独特“指纹”:防伪安全芯片新技术

在利润的驱使下，廉价的盗版风越演越烈，从日常消费品已逐渐延伸至电子工业，诸如芯片、电子配件等产业链环节也蒙受其害。根据德国机械设备制造业联合会VDMA的一项调查显示，2010年仅机械和设备制造行业所遭受的盗版销售额损失就达到640亿欧元。同时假冒产品还会危害到企业品牌形象以及安全生产。

对此，德国弗劳恩霍夫安全信息技术研究院SIT的研究人员提出了一种以芯片材料特性为基础，保护产品和预防盗版的新方法，即“物理层防克隆功能（PUFs）”。

“即使生产过程再小心，芯片间也必然存在细微的差别，这是无法控制的。”SIT科学家Dominik Merli解释道。例如在导体电路中，导体的厚度或长度会出现小的偏差，材料密度也不尽相同。“没有任何制造商可以两次生产出完全相同的芯片。”Merli表示。这种偏差小到不会对芯片的功能产生任何影响，但它却可以使配件独一无二。科学家正是利用这种特性，制造出一种虚拟“指纹”，并以此为基础生产了一个代码。

从指纹到隐藏密钥

目前，研究人员可以直接将PUF模块集成到芯片中。该模块的核心部件是测量电路―环形振荡器中的一个矩阵。每个振荡器都会产生一个特有的时钟脉冲信号，根据芯片材料特性的不同，它的运动时快时慢；而根据电线宽窄不同，或材料密度大小之分，信号所产生的频率也不相同。如果测量一系列振荡器频率，每个配件0位和1位的数字次序均不相同，这便产生了芯片的独特“指纹”。

因为测量时会出现轻微的误差，所以指纹首先会“消失”，这就意味着每个测量过程中都会出现细微信号波动。同时其引发的第二个问题在于，位的分配不可能完全有规律可循。根据PUF结构不同，会产生更多的0位或1位。为了将这种指纹用于配件特有密钥，其产生的位必须完全一致，统计上0位和1位应当平分。因此，研究人员添加了一个模糊提取器，这种结构以一种误差校正标准，排除了噪声干扰，并且借助一个散列函数，来校正位的分配。

无法保存的密钥

模糊提取器模块生成的代码与传统密码方法相比，其独特优势在于：机密的密钥无处保存，因而每次都要重新生成最新“指纹”。通常，一个代码存储在硬件的某个地方，可以采用相应的技术进行提取。而这在新方法中不可行，因为只要芯片中的物理参数发生改变，比如发生攻击等不可避免的情况，芯片将被摧毁。

虽然这种技术在可编程门阵列（FPGA）中实现，但与微芯片（ASIC）和智能卡中的硬件组件效果完全一样。目前，Merli和他的同事正研究将PUF模块与实际应用相匹配。例如他们检验了哪些结构运行尤其高效，并能够以节省空间为前提集成到相应的组件中。时下该方法的一个挑战是：高温、湿度或磨损现象等外在干扰可能对材料特性造成影响，从而出现与代码不符的情况。尽管在实验室中表现皆可，但在实际应用中往往相当不易。(责任编辑：admin)