基于鎖存型電壓靈敏放大器puf的aes密鑰產生結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型使用一種StrongARM型鎖存靈敏放大器作為PUF (Physical Unclon油le F^mction，物理不可復制結構），設計了可 W 為 AES (Advanced Elncryption Standard,高級加密標準算法）加解密模塊產生密鑰的結構。
【背景技術】
[0002] 21世紀是信息的時代，一方面，信息技術和相關產業(yè)高速發(fā)展，呈現出空前繁榮的 景象；另一方面，危害信息安全的事件不斷發(fā)生，威脅國家安全和社會穩(wěn)定，因此，必須采取 措施確保我國的信息安全W。信息安全離不開密碼學，作為信息安全的關鍵技術，密碼學可 W提供信息的保密性、完整性、可用性W及抗抵性。密碼學主要由密碼編碼學和密碼分析學 兩部分組成，密碼編碼學與密碼分析學二者相互獨立，又相互依存，從而推動了密碼學自身 的快速發(fā)展。
[0003] AES全稱是Advanced Elncryption Standard,即高級加密標準算法，是美國聯邦政 府采用的一種區(qū)塊加密標準，該個標準用來替代原先的DES值ate化cryption Standard) 算法，該算法由美國國家標準與技術研究院（NIST)于2001年11月26日發(fā)布于FIPS PUB 197,并在2002年5月26日成為有效的標準，截至2006年，AES已然成為對稱密鑰加密中最 流行的算法之一 b'33。AES目前獲得了廣泛的應用，成為虛擬專用網、SONET(同步光網絡）、 遠程訪問服務器（RA巧、高速ATM/化hernet路由器、移動通信、衛(wèi)星通信、電子金融業(yè)務等 的加密算法，并逐漸取代DES在IP-See、S化和ATM中的使用。此外，得益于密碼技術的高 速發(fā)展，政府及軍事通信更多的采用高級的加密算法，W及網絡保密系統(tǒng)，財政保密、游戲 機密等方面AES加密算法都得到了廣泛的應用。
[0004] PUF全稱是化ysical Unclon油le F^mction，即物理不可復制結構["，利用各種電 路結構放大集成電路生產過程中因工藝等原因造成的各種偏差，形成穩(wěn)定的、唯一的、不可 預測結果的電路結構W。
[000引[參考文獻]
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[ocm] 針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種基于鎖存型電壓靈敏放大器PUF 的AES密鑰產生結構，為AES加解密電路提供加解密所需的密鑰，可根據不同需要分別提供 128位、192位和256位密鑰，保證密鑰的唯一性、不可復制性和可靠性。
[0012] 為了解決上述技術問題，本實用新型提出的一種基于鎖存型電壓靈敏放大器PUF 的AES密鑰產生結構，包括核屯、單元和外圍電路，所述核屯、單元為SAPUF結構，所述SAPUF 結構是一種利用StrongARM型鎖存靈敏放大器作為PUF的結構；所述外圍電路包括一個 SRAM存儲器；所述StrongARM型鎖存靈敏放大器為差分結構，包括走個場效應管N1管、N2 管、N3管、M管、N5管、P1管和P2管，其中，N3管和M管構成M0S對管，所述N3管和M管 的柵極接位線；N5管為使能管，N5管的柵極接使能控制信號EN，該使能控制信號EN控制放 大器的開啟與關斷；N1管、N2管、P1管和P2管構成正反饋的鎖存結構，該鎖存結構相對于 所述的M0S對管為負載；N1管和P1管的柵極為放大器的輸出端OUT,所述P1管和P2管的 源極為放大器的電源端。
[0013] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0014] 本實用新型中利用StrongARM型鎖存靈敏放大器作為PUF結構（W下簡稱 SAPUF)，構成本實用新型中AES密鑰產生結構的核屯、單元。
[0015] 由于AES的加密流程和算法是公開的，保護AES算法的核屯、在于保護密鑰化ey) 的安全，而近年來，針對預存儲在AES加解密電路中的密鑰攻擊越來越多，為了保證密鑰的 安全，一部分研究者在電路增強方面進行了研究，還有一部分在如何產生不可復制的唯一 的密鑰方面進行了研究。經過相關文獻和專利的檢索，目前已有部分研究者提出基于不同 種類PUF的密鑰產生結構，但是需要進行ECC巧rror Correcting Code,錯誤檢查和糾正） 操作。利用本實用新型的密鑰產生結構能夠產生唯一的、不可復制的和可靠的AES加解密 密鑰，該結構簡單易用，而且輸出穩(wěn)定，可W根據需要產生128位、192位、256位密鑰，可W 作為IP核來使用。由于本實用新型是利用SAPUF結構（StrongARM型鎖存靈敏放大器結構 作為PUF結構），無需進行ECC操作；此外，相比于其他結構本實用新型的密鑰產生結構對 于外圍電路的需求極小，僅需額外配備一個SRAM (Static RAM,靜態(tài)隨機存儲器）。
【附圖說明】
[0016] 圖1是StrongARM型鎖存靈敏放大器結構示意圖；
[0017] 圖2是由SAPUF構成的AES密鑰產生結構。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型技術方案作進一步詳細描述。
[0019] 本實用新型提出的一種基于鎖存型電壓靈敏放大器PUF的AES密鑰產生結構是W SAPUF陣列為核屯、，加上相關外圍電路構成。如圖2所示，該AES密鑰產生結構包括核屯、單 元和外圍電路，所述核屯、單元為SAPUF結構，所述SAPUF結構是一種利用StrongARM型鎖存 靈敏放大器作為PUF的結構；所述外圍電路包括一個SRAM存儲器。
[0020] 如圖1所示，是StrongARM型鎖存靈敏放大器（W下簡稱SA靈敏放大器）的結 構圖，該放大器為差分結構，包括^；：個場效應管；N1管、N2管、N3管、M管、N5管、P1管和 P2管，其中，N3管和M管構成M0S對管，N3管和M管為差分輸入管，靈敏放大器失調電壓 VcwsET的大小與N3管和M管面積的平方根成反比，并且其柵極接位線；N5管為使能管，N5 管的柵極接使能控制信號EN，該使能控制信號EN控制放大器的開啟與關斷，使能管的寬長 比對于放大器的速度影響最大；N1管、N2、P1和P2構成正反饋的鎖存結構，該鎖存結構相 對于所述的M0S對管可W視為負載；N1管和P1管的柵極為放大器的輸出端OUT,所述P1管 和P2管的源極為放大器的電源端。
[0021] 結合圖1說明本實用新型中的SA靈敏放大器理想情況下的工作原理：
[0022] 當使能信號EN為低電平時，N5管關斷，放大器不工作，輸出端口 OUT通過預沖管充 電到高電平；理想情況下，如果兩位線之間存在電壓差，當使能信號EN變?yōu)楦唠娖綍r，使能 管N5開啟，放大器開始工作，將兩位線間的電壓差進行放大。假設化端電壓大于BLA端電 壓，會使得流過N3的電流大于流過M的電流，導致b點電位比a點電位下降快，當b點電 位下降至V孤-|Vj時，P1開啟且開始對a點進行充電，當流過P1的充電電流大于流過N1 的放電電流時，a點電位上升，進而促使b點電位繼續(xù)下降，開始正反饋，直至a點輸出為高 電平"1"，此時b點為低電平"0"，放大器輸出"1"。相反，如果化端電壓小于BLA端電壓， 最終b點為高電平"1"，放大器輸出"0"。
[0023] 結合圖1說明本實用新型中的SA靈敏放大器實際情況下的工作原理：
[0024] 理想情況下，放大器會將兩位線之間的任意電壓差進行放大，SA靈敏放大器能夠 正確放大兩位線間的電壓差，強烈依賴于N3/M管的匹配，而實際中，由于M0S管的匹配問 題、工藝偏差等因素，導致N3/M管不匹配。實際加工中，M0S管的加工偏差，主要體現在寬 長比的變化上，根據公式（1);
[0025]
【主權項】
1. 一種基于鎖存型電壓靈敏放大器PUF的AES密鑰產生結構，其特征在于，包括核屯、單 元和外圍電路，所述核屯、單元為SAPUF結構，所述SAPUF結構是一種利用StrongARM型鎖存 靈敏放大器作為PUF的結構；所述外圍電路包括一個SRAM存儲器； 所述StrongARM型鎖存靈敏放大器為差分結構，包括走個場效應管：N1管、N2管、N3 管、M管、N5管、P1管和P2管，其中，N3管和M管構成M0S對管，所述N3管和M管的柵 極接位線；N5管為使能管，N5管的柵極接使能控制信號EN，該使能控制信號EN控制放大器 的開啟與關斷；N1管、N2管、P1管和P2管構成正反饋的鎖存結構，該鎖存結構相對于所述 的M0S對管為負載；N1管和P1管的柵極為放大器的輸出端OUT,所述P1管和P2管的源極 為放大器的電源端。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于鎖存型電壓靈敏放大器PUF的AES密鑰產生結構，包括核心單元和外圍電路，所述核心單元SAPUF結構是一種利用StrongARM型鎖存靈敏放大器差分結構作為PUF的結構；所述外圍電路包括一個SRAM存儲器。所述StrongARM型鎖存靈敏放大器為差分結構，包括七個場效應管:N1、N2、N3、N4、N5、P1和P2管，其中，N3和N4管構成MOS對管，所述N3和N4管的柵極接位線；N5管為使能管，N5管的柵極接使能控制信號EN；N1、N2、P1和P2管構成正反饋的鎖存結構，該鎖存結構相對于所述的MOS對管為負載；N1、P1管的柵極為放大器的輸出端OUT，所述P1、P2管的源極為放大器的電源端。本實用新型為AES加解密電路提供密鑰，保證密鑰的唯一性、不可復制性和可靠性。
【IPC分類】H04L9-08, H04L9-06
【公開號】CN204291000
【申請?zhí)枴緾N201420795003
【發(fā)明人】趙毅強, 何家驥, 束慶冉, 楊松
【申請人】天津大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月15日