Giới thiệu

Như tên cho thấy, loại PUF này được cung cấp giá trị đo lường theo trường hợp cụ thể từ silicon, có nghĩa là các PUF này là một phần của mạch tích hợp (IC).

Do sự thay đổi quá trình submicron rất sâu. Điều này làm cho mỗi bóng bán dẫn trong mạch tích hợp (IC) có tính chất vật lý hơi khác nhau. Những biến thể này dẫn đến sự khác biệt nhỏ nhưng có thể đo lường được về các tính chất điện tử như điện áp ngưỡng bóng bán dẫn và độ lợi. Do đó, các tính chất vật lý của các thiết bị này không thể được sao chép hoặc bắt chước.

Bằng cách tận dụng các biến thể vốn có này, PUF có giá trị lớn như một mã định danh duy nhất cho bất kỳ IC nào, làm như vậy thông qua mạch trong IC chuyển đổi các biến thể tinh tế đó thành các dạng kỹ thuật số 0 và 1 duy nhất cho chip cụ thể đó và có thể được lặp lại bất cứ lúc nào. Mẫu này là "dấu vân tay silicon", có thể so sánh với dấu vân tay sinh học của con người.

Định nghĩa

Hàm không thể sao chép vật lý (PUF) là bất kỳ đối tượng vật lý nào, khi nhận được một đầu vào và điều kiện nhất định (thử thách), cung cấp đầu ra (phản hồi) là một "dấu vân tay kỹ thuật số" được xác định vật lý hoạt động như một mã định danh duy nhất. Nó được sử dụng phổ biến nhất với các thiết bị bán dẫn như bộ vi xử lý.

Chức năng vật lý không sao chép hoạt động như thế nào?

Sử dụng PUF cho mục đích bảo mật và nhận dạng Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một thuật toán duy nhất chuyển đổi dấu vân tay silicon thành khóa mã hóa. Khóa này là duy nhất cho mỗi chip và được sử dụng làm khóa chính. Khóa chính được tạo lại một cách đáng tin cậy từ PUF bất cứ khi nào hệ thống cần, mà không cần lưu trữ khóa trong bất kỳ bộ nhớ nào. Khi thiết bị tắt, không có khóa bí mật nào trong bộ nhớ của thiết bị. Trên thực tế, khóa chính là "vô hình" đối với kẻ tấn công, điều này làm cho việc lưu trữ khóa bằng PUF rất an toàn.

Do đó, việc triển khai PUF yêu cầu các thuật toán xử lý để chuyển đổi dấu vân tay silicon thành khóa gốc mật mã. Bởi vì ngoài sự thay đổi tự nhiên của quy trình sản xuất, Các đặc tính điện tử cũng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường như nhiệt độ và nguồn điện, vì vậy việc triển khai tốt PUF đòi hỏi phải chuyển đổi dấu vân tay nhiễu này thành chuỗi 0 và 1 hoàn toàn ổn định và ngẫu nhiên để đủ điều kiện làm khóa mã hóa. Hầu hết các ứng dụng PUF sử dụng hai quy trình:

• Sửa lỗi để đảm bảo rằng khóa thu được là giống nhau mỗi khi PUF được đo.
• Tiện ích mở rộng quyền riêng tư để chuyển đổi dấu vân tay thành các chuỗi hoàn toàn ngẫu nhiên gồm 0 và 1.

Ưu điểm của các chức năng vật lý không thể sao chép

Ưu điểm của việc sử dụng công nghệ PUF như sau:

• Mức độ bảo mật cao: Công nghệ PUF cung cấp mức độ bảo mật cao, vì khóa chính của thiết bị không được lưu trữ trong bộ nhớ vĩnh viễn. Điều này khiến nó không thể sao chép và vô hình trước những kẻ tấn công. Công nghệ này đã được kiểm tra và chứng nhận nghiêm ngặt bởi các cơ quan như Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Nhiều chính phủ ở Liên minh Châu Âu và các tổ chức chứng nhận.
• Tính linh hoạt cao: Công nghệ PUF rất linh hoạt, vì nó loại bỏ nhu cầu cắm chìa khóa bên ngoài vào thiết bị, giúp đơn giản hóa đáng kể chuỗi cung ứng. Cả từ việc không dựa vào một người đáng tin cậy để thực hiện chèn khóa và từ việc cho phép lập trình khóa ở bất kỳ giai đoạn nào của vòng đời thiết bị. Công nghệ PUF là công nghệ CMOS tiêu chuẩn có thể được sử dụng trong tất cả các cơ sở sản xuất và công nghệ sản xuất. Điều này cho phép các nhà thiết kế sử dụng lại các kiến trúc bảo mật bất kể họ đang sử dụng công nghệ sản xuất nào.
• Chi phí thấp: Công nghệ PUF không yêu cầu phần cứng bảo mật cụ thể (chẳng hạn như bộ nhớ được bảo vệ vật lý) hoặc các thành phần đắt tiền như mạch cấp nguồn nên chi phí rất thấp so với các phương pháp bảo vệ khóa truyền thống. Ngoài ra, chi phí truyền thống để cung cấp chìa khóa thiết bị ở một vị trí đáng tin cậy là không liên quan. Điều này là do khóa được tích hợp an toàn vào chính thiết bị.

Các ứng dụng của công nghệ này rất đa dạng, từ PUF cho bảo mật IoT, nơi chi phí thấp và ứng dụng linh hoạt của công nghệ này mang lại lợi ích đáng kể, đến PUF cho ngành hàng không vũ trụ và chính phủ, chứng minh rằng công nghệ này có thể cung cấp mức độ bảo mật cao nhất.