تحلیل و ارزیابی عملکرد مدارهای احراز هویت سخت افزاری مبتنی بر منطق سه مقداری

با افزایش تهدیدهای مرتبط با جعل سخت افزار، مهندسی معکوس تراشه ها و استخراج اطلاعات محرمانه، طراحی روش های احراز هویت سخت افزاری به یکی از حوزه های مهم پژوهشی در مهندسی الکترونیک تبدیل شده است. توابع غیرقابل کلون فیزیکی (PUF) با استفاده از تغییرات تصادفی موجود در فرآیند ساخت تراشه ها، امکان ایجاد پاسخ های منحصربه فرد برای هر قطعه سخت افزاری را فراهم می کنند. با این حال، افزایش پیچیدگی مدارهای مجتمع و محدودیت های فناوری CMOS سبب شده است که استفاده از معماری های جدید مبتنی بر منطق چندمقداری و فناوری های نانوالکترونیکی مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش، عملکرد یک مدار احراز هویت سخت افزاری مبتنی بر منطق سه مقداری و فناوری CNTFET مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته است. هدف اصلی، بررسی تاثیر جایگزینی ساختارهای منطقی دودویی با ساختارهای سه مقداری بر معیارهای امنیتی و عملکردی مدار PUF است. برای این منظور، مدار پیشنهادی در محیط HSPICE طراحی شده و عملکرد آن تحت شرایط مختلف دمایی از صفر تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد و ولتاژهای تغذیه مختلف در محدوده ۰.۹ تا ۱.۱ ولت بررسی شده است. همچنین با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو، تعداد ۱۰۰ نمونه تصادفی از تغییرات فرآیند ساخت مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد که استفاده از منطق سه مقداری موجب بهبود قابل توجه قابلیت اطمینان مدار شده است؛ به گونه ای که مقدار قابلیت اطمینان در شرایط تغییرات دمایی از ۹۶.۹۸ درصد در معماری دودویی به ۹۸.۸۲ درصد افزایش یافته است. همچنین در شرایط تغییرات ولتاژ، مقدار قابلیت اطمینان از ۹۷.۴۹ درصد به ۹۸.۶۷ درصد ارتقا یافته است. بررسی معیار منحصر به فرد بودن نیز نشان می دهد که مدار پیشنهادی توانسته است مقدار نزدیک به مقدار ایده آل ۵۰ درصد را حفظ کند. علاوه بر این، میزان تصادفی بودن پاسخ ها با مقدار آنتروپی ۰.۹۸۵۷، نزدیک به مقدار ایده آل یک، بیانگر کیفیت مناسب کلیدهای تولیدشده است. نتایج تحلیل انرژی نیز کاهش توان مصرفی و انرژی مورد نیاز برای تولید هر بیت پاسخ را نشان می دهد. بر اساس نتایج به دست آمده، مدار احراز هویت مبتنی بر منطق سه مقداری و CNTFET می تواند راهکاری موثر برای توسعه سامانه های امنیتی سخت افزاری کم توان، پایدار و مقاوم در برابر حملات فیزیکی باشد.

کلیدواژه ها:

احراز هویت سخت افزاری ، منطق سه مقداری ، PUF ، CNTFET ، قابلیت اطمینان ، منحصر به فرد بودن ، آنتروپی