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物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function，PUF)是一种新型硬件安全原语，它利用生成制造中的工艺偏差产生的随机物理特性形成由激励到响应的函数，因而具有生产制造前难以预测、生产制造时难以控制、生产制造后难以克隆等先进优势，在安全领域有着广阔的应用前景。仲裁器PUF是一种典型的PUF设计，在ASIC与FPGA中都易于实现。然而，由于时延路径不对称、仲裁器亚稳态、小时延故障等原因，仲裁器PUF的均匀性难以完全保障。同时，为了提高其安全性，异或仲裁器PUF的可靠性严重下降。 本文研究了基于自测试自调整的物理不可克隆函数设计方法，通过对均匀性与可靠性在线测试、利用时延平衡和加权表决调整响应，PUF的均匀性与可靠性得到明显提高。本文的主要工作和研究成果如下: 1)提出了基于时延平衡的仲裁器PUF设计方法，以解决均匀性不足的问题。该设计由激励产生模块、可调仲裁器PUF模块和自调整模块构成。激励产生模块为均匀性的自测试提供输入，自调整模块测试可调仲裁器PUF模块在输入激励下形成的响应均匀性，控制可调仲裁器PUF模块的自调整，使均匀性接近理想值。在Xilinx FPGA上的实验表明，在保证独特性与可靠性的同时，均匀性平均值为50.6％，接近理想值50％;均匀性标准差0.5％，比传统仲裁器PUF下降了85％，具有更好的均匀性分布。 2)提出了基于加权表决的PUF设计方法，以解决可靠性不足的问题。该设计由加强仲裁器PUF和加权表决器构成。加强仲裁器PUF在传统仲裁器PUF基础上增加在线可靠性检测器，同时输出响应及其可靠性级别。加权表决器根据多个加强仲裁器PUF的响应，基于预设的可靠性级别权重，表决得出最终响应。在Xilinx FPGA上的实验表明，在保证均匀性、独特性与抗建模攻击能力的同时，即使采用32个仲裁器PUF，可靠性平均仍然高达94.8％，与异或仲裁器PUF相比，提高了32.8％。