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SRAM PUF 的可靠性日漸削弱

2020-02-21
來源:: EEWORLD
關(guān)鍵詞: 5G SRAM

  隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,SRAM已不再是可靠的PUF安全解決方案。

  5G時(shí)代的到來,促使每年有數(shù)十億設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò),可能的安全漏洞也隨之增加,安全性成為重要議題,是故安全防護(hù)能力是不可輕忽的。硬件安全是抵御攻擊時(shí)重要的根本方法,換言之,必須有可靠的信任根來保護(hù)系統(tǒng)免受黑客攻擊。

  市場(chǎng)上存在許多尋找或建立信任根的解決方案。 其中,芯片上的PUF(又名物理不可復(fù)制的功能)由于其獨(dú)特的特征和特性(如隨機(jī)性)而受到了最多的關(guān)注。  但是,要作為一個(gè)完整產(chǎn)品生命周期里安全性之信任和種子的根源,其表現(xiàn)需要相當(dāng)?shù)目煽啃詠韺?duì)抗操作環(huán)境因子的變化,例如電壓,溫度,噪聲,干擾等。

  SRAM PUF特性的缺陷

  SRAM PUF 主要是通過SRAM中一對(duì)MOSFET臨界電壓的局部不匹配特性(local mismatch)實(shí)現(xiàn)的,它們會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正反饋環(huán)路,這樣,由于不匹配特性引起的微小差異就會(huì)被放大并區(qū)分為0或1,并儲(chǔ)存在SRAM中。0或1的隨機(jī)性取決于SRAM中此對(duì)MOSFET臨界電壓的微小差異性。

  由于這種機(jī)制,SRAM PUF的萃取隨機(jī)值的穩(wěn)定性將受到以下因素的嚴(yán)重影響:

  1) 不匹配程度:隨著晶圓制程技術(shù)的不斷精進(jìn),一對(duì)MOSFET中的不匹配程度將變得微小,這會(huì)導(dǎo)致在電源關(guān)閉后重新啟動(dòng)時(shí),SRAM中的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)有可能會(huì)跟前一次SRAM中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)不同。

  2) 環(huán)境條件的變化:環(huán)境條件的變化(例如溫度,噪聲,電壓和干擾)將導(dǎo)致SRAM 萃取隨機(jī)值發(fā)生變化。

  如上所述,SRAM這些固有的缺點(diǎn),用于PUF會(huì)導(dǎo)致其初始狀態(tài)不穩(wěn)定,使其成為不良的PUF解決方案。

  修正SRAM PUF問題所帶來的額外成本

  為了防止在電源重置期間SRAM初始狀態(tài)發(fā)生變化,需要使用錯(cuò)誤校正碼(ECC)。 為了恢復(fù)原始數(shù)據(jù),需要存儲(chǔ)和保護(hù)輔助數(shù)據(jù),以便ECC可以使用它們來提取原始數(shù)據(jù)。 此過程非常耗時(shí),因?yàn)榛謴?fù)數(shù)據(jù)將花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。保護(hù)輔助數(shù)據(jù)也是一個(gè)繁瑣的過程,破壞了PUF的目的,PUF的目的應(yīng)該是簡(jiǎn)單而安全的。 此外,如果由于SRAM操作的老化效應(yīng)而出現(xiàn)更多錯(cuò)誤位,則SRAM PUF將不可避免地發(fā)生故障。 盡管有多種方法可以提高SRAM PUF的可靠性,但其所需的復(fù)雜后處理使其在產(chǎn)品使用周期中仍然存在相當(dāng)大的使用風(fēng)險(xiǎn)和無效率。

  市場(chǎng)有任何新的PUF?

  擁有可靠的PUF對(duì)AIoT的安全至關(guān)重要。 力旺電子最近提出了NeoPUF,它利用氧化層質(zhì)量差異造成不同的穿隧電流作為隨機(jī)性的來源。該特性非常穩(wěn)定,因?yàn)樗遣牧媳举|(zhì)的固有特性,不會(huì)受環(huán)境變化的影響。


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