1. 研究目的与意义
随着社会信息化的发展，人们对电子设备的依赖程度越来越高，不仅日常生活中 处处涉及，在工业生产、国防事业以及航天工程中电子设备的身影更是随处可见。目前，我国集成电路产业并不发达，一些电子设备需要从国外进口，不仅 需要支付昂贵的购买费用，在使用这些引进的电子设备时还可能存在着安全风险。 2014年，国务院印发了《国家集成电路产业发展推进纲要》，目的在于快速推进我国在集成电路产业上的发展。纲要中指出，需要逐步缩小我国集成电路产业与国际先进水平的差距，到2030年，我国的集成电路产业链的主要环节要达到 国际先进水平。在国家政策和资金的支持下，集成电路产业发展面临更多的机遇和挑战，压力和动力的共同作用，使我国的集成电路产业获得了前所未有的发展速度。伴随着集成电路的快速发展，基于电子设备的新产品的设计以及 投放到市 场所需要的时间越来越短，电子设备的使用量出现了爆发式 的增长，在给人们生活带来便利的同时，也产生了新的问题：信息安全。如今，一些电子设备需要存储敏感信息，比如门禁卡中的个人身份信息，工业设备中存储知识产权信息等，如果这些敏感信息被盗取，造成的后果可能不仅仅是经济损失，还有更严重的隐私问題。因此，如何提高信息安全性也是伴随着集成 电路发展要重视的问题之一 。
PUF技术是基于物理随机性(也称为无序性)的映射函数,这种映射关系表现在其激励与响应上。可以将PUF的映射关系抽象成-种函数关系，假设x表示激励，y表示响应，则PUF的函数映射关系可表示为: y=f(x)，f表示物理差异影响。一般地，将PUF的输入激励和对应的输出响应称为一个激励响应对101 (ChallengeResponse Pairs, CRP)。根据PUF的函数关系，PUF的响应值完全取决于输入的激励，但也会受到物理差异的影响。对于不同的PUF而言，即使输入同一个激励，因为每个芯片的物理差异不可能完全一致,因此两个PUF产生的响应值不可能完全相同。因此，激励响应对的集合可以用来识别-一个芯片的唯--性。不同类型的PUF所拥有的激励响应对的数量也不同。有些PUF只有有限个激励响应对,而有些PUF则拥有巨大数量的激励响应对。根据激励响应对数量的不同，PUP 具有不同的应用领域。
传统加密算法在设备认证和信息保护领域应用十分广泛，如AES、RSA、哈希函数和数字签名来实现。但是这种方式建立的基础是密钥，用户如果要通过认证或者解密消息就必须掌握密钥。使用这种方式，就必须有效保护相关的密钥，因为这是起到保护信息安全的作用的前提。21世纪初开始，人们陆续提出了物理单向函数、物理随机函数、以及物理不可克隆函数的概念。利用集成电路内门电路或导线间制造工艺的不一致性，PUF技术借助这些随机差异产生一个不可预测 的响应。如果加密密钥是PUF的响应信号，就无需使用存储器进行存储，只要设备上电，就会自动生成PUF的响应信号,断电之后，响应信号也会随之消失，从而就可以提髙安全密钥的安全性。
2. 课题关键问题和重难点
课题关键问题：
1.做好布局规划
2.对布线延迟进行校准
3. 国内外研究现状（文献综述）
物理不可克隆函数（Physical Unclonable Functions,PUF）作为一种新型信息安全保护技术,利用集成电路的制造偏差作为芯片唯一性的识别 指纹，可以应用于芯片身份识别、设备认证、密钥生成和IP核保护等领域。物理不可克隆函数是指输入一个激励给一个物理实体时，利用其不可避免的内在物理构造的随机差异输出一个不可预测的响应。由于物理实体上的差异是不可避免的、并且具有不可控性和随机性，即使是设备的制造者也不能复现这种差异。因此，物理不可克隆函数通过利用设备实体的差异能够实现对设备身份唯一性的认证。
物理不可克隆函数作为一种信息安全保护技术，具有以下几个特点：第一，成本 开销小。第二，安全性高。第三，功耗低。首先，物理不可克隆函数作为一种新型信息安全保护技术，利用设备实体上的固有差异，通过每个芯片唯一的激励响应映射关系来实现芯片唯一性的认证,无需额外的存储区域以及保护措施。因 此，与传统信息安全保护方法相比，物理不可克隆函数的成本开销更小。其次，物理不可克隆函数在应用过程中，并不存储机密信息，只在给定激励后才产生响应，并且输出的响应并不会一直存在，一旦断电PUF电路将停止输出响应。因此，如果攻击者想要窃取物理不可克隆函数的输出响应，其行为只能发生在输出响应 的过程中。物理不可克隆函数作为信息安全保护方法，留给攻击者的实施窃取行为的时间明显减小，有效提高了被保护信息的安全性。此外，由于物理不可克隆函数并不存储敏感信息，而是只有输入激励时才会得到响应，因此，具有非常低的功率消耗。由于物理不可克隆函数具有低成本高安全性的特点 ，其作为一种新型的保护硬件安全的技术开始受到越来越多的关注，如何提高物理不可克隆函数自身的安全性也成为了一个重要的研宄方向。在众多类型的物理不可克隆函数中，仲裁物理不可克隆函数（Arbiter Physical Unclonable Functions,APUF）是一种典型的强物理不可克隆函数，拥有大量的激励响应对，可以被应用在设备认证以及芯片身份识别领域中。
由于仲裁物理不可克隆的结 构要求比较两条信号通路必须完全对称，但在实际实现过程中，受到各种各样的限制，使的两条信号通路之间很难达到理想化的对称，因此，如何消除信号通路不对称对仲裁物理不可克隆函数响应的影响，也是目前针对应用物理不可克隆函数保护硬件安全的一个重要研宄方向。
4. 研究方案
本设计主要利用Verllog编程语言对FPGA进行编程。通过系统的仿真与编程，完成对FPGA的标准APUF实现。设计内容主要如下：
1.学习并掌握Verllog编程语言，编写程序代码。
2.安装并学习ISE编程软件。
5. 工作计划
第1周：收集并查阅相关资料，各大期刊网站上查询文献资料，与指导老师进行设计任务交流，并初步确认设计方案，完成开题报告。
第2周－第4周：设计论文整体结构模式、包括设计的目的与国内外现状、设计研究内容介绍、编程软件介绍、对设计的仿真与分析、结论.
第5周－第6周：学习FPGA编程软件，完成初步的设计与仿真软件的安装。
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