dtЦифровая трансформацияDigital Transformation2522-96132524-2822Educational Establishment “Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics”10.35596/2522-9613-2022-28-1-27-38dt-658Research ArticleИНФОРМАТИКА, КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНИКА, ОБРАЗОВАНИЕ, ЭКОНОМИКАINFORMATICS, COMPUTER EQUIPMENT, EDUCATION, ECONOMICSИсследование временных параметров физически неклонируемой функции типа арбитр с использованием кольцевого осциллятораInvestigation of the Timing Parameters of The Arbiter-Based Physically Unclonable Function Using a Ring OscillatorШамынаА. Ю.ShamynaA. Yu.

Шамына Артем Юрьевич, м.т.н., старший преподаватель

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6, тел. + 375-17-293-84-63

Shamyna Artsiom Yurievich, M.Sci., (Engineering), Senior Lecturer

220013, Minsk, P. Brovki, 6, tel. +375-17-293-84-63

shamyna@bsuir.byИванюкА. А.IvaniukA. A.

Иванюк А.А., доктор технических наук, доцент, профессор кафедры информатики, заведующий совместной учебной лабораторией «СК хайникс мемори солюшнс Восточная Европа»

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Ivaniuk A.A., Dr. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor at the Comp. Sci. Department, Head of the Joint Educational Laboratory “SK hynix memory solutions Eastern Europe"

220013, Minsk, P. Brovki, 6

ivaniuk@bsuir.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2022020620222812738Copyright © Шамына А.Ю., Иванюк А.А., 20222022Шамына А.Ю., Иванюк А.А.Shamyna A.Y., Ivaniuk A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://dt.bsuir.by/jour/article/view/658

Рассматривается возможность использования схемы кольцевого осциллятора для измерения задержек распространения сигналов через симметричные пути различных длин, реализованных на FPGA. Описывается создание экспериментальной установки и ход проведения экспериментов. Исследуется зависимость абсолютных значений задержек распространения сигналов и их статистических характеристик от количества блоков симметричных путей. Рассчитываются метрики стабильности и межкристальной уникальности на основе полученных экспериментальных данных измерений задержек. Подтверждается улучшение характеристик стабильности и уникальности значений задержек с увеличением длины симметричных путей АФНФ.

The possibility of using a ring oscillator circuit for measuring the propagation delays of signals through symmetrical APUF paths of various lengths implemented on an FPGA is considered. The creation of the experimental setup and the course of the experiments are described. The dependence of the absolute values of the signal propagation delays and their statistical characteristics on the number of blocks of the symmetric paths under study is investigated. The metrics of stability and intercrystalline uniqueness are calculated based on the obtained experimental data of delay measurements. The improvement of APUF stability and uniqueness depending on the length of the symmetric paths is confirmed.

физическая криптографияфизически неклонируемые функциикольцевой осцилляторфизически неклонируемая функция типа арбитрphysical cryptographyphysically unclonable functionsring oscillatorarbiter-based physically unclonable functionReferencesAgarwal A., Blaauw D., Zolotov V. Statistical Timing Analysis for Intra-Die Process Variations with Spatial Correlations. ICCAD-2003. International Conference on Computer Aided Design. 2003:900-907. DOI: 10.1109/ICCAD.2003.159781.Agarwal A., Blaauw D., Zolotov V. Statistical Timing Analysis for Intra-Die Process Variations with Spatial Correlations. ICCAD-2003. International Conference on Computer Aided Design. 2003:900-907. DOI: 10.1109/ICCAD.2003.159781.Böhm C., Hofer M. Physical Unclonable Functions in Theory and Practice. New York: Springer Science+Business Media; 2013.Böhm C., Hofer M. Physical Unclonable Functions in Theory and Practice. New York: Springer Science+Business Media; 2013.Wang Y., Wang C., Gu C. Theoretical Analysis of Delay-based PUFs and Design Strategies for Improvement. 2019 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2019:1-5. DOI: 10.1109/ISCAS.2019.8702722.Wang Y., Wang C., Gu C. Theoretical Analysis of Delay-based PUFs and Design Strategies for Improvement. 2019 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2019:1-5. DOI: 10.1109/ISCAS.2019.8702722.Rührmair U., Schröder H., Katzenbeisser S. Strong PUFs: Models, Constructions, and Security Proofs. Towards Hardware-Intrinsic Security. 2010:79-96. DOI: 10.1007/978-3-642-14452-3_4.Rührmair U., Schröder H., Katzenbeisser S. Strong PUFs: Models, Constructions, and Security Proofs. Towards Hardware-Intrinsic Security. 2010:79-96. DOI: 10.1007/978-3-642-14452-3_4.Lee J.W., Lim D., Gassend B. A technique to build a secret key in integrated circuits for identification and authentication applications. Symposium on VLSI Circuits. Digest of Technical Papers (IEEE Cat. No.04CH37525). 2004:176-179. DOI: 10.1109/VLSIC.2004.1346548.Lee J.W., Lim D., Gassend B. A technique to build a secret key in integrated circuits for identification and authentication applications. Symposium on VLSI Circuits. Digest of Technical Papers (IEEE Cat No.04CH37525). 2004:176-179. DOI: 10.1109/VLSIC.2004.1346548.Ozturk E., Hammouri G., Sunar B. Physical unclonable function with tristate buffers. 2008 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2008:3194-3197. DOI: 10.1109/ISCAS.2008.4542137.Ozturk E., Hammouri G., Sunar B. Physical unclonable function with tristate buffers. 2008 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2008:3194-3197. DOI: 10.1109/ISCAS.2008.4542137.Chen Q., Csaba G., Lugli P. The Bistable Ring PUF: A new architecture for strong Physical Unclonable Functions. 2011 IEEE International Symposium on Hardware-Oriented Security and Trust. 2011:134-141. DOI: 10.1109/HST.2011.5955011.Chen Q., Csaba G., Lugli P. The Bistable Ring PUF: A new architecture for strong Physical Unclonable Functions. 2011; IEEE International Symposium on Hardware-Oriented Security and Trust. 2011:134-141. DOI: 10.1109/HST.2011.5955011.Suh G.E., Devadas S. Physical unclonable functions for device authentication and secret key generation. Proceedings of the 44th annual Design Automation Conference. 2007:9-14. DOI: 10.1145/1278480.1278484.Suh G.E., Devadas S. Physical unclonable functions for device authentication and secret key generation. Proceedings of the 44th annual Design Automation Conference. 2007:9-14. DOI: 10.1145/1278480.1278484.Ярмолик В.Н., Вашинко Ю.Г. Физически неклонируемые функции. Информатика. 2011;2(30):92-103.Yarmolik V.N., Vashinko Y.G. [Physical unclonable functions]. Informatika = Informatics. 2011;2(30):92-103. (In Russ.)Иванюк А.А., Заливако С.С. Физическая криптография и защита цифровых устройств. Доклады БГУИР. 2019;2(120):50-58.Ivaniuk A.A., Zalivaka S.S. [Physical cryptography and security of digital devices]. Doklady BGUIR=Doklady BGUIR. 2019;2(120):50-58. (In Russ.)Yu H., Xu Q., Leong P.H.W. Fine-grained characterization of process variation in FPGAs. 2010 International Conference on Field-Programmable Technology. 2010:138-145. DOI: 10.1109/FPT.2010.5681770.Yu H., Xu Q., Leong P.H.W. Fine-grained characterization of process variation in FPGAs. 2010 International Conference on Field-Programmable Technology. 2010:138-145. DOI: 10.1109/FPT.2010.5681770.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.