一种物理不可克隆功能电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理不可克隆技术和集成电路技术，具体涉及一种物理不可克隆功能电路。该电路利用2N个电阻可产生N2个激励响应对，具有低成本、低功耗等优点，适合RFID、智能卡等低成本、低功耗应用场合。
【背景技术】
[0002]物理不可克隆技术(Physical Unclonable Funct1n, PUF)是利用集成电路(Integrated Circuit)制造工艺的随机偏差来产生密钥或识别码的一种集成电路技术。任意两个不同的芯片上相同的PUF电路表现出差异性，产生的密钥或识别码具有一定的差异，而单个芯片上的PUF电路则表现出稳定性，随着芯片工作条件的改变，如电源电压、温度发生改变，其产生的密钥或识别码只有少数位发生变化。
[0003]利用PUF技术产生的密钥或识别码具有唯一性，且不可预测、不可复制、不可篡改，PUF电路掉电或复位，密钥或识别码则消失。PUF电路的唯一特性在集成电路的制造过程产生，即使复制完全相同的电路并制造出来，也无法得到相同的特性。因此，PUF技术比传统上使用非易失性存储器存储密钥或识别码的方法具有更高的安全性，可以抵抗现有的以及未来可能出现的攻击手段。PUF技术可提高应用系统在加密、防伪等方面的安全性和可靠性，在信息安全领域将具有广阔的应用和市场前景。
[0004]一些应用场合，如射频识别(RFID)、智能卡等，通常工作在无源模式下，对芯片的功耗有严格的要求，并且希望芯片的成本越低越好。因此，设计一种性能好、面积小、功耗低的PUF电路具有重要的应用意义。传统的PUF电路，如仲裁器PUF、环形振荡器PUF、静态存储器PUF，或在成本上，或在功耗上，存在一些不足之处。
【发明内容】
[0005]本发明为解决上述技术问题，设计了一种低成本、低功耗的物理不可克隆电路，利用集成电路电阻器件的工艺偏差来实现物理不可克隆的特性，适合RFID、智能卡等应用场入口 ο
[0006]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种物理不可克隆功能电路，包括开关电阻电路、第一译码电路、第二译码电路、参考电压电路和比较器；
所述开关电阻电路包括N个第一电阻和N个第二电阻和N个第一开关和N个第二开关，输出一个随机电压信号，其中每个第一电阻的一端分别通过一个第一开关连接至电源，每个第二电阻的一端分别通过一个第二开关连接至地，所有N个第一电阻未与第一开关连接的一端与所有N个第二电阻未与第二开关连接的一端连接到一个公共端，该公共端连接至输出的随机电压信号；
所述第一译码电路接收激励信号，输出N个第一控制信号分别连接至上述开关电阻电路中连接电源的N个第一开关；
所述第二译码电路接收激励信号，输出N个第二控制信号分别连接至上述开关电阻电路中连接地的N个第二开关；
所述参考电压电路包括电阻1、电阻2、开关I和开关2，电阻I与电阻2串联，该电阻I和电阻2串联连接的公共端连接至输出的参考电压信号，电阻I另一端通过开关I连接至电源，电阻2另一端通过开关2连接至地，开关I和开关2由使能信号控制；
所述比较器的正输入端连接上述参考电压电路输出的参考电压信号，负输入端连接上述开关电阻电路输出的随机电压信号，输出端连接至输出响应信号；
所述的使能信号分别连接至上述第一译码电路、第二译码电路、参考电压电路和比较器，控制所述第一译码电路、第二译码电路、参考电压电路和比较器的打开或关闭。
[0007]进一步的改进方案为，所述的激励信号包括前半部分信号和后半部分信号，前半部分信号由第一译码电路接收并译码，后半部分信号由第二译码电路接收并译码。
[0008]进一步的改进方案为，所述第一译码电路和第二译码电路由使能信号控制，使能信号有效时，该第一译码电路对接收到的激励信号的前半部分信号进行译码产生N个有效的第一控制信号，控制所述开关电阻电路中连接电源的N个第一开关中的一个开关导通，其余N-1个第一开关关断；所述的第二译码电路对接收到的激励信号的后半部分信号进行译码产生N个有效的第二控制信号，控制所述开关电阻电路中连接地的N个第二开关中的一个开关导通，其余N-1个第二开关关断。输入不同的激励信号时，第一译码电路和第二译码电路输出不同的控制信号，分别选择不同的开关导通。使能信号无效时，第一译码电路和第二译码电路输出无效的控制信号，关闭所有N个第一开关和N个第二开关。
[0009]进一步的改进方案为，所述开关电阻电路在使能信号有效时，产生并输出一个由电阻工艺偏差决定的随机电压信号；当所述使能信号有效时，第一译码电路根据激励信号的前半部分信号控制所述开关电阻电路中一个连接电源的第一开关导通，与该第一开关连接的第一电阻接通电源，第二译码电路根据激励信号的后半部分信号控制所述开关电阻电路一个连接地的第二开关导通，与该第二开关连接的第二电阻接通地，该第一开关、第二开关、第一电阻、第二电阻形成电源到地的通路，通过该第一电阻和第二电阻分压产生一个随机电压信号；所述使能信号无效时，所述的开关电阻电路中所有开关关断，该开关电阻电路输出无效的随机电压信号。
[0010]所述开关电阻电路中2N个电阻均采用相同的尺寸、类型和版图设计，上述电阻的类型为多晶硅电阻、阱电阻或热电阻等。
[0011]进一步的改进方案为，所述比较器在使能信号有效时，通过比较所述参考电压电路输出的参考电压和所述开关电阻电路输出的随机电压的大小，产生响应信号；若该参考电压高于该随机电压，所述比较器输出响应信号1，反之，该比较器输出响应信号O ;所述的使能信号无效时，该比较器关闭，输出无效的响应信号。
[0012]进一步的改进方案为，输入激励信号产生响应信号，以获得密钥或者识别码的步骤包括:
步骤一，由外部电路发出有效的使能信号，打开第一译码电路、第二译码电路、参考电压电路和比较器，参考电压电路接收使能信号后产生一个参考电压信号，连接至比较器的正输入端；
步骤二，由所述外部电路发出有效的激励信号，第一译码电路接收激励信号的前半部分信号并产生第一控制信号，第二译码电路接收激励信号的后半部分信号并产生第二控制信号，分别控制所述开关电阻电路中连接电源的一个第一开关和连接地的一个第二开关导通。
[0013]步骤三，该开关电阻电路中导通的第一开关和第二开关以及与该第一开关连接的一个第一电阻和与该第二开关连接的一个第二电阻形成电源到地的通路，通过该第一电阻和第二电阻分压产生一个随机电压信号；
步骤四，所述比较器通过比较所述参考电压电路输出的参考电压和所述开关电阻电路输出的随机电压的大小，产生一位响应信号，由所述外部电路读取。
[0014]通过施加多个不同的激励信号，可获得多个响应信号，以构成多位密钥或者识别码。输入一个给定的激励信号，本发明的电路将产生并输出一个与之对应的响应信号，构成一个激励响应对，共存在N2个有效的激励响应对。通过施加多个不同的激励信号，可获得多个响应信号。
[0015]上述本发明技术方案中，N为彡I的整数。
[0016]本发明以较小的电路成本实现了一种物理不可克隆电路，电路工作时只有两个电阻分压支路和一