于设备的私钥计算得到设备的公钥，输出；
[0068]步骤104、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。
[0069]在该方法实施例中，步骤101的计算为哈希计算，具体可以采用抗碰撞哈希函数计算，保证计算的唯一'I"生。
[0070]图2为本发明实施例提供的基于PUF的验证方法流程图，其具体步骤为:
[0071]步骤201、设备接收到用户设备发送的随机信息；
[0072]步骤202、设备获取片内操作系统代码，进行计算；
[0073]步骤203、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；
[0074]步骤204、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。
[0075]在该步骤中，具体过程为: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。
[0076]在该验证过程中，步骤202所述的进行计算为哈希计算，具体可以采用抗碰撞哈希函数计算，保证计算的唯一性。
[0077]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，包括:基本固件、存储器及输入输出单元，其中，
[0078]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作为设备的私钥，基于设备的私钥计算得到设备的公钥；
[0079]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；
[0080]输入输出单元，用于将设备的公钥输出，接收证书。
[0081]在该结构中，存储器可以采用flash实现，当设备上电后，基本固件从存储器中获取片内操作系统代码。在基本固件中的PUF工作时，即输入PUF挑战信息和输出响应过程中，基本固件从存储器中获得片内操作系统代码，进行PUF挑战信息的计算。
[0082]在该结构中，基本固件包括哈希模块、PUF固件及运算模块，其中，
[0083]哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算；
[0084]PUF固件，用于接收哈希计算后的值作为PUF挑战信息，输出响应经过变换作为设备的私钥；
[0085]运算模块，用于基于设备的私钥计算得到设备的公钥。
[0086]以上是设备进行注册阶段的工作过程，以下详细说明设备进行验证阶段的工作过程。
[0087]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；
[0088]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。
[0089]在该结构中，基本固件包括哈希模块、PUF固件及运输模块，其中，
[0090]哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算；
[0091]PUF固件，用于接收哈希计算后的值作为PUF挑战信息，输出响应作为设备的私钥；
[0092]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。
[0093]相应地，本发明实施例还包括用户设备，用于验证基于PUF的设备的合法性，如图4所示，包括:收发模块及验证模块，其中，
[0094]收发模块，用于接收签名结果，接收证书；
[0095]验证模块，用于验证证书及签名结果，确认设备是否合法。
[0096]在本发明实施例中，由于在生成设备的私钥时，基于了片内操作系统代码的哈希计算值及PUF内在物理构造差异值，所以提高后续的认证安全性。
[0097]假设在生成设备的公钥时，片内操作系统代码是经过检测且无恶意代码的，此时片内操作系统代码的哈希计算结果为比。对应的设备公私钥对为(sl^plO。在其他阶段，如果片内操作系统代码没有经过攻击者改动，则每次在设备内产生的私钥都是权威的不变的。但是，一旦片内操作系统代码有任何微小的改动，则其哈希结果会变为h2，所得到的公私钥对为(sk2，pk2)。由于本发明实施例使用抗碰撞哈希函数，所以匕和匕不相同，相应的(skj, pkj)和(sk2，pk2)也不会相同，因此(sk2, pk2)不是权威公私钥对，在验证过程就会验证出伪造设备。
[0098]具体地说，注册阶段包括以下步骤:
[0099]有效的软件被下载到设备中，有效的软件拥有者(拥有公私钥对(spk，ssk))对设备的公钥颁发证书。
[0100]第一个步骤，将片内操作系统代码进行哈希计算；
[0101]第二个步骤，将计算得到的值作为PUF挑战信息，输入PUF，由PUF输出的响应经过变换作为设备的私钥dsk ；
[0102]第三个步骤，基于设备的私钥dsk计算设备的公钥dpk ；
[0103]第四个步骤，将设备的公钥dpk输出到设备外，合法的软件拥有者使用ssk计算σ=Signssk(dpk)；
[0104]第五个步骤，在设备中存储证书Cert，证书为(dpk，σ)。
[0105]验证阶段包括以下步骤:
[0106]第一个步骤，用户设备发送随机信息Μ给设备；
[0107]第二个步骤，设备将片内操作系统代码进行哈希计算；
[0108]第三个步骤，将计算得到的值作为PUF挑战信息，输入PUF，由PUF输出的响应经过变换作为设备的私钥dsk’ ；
[0109]第四个步骤，计算签名ε = Signdsk.(Μ)；
[0110]第五个步骤，将签名ε和证书Cert发送给用户设备；
[0111]第六个步骤，验证证书Cert的有效性，并验证签名结果；
[0112]第七个步骤，用户设备根据第六个步骤的验证结果确定设备的合法性。
[0113]以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于PUF的认证方法，其特征在于，该方法包括: 获取设备的片内操作系统代码，进行计算； 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； 基于设备的私钥计算得到设备的公钥，输出； 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。2.如权利要求1所述的认证方法，其特征在于，所述计算为哈希计算。3.如权利要求2所述的认证方法，其特征在于，所述哈希计算采用抗碰撞哈希函数计笪4.一种基于PUF的认证方法，其特征在于，该方法包括: 设备接收用户设备发送的随机信息； 设备获取片内操作系统代码，进行计算； 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； 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。5.如权利要求4所述的认证方法，其特征在于，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: 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。6.如权利要求5所述的认证方法，其特征在于，所述计算为哈希计算。7.如权利要求6所述的认证方法，其特征在于，所述哈希计算采用抗碰撞哈希函数计笪8.一种基于PUF的认证设备，其特征在于，包括: 基本固件、存储器及输入输出单兀，其中， 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； 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； 输入输出单元，用于将设备的公钥输出，接收证书。9.如权利要求8所述的认证设备，其特征在于，包括:基本固件包括哈希模块、PUF固件及运算模块，其中， 哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算； 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； 运算模块，用于基于设备的私钥计算得到设备的公钥。10.如权利要求8所述的认证设备，其特征在于，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； 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。11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，基本固件包括哈希模块、PUF固件及运输模块，其中， 哈希模块，用于将获取的片内操作系统代码，进行哈希计算； 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； 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。
【专利摘要】本发明公开了一种基于PUF的认证方法及设备，在进行基于PUF的离线认证方法时，在生成私钥时基于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相结合验证。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，从而提高了离线认证基于PUF的设备的安全性。
【IPC分类】H04L9/32, H04L9/08
【公开号】CN105323069
【申请号】CN201410373687
【发明人】刘宗斌, 章庆隆, 韩晔, 高能, 向继, 王琼霄
【申请人】中国科学院数据与通信保护研究教育中心
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月31日