bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИРbsuir-1067Research ArticleСтатьиФИЗИЧЕСКАЯ КРИПТОГРАФИЯ И ЗАЩИТА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВPhysical cryptography and security of digital devicesИванюкА. А.IvaniukA. A.ivaniuk@bsuir.byЗаливакоС. С.ZalivakaS. S.noemail@neicon.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Республика БеларусьBelarus201903062019025058Copyright © Иванюк А.А., Заливако С.С., 20192019Иванюк А.А., Заливако С.С.Ivaniuk A.A., Zalivaka S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/1067

В статье представлены основные научные результаты и достижения, полученные аспирантами, магистрантами и соискателями кафедры информатики БГУИР под научным руководством профессора А.А. Иванюка в период с 2014 по 2018 год. Приведены оригинальные схемотехнические решения в области синтеза цифровых физически неклонируемых функций. Впервые проблематика физически неклонируемых функций была опубликована в 2011 году в журнале «Информатика» профессором кафедры ПОИТ БГУИР д.т.н., профессором В.Н. Ярмоликом, являющимся известным отечественным ученым в области проектирования надежных цифровых устройств и систем. В данной статье приведены новые методы и алгоритмы неклонируемой идентификации и аутентификации цифровых устройств. Представлены результаты, полученные в области генерирования случайных числовых последовательностей. Кроме того, приведены результаты по методам реализации аппаратных водяных знаков и функциональной обфускации цифровых устройств.

The article presents the main scientific results and practical achievements obtained by undergraduate and graduate students of Computer Science department of BSUIR under the supervision of professor A.A. Ivaniuk during the period from 2014 to 2018. The original circuit solutions in the field of synthesis of digital physically unclonable functions are presented. The area of physically unclonable functions was first time published in the journal «Informatics» by professor of Software for information technologies department of BSUIR, doctor of technical sciences V.N. Yarmolik, which is a famous domestic scientist in area of reliable digital devices and systems design. New methods and algorithms for unclonable identification and authentication of digital devices are described. The paper also presents the results obtained in the field of random number sequences generation. In addition, the results on the methods of hardware watermarks injection and functional obfuscation of digital devices are given.

физически неклонируемые функциицифровые устройствапрограммируемые логические интегральные схемыидентификацияаутентификацияслучайные числовые последовательностиаппаратные водяные знакифункциональная обфускацияphysically unclonable functionsdigital devicesfield programmable gate arraysidentificationauthenticationrandom number sequenceshardware watermarksfunctional obfuscationReferencesDesign and Implementation of High-Quality Physical Unclonable Functions for Hardware-Oriented Cryptography. Secure System Design and Trustable Computing / S.S. Zalivaka [et al.]. Switzerland: Springer, 2016. Ch. 2. P. 39-81.Design and Implementation of High-Quality Physical Unclonable Functions for Hardware-Oriented Cryptography. Secure System Design and Trustable Computing / S.S. Zalivaka [et al.]. Switzerland: Springer, 2016. Ch. 2. P. 39-81.Заливако С.С., Иванюк А.А. Использование физически неклонируемых функций для генерирования действительно случайных числовых последовательностей // Автоматика и вычислительная техника. 2013. № 3. С. 61-72.Заливако С.С., Иванюк А.А. Использование физически неклонируемых функций для генерирования действительно случайных числовых последовательностей // Автоматика и вычислительная техника. 2013. № 3. С. 61-72.Заливако С.С., Иванюк А.А. Схемная реализация комбинированной физически неклонируемой функции для генерирования действительно случайных числовых последовательностей // Докл. БГУИР. 2013. № 7 (77). С. 37-43.Заливако С.С., Иванюк А.А. Схемная реализация комбинированной физически неклонируемой функции для генерирования действительно случайных числовых последовательностей // Докл. БГУИР. 2013. № 7 (77). С. 37-43.Заливако С.С., Иванюк А.А., Клыбик В.П. Метод увеличение стабильности физически неклонируемой функции типа «арбитр» // Информатика. 2017. № 1 (53). С. 31-43.Заливако С.С., Иванюк А.А., Клыбик В.П. Метод увеличение стабильности физически неклонируемой функции типа «арбитр» // Информатика. 2017. № 1 (53). С. 31-43.Multi-valued arbiters for quality enhancement of PUF responses on FPGA implementation / S.S. Zalivaka [et al.] // Invited Paper at Special Session on Cyber-Physical Systems and Security, in Proc. 21st IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conf. (ASP-DAC 2016). Macao, China, 26-28 January 2016. P. 533-538.Multi-valued arbiters for quality enhancement of PUF responses on FPGA implementation / S.S. Zalivaka [et al.] // Invited Paper at Special Session on Cyber-Physical Systems and Security, in Proc. 21st IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conf. (ASP-DAC 2016). Macao, China, 26-28 January 2016. P. 533-538.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. FPGA Implementation of Modeling Attack Resistant Arbiter PUF with Enhanced Reliability // Invited Paper at Special Session on IoT Security: Protocol, Implementation and Attacks, in Proc. 18st IEEE International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED 2017). Santa Clara, CA, USA, 13-15 March 2017. P. 313-318.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. FPGA Implementation of Modeling Attack Resistant Arbiter PUF with Enhanced Reliability // Invited Paper at Special Session on IoT Security: Protocol, Implementation and Attacks, in Proc. 18st IEEE International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED 2017). Santa Clara, CA, USA, 13-15 March 2017. P. 313-318.Klybik V.P., Ivaniuk A.A. Use of arbiter physical unclonable function to solve identification problem of digital devices // Automatic Control and Computer Sciences. 2015. Vol. 49, № 3. P. 139-147.Klybik V.P., Ivaniuk A.A. Use of arbiter physical unclonable function to solve identification problem of digital devices // Automatic Control and Computer Sciences. 2015. Vol. 49, № 3. P. 139-147.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang Ch.-H. Reliable and Modeling Attack Resistant Authentication of Arbiter PUF in FPGA Implementation With Trinary Quadruple Response // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2018. № 4 (14). P. 1109-1123.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang Ch.-H. Reliable and Modeling Attack Resistant Authentication of Arbiter PUF in FPGA Implementation With Trinary Quadruple Response // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2018. № 4 (14). P. 1109-1123.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. Low-cost Fortification of Arbiter PUF Against Modeling Attack // Proc. of IEEE International Symposium on Circuits & Systems (ISCAS 2017). Baltimore, MD, USA, 28-31 May 2017. P. 1600-1603.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. Low-cost Fortification of Arbiter PUF Against Modeling Attack // Proc. of IEEE International Symposium on Circuits & Systems (ISCAS 2017). Baltimore, MD, USA, 28-31 May 2017. P. 1600-1603.Заливако С.С., Иванюк А.А. Обзор методов активной идентификации цифровых устройств // Информатика. 2016. № 3 (51). С. 38-48.Заливако С.С., Иванюк А.А. Обзор методов активной идентификации цифровых устройств // Информатика. 2016. № 3 (51). С. 38-48.Иванюк А.А. Особенности реализации симметричных путей ФНФ типа арбитр на ПЛИС // Матер. междунар. науч. конф. «Информационные технологии и системы 2018». Минск, 25 октября 2018 г. С. 156-157.Иванюк А.А. Особенности реализации симметричных путей ФНФ типа арбитр на ПЛИС // Матер. междунар. науч. конф. «Информационные технологии и системы 2018». Минск, 25 октября 2018 г. С. 156-157.Клыбик В.П., Иванюк А.А. Перспективные возможности обеспечения безопасности инфраструктуры IoT // Матер. междунар. науч. конф. «Информационные технологии и системы 2018». Минск, 25 октября 2018 г. С. 162-163.Клыбик В.П., Иванюк А.А. Перспективные возможности обеспечения безопасности инфраструктуры IoT // Матер. междунар. науч. конф. «Информационные технологии и системы 2018». Минск, 25 октября 2018 г. С. 162-163.Пучков А.В., Иванюк А.А. Применение запоминающих устройств в качестве криптографических примитивов для интегральных схем программируемой логики // Материалы междунар. науч. конф. «Информационные технологии и системы 2016». Минск, 26 октября 2016 г. С. 210-211.Пучков А.В., Иванюк А.А. Применение запоминающих устройств в качестве криптографических примитивов для интегральных схем программируемой логики // Материалы междунар. науч. конф. «Информационные технологии и системы 2016». Минск, 26 октября 2016 г. С. 210-211.Сергейчик В.В., Иванюк А.А. Обзор методов реализации аппаратных водяных знаков в цифровых устройствах программируемой логики // Информатика. 2015. № 1 (45). С. 102-112.Сергейчик В.В., Иванюк А.А. Обзор методов реализации аппаратных водяных знаков в цифровых устройствах программируемой логики // Информатика. 2015. № 1 (45). С. 102-112.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Implementation of opaque predicates for FPGA designs hardware obfuscation // J. of Information, Control and Management Systems. 2014. № 12 (2). P. 177-188.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Implementation of opaque predicates for FPGA designs hardware obfuscation // J. of Information, Control and Management Systems. 2014. № 12 (2). P. 177-188.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Digital Watermark and Fingerprint in Variable Rank Linear-Feedback Shift Register // Automatic Control and Computer Sciences. 2016. Vol. 50, № 2. P. 107-115.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Digital Watermark and Fingerprint in Variable Rank Linear-Feedback Shift Register // Automatic Control and Computer Sciences. 2016. Vol. 50, № 2. P. 107-115.Sergeichik V., Ivaniuk A. Hardware Primitives for FPGA Design Obfuscation // Proceedings of the Section of Young Researchers and Scientists (SYRAS) on the 10th International Conference on Digital Technologies 2014. Zilina, Slovakia, 9-11 July 2014. P. 39-44.Sergeichik V., Ivaniuk A. Hardware Primitives for FPGA Design Obfuscation // Proceedings of the Section of Young Researchers and Scientists (SYRAS) on the 10th International Conference on Digital Technologies 2014. Zilina, Slovakia, 9-11 July 2014. P. 39-44.Сергейчик В.В., Иванюк А.А. Особенности обфускации VHDL-описаний и методы оценки ее сложности // Информатика. 2014. № 1 (41). С. 116-125.Сергейчик В.В., Иванюк А.А. Особенности обфускации VHDL-описаний и методы оценки ее сложности // Информатика. 2014. № 1 (41). С. 116-125.Design and Implementation of High-Quality Physical Unclonable Functions for Hardware-Oriented Cryptography. Secure System Design and Trustable Computing / S.S. Zalivaka [et al.]. Switzerland: Springer, 2016. Ch. 2. P. 39-81.Design and Implementation of High-Quality Physical Unclonable Functions for Hardware-Oriented Cryptography. Secure System Design and Trustable Computing / S.S. Zalivaka [et al.]. Switzerland: Springer, 2016. Ch. 2. P. 39-81.Zalivako S.S., Ivanjuk A.A. Ispol'zovanie fizicheski nekloniruemyh funkcij dlja generirovanija dejstvitel'no sluchajnyh chislovyh posledovatel'nostej // Avtomatika i vychislitel'naja tehnika. 2013. № 3. S. 61-72. (in Russ.)Zalivako S.S., Ivanjuk A.A. Ispol'zovanie fizicheski nekloniruemyh funkcij dlja generirovanija dejstvitel'no sluchajnyh chislovyh posledovatel'nostej // Avtomatika i vychislitel'naja tehnika. 2013. № 3. S. 61-72. (in Russ.)Zalivako S.S., Ivanjuk A.A. Shemnaja realizacija kombinirovannoj fizicheski nekloniruemoj funkcii dlja generirovanija dejstvitel'no sluchajnyh chislovyh posledovatel'nostej // Dokl. BGUIR. 2013. № 7 (77). S. 37-43. (in Russ.)Zalivako S.S., Ivanjuk A.A. Shemnaja realizacija kombinirovannoj fizicheski nekloniruemoj funkcii dlja generirovanija dejstvitel'no sluchajnyh chislovyh posledovatel'nostej // Dokl. BGUIR. 2013. № 7 (77). S. 37-43. (in Russ.)Zalivako S.S., Ivanjuk A.A., Klybik V.P. Metod uvelichenie stabil'nosti fizicheski nekloniruemoj funkcii tipa «arbitr» // Informatika. 2017. № 1 (53). S. 31-43. (in Russ.)Zalivako S.S., Ivanjuk A.A., Klybik V.P. Metod uvelichenie stabil'nosti fizicheski nekloniruemoj funkcii tipa «arbitr» // Informatika. 2017. № 1 (53). S. 31-43. (in Russ.)Multi-valued arbiters for quality enhancement of PUF responses on FPGA implementation / S.S. Zalivaka [et al.] // Invited Paper at Special Session on Cyber-Physical Systems and Security, in Proc. 21st IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conf. (ASP-DAC 2016). Macao, China, 26-28 January 2016. P. 533-538.Multi-valued arbiters for quality enhancement of PUF responses on FPGA implementation / S.S. Zalivaka [et al.] // Invited Paper at Special Session on Cyber-Physical Systems and Security, in Proc. 21st IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conf. (ASP-DAC 2016). Macao, China, 26-28 January 2016. P. 533-538.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. FPGA Implementation of Modeling Attack Resistant Arbiter PUF with Enhanced Reliability // Invited Paper at Special Session on IoT Security: Protocol, Implementation and Attacks, in Proc. 18st IEEE International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED 2017). Santa Clara, CA, USA, 13-15 March 2017. P. 313-318.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. FPGA Implementation of Modeling Attack Resistant Arbiter PUF with Enhanced Reliability // Invited Paper at Special Session on IoT Security: Protocol, Implementation and Attacks, in Proc. 18st IEEE International Symposium on Quality Electronic Design (ISQED 2017). Santa Clara, CA, USA, 13-15 March 2017. P. 313-318.Klybik V.P., Ivaniuk A.A. Use of arbiter physical unclonable function to solve identification problem of digital devices // Automatic Control and Computer Sciences. 2015. Vol. 49, № 3. P. 139-147.Klybik V.P., Ivaniuk A.A. Use of arbiter physical unclonable function to solve identification problem of digital devices // Automatic Control and Computer Sciences. 2015. Vol. 49, № 3. P. 139-147.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang Ch.-H. Reliable and Modeling Attack Resistant Authentication of Arbiter PUF in FPGA Implementation With Trinary Quadruple Response // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2018. № 4 (14). P. 1109-1123.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang Ch.-H. Reliable and Modeling Attack Resistant Authentication of Arbiter PUF in FPGA Implementation With Trinary Quadruple Response // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2018. № 4 (14). P. 1109-1123.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. Low-cost Fortification of Arbiter PUF Against Modeling Attack // Proc. of IEEE International Symposium on Circuits & Systems (ISCAS 2017). Baltimore, MD, USA, 28-31 May 2017. P. 1600-1603.Zalivaka S.S., Ivaniuk A.A., Chang C.H. Low-cost Fortification of Arbiter PUF Against Modeling Attack // Proc. of IEEE International Symposium on Circuits & Systems (ISCAS 2017). Baltimore, MD, USA, 28-31 May 2017. P. 1600-1603.Zalivako S.S., Ivanjuk A.A. Obzor metodov aktivnoj identifikacii cifrovyh ustrojstv // Informatika. 2016. № 3 (51). S. 38-48. (in Russ.)Zalivako S.S., Ivanjuk A.A. Obzor metodov aktivnoj identifikacii cifrovyh ustrojstv // Informatika. 2016. № 3 (51). S. 38-48. (in Russ.)Ivanjuk A.A. Osobennosti realizacii simmetrichnyh putej FNF tipa arbitr na PLIS // Mater. mezhdunar. nauch. konf. «Informacionnye tehnologii i sistemy 2018». Minsk, 25 oktjabrja 2018 g. S. 156-157. (in Russ.)Ivanjuk A.A. Osobennosti realizacii simmetrichnyh putej FNF tipa arbitr na PLIS // Mater. mezhdunar. nauch. konf. «Informacionnye tehnologii i sistemy 2018». Minsk, 25 oktjabrja 2018 g. S. 156-157. (in Russ.)Klybik V.P., Ivanjuk A.A. Perspektivnye vozmozhnosti obespechenija bezopasnosti infrastruktury IoT // Mater. mezhdunar. nauch. konf. «Informacionnye tehnologii i sistemy 2018». Minsk, 25 oktjabrja 2018 g. S. 162-163. (in Russ.)Klybik V.P., Ivanjuk A.A. Perspektivnye vozmozhnosti obespechenija bezopasnosti infrastruktury IoT // Mater. mezhdunar. nauch. konf. «Informacionnye tehnologii i sistemy 2018». Minsk, 25 oktjabrja 2018 g. S. 162-163. (in Russ.)Puchkov A.V., Ivanjuk A.A. Primenenie zapominajushhih ustrojstv v kachestve kriptograficheskih primitivov dlja integral'nyh shem programmiruemoj logiki // Materialy mezhdunar. nauch. konf. «Informacionnye tehnologii i sistemy 2016». Minsk, 26 oktjabrja 2016 g. S. 210-211. (in Russ.)Puchkov A.V., Ivanjuk A.A. Primenenie zapominajushhih ustrojstv v kachestve kriptograficheskih primitivov dlja integral'nyh shem programmiruemoj logiki // Materialy mezhdunar. nauch. konf. «Informacionnye tehnologii i sistemy 2016». Minsk, 26 oktjabrja 2016 g. S. 210-211. (in Russ.)Sergejchik V.V., Ivanjuk A.A. Obzor metodov realizacii apparatnyh vodjanyh znakov v cifrovyh ustrojstvah programmiruemoj logiki // Informatika. 2015. № 1 (45). S. 102-112. (in Russ.)Sergejchik V.V., Ivanjuk A.A. Obzor metodov realizacii apparatnyh vodjanyh znakov v cifrovyh ustrojstvah programmiruemoj logiki // Informatika. 2015. № 1 (45). S. 102-112. (in Russ.)Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Implementation of opaque predicates for FPGA designs hardware obfuscation // J. of Information, Control and Management Systems. 2014. № 12 (2). P. 177-188.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Implementation of opaque predicates for FPGA designs hardware obfuscation // J. of Information, Control and Management Systems. 2014. № 12 (2). P. 177-188.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Digital Watermark and Fingerprint in Variable Rank Linear-Feedback Shift Register // Automatic Control and Computer Sciences. 2016. Vol. 50, № 2. P. 107-115.Sergeichik V.V., Ivaniuk A.A. Digital Watermark and Fingerprint in Variable Rank Linear-Feedback Shift Register // Automatic Control and Computer Sciences. 2016. Vol. 50, № 2. P. 107-115.Sergeichik V., Ivaniuk A. Hardware Primitives for FPGA Design Obfuscation // Proceedings of the Section of Young Researchers and Scientists (SYRAS) on the 10th International Conference on Digital Technologies 2014. Zilina, Slovakia, 9-11 July 2014. P. 39-44.Sergeichik V., Ivaniuk A. Hardware Primitives for FPGA Design Obfuscation // Proceedings of the Section of Young Researchers and Scientists (SYRAS) on the 10th International Conference on Digital Technologies 2014. Zilina, Slovakia, 9-11 July 2014. P. 39-44.Sergejchik V.V., Ivanjuk A.A. Osobennosti obfuskacii VHDL-opisanij i metody ocenki ee slozhnosti // Informatika. 2014. № 1 (41). S. 116-125. (in Russ.)Sergejchik V.V., Ivanjuk A.A. Osobennosti obfuskacii VHDL-opisanij i metody ocenki ee slozhnosti // Informatika. 2014. № 1 (41). S. 116-125. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.