Study of a Strong FUF for Light Weight Authentication without Cryptography

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本研究は、それ自身で実質無尽蔵のチップ固有チャレンジレスポンスペア（以下CRP）を生成するストロングPUFで、モノ認証の低エネルギー化と高速化を目的としている。そのための課題はa)機械学習によるモデリング攻撃耐性強化 b)ビットエラー率低減 c) エネルギー効率とスループット改善、の３点である。2021年度の報告で述べた今後の研究の推進方策に沿って研究を行い、次の成果が得られた。a)では、c)とも関係するが、SRAM PUFを組み合わせたアーキテクチャを進化させて、レスポンス出力を100bitに拡張した（昨年度5bitの20倍、通常1bitの100倍）。この機械学習耐性を10百万CRPまで評価し安全性を確認した。レスポンスbit数に換算すると10億bitで、目標の40百万CRP時の40百万レスポンスbitを優に超えている。更に暗号解析による攻撃対策として、各処理ラウンドにおけるbit幅も100bitに拡張して、組み合わせ空間を暗号レベルまで大きくした。また、エントロピーS-BOXの衝突確率をほぼ0にするなどにより、暗号解析のヒントとなる多bitレスポンスの出現確率の偏りを消去した。b) では、ホットキャリアの選択的注入によるミスマッチ強化のビットセル毎のばらつきに着目した。作成した統計的モデルからトランジスタサイズを大きくすることでばらつきを小さくできることを予見し、実測で確認した。サイズ2倍で注入時間を0.54倍に、同3倍で0.32倍に短縮できる見通しを得た。c)では、前述の通りレスポンス出力の100bitへの拡張を行った。これにより、スループットは目標の3倍以上の3.7bit/cycleを達成した。従来の1bitレスポンスでは1回の認証に100個のCRPが必要だったものが、1個のCRPで済むことになり、認証システムとしての利便性も高まる