基于環(huán)形振蕩器的PCB認證方法

在現(xiàn)代半導體供應鏈中，存在著諸如集成電路（IC）和印刷電路板（PCB）等假冒產(chǎn)品，嚴重危害了電子系統(tǒng)的安全性和可靠性，也造成了供應商利潤和聲譽的損失。現(xiàn)有的大多數(shù)研究論文都是單獨防止或檢測假冒IC和PCB基板，而不進行PCB整體測試，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認證（ROPA）方法來檢測供應鏈中的假冒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可以獨立于外部設(shè)備提供IC和PCB認證，并允許用戶進行遠程認證。ROPA結(jié)構(gòu)在多個基準上實施時，顯示出有利的面積（平均0.301%）和功率（平均0.355%）開銷。然后，在一組真實和假冒FPGA開發(fā)板上實現(xiàn)ROPA，以驗證假冒檢測的有效性。結(jié)果表明，所提出的方法在檢測篡改多氯聯(lián)苯方面具有96.7%的置信度，在檢測過度生產(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、互補金屬氧化物半導體（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

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防偽對策的局限性和面臨的主要挑戰(zhàn)。因此，為確保對現(xiàn)代供應鏈的信任而提出的解決辦法必須具備以下標準：

1.所提出的技術(shù)必須能夠同時驗證PCB和IC的真實性。2.它可以檢測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)備進行數(shù)據(jù)測量和收集。4.所提出的技術(shù)使PCB設(shè)計人員或受信任的制造商能夠遠程執(zhí)行身份驗證。5.提出的技術(shù)應該能夠保護PCB設(shè)計者和最終用戶的合法權(quán)益。

表1現(xiàn)有對策在印制板檢測中的有效性

第二節(jié)：結(jié)構(gòu)

A.PTRORopa主要利用PCB跟蹤環(huán)形振蕩器（PTRO），遠程檢測假冒多氯聯(lián)苯。通過將振蕩信號從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。測試人員可以在高負載模式和低負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、互補金屬氧化物半導體（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)的變化導致不同多氯聯(lián)苯上PTRO振蕩周期的差異，可用于檢測假冒多氯聯(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RO對、計數(shù)器、定時器、控制器、簽名寄存器和物理不可破函數(shù)（PUF）組成。在PCB級顯示建議的Ropa。

IC中基于RO的PCB認證（ROPA）結(jié)構(gòu)概述。

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

第三節(jié)：PCB認證方法

當高速I/O翻轉(zhuǎn)使相應的I/O電壓顯著減小時，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PCB上都有不同。對于被篡改或老化過久的PCB，其阻抗不同于原來的阻抗，從而導致了PCB之間的不匹配。ΔTPTRO 以及數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。利用具有相應PUF值的RO對在不同工作負載下的所有振蕩周期作為PCB的簽名，并將其傳遞給PCB設(shè)計者以構(gòu)建真實的PCB數(shù)據(jù)庫（APDB）。中給出了apdb的體系結(jié)構(gòu)

存儲在真實PCB數(shù)據(jù)庫（APDB）中的每個PCB的簽名

在供應鏈中，防止從上游供應商、驗證者（如系統(tǒng)集成商、最終用戶等）購買假冒多氯聯(lián)苯。需要向PCB設(shè)計/制造部門申請多氯聯(lián)苯認證。圖8給出了用于偽PCB檢測的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)：實現(xiàn)和認證流程

建議的Ropa的實現(xiàn)和基于Ropa的身份驗證流程

第五節(jié)：實驗結(jié)果與分析

Ropa由五個RO對、兩個16位計數(shù)器、一個16位定時器和一個控制器實現(xiàn)。應該注意的是，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。在基準電路中對Ropa進行了仿真，估計了系統(tǒng)的開銷，并在FPGA開發(fā)板上進行了功能驗證。利用一套28 nm Altera 5CEFA4F23I7N FPGA開發(fā)板，驗證了Ropa對假冒偽劣檢測的有效性。該FPGA的I/O只有一個基準電壓，即3.3V。所有FPGA開發(fā)板分為5種類型，其中包括真實的多氯聯(lián)苯和所有假冒偽劣場景。PCB類型的設(shè)置在表和圖

PCB類型的設(shè)置，包括真實的多氯聯(lián)苯和所有偽造場景

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，從制造商運來的所有多氯聯(lián)苯的PUF值都要向PCB設(shè)計者注冊，而過量生產(chǎn)的多氯聯(lián)苯則不是。當用戶向過度生產(chǎn)的PCB申請認證時，PCB設(shè)計者可以直接將其確定為假冒偽劣產(chǎn)品，因為它沒有注冊。因此，基于Ropa的認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)增量在一個單一的真實PCB的24小時刻錄試驗中。Oros和PTROS的最大循環(huán)增量分別為0.257ns和0.336ns。

在單個真實PCB的24小時燒成過程中，不同負載模式下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 ）.