【摘 要】
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当前,集成电路不断发展,现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）得到了广泛应用,但传统的密钥存储方法容易遭到攻击,对FPGA的安全认证问题提出了新的挑战。物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function,PUF）作为一种有前途的解决方案,能够为FPGA生成安全可靠的物理指纹。环形振荡器（Ring Oscillator,RO）
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当前,集成电路不断发展,现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）得到了广泛应用,但传统的密钥存储方法容易遭到攻击,对FPGA的安全认证问题提出了新的挑战。物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function,PUF）作为一种有前途的解决方案,能够为FPGA生成安全可靠的物理指纹。环形振荡器（Ring Oscillator,RO）PUF凭借其在FPGA上无需对称设计的优势得到了广泛使用。作为认证密钥,ROPUF的可靠性和安全性一直是研究的重点和热点。本文以Xilinx Artix7 XC7A100T为实验芯片,开展的主要工作和取得的研究成果如下:（1）为保证ROPUF的可靠性,分析了构造RO的逆变器数量对频率的影响,设计了RO的3、5、7阶硬宏,实验测试分析了两片SLICE的3、5、7阶RO频率的唯一性,实验证实了3阶RO频率具有唯一性最高的特性。（2）研究了基于多项式拟合频率重构的随机性优化方法,在FPGA Xilinx Artix7 XC7A100T实验测试获取的3阶RO频率基础之上,分析了RO频率分布规律,通过多项式拟合频率重构对分布规律进行增强,有效解决ROPUF熵密度较低的问题,从而提升了PUF的随机性。（3）设计了四元组比较策略的ROPUF稳定性增强方法,在每个紧密相邻的3阶RO四元组中提供三种配对方案,利用频率差异灵活地选择最优输出,在对硬件资源进行最大化利用的基础上,有效增强了ROPUF的稳定性。（4）为使得物理指纹具备工程应用性,采用哈希函数对ROPUF响应进行二次加密,针对10000组高位数（128bit）ROPUF响应进行了单向变换与数据测试。经哈希函数处理后的响应的随机性可以通过用于密码学应用的权威随机性测试标准,表明本方法具备工程应用性。
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