芯片安全是嵌入式电子产品至关重要的保障,传统的芯片安全防护措施只能在一定程度上增加了攻击者盗取芯片数据的难度,加大了攻击者攻击芯片信息所付出的代价,并不能从根本上杜绝攻击者对芯片数据的盗取。物理不可克隆函数(Physical Unclonable Functions:PUF)是一种利用激励-响应对(Challenge Response Pairs:CRPs)来产生密钥的办法,CRPs之间的对应关系仅由设备个体在制造过程中的某些物理差异所决定,这是因为每块IC芯片有且仅有其唯一的物理特性,无法被预测无法被克隆。本文首先介绍了PUF电路基本原理和核心特性,重点描述了基于延时电路的仲裁器PUF(Arbiter PUF)和环形振荡器PUF(RO PUF)的核心电路结构与发展历史,针对传统延时PUF存在电路不完全对称、核心特性差的问题,本文在其基础上优化了核心延时电路结构,提出了一种新型延时PUF,完成了电路原理图设计以及信号激励模块、延时电路模块和串口通信模块的RTL级模块搭建。同时,根据PUF延时参数分析,本文还提出了一种延时PUF预测模型,根据已测得的数据可以预测该PUF芯片的核心特性。本文在Cadence平台中对两种延时PUF进行了Monte Carlo仿真分析,结果表明这种结构的延时PUF具有良好的核心特性和抗老化能力。同时在Matlab中建立PUF参数模型和核心特性预测模型,在FPGA平台中验证了该模型的适用性。