近几年因为互联网和智能终端的飞速发展,信息安全问题逐渐得到越来越多用户的关注。物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function,PUF)是一项新型的硬件安全技术,它取了集成电路因为制造工艺的局限性而产生的内部随机差异,并通过这种差异生成唯一的响应信息。PUF具备了防克隆、防伪造、低功耗等特点,使得它在识别、认证等应用领域中拥有广阔的前景。本文首先引入了PUF的原理、评估策略、结构分类等基本概念,然后具体地分析了PUF攻击领域中的典型结构--仲裁器PUF(Arbiter PUF)和基于异或门的仲裁器PUF(XOR Arbiter PUF),并且给出了相应的结构化公式和数学模型。其次,本文阐述了抗模型攻击的设计思路,出了一个抗攻击的结构设计方案,并给出了两个具体的结构设计--基于异或门的混合PUF(XOR based MultiPUF,XMPUF)和基于选择器的混合PUF(Multiplexer based MultiPUF,MMPUF),对于所出的结构设计,本文给出了相应的结构化公式和数学模型。本文详细地阐述了PUF攻击所使用的算法思想,并给出了这些算法的具体实现以及算法在不同结构上的攻击结果,最后根据不同算法的攻击结果和训练时间进行对比。论文最后根据所出的结构设计进行性能分析,首先分析了仿真模型和真实电路的区别,然后从噪声的角度分析噪声对PUF输出的影响以及噪声对攻击结果的影响。接下来针对MMPUF的特点分析了选择器数量对该结构安全性的影响。最后给出了MMPUF结构的硬件实现,根据实测结果,MMPUF具备良好的可靠性和唯一性,表明MMPUF具备高安全性的同时也是一种实用的设计。