[发明专利]可双重预充电的PUF存储器及其密码生成方法

摘要

本发明属于信息安全技术领域，具体为一种可双重预充电的PUF存储器及其密码生成方法。本发明PUF存储器包括：非挥发存储阵列，用于产生行选信号和列扫描信号的地址产生模块，地址译码模块，用于产生基准电流的基准电流模块，用于Vref调整的Vref调整模块，预充电电平包括“0”和“1”的双重预充电比较模块，用于暂时存储比较结果的存储器模块，以及密码生成模块。本发明还提出比较过程中针对识别不确定单元的读操作流程。本发明针对非挥发‑PUF密码生成过程中，电阻差异过小导致的比较器无法识别的现象，利用双重预充电机制确定不确定态的位置信息，并由此生成密码，无需大量循环，无需额外的NVM存储不确定位置，无需在制造阶段进行额外的不确定态筛选工作。

主权项

一种可双重预充电的PUF存储器，其特征在于，包括：非挥发存储阵列，基准电流模块，行列译码器，非挥发参考阵列，Vref调整模块，带双重预充电机制的比较器，RESPONSE寄存器，密码生成模块，地址产生模块；控制信号包括：地址生成模块使能A_EN，基准电流模块使能I_EN，带双重预充电机制的比较器工作状态控制信号W/P，预充电电平控制信号PRE，密码生成模块使能SEC_EN；其中： (1) 所述非挥发存储阵列，由M*N个非挥发存储单元构成，共有M行N列；每行有M个非挥发单元构成，每列由N个非挥发单元构成，每次生成密钥时，随机选取阵列中某行，并对该行进行逐列扫描；该非挥发存储阵列受控于行列译码器，当行选通信号为1时，整行非挥发单元全部选通，当列选通信号为1时，整列非挥发单元全部选通，两者交点为选通单元；其电流输入为基准电流源的输出，输出为每个非挥发存储单元上的电压；（2）所述基准电流模块，由一个电流镜构成；其信号输入为I_EN，电流输入为一个基准电流IREF，输出为Iout1与Iout2；当信号输入I_EN为高电平时，基准电流模块工作，将输入电流分为两个相等的电流Iout1和Iout2，输出电流Iout1作为非挥发阵列的电流输入，输出电流Iout2作为非挥发参考阵列作为电流输入；（3）所述行列译码器，包括行译码器和列译码器，列译码器还包括COMS晶体管作为选通开关；输入为非挥发阵列地址，输出为行列选通信号；其功能是根据输入地址产生相应的选通信号，控制比较单元的通断；（4）所述非挥发参考阵列，由n个非挥发存储单元串并联构成，功能为产生非挥发存储单元工作时的平均电阻值，以对抗工艺波动；该阵列作为非挥发存储阵列的比较，其输入为基准电流源的输出，输出为n个非挥发存储单元的平均电压（Vref0）；（5）所述Vref调整模块，其功能是根据密钥生成的不同阶段对Vref进行调整；其输入为Vref0，输出为经调整后的参考电压Vref；Vref调整模块104根据密钥生成的不同阶段对Vref进行调整，以提高对确定态“0”和确定态“1”筛选的严格程度；（6）所述带双重预充电机制的比较器，包括灵敏放大器及预充电部分；灵敏放大器对比较器输入进行初步放大；预充电部分状态包括工作状态和预充电状态；比较器处于工作态时，输出随输入同步变化；比较器处于预充电状态时，电输出由预充电电平决定，其预充电电平包括预充高电平和预充低电平；（7）所述RESOPNSE存储器，由预充高电平存储器、预充低电平存储器以及无预充存储器构成；预充高电平存储器用于预充电平为“1”时的储存，预充低电平存储器用于预充电平为‘0’时的储存，无预充存储器用于无预充时的存储；输入信号包括：列地址扫面信号ADDRESS_IN，存储器片选信号SIG_SLT，数据输入信号DATA_IN输出数据为SEC0；（8）所述密钥生成模块，其输入为RESPONSE存储器中的确定态部分，输出为根据确定态部分生成的密钥，即其输入包括模块使能信号SEC_EN，密钥输入信号SEC0；（9）所述地址产生模块，由行地址生成模块和列地址生成模块构成；工作时，行地址生成模块随机生成行地址，并将其传送至行译码器；列地址生成模块在行地址确定后，进行列地址扫描，生成扫描信号，并将其传送至列译码器；其信号输入为A_EN，输出为非挥发存储阵列内部地址。