一种密码芯片系统及密钥提取方法

摘要

本发明公开了一种密码芯片系统及密钥提取方法，系统包含公钥密码引擎、对称密码引擎、HASH引擎、单向函数引擎、非易失存储器、执行引擎、t个密钥协理方和双仲裁器物理不可克隆模块DAPUF。本发明的另一目的是提供上述密码芯片系统的密钥提取方法，其步骤包括(1)密钥生成阶段；(2)密钥重建阶段。本发明通过利用DAPUF的异或结果选择有效比特，结合所提的步骤，在满足拥有多挑战应答对特性的前提下，使得到的应答具有概率上无01偏差、重建确定性可靠、平均时间复杂度低、挑战和应答冗余少，以及对物理入侵攻击敏感的特点。

主权项

一种密码芯片系统，其特征在于，包括公钥密码引擎、对称密码引擎、HASH引擎、单向函数引擎、非易失存储器、执行引擎、t个密钥协理方、以及双仲裁器物理不可克隆模块DAPUF，DAPUF的敏感电路布设在密码芯片的外围，形成笼形结构把所有的执行引擎包围起来，t个密钥协理方通过IO总线与密码芯片系统相连接，非易失存储器集成在芯片内； 所述公钥密码引擎用于执行对消息的加密和验证，以及从DAPUF中提取密钥进行解密和签名，也用于执行在密钥生成阶段对有效应答份额的加密操作； 所述对称密码引擎用于对信息进行加密和解密，所使用的密钥可以是临时交换的密钥，也可从DAPUF中提取； 所述HASH引擎用于生成公钥密码签名和验证所需的消息摘要，以及从DAPUF中提取密钥生成消息认证码； 所述单向函数引擎用于执行三个参数化单向函数，所述参数化单向函数为不可逆函数；三个参数化单向函数分别为第一参数化单向函数OWF₁、第二参数化单向函数OWF₂和第三参数化单向函数OWF₃； 所述非易失存储器用于存储密钥序号KEYN、有效应答的散列结果SETLR、DAPUF应答的正仲裁反仲裁异或结果DAXOR； 所述的执行引擎用于执行密钥生成阶段流程和密钥重建阶段流程，以及使用Shamir门限方案将有效应答分割成t份，或者使用Shamir门限方案把t份有效应答份额合并成有效应答； 所述t个密钥协理方的公钥用于加密分割后的有效应答份额，得到t份加密的有效应答份额；在密码芯片的拥有者提出申请并提供加密的有效应答份额时，至少一方密钥协理方检查不存在物理入侵攻击后，t个密钥协理方使用各自的私钥解密有效应答，并把解密结果发回给密码芯片； 所述双仲裁器物理不可克隆模块DAPUF包含m组延时电路，m个正仲裁器和m个反仲裁器，输入一个n比特的挑战C获得m比特正仲裁应答LR和m比特反仲裁应答RR；DAPUF中每组延时电路由n个两进两出的通路选择器组成，每个通路选择器的激励信号通路由挑战C中的一比特控制，激励信号分成上下两条通路同时到达第一个通路选择器，如果挑战的第一比特为0则两路信号直通输出，否则交叉输出；当两路信号通过由挑战的第n比特控制的第n个通路选择器后，上下两路 信号直接送到正仲裁器并且交叉后送到反仲裁器，正仲裁器和反仲裁器根据上下两路信号到达的先后顺序，如果上路先到则输出1，否则输出0。