A Survey on Physical Unclonable Function (PUF)-based Security Solutions for Internet of Things
物联网在未来智能城市、智能交通系统等领域的广泛应用，代表了几种具有经济、环境和社会影响的安全攻击的蓬勃发展。本文综述了新兴物联网网络的安全挑战，并讨论了物联网网络中不同领域的一些攻击及其对策。物联网网络的大多数传统解决方案都是从通信网络中采用的，同时注意到物联网网络的特殊性，例如节点数量，异构性和节点资源有限，这些传统的安全方法是不够的。在大规模IoT中利用常见的基于秘密密钥的密码方法的一个挑战是秘密密钥生成、分发和存储以及保护这些秘密密钥免受物理攻击的问题。物理不可克隆功能（PUF）可以用作IoT中的标识和认证的可能硬件补救。由于PUF提取了独特的硬件特征，因此它们潜在地为秘密密钥生成提供了负担得起且实用的解决方案。然而，几个障碍限制了PUF用于密钥生成目的的应用。我们讨论了基于PUF的密钥生成方法的优点，我们提出了一个国家的最先进的技术在这一领域的调查。我们还提出了一种基于PUF的概念验证解决方案，用于使用嵌入在物联网中的电阻式随机存取存储器（ReRAM）生成秘密密钥。
2020-10-12 cs.CR
An Efficient Authentication Protocol for Smart Grid Communication Based on On-Chip-Error-Correcting Physical Unclonable Function
针对智能电网中智能电表物理安全及PUF可靠性与计算开销问题，提出OCEC PUF并设计SM与NG间轻量级认证协议，证明其在CK模型下安全且性能更优。
2023-07-23 cs.CR
Continuous-variable quantum authentication of physical unclonable keys: Security against an emulation attack
我们考虑最近提出的实体认证协议，在该协议中，一个物理不可克隆的密钥被询问的随机相干态的光，和正交的散射光的分析通过一个粗粒度的零差检测。我们得到了一个充分条件，该协议是安全的仿真攻击，其中对手知道的挑战-响应属性的密钥，而且他可以访问的挑战过程中的验证。安全性分析依赖于Holevo的界限和Fano的不等式，并表明该协议是安全的，对仿真攻击的广泛的物理参数，是在今天的技术范围内。
2018-01-23 cs.CR quant-ph
One-out-of-Many Unclonable Cryptography: Definitions, Constructions, and More
本文提出多选一不可克隆安全概念，并基于 LWE 与一次性强反盗版 SDE，在标准模型中构造不可克隆加密、点函数复制保护和谓词加密。
2023-02-20 cs.CR quant-ph
TroPUF: Evaluating Hardware Trojan Insertion in Delay-Based Physical Unclonable Functions
California State University Long Beach（加州州立大学长滩分校）
研究基于延迟的物理不可克隆函数中硬件木马插入问题，提出统一模拟框架并行评估功能指标、硬件开销和建模抗性，揭示当前PUF安全假设差距，强调需将PUF与硬件木马作为耦合安全问题评估。
2026-07-28 cs.CR
Physically Unclonable Functions and AI: Two Decades of Marriage
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）
本章旨在建立人工智能（AI）和硬件安全之间的关系。人工智能和软件安全之间的这种联系已经在相关文献中得到了证实和充分的审查。这里的主要重点是探索从AI借用的方法来评估硬件原语的安全性，即物理不可克隆函数（PUF），它已在加密协议中找到应用，例如，认证和密钥生成。为此设计的方法和程序进行了进一步的讨论。此外，通过回顾应用人工智能技术设计的PUF，我们可以深入了解该领域未来的研究方向。
2021-02-11 cs.AI cs.CR cs.LG
Physically Unclonable Functions for Secure IoT Authentication and Hardware-Anchored AI Model Integrity
Department of Electrical and Computer Science, Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学电气与计算机科学系）
本文综述了用于AI赋能物联网系统的硬件根信任机制，比较了TPM、PUFs、混合容器感知硬件根信任等方法，指出PUFs和混合信任锚在大规模AI物联网系统中具有平衡的前景，而软件-only方法在对抗和物理暴露环境中不足。
2026-04-23 cs.CR
Decisional Monogamy-of-Entanglement for Coset States and Applications to Unclonable Cryptography with Correlated Challenges
NTT Research（NTT研究所）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
该研究强化了相关挑战安全定义，证明其隐含先前SDE概念，构造了满足条件的相关UPO，首次实现了点函数等的plain模型复制保护，解决了相关开放问题。
2026-10-02 cs.CR quant-ph
Design And Modelling An Attack on Multiplexer Based Physical Unclonable Function
本文研究了物理不可克隆功能，特别是基于仲裁器的PUF（APUF）的设计，并扩展了对PUF设计的不同类型攻击的工作，以破坏设备的安全性，其中包括先进的计算算法。基于机器学习（ML）的攻击在攻击现有设计方面是成功的。因此，在这方面，修改后的阻力，提出的设计APUF检查建模的攻击的基础上的逻辑回归ML为基础的算法。设计在Basys-3 Artix-7 FPGA板（部件号：xc 7a 35 tcpg 236 -1）上得到确认。
2020-07-17 cs.CR
Implementation of password manager with sram-based physical unclonable function
黑客攻击密码数据库是最常见的网络攻击之一。当前的密码管理系统基于已知的和公共的算法。此外，许多研究表明，用户选择弱密码。因此，随着新的强大计算设备的出现，可以公开基于已知算法的密码。使用物理不可克隆函数（PUF）来提高口令管理系统的安全级别是最近提出来解决这个问题的方法。在该方法中，可寻址PUF生成器（APG）被添加到传统的密码管理系统。本报告旨在实现使用基于SRAM的PUF的密码生成方案。比特错误确实是使用PUF的主要问题，本文对此进行了讨论。为了解决这个问题，使用了三进制可寻址PUF发生器。
2020-12-06 cs.CR
Fortifying Vehicular Security Through Low Overhead Physically Unclonable Functions
在车辆内部，控制器局域网（CAN）允许负责控制各种子系统的电子控制单元（ECU）之间的有效通信。CAN协议的设计并不包括对安全通信的大量支持。如此多的关键系统可以通过不安全的通信网络访问，这一事实提出了一个主要的安全问题。由于单个ECU可用的资源有限，以及与添加必要的硬件以支持任何额外的安全操作而不会过度降低标准通信性能相关的成本，因此将安全功能添加到CAN是困难的。替换协议是另一种选择，但它会遇到许多相同的问题。随着汽车继续采用智能功能，安全性的缺乏变得更加令人担忧。智能车辆具有多种通信接口，攻击者可以利用这些接口来访问网络。在这项工作中，我们提出了一个安全框架，是基于物理不可克隆功能（PUF）和轻量级密码（LWC）。该框架不需要对标准CAN协议进行任何修改，同时还最大限度地减少了其操作所需的额外消息开销。在我们提出的框架的改进结果在操作过程中必须发送的CAN帧的数量大幅减少。例如，对于具有20个ECU的系统，我们提出的框架仅需要现有方法所需的CAN帧数量的6.5%即可成功验证每个ECU。
2021-06-05 cs.AR cs.CR
Reconfigurable Physical Unclonable Function based on SOT-MRAM Chips
本文提出基于SOT-MRAM芯片的双脉冲重构策略，实现可重构物理不可克隆函数在宽温度范围内的实时重构，无需复杂动态反馈，为物联网安全奠定基础。
2025-09-25 cs.CR physics.app-ph
CycPUF: Cyclic Physical Unclonable Function
本文提出CycPUF，通过在传统基于延迟的PUF中引入反馈信号形成循环结构，扩展输出行为范围，增强对机器学习建模攻击的抵抗力，并在FPGA上验证其安全性与开销。
2024-02-12 cs.CR
Securing Blockchain-based IoT Systems with Physical Unclonable Functions and Zero-Knowledge Proofs
该研究提出在Hyperledger Fabric环境中集成PUFs与ZKPs的安全框架，用于区块链物联网系统的设备识别、隐私认证与交易处理，验证了其可行性、性能与抗攻击能力，提供了综合安全解决方案。
2024-05-20 cs.CR cs.DC cs.NI
A ReRAM Physically Unclonable Function (ReRAM PUF)-based Approach to Enhance Authentication Security in Software Defined Wireless Networks
物联网（IoT）网络中连接到互联网的无处不在的无线设备的数量呈指数级增长，这突出了在软件定义无线联网（SDWN）下的这种大规模网络中对数据流管理的新范例的需要。物联网设备可用的有限功率和计算能力以及SDWN中的集中式管理和决策方法为网络带来了一系列全新的安全威胁。特别地，SDWN中的控制器和转发设备之间的认证机制是保密性和完整性方面的关键挑战。传统的认证协议的基础上公钥基础设施（PKI），不再足以为这些网络考虑的大规模和异构性的性质，以及他们的部署成本，和安全漏洞，由于密钥分配和存储。我们提出了一种新的安全协议的基础上物理不可克隆功能（PUF）被称为硬件安全原语，以提高认证安全的SDWN。在这种方法中，数字PUF是使用嵌入在大多数物联网设备中的电阻随机存取存储器（ReRAM）纳米材料的固有随机性开发的，以实现这些网络中的安全认证和访问控制。这些PUF是基于一种新颖的多状态方法开发的，其中预测由于环境中的物理变化而导致的自然漂移，以减少在不同情况下测试的PUF的挑战-响应对中的潜在错误。我们还提出了一个基于PUF的PKI协议来保护SDWN中的控制器。在实验结果中评估了所开发的基于ReRAM的PUF的性能。
2017-12-21 cs.CR cs.NI
Intercept-Resend Emulation Attacks Against a Continuous-Variable Quantum Authentication Protocol with Physical Unclonable Keys
光学物理不可克隆密钥目前被认为是发展实体认证协议的相当有前途的候选者，其提供对经典和量子对手的安全性。在这项工作中，我们调查的鲁棒性的连续变量协议，它依赖于光的相干态从关键的散射，对三种不同类型的拦截重发仿真攻击。广泛的物理参数的协议的性能进行了分析，我们的结果进行比较，现有的安全界限。
2019-10-25 cs.CR physics.app-ph quant-ph
QPUF 2.0: Exploring Quantum Physical Unclonable Functions for Security-by-Design of Energy Cyber-Physical Systems
本文提出了一种基于量子退相干、纠缠和叠加的QPUF新型架构，为SCADA驱动的智能电网提供硬件辅助的防篡改安全机制，并在IBM量子模拟器上验证了其高可靠性与随机性。
2024-10-16 cs.CR quant-ph
Mathematical Model of Strong Physically Unclonable Functions Based on Hybrid Boolean Networks
提出HBN-PUF的数学仿真框架，准确复现Cyclone V FPGA实验中的唯一性与可靠性统计，并证明其安全性随制造偏差和激励-响应空间指数增强。
2022-07-20 cs.CR
Physical Unclonable Functions using speckle patterns of perfect optical vortices
由于光的固有物理性质和它所要求的精度，加密技术在光学系统（如全息术）中实现时表现出很大的安全性。然而，这样的系统在各种密码分析攻击下的数字实现期间已被证明是脆弱的。其主要原因之一是安全密钥的可预测性质（即，模拟的随机密钥）。为了缓解，在这项工作中，我们提出了一个物理不可克隆功能（PUF），用于产生一个强大的安全密钥的数字加密系统。要注意的是，利用散射的理想光涡旋（optical vortex，Vortex）光束的关联函数来生成加密密钥。据我们所知，这是第一个报告，正确地利用散射光在光学加密系统。为了验证所生成的密钥，标准光学加密系统之一，采用双随机相位编码。实验和仿真结果验证了该方法是一种有效的数字密钥生成方法。
2021-09-28 cs.CR physics.optics
Unclonable Encryption, Revisited
不可克隆加密是由Broadbent和Lord（TQC'20）提出的一种加密方案，它具有以下引人注目的功能：给定一个密文，攻击者不能创建两个密文，这两个密文都解密成与原始密文相同的消息。我们重新审视这个概念，并显示以下内容：-可重用性：由Broadbent和主提出的结构有一个缺点，即它们要么保证一次性的安全性（即，加密密钥只能使用一次加密消息）在平原模型或他们保证安全的随机预言模型。构造了具有语义安全性的不可克隆加密方案。我们提出了两个结构（公钥和私钥设置）从最小的密码学假设。- 下界和广义构造：我们重新审视Broadbent和Lord的信息论一次性安全构造。攻击者在构建过程中的成功概率被保证为$0.85^n$，其中$n$是消息的长度。理解$0.5^n$的理想成功概率（可以忽略不计地接近）是否无法实现是很有趣的。我们推广他们的建设是基于更广泛的一类一夫一妻制的纠缠游戏。我们证明了一个简单的克隆攻击，成功的概率$0.71^n$对一类计划，包括Broadbent和主。我们还提出了一个$0.75^n$克隆攻击专门针对他们的计划。- 版权保护的含义：我们表明，不可克隆加密，满足一个更强的属性，称为不可克隆的不可复制性（定义的布罗德本特和主），意味着复制保护一个简单的类不可学习的功能。虽然我们目前还没有满足这个更强属性的加密方案，但这一含义展示了构建复制保护的新途径。
2021-09-15 cs.CR quant-ph
Ring Oscillator and its application as Physical Unclonable Function (PUF) for Password Management
移动和嵌入式设备正在成为我们日常生活中不可避免的一部分。类似于诸如读访问存储器（RAM）和存储装置的其他电子设备，移动设备需要以安全的方式进行认证和被认证。通常，这可以通过拥有所有设备的私有信息的服务器来完成。由于这些设备本质上是移动的，并且在不可信的环境中运行，因此它们很容易被不可信的用户访问。物理不可克隆功能（PUF）是半导体器件（例如微处理器）的独特物理特征，其可以从物理条件（例如电源电压、温度等）产生。环形振荡器是在现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC）上合成的PUF的主要部分。密码管理器系统用于为客户保存用户名和密码数据库，以便进行注册和认证。该表在许多系统中的身份验证中起着至关重要的作用。因此，安全性是这些系统的重要特征之一。通常，在这些表中只存储用户名和密码;然而，它们容易受到许多攻击。因此，增强安全性的第一种方法是使用散列代替原始数据，但是，高级黑客可以再次破解这些散列数据。因此，我们将在这个项目中使用的方法是利用PUF来存储每个用户的挑战，而不是保存密码的哈希。
2019-01-20 cs.CR
Bionic Optical Physical Unclonable Functions for Authentication and Encryption
信息安全对于万物互联的现代社会至关重要。物理不可克隆函数（PUF）作为一种有前途的硬件原语，在信息安全领域得到了广泛的研究。然而，广泛研究的具有低熵的硅PUF容易受到各种攻击。本文从独特的生物学结构出发，提出仿生光学PUFs的概念，并利用简单、低成本、绿色环保的制造工艺，通过塑造天然植物组织表面的微纳结构，制备了四种仿生PUFs。所有仿生PUFs的激光散斑响应在统计上被证明是随机的，唯一的，不可预测的和足够的鲁棒性的密码学应用，表明仿生PUFs的广泛适用性。在此基础上，通过实验验证了仿生PUFs作为密码基元在实体认证和加密通信中的可行性，显示了仿生PUFs在未来信息安全中的应用潜力。
2021-09-08 cond-mat.mtrl-sci cs.CR physics.optics
SoK: Fighting Counterfeits with Cyber-Physical Synergy Based on Physically-Unclonable Identifiers of Paper Surface
本文提出基于纸张表面物理不可克隆标识符的通用认证框架，整合物理标识与数字记录两条研究路线，并进行分阶段安全分析与场景评估。
2024-08-05 cs.CR
Introduction to Physically Unclonable Fuctions: Properties and Applications
本文介绍了硬件安全领域物理不可克隆函数（PUFs）的定义、特性与应用，并以环形振荡器PUF为例展示了其一般设计结构。
2024-02-14 cs.CR eess.SP
A Challenge Obfuscating Interface for Arbiter PUF Variants against Machine Learning Attacks
安全对于物联网（IoT）至关重要。许多物联网设备资源受限，需要轻量级安全协议。物理不可克隆功能（PUF）利用集成电路的变化来产生对于各个设备唯一的响应，并且因此即使是制造商也不可再现。物理不可克隆功能可以用数千个晶体管的简单电路实现，并且可以低能耗操作，是资源受限的物联网设备的安全原语的有希望的候选者。仲裁器PUF（APUF）是一组基于延迟的PUF，其在资源需求方面是高度轻量的，但是遭受对机器学习攻击的高度敏感性。为了保护APUF变体免受机器学习攻击，我们引入了挑战输入接口，这会导致低资源开销。通过该接口，实验攻击研究表明，所有测试的PUF都大大提高了对机器学习攻击的抵抗能力，使得接口的APUF变体有希望成为安全关键应用的候选者。
2021-03-24 cs.CR
Unconditionally secure credit/debit card chip scheme and physical unclonable function
基于物理学的Kirchhoff定律-Johnson-noise（KLJN）密钥交换为信用卡/借记卡芯片认证和支付提供了一种新的简单的不可克隆系统。该方案的密钥交换、认证和通信都是无条件安全的，因此无论是基于数学的攻击还是基于概率的攻击都无法破解该方案。卡中芯片和终端之间的欧姆连接和短接线长度构成了KLJN协议的理想设置，即使是最简单的版本也为信用卡/借记卡芯片和物理不可克隆功能的应用提供了前所未有的安全性和隐私性。
2016-07-20 cs.CR cs.ET
Towards Unclonable Cryptography in the Plain Model
本文研究标准模型中的不可克隆密码学，针对点函数 CP 与不可克隆不可区分性 UE，建立子空间陪集态的新 MoE 性质，并提出支撑二者可行性的猜想及不可克隆不可伪造令牌化签名应用。
2024-05-21 cs.CR quant-ph
Physically Unclonable Function using Initial Waveform of Ring Oscillators
硅物理不可克隆功能（PUF）被认为是互联网普及时代本地设备的关键安全系统解决方案之一。在众多方案中，使用环形振荡器的PUF（RO-PUF）具有易于应用于FPGA的优点。在传统的RO-PUF中，两个RO之间的频率差被用作ID的一个比特。因此，为了获得长比特长度的ID，需要相应数量的RO对，因此功耗大，导致在本地设备中难以实现RO-PUF。这里，我们使用RO的初始波形来提供RO-PUF。由于波形构成ID的一部分，因此RO的数量大大减少，并且生成ID所需的时间在几个系统时钟内完成。我们还提出了一种解决方案，可归因于温度或电压变化的PUF性能的变化。
2016-05-11 cs.CR
When Physical Unclonable Function Meets Biometrics
San Jose State University（圣何塞州立大学）
随着新冠肺炎疫情席卷全球，医疗体系正在重塑，电子医疗概念更有可能被接受。可穿戴设备通常携带来自用户的敏感信息，这些信息暴露于安全和隐私风险。此外，用户一直担心在制造过程和供应商存储之间被假冒。因此，不仅保护个人数据正在成为一项重要义务，而且设备验证也是另一项挑战。为了解决生物特征认证和物理不可克隆功能（PUF）需要到位，以减轻用户的安全性和隐私。在生物识别模态中，基于心电图（ECG）的生物识别已经变得流行，因为它可以认证患者并监测患者的生命体征。然而，研究人员最近开始研究ECG生物识别系统的漏洞，并试图解决欺骗问题。此外，大多数可穿戴设备都配有CPU和内存。因此，基于易失性存储器（NVM）的PUF可以容易地放置在设备中以避免伪造。然而，许多研究对PUFs的不可克隆性提出了挑战。因此，对这些攻击进行仔细研究应足以满足这一需要。在本文中，我们的目的是提供一个全面的研究国家的最先进的发展论文的基础上，生物识别技术使硬件安全。
2020-12-14 cs.CR cs.CV
Low-complexity and Reliable Transforms for Physical Unclonable Functions
物理不可克隆函数（PUF）的噪声测量用于存储具有可靠性、安全性、隐私性和复杂性约束的秘密密钥。提出了一组新的低复杂度和正交变换，没有乘法，以获得比以前提出的所有方法与PUF的密钥绑定显着更好的误码概率结果。从建议的集合中选择的变换的唯一性和安全性能接近最优。具有低复杂度解码器和高码率的纠错码被示出为提供明显小于先前提出的具有相同或更小码率的码所提供的块错误概率。
2020-04-04 cs.CR cs.IT cs.MM
Quantum Physical Unclonable Functions: Possibilities and Impossibilities
物理不可克隆功能（PUF）是一种具有独特行为的设备，很难克隆，因此提供了安全的指纹。各种PUF结构和基于PUF的应用已经在理论上进行了探索，并在实际环境中实现。最近，量子态固有的不可克隆性被用来推导PUF的量子模拟以及实现PUF的新建议。我们提出了第一个全面的研究量子物理不可克隆函数（qPUF）与量子密码工具。我们正式定义了qPUF，封装了经典PUF的所有要求，并引入了一个新的可测试性特征，仅适用于量子设置。我们使用一个基于量子博弈的框架来定义不同级别的qPUF的安全性：量子指数不可伪造性，量子存在不可伪造性和量子选择不可伪造性。我们介绍了一种新的量子攻击技术的基础上的通用量子仿真器算法的马文和劳埃德证明没有qPUF可以提供量子存在不可伪造性。另一方面，我们证明了一个大家庭的qPUF（称为酉PUF）可以提供量子选择性不可伪造性，这是大多数基于PUF的应用程序所需的安全级别。
2021-06-02 cs.CR quant-ph
Clones of the Unclonable: Nanoduplicating Optical PUFs and Applications
物理不可克隆功能（PUF），由于其随机和不可控的制造变化而实际上不可克隆的物理对象，在完全数字化的世界中作为安全原语和唯一标识符变得越来越流行。其中一个中央PUF前提指出，无论是朋友还是敌人，无论是合法制造商还是外部攻击者，都不能克隆PUF，从而产生两个相同的实例。使用最新的纳米纤维技术，我们表明，这一前提并不总是得到满足：我们证明了有效的PUF复制的可能性，通过先进的制造商生产63个副本的非平凡的光学散射结构，表现出基本相同的散射行为。剩余的微小差异接近或低于噪声水平，因此从PUF的角度来看，必须将副本视为完全等效。基于光纤的光学PUF复制的可能性同时具有积极和消极的后果：在完全破坏某些方案的安全性的同时，它也实现了新的应用。例如，它促进了贵重物品的不可伪造标签;第一个数字网络上的无密钥组识别方案;或不包含秘密密钥的新型加密/解密设备。
2022-12-23 cs.CR physics.optics
Highly-Secure Physically Unclonable Cryptographic Primitives Using Nonlinear Conductance and Analog State Tuning in Memristive Crossbar Arrays
快速扩展的硬件固有安全原语旨在解决信息技术时代大规模互联世界的重大安全挑战。这种原语的主要思想是在电子硬件中采用实例特定的过程引起的变化作为加密数据的源。在新兴技术中，忆阻器件由于其操作中的潜在随机性而为安全应用提供了独特的机会。在这里，我们报告了一个强大的，密集的，和可重构的物理不可克隆功能原语的基础上的三维无源金属氧化物忆阻交叉开关电路的原型，通过积极利用工艺引起的变化，在设备的非线性I-V和模拟调谐。我们首先表征安全基元的基本构建块的安全指标的基础上，与单片集成的10 × 10 250纳米半间距忆阻交叉开关电路的两层堆栈。实验结果表明，在总共约697，000个64位响应中的6，000个随机样本上测量的平均均匀性和扩散性接近理想的50%，两个指标的标准偏差为5%。通过重新调整同一交叉杆内交叉点器件的电导，在较小样本上评估的唯一性也接近理想的50% +/-1%，而在+/-20%电源变化下，在30天窗口内测量的最小位出错率（即可靠性的倒数）为~ 1.5% +/-1%。然后，我们利用基本块的多个实例来展示具有10位隐藏挑战生成的物理不可克隆功能原语，该挑战生成编码超过10^19个挑战响应对，并且具有可比的均匀性、扩散性和位出错率。
2016-11-23 cond-mat.other cs.CR cs.ET
Statistical Quality Comparison of the Bitstrings Generated by a Physical Unclonable Function across Xilinx, Altera and Microsemi Devices
本研究针对Xilinx、Altera、Microsemi三家厂商的低端FPGA器件，基于结构近乎一致的SiRF PUF，从路径延迟偏差、比特串统计特性及温度可靠性三方面对比了其生成比特串的熵质量，为IoT场景下的PUF选型提供参考。
2024-08-12 cs.CR
Direct laser printing of high-resolution physically unclonable anti-counterfeit labels
安全标签结合了简单的结构颜色读出和物理不可克隆的单向函数（PUF）方法，为打击伪造适销产品提供了有前途的策略。在这里，我们证明直接飞秒激光打印，一个简单的和可扩展的技术，用于制造高分辨率（每英寸12500点）和耐用的PUF标签，具有相当大的编码容量为10 $^{895}$和一个简单的无光谱光学信号读出。所提出的标签由激光打印的等离子体纳米结构组成，其表现出独特的光散射行为和不可克隆的3D几何形状。纳米结构几何形状在其逐点印刷过程中的不可控随机变化导致每个激光印刷“像素”的散射颜色的随机和宽带变化，使得激光印刷图案独特且适合于PUF标记。
2022-03-16 cs.CR physics.optics
Exposing Vulnerabilities in Counterfeit Prevention Systems Utilizing Physically Unclonable Surface Features
本文揭示了基于纸张PUF的防伪系统在物理和数字领域的漏洞，并设计了攻击方法以破坏认证过程，强调了对可靠防伪技术的安全防护需求。
2025-12-09 cs.CR eess.SP
Physical Realization of a Hyper Unclonable Function
无序光子结构是实现物理不可克隆功能（PUF）的有前途的材料，物理对象可以克服传统数字安全方法的局限性，并使密码协议免受未来量子计算机的攻击。到目前为止，PUF的一个限制是它们的物理配置要么是固定的，要么只能永久修改，因此每个设备只允许一个令牌。我们表明，它是有可能克服这一限制，通过创建一个可重构的结构由光转换聚合物，其中不可克隆功能本身的物理结构可以可逆地重新配置。我们将这个新概念称为Hyper PUF或HPUF，因为它允许大量物理不可克隆功能同时共存于同一个设备中。该结构的物理转换是以可逆和空间控制的方式全光学地完成的。我们的新技术在安全性方面提供了巨大的增强，可以生成包含更大量信息的更复杂的密钥。与此同时，它允许新的应用，例如在单个加密设备上为多个客户端提供服务，以及实际实现数据的量子安全认证。
2023-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.CR
A New Error Correction Scheme for Physical Unclonable Functions
纠错是物理不可克隆函数（PUF）在密码学应用中不可缺少的组成部分。到目前为止，存在获得帮助数据的方案，它们在纠错过程中需要这些帮助数据。我们引入了一个新的方案，它只使用一个纠错码没有任何进一步的帮助数据。主要思想是为每个PUF实例构造包含初始PUF响应作为码字的单独代码。在这项工作中，我们使用LDPC码，但其他代码类也是可能的。我们的计划允许码率和密码安全性之间的权衡。此外，具有线性复杂度的解码是可能的。
2016-11-08 cs.CR cs.IT math.IT
Quantifying the Sensitivity and Unclonability of Optical Physical Unclonable Functions
由于其不匹配的熵、复杂度和安全级别，光学物理不可克隆函数（PUF）目前在文献中受到很多关注。尽管现有的作品数量庞大，但它们的核心特征之一从未被详细量化，即它们的物理不可克隆性。本文探讨了这个基本的，但在很大程度上没有解决的问题。在模拟和/或实验中，基于衍射的光学响应的灵敏度相对于各种小的改变（诸如散射体的位置、尺寸和数量的变化，以及物理不可克隆功能（PUF）和测量设备之间的空间对准的扰动）进行研究。我们的分析集中在2D光学PUF上，因为它们在集成应用中的相关性，以及当几何结构的物理结构可访问时，需要回答可能提出的安全问题。在这项研究的结果中，灵敏度分析表明，散射体的位置扰动的数量级为\SI{30}{\nano\meter}，即，远低于\SI{632}{\nano\meter}波长的探测激光的波长，足以使PUF响应无效，从而检测伪造企图。这些结果支持并量化了克隆光学PUF所需的高对抗性努力，即使是2D布局。
2022-07-29 cs.CR physics.app-ph physics.optics
Practical Non-Invasive Probing Attacks Against Novel Carbon-Nanotube-Based Physical Unclonable Functions
本研究检验了针对基于碳纳米管的新型物理不可克隆函数（CNT-PUF）的实用非侵入式探测攻击，发现此类攻击可行但需探测所有相关通道，建议采取适当对策。
2023-07-03 cs.CR cs.ET
Secret Key Agreement with Physical Unclonable Functions: An Optimality Summary
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
我们从信息理论最优性的角度来解决数字设备和生物特征识别的安全和隐私问题，其中生成密钥用于认证，识别，消息加密/解密或安全计算。物理不可克隆功能（PUF）是一个很有前途的解决方案，在数字设备的本地安全，这篇评论给出了最相关的总结信息理论家，编码理论家，和信号处理社区成员谁有兴趣在最佳的PUF建设。低复杂度的信号处理方法，如变换编码，使信息理论分析听话的发展进行了讨论。给出了多个PUF测量的秘密密钥、隐私泄漏和存储速率之间的最佳权衡。建议的最佳代码结构，共同设计的矢量量化器和纠错码参数列出。这些构造包括现代和代数码，例如极化码和卷积码，这两者都可以在短块长度下实现小的块错误概率，对应于少量的PUF电路。从信号处理，信息论，编码理论和硬件复杂性的角度及其组合的PUF文献中的开放问题被列出，以刺激进一步的进展，在本地隐私和安全的研究。
2020-12-16 cs.CR cs.CV cs.IT
Remote quantum-safe authentication of entities with physical unclonable functions
物理不可克隆函数已被证明是实现包括实体认证在内的各种密码任务的有用的随机性资源。到目前为止，文献中讨论的所有相关实体认证协议，要么容易受到仿真攻击，要么仅限于短距离。因此，远距离量子安全远程实体认证仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作的第一部分中，我们讨论了实体认证协议必须提供的要求，以便在实践中对远程实体认证有用。随后，我们提出了一个协议，它可以在大距离上运行，并提供对经典和量子对手的安全性。所提出的协议依赖于标准技术，它与现有和未来光子网络的基础设施完全兼容，并且可以与其他量子协议（包括QKD协议）并行操作。
2021-08-01 cs.CR quant-ph
Linear and non-linear machine learning attacks on physical unclonable functions
在本论文中，提出了几种针对光学物理不可克隆函数（PUF）的线性和非线性机器学习攻击。为此，实现这种PUF的模拟以生成在若干因素上不同的各种数据集，以便找到最佳模拟设置并研究不同情况下的机器学习攻击的行为。所有数据集都是根据单个样本及其相互关系进行评估的。在下文中，使用线性和深度学习方法来攻击这些PUF模拟，并全面调查不同因素对数据集的影响，以对抗攻击者的安全级别。此外，这两种攻击方法在性能方面的差异突出使用几个独立的指标。这些模型的一些改进和新的攻击将被介绍和研究顺序，逐步提高建模性能的目标。这将导致能够几乎完美地预测模拟PUF的输出的攻击的发展。此外，检查来自真实光学PUF的数据，并将其与模拟的数据进行比较，并用于查看所呈现的机器学习模型在现实世界中的表现。结果表明，所有模型都满足成功机器学习攻击的定义标准。
2023-01-06 cs.CR
Photonic Pseudo-Random Number Generator for Internet-of-Things Authentication using a Waveguide based Physical Unclonable Function
在本文中，我们实验评估的物理不可克隆功能的基础上聚合物光波导，作为一个时不变的，复制弹性，熵源。我们实现的物理不可克隆性与空间光调制和后处理技术相结合，从而允许确定性地生成指数级的不可预测响应。生成的数字的质量通过NIST/DIEHARD（ER）套件进行验证，而该方案的整体安全性是基准测试，假设攻击者在系统访问方面具有更高的权限。最后，基于所展示的关键特性，我们提出并分析了一个与最先进的商业物联网架构完全兼容的相互认证实现场景
2020-01-31 cs.CR eess.SP physics.optics
Optical scheme for cryptographic commitments with physical unclonable keys
我们调查的可能性，使用多重散射光学介质，资源的随机性在有关的承诺和拍卖的密码任务。建议的承诺协议利用标准的波前整形和外差检测技术，并可以实现与当前的技术。它的安全性进行了讨论的防篡改可信设置的框架。
2019-09-28 cs.CR physics.app-ph physics.optics
Quantum key distribution with post-processing driven by physical unclonable functions
研究探讨了在量子密钥分发系统中集成物理不可克隆函数以促进预共享密钥的生成和分发，同时实现设备的实时认证。
2023-02-15 cs.CR quant-ph
Physical Layer Security -- from Theory to Practice
大量的技术被统称为物理层安全（PLS），范围从窃听编码、秘密密钥生成（SKG）、使用物理不可克隆功能（PUF）的认证、定位/ RF指纹识别、监视物理层（PHY）和硬件的异常检测。尽管PLS的基本限制早已被表征，但将PLS并入未来的无线安全标准中需要在信道工程和预处理方面的进一步步骤。在这篇重要的评论文章中，我们反思了社区中越来越多的讨论，提出了一些关于PLS在6 G中实际部署的关键障碍的重要问题，但也提出了一些研究方向和可能的解决方案，特别是我们对结合PLS的上下文感知6 G安全的愿景。
2022-10-24 cs.CR
Fast and Robust Speckle Pattern Authentication by Scale Invariant Feature Transform algorithm in Physical Unclonable Functions
Istituto di Nanoscienze CNR-NANO, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；Istituto di Nanotecnologia CNR-NANOTEC, Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利国家研究委员会纳米技术研究所）；CNR-INO - National Institute of Optics（意大利国家研究委员会光学研究所）；European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS), University of Florence（佛罗伦萨大学非线性光谱学欧洲实验室）；Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM)（意大利国家计量研究所）
本文提出基于SIFT算法的快速稳健斑点图案认证方法，提升PUF在高安全认证和防伪中的应用可靠性。
2025-04-28 cs.CR physics.app-ph physics.optics
A Photonic Physically Unclonable Function's Resilience to Multiple-Valued Machine Learning Attacks
Darwin Deason Institute for Cyber Security（达尔文·迪森网络安全研究所）；Southern Methodist University（南卫理公会大学）；Anametric, Inc.（阿纳梅特里克公司）
本文评估一种光子 PUF 抵御多值逻辑机器学习攻击的能力，发现约需 1,000 个 CRP 才能优于随机预测，从而证明其安全性。
2024-03-02 cs.CR cs.LG
A Secret Key Generation Scheme for Internet of Things using Ternary-States ReRAM-based Physical Unclonable Functions
在物联网（IoT）中利用传统加密技术的一些主要挑战包括需要为这样一个大规模的网络生成密钥，将生成的密钥分发给所有设备，密钥存储以及当对手物理访问设备时安全攻击的脆弱性。在本文中，提出了一种新的秘密密钥生成方法，用于利用在制造过程中引入的嵌入在设备的存储器中的固有随机性的物联网。提出了一种使用串行级联BCH极化码的模糊提取器结构，以从基于ReRAM的\emph{ternary-state}物理不可克隆函数（PUF）生成可再现密钥，用于设备认证和秘密密钥生成。基于ReRAM的PUF是物联网中身份验证和密钥生成的最实用选择，因为它们在系统噪声水平或以下运行，因此与替代存储器技术相比，不易受到侧信道攻击的影响。然而，当前基于ReRAM的PUF呈现出高的假阴性认证率，因为这些设备的行为可以在不同的物理条件下变化，这导致在不同的尝试中重新生成相同响应的概率较低。在本文中，我们提出了一个秘密密钥生成方案的三态PUFs，使可靠的重建所需的秘密密钥，利用串联的BCH极性模糊提取器。实验结果表明，该模型可以提供一个显着降低的概率之间的不匹配的原始密钥和再生的，而更少的\textit{Helper data}位数被用来提取\textit{Key}相比，以前提出的模糊提取技术。
2018-05-17 cs.CR
Unclonable Functional Encryption
本文定义并构造支持任意量子消息上多项式电路求值的量子功能加密，证明其天然具备不可克隆性，并据此得到可变密钥公钥 UE 及 QFE 对 qiO 的蕴含关系。
2025-03-14 cs.CR quant-ph
Proofs of No Intrusion
本文提出无入侵证明，使经典客户端能远程检测量子服务器是否被入侵且不破坏数据，基于全同态加密构造密文及不可克隆原语的证明，核心是非破坏性测试陪集态的新方法。
2025-10-07 cs.CR
Lattice PUF: A Strong Physical Unclonable Function Provably Secure against Machine Learning Attacks
我们提出了一个强大的物理不可克隆功能（PUF）可证明安全的机器学习（ML）攻击与经典和量子计算机。其安全性源于学习公钥密码系统解密函数的密码难度。我们设计的计算机实现了带错误学习（LWE）密码系统的解密功能。由于LWE与格点问题的基本联系，我们称这种构造为格点PUF。使用物理混淆密钥（POK）、LWE解密功能块和作为伪随机数生成器的线性反馈移位寄存器（LFSR）来构造格型PUF。POK提供LWE解密功能的秘密密钥;其稳定性由模糊提取器（FE）保证。为了减少挑战的大小，我们利用分布松弛的空间有效的LWE。这只允许一个小的挑战种子与LFSR生成的全长挑战一起传输，从而将通信成本降低了100倍。为了防止主动质询操纵攻击，自递增计数器被嵌入质询种子中。我们在Spartan 6 FPGA上使用2^136个挑战-响应对（CRP）对晶格PUF进行原型化，这需要45个片用于PUF逻辑本身，233个片用于FE。基于模拟的评价显示均匀性的平均值（std）为49.98%（1.58%），唯一性为50.00%（1.58%），可靠性为1.26%（2.88%）。LWE具体硬度估计器保证了对格PUF的成功ML攻击将需要不可行的2^128个CPU操作。使用了几类经验ML攻击，包括支持向量机、逻辑回归和深度神经网络：在所有攻击中，在100万次训练CRP后，预测误差保持在49.76%以上。
2020-06-16 cs.CR
Toward Physically Unclonable Functions from Plasmonics-Enhanced Silicon Disc Resonators
无处不在的数字化趋势使得许多相关的恶意活动成为可能，从数据盗窃到业务中断，伪造设备和身份欺诈等。因此，必须实施安全方案，并确保电子电路的可靠性和可信性。为此，物理不可克隆功能（PUF）的概念已在21世纪初建立。然而，大多数PUF最终，至少部分地，没有达到他们的承诺，这是不可预测性，不可克隆性，唯一性，可重复性和篡改弹性。这是因为大多数PUF直接利用底层的微电子器件，但这种内在的随机性可能是有限的，因此可以预测，特别是通过机器学习。相比之下，光学PUFs仍然被认为是有前途的-它们可以通过使用某种“光学令牌”，独立于微电子技术，获得强大的、难以预测的随机性。“在这里，我们提出了一个等离子体增强光学PUF的新概念，简称peo-PUF。对于第一次，我们利用两个高度非线性现象结合的建设：（i）在硅盘谐振器中的光传播，和（ii）表面等离子体所产生的纳米粒子随机排列在谐振器的顶部。我们详细阐述了物理现象，提供模拟结果，并进行安全分析的peo-PUF的安全密钥生成和认证。这项研究突出了peo-PUFs的良好潜力，我们未来的工作是专注于此类PUFs的制造和表征。
2019-06-17 cs.CR physics.app-ph physics.optics
