Physically Unclonable Functions: Constructions, Properties and Applications

توابع غیرقابل کلون سازی فیزیکی (PUF) بدوی امنیت فیزیکی هستند که اندازه گیری های غیرقابل کلون سازی و ذاتی اشیاء فیزیکی را تولید می کنند. از بسیاری جهات آنها معادل بی‌جان بیومتریک برای انسان هستند. از آنجایی که آنها قادر به تولید و ذخیره اسرار ایمن هستند، به ما اجازه می دهند پیاده سازی فیزیکی یک سیستم امنیت اطلاعات را راه اندازی کنیم. در این کتاب نویسنده PUF ها را در تمام جنبه های آن مورد بحث قرار می دهد: انبوهی از ساختارهای فیزیکی آنها، ویژگی های الگوریتمی و فیزیکی که آنها را توصیف می کند، و تکنیک های مورد نیاز برای استقرار آنها در برنامه های امنیتی.

نویسنده ابتدا ارائه می دهد. یک مرور کلی و طبقه بندی گسترده از سازه های PUF، با تمرکز بر به اصطلاح PUF های ذاتی. او زیر کلاس‌ها، ویژگی‌های پیاده‌سازی و تکنیک‌های طراحی مورد استفاده برای تقویت تمایزات فیزیکی زیر میکروسکوپی در بردارهای پاسخ دیجیتالی قابل مشاهده را شناسایی می‌کند. او ویژگی‌های مفید منتسب به PUF‌ها را فهرست می‌کند و آنها را در تعاریف توصیفی به تصویر می‌کشد، ویژگی‌های واقعاً تعریف‌کننده PUF را در این فرآیند شناسایی می‌کند، و همچنین جزئیات یک چارچوب رسمی برای استقرار PUFها و اولیه‌های فیزیکی مشابه در کاهش رمزنگاری ارائه می‌دهد. نویسنده سپس یک پلت فرم آزمایش سیلیکونی را با ساختارهای مختلف PUF ذاتی توصیف می کند که برای مقایسه عینی قابلیت اطمینان، منحصر به فرد بودن و غیرقابل پیش بینی بودن آنها بر اساس داده های تجربی استفاده می شود.

در فصل های پایانی، نویسنده تکنیک های PUF- را توضیح می دهد. شناسایی موجودیت، احراز هویت موجودیت، و تولید کلید امن. او طرح‌های عملی را پیشنهاد می‌کند که این تکنیک‌ها را پیاده‌سازی می‌کنند، و معیارهایی را برای ارزیابی ساختارهای مختلف PUF در این برنامه‌ها بر اساس کیفیت آمار پاسخ‌شان استخراج و محاسبه می‌کند. در نهایت، او یک نمونه اولیه کاملاً کاربردی از یک مولد کلید رمزنگاری مبتنی بر PUF را ارائه می‌کند که مزایای کامل استفاده از PUF و کارایی تکنیک‌های پردازش توصیف‌شده را نشان می‌دهد.

این یک مقدمه و مرجع مناسب برای امنیت است. محققان و مهندسان و دانشجویان فارغ التحصیل در زمینه امنیت اطلاعات و رمزنگاری.

Physically unclonable functions (PUFs) are innovative physical security primitives that produce unclonable and inherent instance-specific measurements of physical objects; in many ways they are the inanimate equivalent of biometrics for human beings. Since they are able to securely generate and store secrets, they allow us to bootstrap the physical implementation of an information security system. In this book the author discusses PUFs in all their facets: the multitude of their physical constructions, the algorithmic and physical properties which describe them, and the techniques required to deploy them in security applications.

The author first presents an extensive overview and classification of PUF constructions, with a focus on so-called intrinsic PUFs. He identifies subclasses, implementation properties, and design techniques used to amplify submicroscopic physical distinctions into observable digital response vectors. He lists the useful qualities attributed to PUFs and captures them in descriptive definitions, identifying the truly PUF-defining properties in the process, and he also presents the details of a formal framework for deploying PUFs and similar physical primitives in cryptographic reductions. The author then describes a silicon test platform carrying different intrinsic PUF structures which was used to objectively compare their reliability, uniqueness, and unpredictability based on experimental data.

In the final chapters, the author explains techniques for PUF-based entity identification, entity authentication, and secure key generation. He proposes practical schemes that implement these techniques, and derives and calculates measures for assessing different PUF constructions in these applications based on the quality of their response statistics. Finally, he presents a fully functional prototype implementation of a PUF-based cryptographic key generator, demonstrating the full benefit of using PUFs and the efficiency of the processing techniques described.

This is a suitable introduction and reference for security researchers and engineers, and graduate students in information security and cryptography.