一种基于puf的认证方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息安全领域，特别涉及一种基于物理不可克隆功能单元(PUF)的认证方法及设备。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，出现了 PUF。PUF是一组微型的电路，通过提取半导体器件制造过程中不可避免产生的物理构造差异值，生成无限多个、特有的“密钥”，这些“密钥”不可预测，PUF上电的时候，密钥存在，掉电的时候，密钥消失，即使是芯片的制造商也无法仿制，从而这些“密钥”可以广泛地应用于安全和防伪。
[0003]目前，有很多基于PUF的认证方法。其中，最常用的认证方法为基于PUF的在线认证方法，具体地说:
[0004]首先，基于PUF的物理构造差异值生成对应每个PUF的唯一响应对(CRP)，将对应每个PUF的唯一 CRP，存储于在线数据库中；
[0005]这个步骤为认证方法的注册阶段，在这个阶段内，在线数据库存储了所有PUF对应的唯一 CRP ；
[0006]然后，当认证者要验证一个PUF时，则访问在线数据库，将PUF的唯一 CRP发送给在线数据库认证，在线数据库根据所发送的唯一 CRP是否匹配所存储的该PUF的唯一 CRP，确定验证是否成功。
[0007]这种基于PUF的认证方法容易实现，但是对认证环境有严格的要求，认证的整个过程需要在线处理，限制了认证的应用实用范围。
[0008]因此，提出了基于PUF的离线认证方法，该离线认证方法应用了公钥密码算法。将PUF及其他的半导体单元都集成在一个芯片上，该芯片安置于设备上，该芯片具有存储单元和处理器单元等，可以运行软件，实现各种功能。认证设备的具体过程为:
[0009]第一个步骤，设备中的PUF生成唯一私钥，该唯一私钥是通过提取PUF制造过程中不可避免产生的物理构造差异值得到的，是其物理特有特性；
[0010]第二个步骤，基于PUF的唯一私钥，设备内部计算得到相应的公钥；
[0011]第三个步骤，设备将计算生成的公钥输出，公钥被权威第三方机构签名后，得到证书，保存在设备中；
[0012]这时，就完成了认证方法的注册阶段，以下步骤为验证阶段；
[0013]第四个步骤，要验证时，用户设备发送随机验证信息给设备；
[0014]第五个步骤，设备中的PUF再次生成唯一私钥对验证信息进行签名，得到签名结果，将签名结果及存储的证书返回给用户设备；
[0015]第六个步骤，用户设备验证该设备，即解析验证证书，获得设备的公钥，由用户设备采用公钥对签名结果进行解码，根据解码后的签名结果是否为随机信息，确认设备是否合法，如果认证成功，则确认该设备是合法的。
[0016]上述基于PUF的设备认证方法采用了公钥密码算法，在实现上可以离线认证。但是，由于设备具有PUF和其他半导体单元，在运行软件时，软件可以拥有访问PUF和其他半导体单元的权限，所以一旦运行恶意软件时，恶意软件访问PUF和其他半导体单元，将基于PUF输出的唯一私钥轻易地读出，就会基于窃取的私钥对设备进行伪造，使伪造后的设备在验证阶段仍然验证成功。
[0017]通常来说，设备中的PUF及其他的半导体单元是由制造商工厂生产，制造商与这些芯片有物理接触，一些制造商员工可以将恶意软件下载到设备中从而窃取基于PUF输出的唯一私钥；当设备被送到软件公司，进行软件开发测试时，伪造者也可以将恶意软件下载到设备中，在软件调试阶段窃取基于PUF输出的唯一私钥。
[0018]综上，上述这种基于PUF的离线认证方法，由于在生成公钥及证书的过程中基于的PUF的唯一私钥很可能被窃取，用作其他伪造设备的认证，所以认证安全度不高。
【发明内容】
[0019]有鉴于此，本发明实施例提供一种基于PUF的认证方法，该方法能够提高离线认证基于PUF的设备的安全性。
[0020]本发明实施例提供一种基于PUF的认证设备，该设备能够提高认证安全性。
[0021]为达到上述目的，本发明实施的技术方案具体是这样实现的:
[0022]一种基于PUF的认证方法，该方法包括:
[0023]获取设备的片内操作系统代码，进行计算；
[0024]将对片内操作系统代码计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，得到PUF的输出响应，将PUF输出响应经过变换作为设备的私钥；
[0025]基于设备的私钥计算得到设备的公钥，输出；
[0026]将接收的证书进行存储，所述证书为合法软件拥有者基于设备的公钥产生的。
[0027]所述计算为哈希计算。
[0028]所述哈希计算采用抗碰撞哈希函数计算。
[0029]一种基于PUF的认证方法，该方法包括:
[0030]设备接收用户设备发送的随机信息；
[0031]设备获取片内操作系统代码，进行计算；
[0032]将对片内操作系统代码计算得到的值输入PUF，将PUF的输出响应经过变换作为设备的私钥，采用设备的私钥对随机信息进行签名处理，得到签名结果；
[0033]将得到的签名结果及存储的证书发送给用户设备，由用户设备验证证书及签名结果，确认设备是否合法。
[0034]所述由用户设备验证证书及签名结果，确认设备是否合法为:
[0035]解析验证证书，获得设备的公钥，由用户设备采用公钥对签名结果进行解码，根据解码后的签名结果是否为随机信息，确认设备是否合法。
[0036]所述计算为哈希计算。
[0037]所述哈希计算采用抗碰撞哈希函数计算。
[0038]一种基于PUF的认证设备，包括:
[0039]基本固件、存储器及输入输出单元，其中，
[0040]基本固件，用于从存储器中获取片内操作系统代码，进行计算，将计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，将PUF的输出响应经过变换后作为设备的私钥，基于设备的私钥计算得到设备的公钥；
[0041]存储器，用于存储片内操作系统代码，将接收的证书进行存储，所述证书为合法软件拥有者基于设备的公钥产生的；
[0042]输入输出单元，用于将设备的公钥输出，接收证书。
[0043]包括:基本固件包括哈希模块、PUF固件及运算模块，其中，
[0044]哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算；
[0045]PUF固件，用于接收哈希计算后的片内操作系统代码作为PUF挑战信息，输出响应作为设备的私钥；
[0046]运算模块，用于基于设备的私钥计算得到设备的公钥。
[0047]基本固件从存储器中获取片内操作系统代码，进行计算，将计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，将PUF的输出响应经过变换作为设备的私钥，采用设备的私钥对随机信息进行签名处理，得到签名结果；
[0048]输入输出单元，还用于接收随机信息；将得到的签名结果及证书发送。
[0049]基本固件包括哈希模块、PUF固件及运输模块，其中，
[0050]哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算；
[0051]PUF固件，用于接收哈希计算后的片内操作系统代码作为PUF挑战信息，输出响应作为设备的私钥；
[0052]运算模块，用于采用设备的私钥对随机信息进行签名处理，得到签名结果。
[0053]由上述方案可以看出，本发明实施例在进行基于PUF的离线认证方法时，在生成私钥时不仅仅基于PUF内在物理构造差异值，而是基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码相结合生成，在验证时，也基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码结合验证。这样，经过认证的私钥和设备内的片内操作系统代码及PUF内在物理构造差异值完成了绑定，任何试图通过修改片内操作系统代码来获取私钥的行为，都无法获得认证过的私钥，从而防止设备被伪造，提高了离线认证基于PUF的设备的安全性。
【附图说明】
[0054]图1为本发明实施例提供的基于PUF的注册方法流程图；
[0055]图2为本发明实施例提供的基于PUF的验证方法流程图；
[0056]图3为本发明实施例提供的基于PUF的认证设备结构示意图；
[0057]图4为本发明实施例提供的用户设备结构示意图。
【具体实施方式】
[0058]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0059]从【背景技术】可以看出，在进行基于PUF的离线认证设备的生命周期内，无人可以保证设备内的PUF的唯一私钥不被窃取，由于在PUF的制造过程中和设备软件的调试过程中都可能发生基于PUF的唯一私钥被窃取的问题，从而就会基于PUF的唯一私钥对设备进行伪造，使伪造后的设备在验证阶段仍然是合法的，造成该认证方法的安全性降低。
[0060]为了解决这个问题，本发明实施例在进行基于PUF的离线认证方法时，在生成私钥时不仅仅基于PUF内在物理构造差异值，而是基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码相结合生成，在验证时，也基于PUF内在物理构造差异值及设备的片内操作系统代码结合验证。这样，经过认证的私钥和设备内的片内操作系统代码及PUF内在物理构造差异值完成了绑定，任何试图通过修改片内操作系统代码来获取私钥的行为，都无法获得认证过的私钥，从而防止设备被伪造，提高了离线认证基于PUF的设备的安全性。
[0061]在本发明实施例中，基于PUF的认证方法分为注册阶段及验证阶段，以下分别说明、
[0062]图1为本发明实施例提供的基于PUF的注册方法流程图，其具体步骤为:
[0063]步骤101、获取设备的片内操作系统代码，进行计算；
[0064]步骤102、将对片内操作系统代码计算得到的值作为PUF挑战信息，输入到PUF中，得到PUF的输出响应，将PUF输出响应经过变换作为设备的私钥；
[0065]在该步骤中，由于PUF内在具有物理结构特性值，在将PUF挑战信息作为激励输入后，PUF内在物理结构上电，就会输出对应的反应PUF物理构造特性值的响应；
[0066]在该步骤中，所述经过变换过程可以采用各种密码算法，比如哈希算法等，只要该变换基于的是PUF输出响应，能够反映出PUF输出响应值即可，这里不限定变换过程；
[0067]步骤103、基