, et al. Controlled physical random functions[J]. ACM Transactions on Information and System Security, 2008, 10(4): 23–25.
    KATZENBEISSER S, KO?ABAS ü, VAN DER LEEST V, et al. Recyclable PUFs: Logically Reconfigurable PUFs[M]. Berlin, Germamy: Springer, 2011: 374–389.
    LAO Yingjie and PARHI K K. Reconfigurable architectures for silicon physical unclonable functions[C]. Proceedings of 2011 IEEE International Conference on Electro/Information Technology, Mankato, USA, 2011: 1–7.
    MAJZOOBI M, KOUSHANFAR F, and POTKONJAK M. Techniques for design and implementation of secure reconfigurable PUFs[J]. ACM Transactions on Reconfigurable Technology and Systems, 2009, 2(1): 5.
    GAO Yansong, AL-SARAWI S F, ABBOTT D, et al. Modeling attack resilient reconfigurable latent obfuscation technique for PUF based lightweight authentication[J]. arXiv:1706.06232, 2017.
    許道云, 韋立, 王曉峰. 布爾函數(shù)的學(xué)習(xí)與性質(zhì)測(cè)試[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào): 理學(xué)版, 2012, 58(2): 125–134.

    XU Daoyun, WEI Li, and WANG Xiaofeng. Learning and testing of properties for Boolean functions[J]. Journal of Wuhan University:Natural Science Edition, 2012, 58(2): 125–134.
    GANJI F, TAJIK S, F??LER F, et al. Strong machine learning attack against PUFs with no mathematical model[C]. Proceedings of the 18th International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, Santa, USA, 2016: 391–411.
    ZALIVAKA S S, PUCHKOV A V, KLYBIK V P, et al. Multi-valued arbiters for quality enhancement of PUF responses on FPGA implementation[C]. Proceedings of 201621st Asia and South Pacific Design Automation Conference, Macau, China, 2016: 533–538.
    GASSEND B, CLARKE D, VAN DIJK M, et al. Silicon physical random functions[C]. Proceedings of the 9th ACM Conference on Computer and Communications Security, USA, 2002: 148–160.
    LAO Yingjie and PARHI K K. Statistical analysis of MUX-based physical unclonable functions[J]. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 2014, 33(5): 649–662. doi: 10.1109/TCAD.2013.2296525
    龐子涵, 周強(qiáng), 高文超, 等. FPGA物理不可克隆函數(shù)及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 29(9): 1590–1603. doi: 10.3969/j.issn.1003-9775.2017.09.002

    PANG Zihan, ZHOU Qiang, GAO Wenchao, et al. Hardware implementation of physical unclonable function on FPGAs[J]. Journal of Computer-Aided Design &Computer Graphics, 2017, 29(9): 1590–1603. doi: 10.3969/j.issn.1003-9775.2017.09.002
    DENG R, WENG Jian, REN Kui, et al. Security and Privacy in Communication Networks[M]. Cham: Springer, 2016: 675–693.
    KODYTEK F and LóRENCZ R. Proposal and properties of ring oscillator-based PUF on FPGA[J]. Journal of Circuits, Systems and Computers, 2016, 25(3): 1640016. doi: 10.1142/S0218126616400168
    KODYTEK F, LóRENCZ R, and BU?EK J. Improved ring oscillator PUF on FPGA and its properties[J]. Microprocessors and Microsystems, 2016, 47: 55–63. doi: 10.1016/j.micpro.2016.02.005
  • 加載中
圖(8) / 表(5)
計(jì)量
  • 文章訪問(wèn)數(shù):  2204
  • HTML全文瀏覽量:  937
  • PDF下載量:  68
  • 被引次數(shù): 0
出版歷程
  • 收稿日期:  2018-08-06
  • 修回日期:  2019-02-11
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2019-03-23
  • 刊出日期:  2019-07-01

目錄

    /

    返回文章
    返回