Physical Unclonable Function-Based Key Sharing via Machine Learning for IoT Security

物理不可克隆功能 密钥生成 计算机科学 钥匙(锁) 嵌入式系统 灵活性(工程) 查阅表格 利用 共享资源 硬件安全模块 密码学 旁道攻击 计算机硬件 计算机网络 计算机安全 操作系统 统计 数学
作者
Jiliang Zhang,Gang Qu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:67 (8): 7025-7033 被引量:95
标识
DOI:10.1109/tie.2019.2938462
摘要

In many industry Internet of Things applications, resources like CPU, memory, and battery power are limited and cannot afford the classic cryptographic security solutions. Silicon physical unclonable function (PUF) is a lightweight security primitive that exploits manufacturing variations during the chip fabrication process for key generation and/or device authentication. However, traditional weak PUFs such as ring oscillator (RO) PUF generate chip-unique key for each device, which restricts their application in security protocols where the same key is required to be shared in resource-constrained devices. In this article, in order to address this issue, we propose a PUF-based key sharing method for the first time. The basic idea is to implement one-to-one input-output mapping with lookup table (LUT)-based interstage crossing structures in each level of inverters of RO PUF. Individual customization on configuration bits of interstage crossing structure and different RO selections with challenges bring high flexibility. Therefore, with the flexible configuration of interstage crossing structures and challenges, crossover RO PUF can generate the same shared key for resource-constrained devices, which enables a new application for lightweight key sharing protocols.
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