Nghiên cứu nâng cao hiệu năng RO PUF trong bảo mật phần cứng

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH TẠO HÀM KHÔNG THỂ SAO CHÉP VỀ VẬT LÝ

1.1. Khái quát về PUF

1.2. Phân loại PUF

1.3. Phân loại PUF theo công nghệ chế tạo

1.4. Phân loại PUF theo mức độ bảo mật

1.5. Các tham số đánh giá hiệu năng của PUF

1.6. Mô hình toán của PUF

1.7. Các tham số định lượng phẩm chất PUF

1.8. Các chỉ tiêu chất lượng của PUF

1.9. Ứng dụng của PUF

1.10. Định danh và xác thực thiết bị

1.11. Tạo khóa mã bảo mật

1.12. Tạo số ngẫu nhiên

1.13. Bảo vệ IP

1.14. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ RO PUF TRÊN FPGA

2.1. Thiết kế phần cứng RO PUF trên FPGA

2.2. Thiết kế PUF trên FPGA. Kiến trúc RO PUF trên FPGA

2.3. Mô hình thống kê của tần số RO PUF. Khảo sát ảnh hưởng của các nhân tố biến thiên lên tần số RO

2.4. Ảnh hưởng của thăng giáng tức thời

2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường

2.6. Ảnh hưởng của các nhân tố biến thiên toàn cục và cục bộ

2.7. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG RO PUF ĐỊNH DANH VÀ XÁC THỰC ID CHO THIẾT BỊ

3.1. Cơ sở của việc định danh và xác thực ID cho thiết bị

3.2. Phương pháp truyền thống

3.3. Sử dụng độ đo Euclid định lượng một số tham số của RO PUF

3.4. Đặc trưng thống kê của khoảng cách Euclid

3.5. Thiết kế kỹ thuật sơ đồ định danh và xác thực ID

3.6. Thực nghiệm định danh và xác thực ID cho thiết bị

3.7. Mô hình thực nghiệm

3.8. Ước lượng tính ổn định của ID

3.9. Ước lượng tính duy nhất của ID

3.10. So sánh mức tiêu thụ tài nguyên phần cứng

3.11. Đánh giá hiệu quả của phương pháp

3.12. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT ỔN ĐỊNH CHUỖI BIT TRÍCH XUẤT TỪ RO PUF

4.1. Khái quát về ổn định chuỗi bit ra RO PUF ứng dụng trong mã hóa bảo mật

4.2. Các phương pháp ổn định chuỗi bit ra RO PUF

4.3. Phương pháp trung bình mẫu

4.4. Thuật toán tách chuỗi bit ổn định bằng cách loại bỏ phần thăng giáng trong dữ liệu tần số hiệu

4.5. Thuật toán tách chuỗi bit ổn định sử dụng mặt nạ dữ liệu thích nghi

4.6. Thuật toán trích xuất phần tử lặp lại nhiều nhất từ phân bố thống kê

4.7. Thực thi thiết kế tạo chuỗi bit ổn định trên FPGA

4.8. Kết luận chương 4

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên cứu hiệu năng RO PUF

Luận án tập trung vào việc nâng cao hiệu năng của RO PUF (Ring Oscillator Physically Unclonable Function) trong lĩnh vực bảo mật phần cứng. RO PUF là một công nghệ quan trọng trong việc tạo ra các khóa bảo mật dựa trên đặc tính vật lý không thể sao chép của phần cứng. Nghiên cứu này đánh giá các tham số hiệu năng như tính ổn định, tính duy nhất và độ tin cậy của RO PUF. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc tối ưu hóa hiệu năng của RO PUF trên các nền tảng FPGA.

1.1. Phân tích hiệu năng RO PUF

Phần này phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu năng của RO PUF, bao gồm biến thiên nhiệt độ, thăng giáng tức thời và các nhân tố biến thiên toàn cục. Các thí nghiệm được thực hiện trên các FPGA khác nhau như Spartan-6 và Spartan-3E, cho thấy sự ổn định của tần số dao động vòng (RO) trong các điều kiện môi trường khác nhau. Kết quả chỉ ra rằng RO PUF có khả năng chống lại các biến đổi môi trường, đảm bảo tính bảo mật cao.

1.2. Tối ưu hóa hiệu năng RO PUF

Nghiên cứu đề xuất các phương pháp tối ưu hóa hiệu năng của RO PUF thông qua việc điều chỉnh cấu trúc mạch và sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu. Các phương pháp như trung bình mẫu và loại bỏ phần thăng giáng được áp dụng để cải thiện tính ổn định của chuỗi bit đầu ra. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc giảm tỷ lệ lỗi và tăng độ tin cậy của RO PUF.

II. Ứng dụng RO PUF trong bảo mật phần cứng

Luận án khám phá các ứng dụng thực tế của RO PUF trong lĩnh vực bảo mật phần cứng, bao gồm định danh thiết bị, tạo khóa mã bảo mật và bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ (IP). RO PUF được sử dụng để tạo ra các ID duy nhất cho thiết bị, đảm bảo tính xác thực và chống giả mạo. Nghiên cứu cũng đề xuất các phương pháp sử dụng RO PUF trong việc tạo số ngẫu nhiên và bảo vệ dữ liệu nhạy cảm.

2.1. Định danh và xác thực thiết bị

Phần này trình bày phương pháp sử dụng RO PUF để định danh và xác thực thiết bị. Các thí nghiệm được thực hiện trên các FPGA cho thấy khả năng tạo ra các ID duy nhất và ổn định. Phương pháp sử dụng khoảng cách Euclid để đánh giá tính duy nhất của ID được đề xuất, mang lại kết quả chính xác và đáng tin cậy.

2.2. Tạo khóa mã bảo mật

Nghiên cứu đề xuất việc sử dụng RO PUF để tạo các khóa mã bảo mật dựa trên đặc tính vật lý của phần cứng. Các khóa này được tạo ra từ chuỗi bit ổn định của RO PUF, đảm bảo tính bảo mật cao và khó bị tấn công. Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả của phương pháp này trong việc bảo vệ dữ liệu nhạy cảm.

III. Phân tích bảo mật và đánh giá hiệu quả

Luận án đưa ra các phân tích chi tiết về hiệu quả bảo mật của RO PUF trong các tình huống thực tế. Các phương pháp đánh giá bao gồm phân tích tỷ lệ lỗi, tính ổn định và khả năng chống lại các tấn công mô hình. Kết quả cho thấy RO PUF có khả năng chống lại các tấn công kênh bên và tấn công dựa trên mô hình, đảm bảo tính bảo mật cao.

3.1. Đánh giá khả năng chống tấn công

Phần này phân tích khả năng chống lại các tấn công kênh bên và tấn công dựa trên mô hình của RO PUF. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá tính bảo mật của RO PUF trong các tình huống thực tế. Kết quả cho thấy RO PUF có khả năng chống lại các tấn công phức tạp, đảm bảo tính bảo mật cao.

3.2. Phân tích hiệu quả thực tế

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả thực tế của RO PUF trong các ứng dụng bảo mật phần cứng. Các kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể trong việc bảo vệ dữ liệu và đảm bảo tính xác thực của thiết bị. RO PUF được xem là một giải pháp hiệu quả trong việc nâng cao hiệu năng bảo mật của các hệ thống phần cứng.

Nghiên cứu nâng cao hiệu năng RO PUF ứng dụng trong bảo mật phần cứng