bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-4-71-79bsuir-3391Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSФизически неклонируемые функции типа арбитр с заведомо асимметричными парами путейArbiter Physical Unclonable Functions with Asymmetric Pairs of PathsЯрмоликВ. Н.YarmolikV. N.

Ярмолик Вячеслав Николаевич, д.т.н., профессор 

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

тел. +375-29-769-96-77

Yarmolik Vyacheslav Nikolaevich, Dr. of Sci. (Tech.), Professor 

220013, Minsk, P. Brovka St., 6

tel. +375-29-769-96-77 

yarmolik10ru@yahoo.comИванюкА. А.IvaniukA. A.

д.т.н., доцент, профессор кафедры информатики, заведующий совместной учебной лабораторией «СК хайникс мемори солюшнс Восточная Европа»  

г. Минск

Dr. of Sci. (Tech.), Associate Professor, Professor at the Computer Science Department, Head of the Joint Educational Laboratory “SK hynix memory solutions Eastern Europeˮ 

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2022290620222047179Copyright © Ярмолик В.Н., Иванюк А.А., 20222022Ярмолик В.Н., Иванюк А.А.Yarmolik V.N., Ivaniuk A.A.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/3391

Анализируются методы построения физически неклонируемых функций (ФНФ), являющихся основной физической криптографии. Отмечается широкая применимость ФНФ типа арбитр, основанных на анализе задержек сигнала, передаваемого по двум путям. Показывается, что случайность величин задержек объясняется технологическими вариациями при изготовлении ФНФ, а их зависимость – применением однородных повторяющихся элементов, обеспечивающих симметрию путей. Как альтернатива существующим решениям в статье предлагается новый подход для построения ФНФ типа арбитр на базе заведомо асимметричных путей. В качестве источников случайности рассматриваются задержки логических элементов, показывается их многообразие и отличительные характеристики в зависимости от количества входов, на которые подается активный сигнал, и от значений на остальных входах. Предлагается методика балансировки множества пар путей ФНФ типа арбитр, заключающаяся в регулировании длительности импульсного тестового сигнала в зависимости от четырех видов асимметрии путей. Предлагаются новые структуры ФНФ типа арбитр с асимметричными парами путей. Экспериментальные исследования подтверждают возможность использования различных источников случайности в виде задержек сигнала логическими элементами.

The methods of constructing physical unclonable functions (PUF), which are the basis of physical cryptography, are analyzed. The broad applicability of the Arbiter PUF, based on the analysis of the delays of the signal transmitted along two paths, is noted. It is shown that the randomness of the delays is explained by technological variations in the manufacturing process of PUF and their dependence on the use of homogeneous repeating elements that ensure the symmetry of the paths. As an alternative to the existing solutions, the article proposes a new approach for constructing an Arbiter PUF based on asymmetric paths. The sources of randomness as logical element delays are investigated. Their diversity and distinctive characteristics are shown depending on the number of inputs to which an active signal is supplied and the values at other inputs. A technique for balancing a set of pairs of paths of Arbiter PUF is proposed, which lays in regulating the duration of the impulse test signal depending on four types of path asymmetry. New structures of Arbiter PUF with asymmetric pairs of paths are proposed. Experimental studies confirm the possibility of using various sources of randomness in the form of signal delays.

физическая криптографияфизически неклонируемые функции типа арбитрлогический элементвременная задержка логического сигналаphysical cryptographyarbiter physical unclonable functionslogic elementtime delay of a logic signalReferencesPappu R. Physical One-Way Functions: PhD Thesis in Media Arts and Sciences. Massachusetts Institute of Technology (MIT). Cambridge, USA; 2001: 154.Pappu R. Physical One-Way Functions: PhD Thesis in Media Arts and Sciences. Massachusetts Institute of Technology (MIT). Cambridge, USA; 2001: 154.Gassend B., Clarke D., Van Dijk M., Devadas S. Silicon Physical Random Functions. Proc. оf the 9th ACM conference on Computer and communications security, CCS ’02. 2002:148-160.Gassend B., Clarke D., Van Dijk M., Devadas S. Silicon Physical Random Functions. Proc. оf the 9th ACM conference on Computer and communications security, CCS ’02. 2002:148-160.Böhm C., Hofer M. Physical Unclonable Functions in Theory and Practice. New York: Springer Science+Business Media; 2013: 270.Böhm C., Hofer M. Physical Unclonable Functions in Theory and Practice. New York: Springer Science+Business Media; 2013: 270.Ярмолик В.Н., Вашинко Ю.Г. Физически неклонируемые функции. Информатика. 2011;30(2):92-103 / Yarmolik V.N., Vashinko Y.G. [Physical unclonable functions]. Informatika = Informatics. 2011;30(2):92-103. (In Russ.)Ярмолик В.Н., Вашинко Ю.Г. Физически неклонируемые функции. Информатика. 2011;30(2):92-103 / Yarmolik V.N., Vashinko Y.G. [Physical unclonable functions]. Informatika = Informatics. 2011;30(2):92-103. (In Russ.)McGrath T., BagciI.T., Wang Z.M.,Roedig U.,Yang R.J. A PUF taxonomy. Applied Physics Reviews. 2019; 6(1). DOI: https://doi.org/10.1063/1.5079407.McGrath T., BagciI.T., Wang Z.M.,Roedig U.,Yang R.J. A PUF taxonomy. Applied Physics Reviews. 2019; 6(1). DOI: https://doi.org/10.1063/1.5079407.Иванюк А.А., Заливако С.С. Физическая криптография и защита цифровых устройств. Доклады БГУИР. 2019;(2):50-58 / Ivaniuk A.A., Zalivaka S.S. [Physical cryptography and security of digital devices]. Doklady BGUIR = Doklady BGUIR. 2019;(2):50-58. (In Russ.)Иванюк А.А., Заливако С.С. Физическая криптография и защита цифровых устройств. Доклады БГУИР. 2019;(2):50-58 / Ivaniuk A.A., Zalivaka S.S. [Physical cryptography and security of digital devices]. Doklady BGUIR = Doklady BGUIR. 2019;(2):50-58. (In Russ.)Herder C., Yu M., Koushanfar F., Devadas S. Physical Unclonable Functions and Applications: A Tutorial. Proceedings of the IEEE. 2014;102(8):1126-1141. DOI: 10.1109/JPROC.2014.2320516.Herder C., Yu M., Koushanfar F., Devadas S. Physical Unclonable Functions and Applications: A Tutorial. Proceedings of the IEEE. 2014;102(8):1126-1141. DOI: 10.1109/JPROC.2014.2320516.Gummalla S. An Analytical Approach to Efficient Circuit Variability Analysis in Scaled CMOS Design: Master Degree Thesis. Arizona: Arizona State University; 2011.Gummalla S. An Analytical Approach to Efficient Circuit Variability Analysis in Scaled CMOS Design: Master Degree Thesis. Arizona: Arizona State University; 2011.

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