[论文解读] LDPUF: Exploiting DRAM Latency Variations to Generate Robust Device Signatures.

B. M. S. Bahar Talukder, Biswajit Ray+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2018

Physical Unclonable Functions (PUFs) and Hardware Security被引用 5

一句话总结

本文提出LDPUF，一种新型基于DRAM的PUF，利用预充电延迟差异生成强大、非破坏性且快速的设备指纹。其速度相比现有方法至少提升4,300倍，同时在极端条件下仍能保持可靠的密钥重现能力。

ABSTRACT

Physically Unclonable Functions (PUFs) are potential security blocks to generate unique and more secure keys in low-cost cryptographic applications. Memories have been popular candidates for PUFs because of their prevalence in the modern electronic systems. However, the existing techniques of generating device signatures from DRAM is very slow, destructive (destroy the current data), and disruptive to system operation. In this paper, we propose latency-based (precharge) PUF which exploits DRAM precharge latency to generate signatures. Our proposed methodology for key generation is fast, robust, least disruptive, and non-destructive. The silicon results from DDR3 chips show that the proposed key generation technique is at least ~4,300X faster than the existing approaches, while reliably reproducing the key in extreme operating conditions.

研究动机与目标

• 解决现有基于DRAM的PUF技术速度慢且具有破坏性或干扰性操作的问题。
• 开发一种非破坏性、低开销的方法，利用DRAM固有的延迟差异生成独特的设备指纹。
• 确保在极端工作条件（如温度和电压变化）下具有鲁棒的密钥重现能力。
• 实现PUF在低成本、资源受限的密码系统中的实际部署。

提出的方法

• 利用DRAM单元之间预充电延迟的固有差异作为物理随机性的来源。
• 设计一种密钥生成协议，通过测量预充电延迟来实现，且不改变或破坏现有数据。
• 通过延迟测量结果的统计分析提取稳定且唯一的设备指纹。
• 在DDR3内存芯片上实现该方法，以验证性能和可靠性。
• 通过在标准内存访问时序内运行且无需特殊硬件，确保对系统干扰最小化。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否可靠地利用DRAM预充电延迟差异，在不破坏数据的前提下生成独特的设备指纹？
• RQ2 与现有基于DRAM的PUF技术相比，所提出的LDPUF方法在速度上表现如何？
• RQ3 LDPUF在极端工作条件下（如温度和电压变化）下，密钥重现能力的保持程度如何？
• RQ4 该方法能否以最小干扰实现，不影响正常系统运行？

主要发现

• LDPUF相比现有基于DRAM的PUF方法，密钥生成速度至少提升4,300倍。
• 该方法具有非破坏性，密钥生成过程中保留了原有数据。
• 在极端温度和电压变化条件下，密钥重现依然可靠。
• 在DDR3芯片上的硅片评估结果证实了所提技术的可行性与鲁棒性。