專利名稱：使用cpuf的鄰近證明的制作方法
使用CPUF的鄰近證明
本發(fā)明涉及一種用于認(rèn)證(authentication)多個(gè)物理權(quán)標(biāo)(token) 的方法和設(shè)備。
物理不可克隆函數(shù)(physical unclo眼ble f unct ion, PUF )是一種 用于創(chuàng)建抗篡改環(huán)境的結(jié)構(gòu)，在該環(huán)境內(nèi)各方可以建立共享的秘密。PUF 是一種物理權(quán)標(biāo)，其被提供一個(gè)輸入-詢問(challenge)。當(dāng)提供該詢 問給PUF時(shí)，其產(chǎn)生一個(gè)被稱作為響應(yīng)的隨機(jī)模擬輸出。由于它的復(fù)雜性 及其所遵照的物理定律，該權(quán)標(biāo)被認(rèn)為是"不可克隆的"，即不能實(shí)行物理 地復(fù)制和/或在計(jì)算上建模。PUF有時(shí)也被稱作為物理隨機(jī)函數(shù)。如果將 PUF與控制函數(shù)組合在一起，則PUF可以被極大加強(qiáng)。實(shí)際上，PUF和與 該P(yáng)UF密不可分的算法被包括在抗篡改芯片內(nèi)。PUF僅可以經(jīng)由該算法訪 問，任何繞過或操控該算法的企圖將會(huì)毀壞PUF。以硬件、軟件或其二者 的組合實(shí)現(xiàn)的算法，掌控著PUF的輸入和輸出。例如，禁止PUF的頻繁詢 問，禁止特定種類的詢問，隱藏PUF的物理輸出，僅顯露被通過密碼保護(hù) 的數(shù)據(jù)，等等。這樣的措施極大地加強(qiáng)了安全性，因?yàn)楣粽卟荒軌螂S意 地詢問PUF，以及不能夠解釋響應(yīng)。這種類型的PUF被稱作為被控制的PUF (CPUF)。
PUF的一個(gè)例子為包含在隨機(jī)位置處的光散射體的3D光學(xué)媒介。輸 入一即詢問—例如可以是照亮該P(yáng)UF的激光束的入射角，而輸出一即響 應(yīng)一是一個(gè)斑紋圖才羊。
在注冊(cè)階段，提供一個(gè)詢問給PUF,其對(duì)該詢問產(chǎn)生一個(gè)唯一且不可 預(yù)測(cè)的響應(yīng)。該詢問及相應(yīng)的響應(yīng)可以被存儲(chǔ)在隨后要通過其進(jìn)行認(rèn)證的 檢驗(yàn)器(verifier)內(nèi)。如果注冊(cè)數(shù)據(jù)被加密、散列或以任何其它適宜的 方式通過密碼保護(hù)，則原則上其可以被存儲(chǔ)于世界的任何地點(diǎn)。例如，它 可以被存儲(chǔ)在到PUF自己的連接中。這使注冊(cè)器從維護(hù)數(shù)據(jù)庫的責(zé)任中解 放出來。典型地，在認(rèn)證階段，檢驗(yàn)器向一個(gè)證明方提供在注冊(cè)階段被存 儲(chǔ)的詢問。如果證明方能夠返回對(duì)詢問的響應(yīng)，該響應(yīng)與在注冊(cè)階賴j皮存 儲(chǔ)的響應(yīng)相匹配，則證明方^皮認(rèn)為已經(jīng)證明對(duì)共享秘密的訪問，并且因此 被檢驗(yàn)器認(rèn)證。注冊(cè)階段和認(rèn)證階段二者都應(yīng)當(dāng)在不顯露共享秘密即響應(yīng) 的情況下進(jìn)行，其典型地涉及借助加密來建立安全信道。PUF例如由用戶使用來認(rèn)證其自己，從而獲得對(duì)某些數(shù)據(jù)、服務(wù)或設(shè) 備的訪問。為該目的在其內(nèi)實(shí)現(xiàn)PUF的設(shè)備例如可以包括借助射頻信號(hào)或 經(jīng)由有線接口 (例如USB)與要被訪問的設(shè)備進(jìn)行通信的智能卡。
在本領(lǐng)域內(nèi)已知的某些類型的數(shù)學(xué)秘密共享方案中，不同集合的信息 被賦予許多(N)人。更像七巧板中把拼板組裝起來一樣，這些信息集被 組合來使得其顯露秘密。 一般而言，如果比N少的人把他們的信息集組合 在一起，則他們對(duì)該秘密一無所知，盡管存在變例，其中把k個(gè)拼板(k〈N) 組合起來便足夠了。在現(xiàn)有的秘密共享方案中的一個(gè)必要特征是，提供一 定數(shù)量的不同信息集已經(jīng)被組合的證據(jù)。這可以作為一項(xiàng)證據(jù)，即足夠 數(shù)量的被授權(quán)的參加者已經(jīng)同意某事，例如打開保險(xiǎn)箱?，F(xiàn)有技術(shù)的秘密 共享方案的一個(gè)例子是使用多項(xiàng)式。秘密包括2D平面中的一個(gè)y軸坐標(biāo)， 即k-1次的秘密多項(xiàng)式與y軸相交處的坐標(biāo)。每一名參與者接收一個(gè)不同 的多項(xiàng)式坐標(biāo)。如果k個(gè)人組合他們的數(shù)據(jù)，則他們能夠重新構(gòu)造該多項(xiàng) 式并且計(jì)算秘密多項(xiàng)式與y軸相交的坐標(biāo)。
在某些情況下，希望不僅證明信息集已經(jīng)被組合，而且證明信息集的 物理載體實(shí)際上正(或已經(jīng))定位于相同的位置。如此的'物理的，證據(jù)例 如可以證明一組人已經(jīng)在同一時(shí)刻一起出現(xiàn)在同一房間內(nèi)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決上述提及的問題，以及使一組人或設(shè)備能夠 提供他們實(shí)際上已經(jīng)物理地聚集的物理證據(jù)。
通過一種根據(jù)權(quán)利要求1的對(duì)多個(gè)物理權(quán)標(biāo)進(jìn)行認(rèn)證的方法和一個(gè)根 據(jù)權(quán)利要求11的用于對(duì)多個(gè)物理權(quán)標(biāo)進(jìn)行認(rèn)證的設(shè)備，該目的得以實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的第一方面中，提供一種包括如下步驟的方法把在各物理 權(quán)標(biāo)的注冊(cè)期間所創(chuàng)建的相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的詢問提供給相互連接的設(shè)備的 序列，每一個(gè)設(shè)備包括一個(gè)物理權(quán)標(biāo)，其中，安排該相互連接的設(shè)備的序 列，使得提供給該序列的數(shù)據(jù)集被通過包括在一個(gè)設(shè)備中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn) 行密碼處理，且被傳遞給包括在一個(gè)隨后的設(shè)備中的權(quán)標(biāo)，該隨后的設(shè)備 進(jìn)一步通過它的響應(yīng)來對(duì)已被處理的數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理，直到最終的物 理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)已經(jīng)被使用來進(jìn)一步對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理。而且，該方 法包括如下步驟接收已經(jīng)被通過序列中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理的數(shù) 據(jù)集；以及使用被密碼處理的數(shù)據(jù)集、該數(shù)據(jù)集本身以及與各權(quán)標(biāo)的響應(yīng) 相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，對(duì)物理權(quán)標(biāo)的序列進(jìn)行認(rèn)證。
在本發(fā)明的第二方面中，提供一種包括如下裝置的設(shè)備該裝置用于把在各物理權(quán)標(biāo)注冊(cè)期間所創(chuàng)建的相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的詢問提供給相互連接 的設(shè)備的序列，每一個(gè)設(shè)備包括一個(gè)物理權(quán)標(biāo)，其中，安排該相互連接的 設(shè)備的序列，使得提供給該序列的數(shù)據(jù)集被通過包括在一個(gè)設(shè)備中的權(quán)標(biāo) 的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理，且被傳遞給包括在一個(gè)隨后的設(shè)備中的權(quán)標(biāo)，該隨 后的設(shè)備進(jìn)一步通過它的響應(yīng)對(duì)已被處理的數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理，直到最 終的物理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)已經(jīng)被使用來進(jìn)一步對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理。而 且，該設(shè)備包括用于接收已經(jīng)被通過該序列中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處
理的數(shù)據(jù)集的裝置；和用于使用被密碼處理的數(shù)據(jù)集、該數(shù)據(jù)集本身以及 與各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)對(duì)物理權(quán)標(biāo)的序列進(jìn)行認(rèn)證的裝置。
本發(fā)明的基本思想是，通過在一個(gè)序列中互連多個(gè)設(shè)備來對(duì)這些設(shè)備 進(jìn)行認(rèn)證，每一個(gè)設(shè)備包括有諸如物理不可克隆功能(PUF)的物理權(quán)標(biāo)， 并JU巴各PUF的詢問以及要—皮每一個(gè)PUF密碼(cryptographically )處 理的數(shù)據(jù)集提供給該序列。該數(shù)據(jù)集典型地是消息或隨機(jī)數(shù)。詢問已經(jīng)在 認(rèn)證前在每一個(gè)PUF的注冊(cè)期間被創(chuàng)建。可以提供詢問給序列中的第一個(gè) PUF，其將傳遞該詢問，或者也可以給每一個(gè)PUF提供各自的詢問。安排 被相互連接的設(shè)備序列，使得通過在序列中居于第 一 的設(shè)備中包括的權(quán)標(biāo) 的響應(yīng)，對(duì)提供給該序列的數(shù)據(jù)集(以下被稱作為"消息")進(jìn)行密碼處理， 并且將其傳遞給包括在一個(gè)隨后的設(shè)備中的權(quán)標(biāo)。包括在該隨后的設(shè)備中 的權(quán)標(biāo)產(chǎn)生對(duì)提供給它的詢問的響應(yīng)，并且使用該響應(yīng)進(jìn)一步處理已經(jīng)#皮 處理的消息。繼續(xù)用權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行消息處理，直到最終的物理權(quán)標(biāo)的響 應(yīng)已經(jīng)用于進(jìn) 一 步密碼處理該消息。
首先把消息提供給設(shè)備序列的檢驗(yàn)器從最終的設(shè)備接收已被通過序 列中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行過密碼處理的消息。然后，檢驗(yàn)器使用所接收到的 被密碼處理的消息、該消息的明文拷貝以及與各自的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的 數(shù)據(jù)，對(duì)物理權(quán)標(biāo)序列進(jìn)行認(rèn)證。由此，PUF相互連接的'證據(jù)，#皮提供 給檢驗(yàn)器。本發(fā)明有利地利用了 PUF的不可克隆的屬性，其保證了PUF的 特征是不能進(jìn)行復(fù)制的。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，與各自的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)實(shí)際上是各 自權(quán)標(biāo)的響應(yīng)本身。在該情況下，至少可以提供兩種途徑來執(zhí)行PUF的認(rèn) 證。
在第一種途徑中，在每一個(gè)權(quán)標(biāo)已經(jīng)使用它的響應(yīng)對(duì)消息進(jìn)行加密之 后，檢驗(yàn)器使用相應(yīng)權(quán)標(biāo)的響應(yīng)對(duì)被加密的消息進(jìn)行解密，從而得到該消息的 一個(gè)明文拷貝。將這條消息與曾提供給PUF序列的那條消息進(jìn)行比較。
如果兩者之間存在一致性，則包括在序列中的PUF^^皮認(rèn)證。
在第二種途徑中，檢驗(yàn)器使用相應(yīng)權(quán)標(biāo)的響應(yīng)對(duì)提供給序列的消息進(jìn)
行加密。將被加密的消息與從序列的最終PUF所接收的被加密的消息進(jìn)行 比較。如果兩條被加密的消息之間存在一致性，則包括在序列中的PUF被認(rèn)證。
每一個(gè)PUF的詢問和相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)可以被存儲(chǔ)在隨后要通過其進(jìn)行認(rèn) 證的檢驗(yàn)器中。然而，如果注冊(cè)數(shù)據(jù)-故加密、散列或以任何其它合適的方 式被密碼保護(hù)，則實(shí)際上它可以被存儲(chǔ)在任何地方。例如，它可以被存儲(chǔ) 在到PUF自己的連接中。這將注冊(cè)器/檢驗(yàn)器從維護(hù)詢問-響應(yīng)對(duì)(CRPs ) 的數(shù)據(jù)庫的責(zé)任中解放出來。PUF的響應(yīng)通常是不應(yīng)該成為公開可得的信 息的，因?yàn)榭稍L問響應(yīng)的偷聽者或許能夠欺騙檢驗(yàn)器。
此外，執(zhí)行實(shí)際注冊(cè)的那方(即注冊(cè)者)不一定與隨后執(zhí)行檢驗(yàn)的那 方(即;險(xiǎn)驗(yàn)者)相同。例如，銀行可以在中央為一個(gè)用戶注冊(cè)，而典型地 用戶的檢驗(yàn)是在本地銀行營(yíng)業(yè)所執(zhí)行。此外，詢問和響應(yīng)不一定被存儲(chǔ)在 一起，而是可以;陂分隔和存儲(chǔ)在不同的物理位置?？蛇x地，響應(yīng)根本不^皮 存儲(chǔ)。在實(shí)踐中，在注冊(cè)階段針對(duì)每一個(gè)PUF創(chuàng)建多個(gè)CRP，并且至少該 CRP的詢問被存儲(chǔ)，使得該CRP可以被重新創(chuàng)建。技術(shù)人員會(huì)理解，如果 注冊(cè)方和檢驗(yàn)方不相同，則由于安全原因可能需要把注冊(cè)者的簽名提供給 CRP，以便向檢驗(yàn)者保證已經(jīng)通過受信任的注冊(cè)者創(chuàng)建了該CRP。當(dāng)CRP被 物理地存儲(chǔ)在注冊(cè)者不能控制它的地方，例如在被注冊(cè)的序列中的任何一 個(gè)PUF的附近時(shí)，進(jìn)一步需要注冊(cè)者的簽名。在注冊(cè)數(shù)據(jù)被保存在安全位 置的情況下，則不需要簽名。
要指出的是，當(dāng)認(rèn)證要^皮開始進(jìn)行時(shí)，不一定通知用戶PUF的級(jí)聯(lián)的 順序。在它們沒有被給出級(jí)聯(lián)順序的情況下，順序本身成為可以被考慮用 來加強(qiáng)系統(tǒng)安全性的秘密；如果用戶不知道檢驗(yàn)器將要加密/解密消息的 順序，則當(dāng)大量的PUF被級(jí)聯(lián)時(shí)實(shí)際上將不可能猜出該順序。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)被用作為私鑰，與各權(quán)標(biāo)的 響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)于該私鑰的公鑰。
在那種情況下，在每一個(gè)權(quán)標(biāo)已經(jīng)使用它的響應(yīng)(即它的私鑰)對(duì)消 息進(jìn)行數(shù)字簽名之后，檢驗(yàn)者使用相對(duì)應(yīng)的公鑰來檢驗(yàn)從序列的最終的 PUF那兒接收到的被數(shù)字簽名的消息。優(yōu)選地，在每一個(gè)物理權(quán)標(biāo)已經(jīng)執(zhí)行它的簽名之后檢驗(yàn)器從相應(yīng)的物理權(quán)標(biāo)那兒接收一個(gè)被數(shù)字簽名的消 息，以及借助與相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的私鑰相對(duì)應(yīng)的公鑰，檢驗(yàn)從每一個(gè)權(quán)標(biāo)那 兒所接收的被數(shù)字簽名的消息。此外，將每一條被檢驗(yàn)的消息與作為詢問 被提供給權(quán)標(biāo)的消息進(jìn)行比較，其中，如果在被檢驗(yàn)的消息和作為詢問被 提供的消息之間存在一致性，則被包括在序列中的物理權(quán)標(biāo)被認(rèn)證。當(dāng)研 究附加的權(quán)利要求和下面的描述時(shí)，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明 顯。本領(lǐng)域的技術(shù)人員意識(shí)到，本發(fā)明的不同特征可以4皮組合在一起來創(chuàng) 建除下面所描述的實(shí)施例之外的實(shí)施例。
參考附圖，下面將給出對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，其中

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在檢驗(yàn)方中對(duì)多個(gè)PUF的認(rèn)證。 圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在檢驗(yàn)方中對(duì)多個(gè)PUF的認(rèn)證。 圖1中顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)多個(gè)被注冊(cè)的PUF 101、 102、 103進(jìn)行認(rèn)證的一個(gè)實(shí)施例。其々￡定，在認(rèn)證要一皮進(jìn)行之前PUF已經(jīng)凈皮注 冊(cè)。因此，在注冊(cè)器處，每一個(gè)PUF已經(jīng)被提供了一個(gè)詢問并且產(chǎn)生了一 個(gè)對(duì)應(yīng)于該詢問的響應(yīng)，即每一個(gè)PUF可以被分開注冊(cè)。于是已經(jīng)為每一 個(gè)PUF創(chuàng)建了一個(gè)詢問-響應(yīng)對(duì)(CRP)。存儲(chǔ)該CRP,以便認(rèn)證能夠隨后 被執(zhí)行。此外，每一個(gè)PUF與各自的用戶105、 106、 107相關(guān)聯(lián)。圖l中 舉例說明的實(shí)施例提供一種詢問多個(gè)PUF和核查每一個(gè)PUF的響應(yīng)是否正 確的高效方法。第一PUF IOI從上迷PUF要在其中被認(rèn)證的檢驗(yàn)器104接 收意欲給那些PUF的詢問Cl、 C2、 C3以及采用隨機(jī)數(shù)^形式的消息。該 檢驗(yàn)器不一定與注冊(cè)器相同。PUF 101產(chǎn)生一個(gè)針對(duì)于第一詢問Cl的響應(yīng) R，。然后，其內(nèi)包括有該P(yáng)UF的CPUF 108借助于這個(gè)響應(yīng)對(duì)隨機(jī)數(shù)w進(jìn) 行加密。被加密的數(shù)據(jù)W-ER'Oi)連同剩余的詢問C2、 C3—起被傳遞給第 二PUF 102。
如前所述，如果把PUF與控制函數(shù)組合在一起，則其可以被極大地加 強(qiáng)。在實(shí)踐中，PUF和與該P(yáng)UF密不可分的算法神皮包括在抗篡改芯片中。 PUF僅可以經(jīng)由該算法訪問，任何繞過或操控該算法的企圖將會(huì)毀壞該 PUF。以硬件、軟件或其二者的組合實(shí)現(xiàn)的算法，掌控著PUF的輸入和輸 出。這種類型的PUF被稱作被控制的PUF (CPUF)。 一般而言，芯片包括 用于執(zhí)行算法的計(jì)算裝置(未顯示)和用于存儲(chǔ)要在微處理器上運(yùn)行的軟 件的存儲(chǔ)裝置(未顯示)。可能以微處理器的形式具體化的計(jì)算裝置被安 排使得其能執(zhí)行密碼操作，例如加密、解密、數(shù)字簽名、散列等等。檢驗(yàn)器104也包括用于執(zhí)行和存儲(chǔ)適宜軟件的微處理器111和存儲(chǔ)器112。
被使用的PDF例如可以是包含在隨機(jī)位置處的光散射體的3D光學(xué)々某 介。對(duì)PUF的輸入(即詢問)例如可以是源自包括在芯片中的激光二極管 的激光束，而輸出(即響應(yīng))是由該芯片中安排的光檢測(cè)元件所檢測(cè)到的 斑紋圖樣。給該芯片安排一個(gè)由之可以提供詢問的輸入和一個(gè)由之可以提 供響應(yīng)的輸出。典型地，詢問被以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的形式提供給CPUF,在CPUF 中該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為激光二極管的操作參數(shù)例如亮度，使得適宜的詢問 被提供給PUF。當(dāng)作為結(jié)果的斑紋圖樣即響應(yīng)被檢測(cè)時(shí)，其被轉(zhuǎn)換為經(jīng)由 CPUF的輸出能夠退出它的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。因此，PUF 101、 102、 103中的每一 個(gè)在CPUF 108、 109、 IIO中被分別實(shí)現(xiàn)。
要指出的是，可以使用除隨機(jī)數(shù)之外的數(shù)據(jù)集，例如被提供的詢問中 的任何一個(gè)。在該情況下，不需要將隨機(jī)數(shù)提供給序列。于是CPUF 108 可以用對(duì)應(yīng)的響應(yīng)對(duì)第一詢問d進(jìn)行加密，即p2= ER, (d)，并且在序列 中傳遞n2。
第二 PUF 102從詢問C2產(chǎn)生響應(yīng)R，，， CPUF 109使用這個(gè)響應(yīng)加密 另外一個(gè)加密數(shù)據(jù)集p3= ER，， (p2)被創(chuàng)建并連同剩余的詢問C3 —起被傳 遞。最終，第三PUF103響應(yīng)于詢問C3并使用對(duì)應(yīng)的響應(yīng)R，，，以創(chuàng)建最終 數(shù)據(jù)集^4= ER"， (w)，其被提供給檢驗(yàn)器304。
現(xiàn)在，既然檢驗(yàn)器已訪問每一個(gè)PUF的CRP,于是它使用第三PUF 103 的響應(yīng)R"，開始解密p= ER," (|ii3)。
因此，^= Dr'， (p)被計(jì)算。接著，用第二PUF 102的響應(yīng)R，，解密 &=E " (p),這條解密鏈繼續(xù)下去直到由檢驗(yàn)器304提供的隨機(jī)數(shù)^是 用一般文字的(in the clear)。從而，如果通過執(zhí)行所述的解密鏈得到 隨機(jī)數(shù)p，則當(dāng)在每一個(gè)PUF中進(jìn)行加密時(shí)必定已經(jīng)使用各PUF的響應(yīng)。 可選地，既然檢驗(yàn)器105知道該響應(yīng)和該隨機(jī)數(shù)，那么可能由檢驗(yàn)器用各 響應(yīng)對(duì)每一個(gè)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密，直到得到p-ER," (n3)。然后，檢驗(yàn)器可 以把所得到的被加密的數(shù)據(jù)集^=ER", ( ^ )與從最終的CPUF 110接收到的 相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，來驗(yàn)證一致性。
如果檢驗(yàn)器事先不知道用戶105、 106、 107相互連接他們的CPUF 108、 109、 IIO的順序，則這個(gè)順序必須被提供給檢驗(yàn)器。另一種可選方案為， 檢驗(yàn)器指令用戶應(yīng)當(dāng)以怎樣的順序級(jí)聯(lián)他們的PUF。
在本發(fā)明的另一個(gè)同樣參考圖1進(jìn)行描述的實(shí)施例中，PUF的序列接收意欲給各PUF的詢問Cl、 C2、 C3以及采用隨機(jī)數(shù)^形式的消息。第一 PUF 101產(chǎn)生針對(duì)于第一詢問Cl的響應(yīng)R，。然后，CPUF 108借助該響應(yīng) 對(duì)隨機(jī)數(shù)^進(jìn)行數(shù)字簽名。于是，該響應(yīng)被用作為PUF的私鑰，對(duì)應(yīng)的公 鑰P，已為檢驗(yàn)器104所知。檢驗(yàn)器也可訪問該詢問，但不需要存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的 響應(yīng)。因此，檢驗(yàn)器105不可訪問PUF的私鑰。被簽名的數(shù)據(jù)^-Ea， (^) 連同剩余的詢問C2、 C3 —起被傳遞給第二 PUF 102。任選地，CPUF 108 也發(fā)送被簽名的數(shù)據(jù)w=ER， ( w )給檢驗(yàn)器104。
第二PUF 102從詢問C2產(chǎn)生響應(yīng)R", CPUF 109使用這個(gè)響應(yīng)來簽名 p2，另外一個(gè)被簽名的數(shù)據(jù)集w= ER，， (w)于是被創(chuàng)建并連同剩余的詢問 C3—起被傳遞。任選地，CPUF 109也發(fā)送被簽名的數(shù)據(jù)^=ER，， (p2)給檢 驗(yàn)器104。
最后，第三PUF 103響應(yīng)于詢問C3，對(duì)應(yīng)的響應(yīng)R，"由CPUF 110使 用以創(chuàng)建最終的簽名數(shù)據(jù)集p= ER"， (w)，其被提供給檢驗(yàn)器104。 CPUF 109發(fā)送被簽名的數(shù)據(jù)^-Er'(^)給檢驗(yàn)器105。萬一ili尸Ek,(^)和p尸Er， (^ )沒有從CPUF IO9和110那里分別被發(fā)送，這些被簽名的數(shù)據(jù)集應(yīng)當(dāng) 被發(fā)送給檢驗(yàn)器105。
現(xiàn)在，既然檢驗(yàn)器可分別訪問每一個(gè)PUF 101、 102、 103的公鑰P，、 P"、 P"，，那么它使用對(duì)應(yīng)于第三PUF 103的私鑰(即響應(yīng)R，")的公鑰P"，
開始解密p4= ER," (|Ll3)。因此，檢驗(yàn)器計(jì)算p3= Dp", (|Ll4)。從而，檢驗(yàn)
器檢驗(yàn)由CPUF IIO提供的簽名。此外，檢驗(yàn)器把^-Dp,"(^)與從CPUF 109 或IIO二者之一那里接收到的ER" (|ii2)進(jìn)行比較，來確認(rèn)已經(jīng)對(duì)正確 的數(shù)據(jù)簽名。接著，檢驗(yàn)器105通過用對(duì)應(yīng)的公鑰P，，對(duì)p3= ER，， (w)進(jìn) 行解密，如此得到DP" (|ii3),而檢驗(yàn)由CPUF 109提供的簽名。被簽 名的數(shù)據(jù))ii產(chǎn)Dp,, (^)與ER. (^)進(jìn)行比較，等等。這條解密鏈繼續(xù)，
直到向下至Er (…)的所有簽名已經(jīng)被檢驗(yàn)。
此外，如圖2中所示，代替在序列中被傳遞，每一個(gè)詢問可以被立即 分發(fā)給相應(yīng)的CPUF。在該情況下，只有被密碼處理的隨機(jī)數(shù)被傳遞給隨后 的CPUF。
在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，檢驗(yàn)者要求在一個(gè)小的時(shí)間窗內(nèi)把一個(gè) PUF序列的響應(yīng)返回給它，以防止彼此位置遙遠(yuǎn)的PUF用戶能夠計(jì)算響應(yīng) 并且在彼此間分發(fā)它們，盡管他們尚未級(jí)聯(lián)他們的PUF。
雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的詳細(xì)舉例說明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是許多不同的改變、修改及類似行為對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得明 顯。因此所述實(shí)施例沒有打算限制由附加的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種對(duì)多個(gè)物理權(quán)標(biāo)進(jìn)行認(rèn)證的方法，包括以下步驟-給相互連接的設(shè)備的序列(108、109、110)提供在各物理權(quán)標(biāo)的注冊(cè)期間所創(chuàng)建的相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的詢問，每一個(gè)設(shè)備包括一個(gè)物理權(quán)標(biāo)(101、102、103)，其中，安排相互連接的設(shè)備的序列，使得提供給該序列的數(shù)據(jù)集被通過包括在一個(gè)設(shè)備中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理，并且被傳遞給包括在一個(gè)隨后設(shè)備中的權(quán)標(biāo)，該隨后的設(shè)備進(jìn)一步通過它的響應(yīng)對(duì)已被處理的數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理，直到最終的物理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)已經(jīng)被使用來進(jìn)一步對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理；-接收已經(jīng)被通過該序列中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理的數(shù)據(jù)集；和-使用被密碼處理的數(shù)據(jù)集、該數(shù)據(jù)集本身以及與各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，對(duì)物理權(quán)標(biāo)的序列進(jìn)行認(rèn)證。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，與各權(quán)標(biāo)(101、 102、 103)的 響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)是各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)本身。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，數(shù)據(jù)集的密碼處理包括加密該 數(shù)據(jù)集，以及使用被加密的數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)集本身和各權(quán)標(biāo)(101、 102、 103) 的響應(yīng)來對(duì)物理權(quán)標(biāo)的序列進(jìn)行認(rèn)證的步驟包括以下步驟-借助各物理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)，解密所述被加密的數(shù)據(jù)集；和-將被解密的數(shù)據(jù)集與被提供給該序列的相應(yīng)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，其中，如果被解密的數(shù)據(jù)集和被提供給該序列的數(shù)據(jù)集之間存在一致性，則包括在該序列中的物理權(quán)標(biāo)被認(rèn)證。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，數(shù)據(jù)集的密碼處理包括加密該 數(shù)據(jù)集，以及使用被加密的數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)集本身和各權(quán)標(biāo)(101、 102、 103) 的響應(yīng)來對(duì)物理權(quán)標(biāo)的序列進(jìn)行認(rèn)證的步驟包括以下步驟-借助各物理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)，加密所述被提供給該序列的數(shù)據(jù)集；和 -將被加密的數(shù)據(jù)集與從最終的物理權(quán)標(biāo)那里接收的被加密的數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，其中，如果兩個(gè)被加密的數(shù)據(jù)集之間存在一致性，則包括在該序列中的物理權(quán)標(biāo)被認(rèn)證。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，各權(quán)標(biāo)(101、 102、 103)的響 應(yīng)被用作為私鑰，而與各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)于所述私鑰的公 鑰。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，數(shù)據(jù)集的密碼處理包括對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)字簽名，且使用被數(shù)字簽名的數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)集本身和所述公鑰來對(duì)物理權(quán)標(biāo)的序列(101、 102、 103)進(jìn)行認(rèn)證的步驟包括以下步驟-在每一個(gè)物理權(quán)標(biāo)已經(jīng)執(zhí)行它的簽名之后，從相應(yīng)權(quán)標(biāo)那里接收一個(gè)被數(shù)字簽名的數(shù)據(jù)集；和-借助對(duì)應(yīng)于相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的私鑰的公鑰，檢驗(yàn)所述從每一個(gè)物理權(quán)標(biāo)那里所接收的被數(shù)字簽名的數(shù)據(jù)集。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括以下步驟將從每一個(gè)物理權(quán) 標(biāo)(IOI、 102、 103)那里接收的被檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)集與作為詢問被提供給每 一個(gè)權(quán)標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其中，如果在所述被檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)集和所述作為 詢問被提供的數(shù)據(jù)之間存在一致性，則包括在該序列中的物理權(quán)標(biāo)被認(rèn) 證。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括接收序列中設(shè)備(108、 109、 110)被相互連接的順序的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，還包括把序列中設(shè)備(108、 109、 110) 要被相互連接的順序提供給這些設(shè)備的步驟。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，提供給序列的數(shù)據(jù)集包括一個(gè) 隨機(jī)數(shù)。
11、 一種用于認(rèn)證多個(gè)物理權(quán)標(biāo)的設(shè)備(104 ),包括-用于給相互連接的設(shè)備序列(108、 109、 110)提供在各物理權(quán)標(biāo) 的注冊(cè)期間所創(chuàng)建的相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的詢問的裝置(111)，每一個(gè)設(shè)備包 括一個(gè)物理權(quán)標(biāo)(101、 102、 103)，其中，安排該相互連接的設(shè)備的序 列，使得提供給該序列的數(shù)據(jù)集被通過包括在一個(gè)設(shè)備中的 一個(gè)權(quán)標(biāo)的響 應(yīng)進(jìn)行密碼處理，且被傳遞給包括在一個(gè)隨后的設(shè)備中的權(quán)標(biāo)，該隨后的 設(shè)備進(jìn)一步通過它的響應(yīng)對(duì)已被處理的數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理，直到最終的 物理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)已經(jīng)被使用來進(jìn)一步對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理；-用于接收已經(jīng)#皮通過該序列中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理的數(shù)據(jù) 集的裝置(111 );和-用于使用被密碼處理的數(shù)據(jù)集、該數(shù)據(jù)集本身以及與各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)
12、 一種包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的組件的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于當(dāng)在一 個(gè)設(shè)備中包括的處理單元(111)上運(yùn)行該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的組件時(shí)，使該 設(shè)備(104 )執(zhí)行權(quán)利要求1中詳述的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于認(rèn)證多個(gè)物理權(quán)標(biāo)(101、102、103)的方法和設(shè)備(104)。本發(fā)明的基本思想是，給相互連接的設(shè)備的序列(108、109、110)-每一個(gè)設(shè)備包括一個(gè)物理權(quán)標(biāo)(101、102、103)-提供在各物理權(quán)標(biāo)的注冊(cè)期間所創(chuàng)建的相應(yīng)物理權(quán)標(biāo)的詢問，其中，安排該相互連接的設(shè)備的序列，使得提供給該序列的數(shù)據(jù)集被通過包括在一個(gè)設(shè)備中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理，且被傳遞給包括在一個(gè)隨后的設(shè)備中的權(quán)標(biāo)，該隨后的設(shè)備進(jìn)一步使用它的響應(yīng)對(duì)已被處理的數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理，直到最終的物理權(quán)標(biāo)的響應(yīng)已經(jīng)被使用來進(jìn)一步對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行密碼處理。然后，接收已經(jīng)被使用序列中的權(quán)標(biāo)的響應(yīng)進(jìn)行密碼處理的數(shù)據(jù)集，并且連同該數(shù)據(jù)集本身以及與各權(quán)標(biāo)的響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)一起使用該經(jīng)密碼處理的數(shù)據(jù)集，對(duì)物理權(quán)標(biāo)序列進(jìn)行認(rèn)證。
文檔編號(hào)H04L9/32GK101317361SQ200680044754
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
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