一種密鑰管理裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及信息安全領域，特別涉及一種密鑰管理裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體制造技術的發(fā)展，出現(xiàn)了物理不可克隆單元(PUF，PhysicallyUnclonable Funct1n)。PUF在系統(tǒng)認證及密鑰的全生命周期等安全方面具有很大的應用前景，已經(jīng)成為了嵌入式硬件安全領域中的一個重要半導體器件。向PUF輸入一個激勵，利用其不可避免的內(nèi)在物理構(gòu)造的隨機差異輸出一個不可預測且唯一的響應信息。輸入PUF的激勵稱為挑戰(zhàn)信息(Challenge), PUF輸出的信息稱為響應(Response)。挑戰(zhàn)信息和響應是——對應的，稱為挑戰(zhàn)響應對(Challenge Response Pair, CRP)。
[0003]PUF具有魯棒性、唯一性、不可克隆性和不可預測性的基本屬性。其中，魯棒性是指當相同的挑戰(zhàn)信息C輸入到PUF時，在允許有一定的錯誤條件下，PUF總是返回相同的響應R為PUF(C);唯一性是指PUF的響應含有物理實體的唯一性標示，對于采用相同半導體工藝制造出來的不同PUF，即使使用相同的挑戰(zhàn)信息C，得到的響應R是相互區(qū)分的，從而可以根據(jù)不同的響應R區(qū)分PUF的唯一性；不可克隆性是指PUF利用不可避免的半導體制造工藝導致集成電路中的電器特性的差異，使得每一個PUF的CRP都是獨一無二的，不可克隆的；不可預測性是指即使統(tǒng)計了不同PUF的CRP，但是對于其他的未統(tǒng)計的PUF的CRP是無法預知的。
[0004]根據(jù)一個PUF的CRP的個數(shù)可以將PUF分為兩種類型??弱PUF(Weak PUF)和強PUF (Strong PUF)。其中，Weak PUF只具有少量CRP，甚至只有一個CRP ;Strong PUF具有大量的CRP?？梢岳渺o態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)的初始化狀態(tài)的隨機性來構(gòu)建Weak PUF,由于SRAM其制造方便，基于SRAM的Weak PUF在業(yè)界得到廣泛的使用。
[0005]目前，由于PUF的基本屬性，應用在密鑰管理領域中，即PUF的輸出作為密鑰，可以將PUF看做一個密鑰生成裝置，在其他對應裝置要獲取密鑰時，輸入PUF挑戰(zhàn)信息，PUF根據(jù)挑戰(zhàn)信息輸出與挑戰(zhàn)對應的密鑰。采用SRAM PUF作為密鑰管理裝置，SRAM PUF上電后的初始化狀態(tài)就可以作為密鑰進行輸出。但是，由于SRAM PUF初始化狀態(tài)只有一個，所以只能輸出一組密鑰，所以如果要求密鑰管理裝置產(chǎn)生不同的多組密鑰，就需要大量的不同SRAM PUF集成為一個密鑰管理裝置，使得可以產(chǎn)生多組不同的密鑰輸出，這會導致密鑰管理裝置的成本增大。為了降低密鑰管理裝置的成本，可以考慮采用Strong PUF作為密鑰管理裝置，但是截至目前，由于半導體制造工藝的限制，制造Strong PUF面臨占用面積大及構(gòu)造困難等問題，采用Strong PUF作為密鑰管理裝置使用可行性欠佳。
[0006]綜上，如何在降低制造成本的基礎上，使得密鑰管理裝置產(chǎn)生多組密鑰輸出，成為了一個亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種密鑰管理裝置，該裝置能夠在降低制造成本的基礎上，根據(jù)挑戰(zhàn)信息產(chǎn)生與之對應的密鑰，而且挑戰(zhàn)的數(shù)目足夠大。
[0008]本發(fā)明實施例還提供一種密鑰管理方法，該方法能夠在降低密鑰管理裝置的制造成本基礎上，根據(jù)挑戰(zhàn)信息產(chǎn)生與之對應的密鑰，而且挑戰(zhàn)的數(shù)目足夠大。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明實施的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的:
[0010]一種密鑰管理裝置，包括:一個靜態(tài)隨機存取存儲器的物理不可克隆單元SRAMPUF及一個密鑰派生功能KDF單元，其中，
[0011 ] SRAM PUF,用于上電后將SRAM的初始化狀態(tài)經(jīng)過處理后，得到響應信息輸出；
[0012]KDF單元，用于基于接收挑戰(zhàn)信息和對應的密鑰標識信息，以及SRAM PUF輸出的響應信息，采用密鑰派生算法計算得到對應密鑰標識信息的、與挑戰(zhàn)信息對應的密鑰輸出。
[0013]所述KDF單元的密鑰派生算法基于哈希算法、HMAC算法或HKDF算法。
[0014]所述SRAM PUF中包括密鑰模糊提取單元和SRAM，其中，
[0015]密鑰模糊提取單元，用于SRAM PUF上電后從SRAM提取初始化狀態(tài)，并進行處理，輸出穩(wěn)定不變的響應信息。
[0016]所述密鑰模糊提取單元，還用于在初始化階段，形成糾錯需要的輔助數(shù)據(jù)存儲于存儲單元中；在使用過程中，所述進行處理為采用存儲的糾錯需要的輔助數(shù)據(jù)對提取的初始化狀態(tài)值進行恢復及糾錯處理，輸出穩(wěn)定不變的響應信息；
[0017]所述管理裝置還包括存儲單元，用于存儲糾錯需要的輔助數(shù)據(jù)。
[0018]一種密鑰管理方法，包括:
[0019]對SRAM PUF單元上電，將SRAM的初始化狀態(tài)處理后，得到響應信息；
[0020]基于接收的挑戰(zhàn)信息和對應的密鑰標識信息、以及所述響應信息，采用密鑰派生算法計算得到對應密鑰標識信息的與挑戰(zhàn)信息對應的密鑰輸出。
[0021]所述密鑰派生算法基于哈希算法、HMAC算法或HKDF算法。
[0022]所述將SRAM PUF的初始化狀態(tài)處理后，得到響應信息包括:
[0023]SRAM PUF上電后提取SRAM的初始化狀態(tài)值，處理后，作為穩(wěn)定不變的響應信息。
[0024]在初始化階段，形成糾錯需要的輔助數(shù)據(jù)進行存儲；
[0025]在使用過程中，所述處理為采用存儲的糾錯需要的輔助數(shù)據(jù)對提取的初始化狀態(tài)值進行恢復及糾錯處理，輸出穩(wěn)定不變的響應信息。
[0026]由上述方案可以看出，本發(fā)明實施例在密鑰管理裝置中設置一個SRAM PUF且設置一個密鑰派生功能(KDF)單元，當要生成密鑰時，將挑戰(zhàn)信息、密鑰標識信息及SRAM PUF的響應一起作為輸入，輸入到KDF單元，KDF單元基于密鑰派生算法計算后，得到對應密鑰標識信息的與挑戰(zhàn)信息對應的密鑰輸出。由于本發(fā)明實施例的密鑰管理裝置只采用一個SRAMPUF，而且可以根據(jù)不同的挑戰(zhàn)信息生成不同的密鑰，所以節(jié)省了制造成本。更進一步地，由于密鑰管理裝置是基于SRAM PUF的安全性和密鑰派生算法的安全性，這兩者的安全性在學術上已經(jīng)有了充分論證，所以本發(fā)明實施例提供的管理裝置及方法安全性有保證。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種密鑰管理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例提供的一種密鑰管理裝置結(jié)構(gòu)具體例子示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種密鑰管理方法流程圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0031]從【背景技術】可以看出，造成密鑰管理裝置的制造成本比較高的原因為:要輸出多組密鑰，每組密鑰就是SRAM PUF的響應信息，而每個SRAM PUF只能生成一個響應信息，所以就需要在密鑰管理裝置中集成多個SRAM PUF，從而增大了制造成本。所以為了解決密鑰管理裝置的制造成本較高的問題，就需要減少密鑰管理裝置中的SRAM PUF。在減少的同時，還要保證密鑰管理裝置能夠根據(jù)不同挑戰(zhàn)信息輸出不同的且安全性較高的多組密鑰。
[0032]因此，本發(fā)明實施例在密鑰管理裝置中設置一個SRAM PUF且設置一個密鑰派生功能(KDF)單元，當要生成密鑰時，將挑戰(zhàn)信息、密鑰標識信息及SRAM PUF的響應一起作為輸入，輸入到KDF單元，KDF單元基于密鑰派生算法計算后，得到對應密鑰標識信息的與挑戰(zhàn)信息對應的密鑰輸出。由于本發(fā)明實施例的密鑰管理裝置只采用一個SRAM PUF，而且可以根據(jù)不同的挑戰(zhàn)信息生成不同的密鑰，所以節(jié)省了制造成本。
[0033]更進一步地，由于密鑰管理裝置是基于SRAM PUF的安全性和密鑰派生算法的安全性，這兩者的安全性在學術上已經(jīng)有了充分論證，所以本發(fā)明實施例提供的管理裝置及方法安