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伴随着电子信息技术的高速发展,智能卡、射频识别标签和传感器网络节点等各种电子设备物理实体得到了越来越广泛的应用。导致硬件安全问题凸显的尤为重要,给对硬件安全具有高要求的IT行业带来更大的挑战,如汽车电子以及航空电子等领域。目前,AES(Advanced Encryption Standard),RSA和数字签名等传统加密算法一般都是建立在密钥的基础上,密钥通常被存放于非易失性存储器中,但是这种存放方式非常容易受到非侵入式攻击。针对此背景,借鉴指纹和虹膜等唯一的人体特征对个人实行认证的思想,人们提出了 PUF(PhysicalUnclonableFunction)认证的概念。PUF由于其自身所具备的不可克隆性、防篡改、轻量级等诸多良好的属性,在硬件安全领域有着广阔的应用前景。本文首先对物理不可克隆函数的基本概念、性能参数、经典结构以及基本应用四个方面进行了深入的研究与分析。其中PUF的性能参数包括唯一性、均匀性、可靠性和比特位混叠;PUF经典结构的实现方法被分为非电子类、模拟电路类以及数字电路类;PUF常见的基本应用包含IP(Intellectual Property)保护、随机数发生器、设备认证以及密钥生成。其次,本文通过对路径交换开关和非路径交换开关的概念研究,并在分析了传统的仲裁器PUF的基础上,给出了基于PDL(Programmable delay line)的仲裁器PUF的FPGA实现的总体方案。由于FPGA的自动布局布线的缺陷使得仲裁器PUF电路上下两条路径不能够完全对称,设计了具有自适应电路模块的仲裁器PUF。基于PDL的仲裁器PUF由PDL模块、激励产生模块以及自适应电路模块组成。其中PDL模块的设计包括PDL的硬件描述语言的实现以及PDL Hard Macro的制作流程;同时对激励产生模块的设计介绍了线性反馈移位寄存器实现的两种方式。最后,基于ISE 14.7套件作为开发和仿真工具,给出了模块功能仿真结果。并对基于PDL仲裁器PUF在FPGA上实验结果进行分析。仿真及验证结果显示:在增加自适应电路后,基于PDL仲裁器PUF的均匀性和唯一性效果有了明显的提升。均匀性达到了 48.95%,唯一性达到了 49.23%。