Disseny d'un filtre cancel·lador d'oscil·lacions (IOCF) per a un PUF amb anell biestable (BR-PUF)

Abstract

En aquest projecte s'introdueix el concepte del PUF (physical unclonable function), un element de seguretat amb la funció de protegir als circuits integrats contra possibles atacs maliciosos. Un PUF és una funció física incorporada en una estructura física, que és fàcil d’avaluar però difícil de predir. La següent analogia permet entendre, de forma planera, la funcionalitat d'aquest sistema: un PUF en un circuit integrat té la intenció de realitzar la mateixa funció que les empremtes dactilar en les persones. L'empremta digital permet la identificació d'una persona i un PUF té la funció d'identificador de circuit integrats. Un dels camps d'aplicació d'aquest dispositiu és el de les targetes de crèdit, que necessiten nous sistemes de seguretat per a evitar la seva falsificació. Des de l'any 2004 fins a la actualitat s'ha dedicat un gran esforç en investigació i recerca sobre aquest sistema, i s'han presentat moltes arquitectures diferents de PUF. Un dels darrers PUFs que han sorgit és el BR-PUF (bistable ring PUF) [1], tot i que té algunes propietats molt bones, presenta dos grans inconvenients a solucionar. Per una banda, aquest sistema és oscil·lant, amb un temps d'estabilització llarg [2]. A més, en alguns casos, el sistema genera una resposta poc uniforme i fàcil de predir [3]. Per a analitzar aquestes problemàtiques, aquest projecte presenta un model matemàtic que permet estudiar el comportament dels BR-PUFs. El model matemàtic obté les dades estadístiques per a caracteritzar el sistema de forma més àgil que les simulacions basades en l’ànàlisi dels components elèctrics (SPICE). Mitjançant dues modificacions presentades al projecte, s'aconsegueixen solucionar els problemes d'aquests circuits electrònics. El filtre IOCF (interleaved oscillation canceller filter) [4] permet suprimir les oscil·lacions transitòries del sistema. En el projecte també s’introdueix la arquitectura TBR-PUF (twisted BR-PUF) [3] que és capaç d’uniformitzar la resposta davant a variacions locals del procés de fabricació. S'ha dissenyat un prototip de BR-PUF amb filtre IOCF per a ser implementat en un ASIC (application-specific integrated circuit) per a comprovar el funcionament experimental del circuit electrònic. El disseny del prototip s’ha realitzat utilitzant la tecnologia CMOS de 65 nm de ST.