基于環(huán)形振蕩器的PCB認(rèn)證方法

在現(xiàn)代半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中，存在著諸如集成電路（IC）和印刷電路板（PCB）等假冒產(chǎn)品，嚴(yán)重危害了電子系統(tǒng)的安全性和可靠性，也造成了供應(yīng)商利潤(rùn)和聲譽(yù)的損失?，F(xiàn)有的大多數(shù)研究論文都是單獨(dú)防止或檢測(cè)假冒IC和PCB基板，而不進(jìn)行PCB整體測(cè)試，通常需要外部設(shè)備的協(xié)助。

在本文中，提出了一種新的基于環(huán)形振蕩器的PCB認(rèn)證（ROPA）方法來檢測(cè)供應(yīng)鏈中的假冒PCB，該方法利用基于PCB跟蹤的環(huán)形振蕩器（PTRO）和一種新的PCB特征提取方法。通過將PCB切換到不同的加載模式，特征可以反映PCB軌跡和整體阻抗中的工藝變化。ROPA可以獨(dú)立于外部設(shè)備提供IC和PCB認(rèn)證，并允許用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程認(rèn)證。ROPA結(jié)構(gòu)在多個(gè)基準(zhǔn)上實(shí)施時(shí)，顯示出有利的面積（平均0.301%）和功率（平均0.355%）開銷。然后，在一組真實(shí)和假冒FPGA開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)ROPA，以驗(yàn)證假冒檢測(cè)的有效性。結(jié)果表明，所提出的方法在檢測(cè)篡改多氯聯(lián)苯方面具有96.7%的置信度，在檢測(cè)過度生產(chǎn)、回收和克隆多氯聯(lián)苯方面具有100%的置信度。

本文綜述了一種由pcb跡線、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Cmos）基門和inpu.view組成的基于pcb跡的環(huán)形振蕩器（Ptro）。

第一節(jié)威脅模型和目標(biāo)

在最終用戶使用所制造的PCB之前，涉及到許多不受信任的方，如系統(tǒng)集成商、分銷商等，如圖1

圖1威脅模型分布在供應(yīng)鏈的不同階段。本文的目的是提出一種魯棒的解決方案，以檢測(cè)所列的假冒多氯聯(lián)苯。第二至A節(jié)。 表1總結(jié)了現(xiàn)有的PCB防偽對(duì)策的局限性和面臨的主要挑戰(zhàn)。因此，為確保對(duì)現(xiàn)代供應(yīng)鏈的信任而提出的解決辦法必須具備以下標(biāo)準(zhǔn)：

1.所提出的技術(shù)必須能夠同時(shí)驗(yàn)證PCB和IC的真實(shí)性。2.它可以檢測(cè)出上述四種類型的假冒多氯聯(lián)苯。3.所提議的技術(shù)不依賴外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和收集。4.所提出的技術(shù)使PCB設(shè)計(jì)人員或受信任的制造商能夠遠(yuǎn)程執(zhí)行身份驗(yàn)證。5.提出的技術(shù)應(yīng)該能夠保護(hù)PCB設(shè)計(jì)者和最終用戶的合法權(quán)益。

表1現(xiàn)有對(duì)策在印制板檢測(cè)中的有效性

第二節(jié)：結(jié)構(gòu)

A.PTRORopa主要利用PCB跟蹤環(huán)形振蕩器（PTRO），遠(yuǎn)程檢測(cè)假冒多氯聯(lián)苯。通過將振蕩信號(hào)從IC傳輸?shù)絇CB軌跡，PTRO的振蕩周期可以反映PCB軌跡、總PCB阻抗、I/O和IC過程的變化。測(cè)試人員可以在高負(fù)載模式和低負(fù)載模式之間切換多氯聯(lián)苯，利用PTRO提取PCB的數(shù)字簽名。PTRO的結(jié)構(gòu)如下所示圖2，它由PCB道、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）基門和輸入/輸出（I/O）引腳組成。PTRO的振蕩周期可以用方程（1）：TPTRO=2?（tPCB_trace+tIC+∑i=01tI/Oi）（1）哪里tPCB_trace ， tIC ，和tI/O 分別是集成電路中PTRO、CMOS基路徑和I/O單元所使用的PCB跟蹤的延遲。和tIC 可以用方程（2）：tIC=∑i=0ktgatei（2）哪里k 構(gòu)成集成電路中基于cmos的路徑的門總數(shù)，以及tgatei 的延遲是i 門。

圖2.提出的PCB跟蹤環(huán)形振蕩器（PTRO）概述。因此，PCB、IC和I/O單元的工藝變化會(huì)影響PTRO的振蕩周期。

PTRO的振蕩周期受各種工藝參數(shù)的影響，如圖。這些工藝參數(shù)的變化導(dǎo)致不同多氯聯(lián)苯上PTRO振蕩周期的差異，可用于檢測(cè)假冒多氯聯(lián)苯。

片上環(huán)形振蕩器（ORO）和PCB跟蹤式環(huán)形振蕩器（PTRO）的振蕩周期受各種工藝參數(shù)的影響。

下面概述了在集成電路中提出的ropa結(jié)構(gòu)。它由幾對(duì)RO對(duì)、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、控制器、簽名寄存器和物理不可破函數(shù)（PUF）組成。在PCB級(jí)顯示建議的Ropa。

IC中基于RO的PCB認(rèn)證（ROPA）結(jié)構(gòu)概述。

建議的羅帕結(jié)構(gòu)在多氯聯(lián)苯一級(jí)。三種印有紅線的PCB痕跡，可用于構(gòu)造PTRO。

第三節(jié)：PCB認(rèn)證方法

當(dāng)高速I/O翻轉(zhuǎn)使相應(yīng)的I/O電壓顯著減小時(shí)，PTRO的振蕩周期增大。由于PCB阻抗的變化，PTRO振蕩周期增加。ΔTPTRO ）每個(gè)PCB上都有不同。對(duì)于被篡改或老化過久的PCB，其阻抗不同于原來的阻抗，從而導(dǎo)致了PCB之間的不匹配。ΔTPTRO 以及數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。利用具有相應(yīng)PUF值的RO對(duì)在不同工作負(fù)載下的所有振蕩周期作為PCB的簽名，并將其傳遞給PCB設(shè)計(jì)者以構(gòu)建真實(shí)的PCB數(shù)據(jù)庫(kù)（APDB）。中給出了apdb的體系結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)在真實(shí)PCB數(shù)據(jù)庫(kù)（APDB）中的每個(gè)PCB的簽名

在供應(yīng)鏈中，防止從上游供應(yīng)商、驗(yàn)證者（如系統(tǒng)集成商、最終用戶等）購(gòu)買假冒多氯聯(lián)苯。需要向PCB設(shè)計(jì)/制造部門申請(qǐng)多氯聯(lián)苯認(rèn)證。圖8給出了用于偽PCB檢測(cè)的PCB簽名匹配流程。

提出了一種基于該技術(shù)的印制電路板簽名匹配流程。

第四節(jié)：實(shí)現(xiàn)和認(rèn)證流程

建議的Ropa的實(shí)現(xiàn)和基于Ropa的身份驗(yàn)證流程

第五節(jié)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

Ropa由五個(gè)RO對(duì)、兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器、一個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該注意的是，PUF用于生成唯一的ID，Ropa可以直接使用IC中現(xiàn)有的PUF，而無需額外的設(shè)計(jì)。在基準(zhǔn)電路中對(duì)Ropa進(jìn)行了仿真，估計(jì)了系統(tǒng)的開銷，并在FPGA開發(fā)板上進(jìn)行了功能驗(yàn)證。利用一套28 nm Altera 5CEFA4F23I7N FPGA開發(fā)板，驗(yàn)證了Ropa對(duì)假冒偽劣檢測(cè)的有效性。該FPGA的I/O只有一個(gè)基準(zhǔn)電壓，即3.3V。所有FPGA開發(fā)板分為5種類型，其中包括真實(shí)的多氯聯(lián)苯和所有假冒偽劣場(chǎng)景。PCB類型的設(shè)置在表和圖

PCB類型的設(shè)置，包括真實(shí)的多氯聯(lián)苯和所有偽造場(chǎng)景

正版印制板和4種假冒PCB。

不受信任的PCB制造商生產(chǎn)的多氯聯(lián)苯可以超過許可的多氯聯(lián)苯數(shù)量。然而，使用Ropa，從制造商運(yùn)來的所有多氯聯(lián)苯的PUF值都要向PCB設(shè)計(jì)者注冊(cè)，而過量生產(chǎn)的多氯聯(lián)苯則不是。當(dāng)用戶向過度生產(chǎn)的PCB申請(qǐng)認(rèn)證時(shí)，PCB設(shè)計(jì)者可以直接將其確定為假冒偽劣產(chǎn)品，因?yàn)樗鼪]有注冊(cè)。因此，基于Ropa的認(rèn)證流程可以防止多氯聯(lián)苯的過度生產(chǎn)。

Oros和PTRO的循環(huán)增量在一個(gè)單一的真實(shí)PCB的24小時(shí)刻錄試驗(yàn)中。Oros和PTROS的最大循環(huán)增量分別為0.257ns和0.336ns。

在單個(gè)真實(shí)PCB的24小時(shí)燒成過程中，不同負(fù)載模式下PTROS循環(huán)增量的變化，其平均值從1.025ns下降到0.589ns。

在APDB中具有相同PUF值的10種循環(huán)多氯聯(lián)苯與PCBs之間的Oros循環(huán)增量和歐氏距離。對(duì)于所有回收的多氯聯(lián)苯，歐氏距離大于集成電路老化閾值（εLORO=0.224 ）.