專利名稱：用于檢驗(yàn)物品的真實(shí)性、完整性和/或物理狀態(tài)的設(shè)備、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢驗(yàn)一個(gè)物品的真實(shí)性、完整性和/或物理狀態(tài)的物理不可克隆 函數(shù)(PUF)設(shè)備，以及用于檢驗(yàn)一個(gè)物理物品的真實(shí)性、完整性和/或物理狀態(tài)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
產(chǎn)品盜版是世界性問(wèn)題。據(jù)估計(jì)，所有世界貿(mào)易中超過(guò)5%是假冒貨品，每年合計(jì) 達(dá)到大約$250億。這種產(chǎn)品盜版影響了物理產(chǎn)品(例如，手表，備件和藥品)，以及非物理產(chǎn) 品(例如，音樂(lè)和計(jì)算機(jī)軟件)。然而，在一些情況中，非物理產(chǎn)品包裝在物理包內(nèi)或者存儲(chǔ) 在某種物理媒體上(諸如，⑶上的音樂(lè))，由此在一些情況中，非物理產(chǎn)品也可以視為物理產(chǎn)
P
ΡΠ O為了克服該盜版問(wèn)題，已經(jīng)開發(fā)了用于檢查產(chǎn)品真實(shí)性的許多不同的技術(shù)解決方 案。一個(gè)這樣的解決方案是例如與數(shù)據(jù)庫(kù)連接的條形碼系統(tǒng)，在該條形碼系統(tǒng)中，保存了與 有關(guān)物品相關(guān)的個(gè)別信息。然而，條形碼可以容易地被復(fù)制。而且，為了升級(jí)，單獨(dú)地保存 在多個(gè)國(guó)家中大量物品的信息需要大量的管理。因此，已經(jīng)開發(fā)了不需要集中管理的其它 類型的技術(shù)解決方案。物理不可克隆函數(shù)(PUF)是通過(guò)物理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，使得函數(shù)易于求值 (evaluate)，但是物理系統(tǒng)難以表征。而且，物理系統(tǒng)難以在物理上克隆。例如在R. Pappu, Physical One—Way Functions, Ph. D. thesis, MIT, 2001 中描述了 PUF。國(guó)際專利申請(qǐng)No. W02007/031908描述了一種用于確定物品真實(shí)性的物理不可克 隆函數(shù)(PUF)設(shè)備，其中，當(dāng)?shù)谝淮问褂梦锲窌r(shí)破壞PUF設(shè)備的PUF結(jié)構(gòu)(pattern)。當(dāng)使 用或者公開物品時(shí)破壞生成密鑰的PUF結(jié)構(gòu)。當(dāng)PUF結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，原始的密鑰被破壞且 不再能被恢復(fù)。而且，所破壞的PUF結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了不可預(yù)測(cè)的(隨機(jī)的)新鑰匙，該鑰匙與用于 驗(yàn)證的參考值不一致。因此，在第一次使用之后偽造物品的真實(shí)性事實(shí)上是不可能的。通常，貨物被船運(yùn)，其易受一些環(huán)境影響的攻擊，例如，高/低溫、高速、暴露在光、 化學(xué)制品、濕氣下等等，或者貨物簡(jiǎn)單地隨時(shí)間退化。特別的標(biāo)簽存在于市場(chǎng)中，其指出過(guò)多的狀態(tài)是否已經(jīng)例如通過(guò)不可逆地改變顏 色而發(fā)生。然而，不誠(chéng)實(shí)的人可能通過(guò)未指出問(wèn)題已經(jīng)發(fā)生的新標(biāo)簽來(lái)代替“無(wú)效的”標(biāo)簽。 因此，用于該物品的(重新)出售條件將顯示滿足。，替代物可能是偽造的標(biāo)簽或者簡(jiǎn)單地是 可在法律上對(duì)在供應(yīng)鏈內(nèi)的一方有用的另一個(gè)真實(shí)的標(biāo)簽。這個(gè)問(wèn)題可能起因于真實(shí)的標(biāo) 簽不能相互區(qū)別且典型地被大量提供在例如名冊(cè)中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決或者至少減少以上所討論的問(wèn)題。特別地，該目的在 于，獲得用于檢驗(yàn)物理產(chǎn)品再出售條件的改進(jìn)設(shè)備。
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根據(jù)本發(fā)明，提供一種物理不可克隆函數(shù)(PUF)，其包括PUF結(jié)構(gòu)，用于檢驗(yàn)物品 的物理狀態(tài)，其中，所述PUF結(jié)構(gòu)被布置成在所述物品暴露到預(yù)定環(huán)境狀況的情況下被破 壞。有益地，所述PUF結(jié)構(gòu)被布置成當(dāng)?shù)谝淮问褂盟鑫锲窌r(shí)被破壞。優(yōu)選地，所述PUF結(jié)構(gòu)被形成在標(biāo)簽中或者標(biāo)簽上。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，所述PUF結(jié)構(gòu)被布置成隨時(shí)間退化。PUF結(jié)構(gòu)被設(shè)置在無(wú)源或者有源傳感器中或者其上。在這種情況下，傳感器可以包 括放射傳感器、加速計(jì)、震蕩或者振動(dòng)傳感器、化學(xué)或者生化傳感器、濕度傳感器、電磁場(chǎng) 傳感器或者壓力傳感器。將要理解的是，這包含無(wú)源和有源傳感器(例如，對(duì)放射能起反應(yīng) 的光敏膜以及蓋革計(jì)數(shù)器，中斷元件以及電子加速計(jì)，等等)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述PUF結(jié)構(gòu)被形成在光、熱、或者濕度敏感材料中或者其 上。同樣，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)的系統(tǒng)，其中，所述物品具 有根據(jù)前述限定的、設(shè)置在其中或者其上的PUF，系統(tǒng)包括用于從所述PUF結(jié)構(gòu)得到測(cè)量 的響應(yīng)的裝置；用于比較所述PUF的所述測(cè)量的響應(yīng)和存儲(chǔ)的響應(yīng)的裝置；以及用于確定 所述測(cè)量的響應(yīng)是否與所述存儲(chǔ)的響應(yīng)一致的裝置。系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于檢驗(yàn)(verifying)在注冊(cè)階段期間所述PUF的所存儲(chǔ) 的注冊(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性的裝置。還根據(jù)本發(fā)明，提供一種能夠檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)的方法，包括提供如以上所限 定的PUF ；測(cè)量其響應(yīng)；基于從所測(cè)量的響應(yīng)導(dǎo)出的信息形成注冊(cè)數(shù)據(jù)；以及存儲(chǔ)所述注冊(cè) 數(shù)據(jù)。在這種情況下，所述方法可以進(jìn)一步包括在存儲(chǔ)所述注冊(cè)數(shù)據(jù)之前對(duì)其簽名。上述方法的改進(jìn)可以多次應(yīng)用到特殊的詢問(wèn)(challenge)，以便例如通過(guò)使用 對(duì)在所有檢測(cè)到的第一響應(yīng)數(shù)據(jù)上的單獨(dú)位的多數(shù)票來(lái)得到更可靠的所檢測(cè)到的第一響 應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)的魯棒性，可以要求進(jìn)一步的改進(jìn)。如在國(guó)際申請(qǐng)WO 2004/104899, "Authentication of a physical object” 中所描述的增量(Δ)收縮函數(shù)(Delta contracting functions)(通過(guò)引用包含于此)可以用來(lái)補(bǔ)償這種變化且可以用來(lái)得到更 加可靠的注冊(cè)數(shù)據(jù)。W02004/104899詳細(xì)描述了如何生成可以在驗(yàn)證過(guò)程中使用的所謂輔助數(shù)據(jù)來(lái)改 進(jìn)可靠性。輔助數(shù)據(jù)和所測(cè)量的響應(yīng)數(shù)據(jù)在驗(yàn)證期間用作增量收縮函數(shù)的輸入。增量收縮 函數(shù)利用輔助數(shù)據(jù)中的冗余來(lái)校正所測(cè)量的響應(yīng)數(shù)據(jù)的誤差。增量收縮函數(shù)的輸出可以被 解釋為能夠在另一個(gè)處理中使用的噪聲補(bǔ)償響應(yīng)。因此，有益地，形成所述注冊(cè)數(shù)據(jù)的步驟包括生成在檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)期間增 量收縮函數(shù)使用的第一輔助數(shù)據(jù)的子步驟。本發(fā)明的這些和其他方面將根據(jù)本文所描述的實(shí)施例顯而易見(jiàn)，并且參考所述實(shí) 施例進(jìn)行闡述。


現(xiàn)在將僅僅借助于實(shí)例并參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
4圖1圖解地說(shuō)明了覆層PUF裝置； 圖2圖解地說(shuō)明了 PUF設(shè)備；
圖3圖解地說(shuō)明了標(biāo)簽形式的無(wú)源的、防篡改的、環(huán)境脆弱的PUF; 圖4圖解地說(shuō)明了用于離線檢驗(yàn)真實(shí)性的系統(tǒng)； 圖5示出了用于離線檢驗(yàn)真實(shí)性的方法的流程圖； 圖6圖解地說(shuō)明了用于在線檢驗(yàn)真實(shí)性的系統(tǒng)；以及 圖7示出了用于在線檢驗(yàn)真實(shí)性的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在不受控的生產(chǎn)過(guò)程(其是含有某種隨機(jī)性的生產(chǎn)過(guò)程)中所生產(chǎn)的物理裝置適 于用作PUF裝置。這種PUF裝置的實(shí)例是
光學(xué)PUF裝置一含有當(dāng)由激光束照射時(shí)產(chǎn)生斑紋結(jié)構(gòu)圖樣的無(wú)序結(jié)構(gòu)的透明介質(zhì)。覆層PUF裝置一在含有隨機(jī)介電粒子(根據(jù)其可以測(cè)量局部電容值)的集成電路上 的覆層。聲學(xué)PUF裝置一利用聲波探測(cè)的物理結(jié)構(gòu)。硅PUF裝置一在硅中產(chǎn)生的由于制造變化而具有電路延時(shí)差的集成電路。在所有情況下，可以選擇用來(lái)形成PUF裝置的材料，使得在該材料所附著的或者 該材料所并入的物品暴露到預(yù)定的環(huán)境狀況的情況下，使得PUF結(jié)構(gòu)被破壞。例如，假如所要求的是確定在極端溫度下的暴露，則可以使用不同膨脹系數(shù)的兩 種或者更多種材料，以致于暴露在溫度極限的情況下引起破損。如果要確定極限溫度或者 壓力，在這種狀況存在時(shí)可以使用起反應(yīng)、混合或者熔化的化學(xué)材料。假如在光下的暴露將 被識(shí)別，則可以利用感光材料來(lái)形成設(shè)備。由于制造過(guò)程中的隨機(jī)性，存在極高的可能性每個(gè)單獨(dú)的裝置將產(chǎn)生他們自己 唯一的標(biāo)識(shí)符?，F(xiàn)在參考圖1，圖解地示出了覆層PUF裝置。集成電路(IC)IOO具有含有隨機(jī)介電 粒子的覆層102。在該特定情況下中，存在具有不同介電常數(shù)的兩種類型的介電粒子104、 106，每種粒子的介電常數(shù)、以及大小、形狀和位置影響電容(容量)。通過(guò)測(cè)量覆層的幾個(gè)不同的局部電容值，獲得特征結(jié)構(gòu)。該特征結(jié)構(gòu)可以利用在 IC 100的頂部金屬層中所包括的傳感器結(jié)構(gòu)矩陣108讀出，所述傳感器結(jié)構(gòu)矩陣108設(shè)置 在絕緣層110上。參考附圖中的圖3，圖示了防篡改的、環(huán)境易碎標(biāo)簽。標(biāo)簽110包括多個(gè)物理可探 測(cè)的粒子112的隨機(jī)分布。優(yōu)選地，隨機(jī)分布通過(guò)在生產(chǎn)標(biāo)簽期間將粒子與制造標(biāo)簽的主 要材料元素(element)(例如塑料粒子或紙纖維)混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。這將給出對(duì)于每個(gè)標(biāo)簽而言 唯一的隨機(jī)分布。在本上下文中，“隨機(jī)”分布的主要特征在于，其不能可靠地復(fù)制(即，“不 可克隆”)，使得每個(gè)標(biāo)簽唯一可識(shí)別。有利地，粒子具有與主要標(biāo)簽粒子相比不同的材料(或被不同地處理，例如，被著 色或者被涂覆)，不僅使得粒子的檢測(cè)可靠和簡(jiǎn)單，而且保證標(biāo)簽所附著的或者標(biāo)簽所并入 的物品暴露到預(yù)定的環(huán)境狀況的情況下PUF結(jié)構(gòu)被破壞。
提供防篡改的、環(huán)境易碎的PUF的其他合適方法也被設(shè)想且本發(fā)明不必有意限制 在該方面。在任何情況下，用于PUF裝置的特征結(jié)構(gòu)將被稱為“PUF結(jié)構(gòu)”，且由該P(yáng)UF結(jié)構(gòu)所 產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將被稱為“密鑰”或者“唯一標(biāo)識(shí)符”。射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)記是集成電路(IC)，其可以用于物品的無(wú)線識(shí)別。今天，RFID 標(biāo)記廣泛地應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理，且在將來(lái)，條形碼系統(tǒng)可以由RFID裝置來(lái)代替。通過(guò)將RFID裝置和PUF裝置相結(jié)合，獲得用于無(wú)線識(shí)別和真實(shí)性檢驗(yàn)的系統(tǒng)。圖 2中呈現(xiàn)了將在這種系統(tǒng)中使用的設(shè)備。整個(gè)設(shè)備(此處稱為“PUF設(shè)備” 200)可以是標(biāo)簽的形式，以便容易地附著到物品上。PUF設(shè)備200包括PUF裝置202 (優(yōu)選的是覆層PUF裝置)，以及RFID裝置204。 RFID裝置204又包括處理器206、通信構(gòu)件208和存儲(chǔ)器210。存儲(chǔ)器210可以被分為易失存儲(chǔ)器212 (例如，RAM)和非易失存儲(chǔ)器214 (例如， EEPROM或者其他合適類型的ROM)，其中，易失存儲(chǔ)器212可以用于臨時(shí)存儲(chǔ)PUF結(jié)構(gòu)，且非 易失存儲(chǔ)器214可以用于存儲(chǔ)為了識(shí)別目的的軟件指令和數(shù)據(jù)?？商娲?，注冊(cè)數(shù)據(jù)可以 存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器上?？商娲兀琍UF結(jié)構(gòu)可以以完全無(wú)源的、防篡改的標(biāo)記或者類似物的形式來(lái)提供。參考圖4，介紹了用于離線檢驗(yàn)真實(shí)性的系統(tǒng)300。系統(tǒng)包括PUF設(shè)備302和控制 設(shè)備304。PUF設(shè)備302可以以如下方式被包括在附著在物品上的標(biāo)簽內(nèi)當(dāng)物品第一次使 用時(shí)，PUF設(shè)備內(nèi)部的PUF結(jié)構(gòu)被毀壞，例如
-打開盒子 -穿過(guò)帶子 -膠合牛奶包裝 -覆蓋PUF的電子元件 -覆蓋PUF的螺釘?？商娲兀茐腜UF結(jié)構(gòu)，使得PUF設(shè)備不再能夠驗(yàn)證物品，但是PUF設(shè)備仍然可 以用于識(shí)別例如家庭環(huán)境中的物品。破壞PUF然后給其新的身份。總之，如果PUF設(shè)備已 經(jīng)暴露到預(yù)先選擇的非期望環(huán)境狀況下，PUF結(jié)構(gòu)將被破壞，且驗(yàn)證將是不可能的。控制設(shè)備304可以是適于近場(chǎng)通信(NFC)的手持設(shè)備，例如，能夠NFC的移動(dòng)電話?，F(xiàn)在參考圖5，描述了離線檢驗(yàn)系統(tǒng)的方法。然而，在離線檢驗(yàn)可能已經(jīng)完成之前， PUF設(shè)備必須注冊(cè)。在注冊(cè)階段，具有公鑰e的受信第三方使用其私鑰d給唯一的標(biāo)識(shí)符S 簽名承諾(Commitment)C (S)，并且將所簽名的承諾$dC(S)存儲(chǔ)在PUF設(shè)備中，優(yōu)選地存儲(chǔ) 在非易失存儲(chǔ)器214中。注意到，e、d對(duì)是公/私鑰對(duì)，其中的所述公鑰e是公眾已知的， 以及所述私鑰d由簽名者保密。符號(hào)$d表示利用私鑰d所創(chuàng)建的簽名，其可以通過(guò)使用公 鑰e (由任何人)來(lái)檢驗(yàn)。所簽名的承諾$dC(S)或者承諾C(S)不揭露關(guān)于唯一標(biāo)識(shí)符S的任何信息。而且， 因?yàn)橐呀?jīng)使用了(鑰匙對(duì)e、d中的)私鑰d，所以對(duì)于任何人來(lái)說(shuō)可以使用公鑰e來(lái)檢查承 諾$dC(S)的簽名。
首先，在離線驗(yàn)證中，在步驟400中，實(shí)例化信息從控制設(shè)備發(fā)送到PUF設(shè)備。如 果PUF設(shè)備被外供電，該步驟還包括向PUF設(shè)備供電。第二，在步驟402中，承諾$dC(S)從PUF設(shè)備發(fā)送到控制設(shè)備。第三，在步驟404中，控制設(shè)備接收承諾$d C( 且檢驗(yàn)簽名是有效的。第四，在步驟406中，PUF設(shè)備使用其合為一體的PUF結(jié)構(gòu)創(chuàng)建秘密的密鑰Stemp， 且在易失性存儲(chǔ)器中臨時(shí)存儲(chǔ)該密鑰StMP。第五，在步驟408中，PUF設(shè)備和控制設(shè)備相互作用，以便于檢查在承諾$d C(S)中 所使用的秘密的密鑰S是否對(duì)應(yīng)于被臨時(shí)存儲(chǔ)的密鑰stemp。為了不揭露任何秘密信息，例 如被臨時(shí)存儲(chǔ)的密鑰Stemp，零知識(shí)(ZK)協(xié)議被用于PUF設(shè)備和控制設(shè)備之間的通信。以下， 將更加詳細(xì)地描述Si協(xié)議。如果Stemp和S證明是相同的，則在暗示物品是可信的且沒(méi)有被暴露在非期望的環(huán) 境狀況(即，對(duì)于物品滿足再出售條件)的注冊(cè)之后，PUF設(shè)備沒(méi)有被改變。然而，例如，如果某人按照以下方法已經(jīng)打開或者使用物品包括PUF設(shè)備(特別 是PUF結(jié)構(gòu))的標(biāo)簽已經(jīng)被破壞，則這將由于Stemp將與S不同的事實(shí)而被檢測(cè)。相似地，如 果不滿足再出售條件，因?yàn)镾tanp將與S不同所以這將被檢測(cè)。ZK協(xié)議的基本思想是證明擁有秘密，而不揭露它。在這種情況下，為了得到承諾 $d C(S)而使用的密鑰S和臨時(shí)存儲(chǔ)的密鑰Stemp將被證明相等，而不需要揭露它們中任何一 個(gè)。所簽名的承諾$d C⑶優(yōu)選地存儲(chǔ)在含有PUF的RFID設(shè)備的存儲(chǔ)器中。為了將 RFID設(shè)備與某個(gè)物理對(duì)象或者物品安全地連接，所簽名的承諾和一個(gè)值“物品文本”上的附 加簽名$’ ($d C(S),物品文本)優(yōu)選地也存儲(chǔ)在RFID設(shè)備上。此處，物品文本表示物品的 某個(gè)特征，如物品上文本，序列號(hào)，產(chǎn)品條形碼、有效期，等等。第二簽名$’由嵌入RFID的 一方使用公密來(lái)創(chuàng)建。讀取器設(shè)備可以檢查該第二簽名$’是否有效以及在啟動(dòng)I協(xié)議之 前物品文本是否與所掃描物品匹配?？商娲兀锲肺谋究梢栽谧x取器設(shè)備上顯示，使得用 戶可以檢查所掃描的、具有PUF的RFID標(biāo)記是與他正掃描的物品匹配的正確標(biāo)記。一種可能的TJk協(xié)議是Schnorr識(shí)別協(xié)議。簡(jiǎn)言之，Schnorr識(shí)別協(xié)議如下進(jìn)行 選擇表示為P、q和g的三個(gè)公共數(shù)，其中，P是IOM比特的素?cái)?shù)，q是160比特的素?cái)?shù)，以及 g是q的可增加的次序(order)的生成器；并且，通過(guò)C(S)=gs mod ρ確定S的承諾，其中， S可以假設(shè)為0到q之間的數(shù)。隨后，可以通過(guò)PUF設(shè)備來(lái)生成隨機(jī)數(shù)r (滿足1彡r彡q_l )，且，接下來(lái)，可以根 據(jù)mod ρ來(lái)確定相應(yīng)的公共值χ。在這之后，控制設(shè)備生成隨機(jī)詢問(wèn)e，對(duì)于隨機(jī)詢問(wèn)e，PUF設(shè)備根據(jù)y=S*e+r mod q來(lái)生成響應(yīng)q。該響應(yīng)被送回到控制設(shè)備，所述控制設(shè)備然后可以根據(jù) gy==x* (C (S)) e mod ρ
檢查響應(yīng)相對(duì)于值X、e和由受信第三方所簽名的承諾C( 是正確的。按照Tk協(xié)議，PUF設(shè)備具有證人的角色，控制設(shè)備具有檢驗(yàn)者的角色以及S用作 證據(jù)。在完全無(wú)源的PUF情況下，例如，具有所嵌入物理結(jié)構(gòu)的防篡改標(biāo)簽(例如，圖2中所示出的)，也可以使用離線檢驗(yàn)方法。在這種情況下，在注冊(cè)階段期間，存儲(chǔ)PUF測(cè)量的、關(guān)于物品本身和關(guān)于物品信息 的數(shù)字表示)。如前所述，數(shù)字表示可以被簽名或者被加密。在任何情況中，其以適當(dāng)?shù)男?式存儲(chǔ)，以使得能夠由檢驗(yàn)設(shè)備來(lái)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)設(shè)備從標(biāo)簽讀取注冊(cè)數(shù)據(jù)，并且檢查其真實(shí)性。測(cè)量單元基于所述粒子的物理特性的測(cè)量確定關(guān)于物品中或者其上標(biāo)簽的數(shù)字 表示(此后稱為“所測(cè)量的表示”)。所測(cè)量的特性包括關(guān)于至少一些粒子的實(shí)際分布的信 息，且被測(cè)量。檢驗(yàn)設(shè)備還包括比較單元，其用于比較所測(cè)量的表示和所存儲(chǔ)的表示。如果這兩 種表示匹配，產(chǎn)品僅僅被接受為可信的且沒(méi)有暴露到非期望的環(huán)境狀況下(即，滿足物體再 出售條件)。如果可以，產(chǎn)品被接受；否則，其被拒絕。用戶被告知結(jié)果。代替使用離線檢驗(yàn)系統(tǒng)，可以使用在線檢驗(yàn)系統(tǒng)。參考圖6，示出了包括PUF設(shè)備500、檢驗(yàn)設(shè)備502和數(shù)據(jù)庫(kù)504的在線檢驗(yàn)系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫(kù)被保存在受信外部服務(wù)器上?？刂圃O(shè)備502可以經(jīng)由安全認(rèn)證信道(SAC) 506與數(shù)據(jù)庫(kù)(DB) 504通信。DB 504可以含有大量的詢問(wèn)Ci和響應(yīng)氏對(duì)，其中根據(jù)(Ci, S)響應(yīng)氏可以 通過(guò)使用將詢問(wèn)Ci和密鑰S作為輸入?yún)?shù)的密碼學(xué)單向散列函數(shù)h ()詢問(wèn)來(lái)確定。可選 地，DB 504中的數(shù)據(jù)由注冊(cè)官方來(lái)簽名。現(xiàn)在參考圖7，描述在線檢驗(yàn)系統(tǒng)的方法。首先，在步驟600中，實(shí)例化信息從控制設(shè)備發(fā)送到PUF設(shè)備，如果PUF設(shè)備被外 部供電，該步驟還包括向PUF設(shè)備供電。第二.在步驟602中，PUF設(shè)備將ID發(fā)送到控制設(shè)備。第三，在步驟604中，控制設(shè)備接收ID且經(jīng)由SAC轉(zhuǎn)發(fā)該ID到DB。第四，在步驟606中，數(shù)據(jù)庫(kù)接收ID且發(fā)現(xiàn)未用的CiZ^Ri對(duì)，并將其發(fā)送回控制設(shè) 備?？商鎿Q地，生成新的CiZ^i對(duì)且將其發(fā)送回控制設(shè)備。另一個(gè)替代方案是DB發(fā)送注冊(cè) 的詢問(wèn)-響應(yīng)對(duì)的完整列表到控制設(shè)備。第五，在步驟608中，控制設(shè)備接收CVRi對(duì)，并且將詢問(wèn)Ci轉(zhuǎn)發(fā)到PUF設(shè)備。第六，在步驟610中，PUF設(shè)備接收C”隨后，PUF設(shè)備使用PUF結(jié)構(gòu)創(chuàng)建S且在易 失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)該S。如果使用覆層PUF裝置，則通過(guò)測(cè)量覆層的局部電容值來(lái)創(chuàng)建S。第七，在步驟612中，PUF裝置通過(guò)使用先前提到的密碼學(xué)單向散列函數(shù)R= MCi, S)來(lái)重構(gòu)響應(yīng)R。第八，在步驟614中，PUF設(shè)備將重構(gòu)的響應(yīng)R發(fā)送到控制設(shè)備。第九，在步驟616中，控制設(shè)備接收重構(gòu)的響應(yīng)R且檢查該重構(gòu)的響應(yīng)是否等于響 應(yīng)氏。如果所述響應(yīng)相等，則PUF結(jié)構(gòu)被認(rèn)為未改變，這暗示著物品是可信的，并且滿足再 出售條件。將被理解的是，詢問(wèn)-響應(yīng)對(duì)的數(shù)量實(shí)際上可能是1。在這種情況系，一個(gè)單個(gè)的 物理特性被測(cè)量(但是響應(yīng)不必是秘密的)，并且注冊(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性由檢驗(yàn)者來(lái)檢查。不可 克隆性保證沒(méi)有人可以偽造。此外，在完全無(wú)源、防篡改、環(huán)境易碎的PUF的情況下，可以使用在線檢驗(yàn)系統(tǒng)。
在這種情況下，檢驗(yàn)設(shè)備測(cè)量PUF的ID，且經(jīng)由SAC將該ID轉(zhuǎn)發(fā)到DB。接下來(lái)， 數(shù)據(jù)庫(kù)接收ID，且發(fā)現(xiàn)未用的CVRi對(duì)，并將其發(fā)送回檢驗(yàn)設(shè)備?？商娲兀a(chǎn)生新的CVRi 對(duì)且將其發(fā)送回檢驗(yàn)設(shè)備。另一個(gè)替代方案是DB發(fā)送注冊(cè)的詢問(wèn)-響應(yīng)對(duì)的完整列表到 檢驗(yàn)設(shè)備。接下來(lái)，控制設(shè)備接收CVRi對(duì)且將詢問(wèn)Ci應(yīng)用到PUF，并使用PUF結(jié)構(gòu)創(chuàng)建S，以 及將該S存儲(chǔ)到易失性存儲(chǔ)器中。如果使用覆層PUF裝置，則通過(guò)測(cè)量覆層的局部電容值 來(lái)創(chuàng)建S。檢驗(yàn)設(shè)備然后通過(guò)使用先前提到的密碼學(xué)單向散列函數(shù)R= h (Ci, S)來(lái)重構(gòu)響應(yīng) R，并且檢查該重構(gòu)的響應(yīng)是否等于響應(yīng)氏。如果響應(yīng)相等，PUF結(jié)構(gòu)被認(rèn)為未改變，這暗示 著物品是可信的，并且滿足再出售條件。將被理解的是，詢問(wèn)-響應(yīng)對(duì)的數(shù)量實(shí)際上可能是1。在這種情況下，一個(gè)單個(gè)的 物理特性被測(cè)量(但是響應(yīng)不必是秘密的)，并且注冊(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性由檢驗(yàn)者來(lái)檢查。不可 克隆性保證沒(méi)有人可以偽造。應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例是說(shuō)明而不是限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì) 許多可替代的實(shí)施例，而不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。在權(quán)利要求中，括號(hào) 中放置的任何附圖標(biāo)記將不被解釋為限制權(quán)利要求。詞語(yǔ)“包括”及類似詞語(yǔ)不排除存在 不同于任何權(quán)利要求中或者作為整體的說(shuō)明書中所列出的元件或者步驟。元件的單數(shù)引用 不排除這種元件的復(fù)數(shù)應(yīng)用，反之亦然。本發(fā)明可以借助于包括若干獨(dú)立元件的硬件來(lái)實(shí) 現(xiàn)，并且借助于適當(dāng)?shù)木幊逃?jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉了若干個(gè)裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這種裝 置中的幾個(gè)可以由同一項(xiàng)硬件來(lái)體現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述某些方法的僅有 事實(shí)不表示這些方法的組合不能被有利地使用。
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權(quán)利要求
1.一種物理不可克隆函數(shù)(PUF)，包括PUF結(jié)構(gòu)，用于檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)，其中，所 述PUF結(jié)構(gòu)被布置成在所述物品暴露到預(yù)定環(huán)境狀況的情況下被破壞。
2.如權(quán)利要求1所述PUF，其中，所述PUF結(jié)構(gòu)被布置成當(dāng)?shù)谝淮问褂盟鑫锲窌r(shí)所 述PUF結(jié)構(gòu)被破壞。
3.如權(quán)利要求1所述PUF，其中，所述PUF結(jié)構(gòu)被形成在標(biāo)記中或者其上。
4.如權(quán)利要求1所述PUF，其中，所述PUF結(jié)構(gòu)被布置成隨時(shí)間退化。
5.如權(quán)利要求1所述PUF，其中，所述PUF結(jié)構(gòu)被設(shè)置在無(wú)源或者有源傳感器中或者其上。
6.如權(quán)利要求5所述PUF，其中，所述傳感器包括放射能傳感器、加速計(jì)、震蕩或者振 動(dòng)傳感器、化學(xué)或者生化傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、光傳感器、電磁場(chǎng)傳感器、或者 壓力傳感器。
7.如權(quán)利要求1所述PUF，其中，所述PUF結(jié)構(gòu)被形成在光、溫度、或者濕度敏感材料中 或者其上。
8.一種用于檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)的系統(tǒng)，其中，所述物品具有根據(jù)前述權(quán)利要求中任 何一項(xiàng)、設(shè)置在其中或者其上的PUF，該系統(tǒng)包括用于從所述PUF結(jié)構(gòu)得到測(cè)量的響應(yīng)的 裝置，用于比較所述PUF的測(cè)量的響應(yīng)和存儲(chǔ)的響應(yīng)的裝置，以及用于確定測(cè)量的響應(yīng)是 否與所述存儲(chǔ)的響應(yīng)一致的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于檢驗(yàn)在注冊(cè)階段期間所述PUF的所存 儲(chǔ)的注冊(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性的裝置。
10.一種能夠檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)的方法，包括提供根據(jù)權(quán)利要求1的PUF，測(cè)量其 響應(yīng)，基于從所測(cè)量的響應(yīng)導(dǎo)出的信息形成驗(yàn)證數(shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)所述驗(yàn)證數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括在存儲(chǔ)所述驗(yàn)證數(shù)據(jù)之前對(duì)其簽名。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成所述驗(yàn)證數(shù)據(jù)的步驟包括生成在檢驗(yàn)物 品的物理狀態(tài)期間使用的第一輔助數(shù)據(jù)的子步驟。
全文摘要
一種物理不可克隆函數(shù)(PUF)結(jié)構(gòu)用于檢驗(yàn)物品的物理狀態(tài)。PUF結(jié)構(gòu)被布置成在所述物品暴露到預(yù)定環(huán)境狀況的情況下被破壞。檢驗(yàn)物品的物理狀況是通過(guò)根據(jù)PUF結(jié)構(gòu)獲得測(cè)量的響應(yīng)以及比較PUF的測(cè)量的響應(yīng)和所存儲(chǔ)的響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)G06F21/74GK102077205SQ200980124075
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者斯科里克 B., J. J. H. 謝珀斯 H. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司