26769

طراحي و پيادهسازي بهينه توابع غيرقابل همسانسازي فيزيكي مبتني بر تاخير

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- الكترونيك ـ مدارهاي مجتمع خطي

1398

1400/11/7

سيد محمدرضا موسوي ميركلائي - جمشيد فريبرز

مهندسي برق

با گسترش استفاده از دستگاههاي IoT و اتصال انسانها و دستگاهها به شبكه اينترنت، نياز به تامين امنيت در اين حوزه به يك چالش اساسي تبديل شده است. روشهاي رمزنگاري موجود به دليل محاسبات پيچيده نميتواند براي كاربردهاي IoT استفاده شود. به همين دليل، PUF ها در ابتدا به عنوان يك روش توليد كليد رمزنگاري سبك وزن معرفي شدند. PUF يك منشا امنيت سختافزاري كم مصرف محبوب براي استفاده در دستگاههاي IoT ميباشد. همچنين، PUF يك رويكرد جديد و اميدواركننده براي تامين امنيت سامانههاي فيزيكي و رفع مشكلات مرتبط با رويكردهاي سنتي ارائه ميدهد. تا كنون طرحهاي مختلفي از PUF معرفي شده است. با بررسي مزايا و معايب انواع مختلف PUF ، يك PUF سيليكوني به نام RO-PUF كه ساختار مناسبتري براي پيادهسازي بر روي FPGA دارد، براي انجام مطالعات بيشتر در اين پاياننامه انتخاب ميشود. با تمركز بر روي RO-PUF و بررسي ساختارهاي پيشنهادي معرفي شده براي بهبود RO-PUF ، ساختار CRO-PUF كه بهبود فزاينده اي در بهبود فضاي CRP ايجاد ميكند، به عنوان ساختار مطالعاتي انتخاب ميگردد. با اين حال، ساختار CRO-PUF نارساييهايي نيز دارد و همچنان ميتوان فضاي CRP اين ساختار را به طور فوقالعادهاي افزايش داد و آن را از نظر هزينه سختافزاري بهينه ساخت. براي دستيابي به اين اهداف، در اين پژوهش ساختار جديدي معرفي ميگردد كه ميتواند علاوه بر حفظ مزاياي CRO-PUF ، بهبودي در ساير زمينهها نيز فراهم آورد. براي ارزيابي عملكرد ساختار پيشنهادي به يك بستر سختافزاري شامل برد FPGA ، حسگر دما و يك رايانه مجهز به نرم افزار ChipScope نياز ميباشد. پيادهسازي بر روي برد Sparstan-6 شركت Xilinx انجام شده است. نتايج پياده سازي نشان ميدهد كه علاوه بر بهبود فضاي CRP ، طرح پيشنهادي در مقايسه با ساير ساختارهاي بهبود مناسبي نيز در معيارهاي سنجش مطلوبيت پاسخهاي توليدي ايجاد ميكند. مقدار ميانگين قابليت اطمينان پاسخهاي توليدشده توسط ساختار پيشنهادي 55 / 99 % و منحصر بهفردي بيتهاي پاسخ 49 / 48 % است. همچنين، ميانگين يكنواختي بيتهاي پاسخ 99 / 50 % ميباشد. همان طور كه مشاهده ميشود نتايج اين سه آزمايش بسيار به مقادير ايدهآل نزديك ميباشد.

1401/04/29

Design and Optimal Implementation of Delay-based Physical Unclonable Functions

1/27/2023 12:00:00 AM

With the expansion of the use of Internet of Thing (IoT) devices and the connection of humans and devices to the Internet, the need for provide security in this field is important. Conventional cryptography could not be used for IoT applications due to complex computations, Hence, Physical Unclonable Functions (PUFs) were introduced. PUF is a hardware security primitive that It is lightweight and popular and suitable for use in IoT devices. Since PUF extracts the inherent manufacturing variations of a hardware chip, therefore it can be used as a finger print of devices. PUF offers a promising new approach to securing physical systems and solves the problems of traditional approaches. Field Programmable Gate Array (FPGA) is a good and suitable platform for PUF implementation and does not face ASIC-related limitations. FPGA is configurable so it will be easy for designers to design and allows them to modify the design. Ring Oscillator PUF (RO-PUF) is the most suitable structure for implementation on FPGA. In this thesis, introduces a method to improve the Challenge–Response Pairs (CRPs) space of the RO-PUF structure, also has an advantage in terms of hardware cost. Thus, it upgrades RO-PUF from weak PUFs to strong PUFs. The practical results obtained from the implementation of the proposed structure show that the output responses are sufficiently desirable. The average reliability is 99.55%, the uniqueness is 48.49% and the uniformity is 50.99%, which is very close to the ideal value

توابع فيزيكي غيرقابل همسانسازي , توابع فيزيكي غيرقابل همسانسازي نوسانگر حلقوي , توابع فيزيكي غيرقابل همسانسازي نوسانگر حلقوي متقاطع , انعطافپذيري

Physical unclonable function (PUF) , Ring Oscillator PUF (RO-PUF) , CRO-PUF , Flexibility

Hassan Rabiei

Dr. Moosavi Mirkolaei