【物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，如何用指紋芯片技術(shù)保護(hù)芯片和數(shù)據(jù)安全？】我們每個(gè)人都有一個(gè)指紋，每個(gè)人都指紋都不一樣。目前的指紋識別方法是采用特征點(diǎn)，把指紋特殊的點(diǎn)采集出來，然后匹配識別。假設(shè)采用12個(gè)特征點(diǎn)的話，那重復(fù)的幾率就是1/1020，如果取更多特征點(diǎn)，那重復(fù)的幾率就更低。那我們?nèi)绾谓o一顆芯片加上指紋呢？

近日，在ASPENCORE旗下《電子工程專輯》、《EDN》和《國際電子商情》共同舉辦的“IoT技術(shù)與應(yīng)用論壇”上，力旺電子（eMemory）的柳星洲先生做了詳細(xì)的介紹。

在他主題為“NeoPUF指紋芯片技術(shù)于AIoT之安全應(yīng)用”的演講中，他指出，NeoPUF技術(shù)就是一種賦予芯片一個(gè)指紋的技術(shù)。而且這個(gè)指紋不是燒寫進(jìn)去的，是與生俱來，出廠后就擁有，而且每一顆芯片都不一樣。

圖1：力旺電子（eMemory）的柳星洲在IoT技術(shù)與應(yīng)用論壇上演講。

什么是NeoPUF？

柳星洲解釋說，PUF的英文全稱是PhysicalUnclonableFunctions，即物理不可復(fù)制功能。而NeoPUF，就是創(chuàng)新式物理不可復(fù)制功能。

PUF有用很多種不同的實(shí)現(xiàn)方法。

可以人為將不同的代碼燒寫進(jìn)芯片，但認(rèn)為燒寫的代碼一般是由算法產(chǎn)生的，如果算法被人破解了，那所有的芯片就都被破解了。

力旺電子的NeoPUF采用的是模擬丟銅板的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。柳星洲介紹說，“假設(shè)給你兩顆一模一樣的電阻，在兩邊同時(shí)加一個(gè)一樣的電壓，那到底是左邊先燒掉，還是右邊先燒掉。不知道，我也不知道。我們模擬的就是這樣的情況，我們在兩個(gè)相鄰的晶體管的柵極和基極兩端慢慢加電壓，總有一顆會被先燒掉，先燒左邊就是0，先燒右邊就是1?！?/p>

用這種方法實(shí)現(xiàn)的PUF就算是同一片晶圓上產(chǎn)生的Die，所產(chǎn)生的代碼也都是不一樣的。

因此，加入了NeoPUFIP的每一顆芯片都有一個(gè)與眾不同的代碼，也就是擁有了一個(gè)指紋。

圖2：力旺電子的NeoPUF實(shí)現(xiàn)原理。

如何應(yīng)用芯片指紋？

現(xiàn)在芯片已經(jīng)獲得了一個(gè)指紋，那如何去應(yīng)用這些芯片的指紋呢？柳星洲先生也給出了一些應(yīng)用的案例。

他表示，“NeoPUF提供高達(dá)64Kbit，芯片與生俱來的完美隨機(jī)數(shù)源。既然每顆芯片都擁有了指紋，其中最明顯的應(yīng)用就是用這個(gè)代碼作為芯片的ID，這樣就不會出現(xiàn)重名的情況了?；蛘哂眠@個(gè)代碼產(chǎn)生信任根，然后產(chǎn)生通信密鑰，以加密通信數(shù)據(jù)?！?/p>

“當(dāng)然，還可以防止芯片不被破解。因?yàn)橛行┳瞿嫦蚬こ痰膹S商會破解你的芯片，生產(chǎn)后還打你的logo，出問題了，可能還得你去服務(wù)?！彼瑫r(shí)指出。

圖3：NeoPUF在IoT中的應(yīng)用。

柳星洲舉了一個(gè)NeoPUF在IoT中的應(yīng)用?！澳壳笆褂肞UF的情況就是把它當(dāng)作信任根，它產(chǎn)生一個(gè)最根本的碼，通過一個(gè)密鑰管理算法，產(chǎn)生不同的公鑰，私鑰等，再給AES等加密算法去加密?！?/p>

圖4：NeoPUF配合OTP一起使用。

另外，因?yàn)榱ν娮邮侵饕鯫TP等存儲的，所以他還列舉了一個(gè)NeoPUF搭配Memory一起用案例。比如說，“我們可以用PUF產(chǎn)生一組亂碼，而且與生俱來，是一個(gè)完美亂數(shù)，所以我們就可以用PUF加密我的OTP，而且可以做到天生加密，就是可以將OTP內(nèi)的擾碼基于PUF亂碼重新排列，也就是說，在不同的芯片中，同樣的OTP資料存儲后的信息都是不一樣的?！?/p>

圖5：NeoPUF在外掛Flash上的應(yīng)用。

“甚至是外掛的Flash，只要主控端有放NeoPUF，出去的數(shù)據(jù)已經(jīng)用NeoPUF重新排序，存儲在外掛的Flash內(nèi)，那么Flash內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)就是亂的，而且每一顆都不一樣，別人如果把Flash內(nèi)的內(nèi)容復(fù)制出來，再用不同的主控是讀取不出來數(shù)據(jù)的。因?yàn)檫@需要原來的主控來做還原解碼。這樣就可以防止你的代碼被偷走。從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)代碼的功能?！绷侵夼e例說。

他同時(shí)還談到了NeoPUF在人工智能方面的應(yīng)用。當(dāng)然主要還是芯片的保護(hù)用法?！拔覀冎廊斯ぶ悄艿牧鞒檀蟾攀沁@樣，先要收集很多數(shù)據(jù)，然后做訓(xùn)練，再提取出模型，最后開始做推理，或者預(yù)測?！?/p>

而推理有兩種做法，一個(gè)是云端，所有數(shù)據(jù)傳輸至云端，然后云端給出推理結(jié)果。另外一個(gè)是邊緣計(jì)算，也就是在設(shè)備端做預(yù)測，現(xiàn)在大部分廠商都認(rèn)為最后會往邊緣端發(fā)展。

但柳星洲認(rèn)為，由于云端的運(yùn)算能力太強(qiáng)大了，云端仍將會長期存在下去；而邊緣端，也有一些發(fā)展的趨勢，主要是有隱私的需求，或者是傳輸可靠性和延遲要求。

他表示，“我今天主要關(guān)注邊緣端。邊緣端做預(yù)測，目前有兩種情況，一種是用別人的運(yùn)算單元加上NVM存儲，做成一個(gè)模組。只需要把云端訓(xùn)練好的模型簡化之后放上去，就可以在邊緣端做推理預(yù)測了。如果你花了那么多時(shí)間做訓(xùn)練，結(jié)果你的東西被偷了。那前面的心血就白費(fèi)了。因此在模組端，我們可以幫助保護(hù)最關(guān)鍵的資料?！?/p>

圖6：NeoPUF在人工智能模組中的應(yīng)用。

第二個(gè)邊緣端的應(yīng)用是將模型轉(zhuǎn)成一個(gè)ASIC，這樣功耗是最好的。當(dāng)然這個(gè)模型需要精簡很多。但是這很容易被人逆向工程。

針對第一種情況，如果主控加入了NeoPUF，那么寫入Flash中的數(shù)據(jù)就是亂的。因此，即使一個(gè)模組中的數(shù)據(jù)被破解或者被復(fù)制了，放到其他的模組中其實(shí)是沒有用的。

針對第二種情況。如果ASIC中帶有一個(gè)NeoPUF，這樣里面的數(shù)據(jù)都可以被亂掉，“除非我給你一個(gè)啟動碼授權(quán)之后才可以使用?！绷侵薇硎?。

圖7：NeoPUF在ASIC中的應(yīng)用