(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210524189.9 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 孙佳磊　谢琳　邓泽贤　汤彦舟　 林则以　蒋剑飞　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 专利代理师 胡晶 (51)Int.Cl. G06F 7/58(2006.01) G06T 1/20(2006.01) G06T 1/60(2006.01) G06F 15/78(2006.01) G06F 13/28(2006.01)H04L 9/32(2006.01) (54)发明名称 真随机数与物理不可 克隆函数生成系统 (57)摘要 本发明提供了一种真随机数与物理不可克 隆函数生 成系统， 提供了一种在一个片上系统中 同时实现TRNG与PUF的方法。 本发明的一种实施 例包括： 在一个ZYNQ  FPGA上， 基于CMOS  Image  Sensor的像素输入， 利用其暗电流作为熵源， 同 时实现TRNG与PUF产生。 本发明提出的一种TRNG 与PUF生成方法， 和以往的结构相比， 本文中所阐 述的电路结构同时可以产生TRNG与PUF， 对后处 理电路的要 求较低， 电路简单， 消耗资源较少， 低 成本， 且有更好的随机性与可靠性。 权利要求书2页 说明书9页 附图8页 CN 114860195 A 2022.08.05 CN 114860195 A 1.一种真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 包括处理器、 图像传感 器、 数据采集电路、 TRNG/PUF产生电路、 DMA控制器和存 储器系统； 所述处理器、 图像传感器、 数据采集电路、 TRNG/PUF产 生电路、 DMA控制器和存储器系统 通过片上总线 进行互连； 所述真随机数与物理不可 克隆函数生成系统以图像传感器的暗电流作为熵源； 所述真随机数与物理不可 克隆函数生成系统包括至少一个图像传感器。 2.根据权利要求1所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述真 随机数与物理不可 克隆函数生成系统采用两个图像传感器； 所述真随机数与物理不可克隆函数生成系统中， 处理器通过片上总 线配置图像传感器 工作在不曝光的情况 下， 并将没有曝光、 没有经 过后处理的图像数据进行输出。 3.根据权利要求1所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述数 据采集电路将图像传感器阵列的数据采样和输出， 并存 储到存储器中。 4.根据权利要求1所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述处 理器通过熵源提取程序， 访问存储器中的图像数据， 提取用于真随机数与物理不可克隆函 数产生的图像传感器像素坐标， 并返回存入内部存储器中， 提供TRNG/PUF产生电路后续使 用； 所述像素坐标作为后续TRNG/PUF产生电路工作时， 采样数据的目标像素； 所述熵源提取程序采用多帧数据平均数的方式， 选出平均读数接近的像素点， 剔除读 数始终不变的坏点， 选出合 适的像素点。 5.根据权利要求4所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述像 素点的多帧平均读数与多帧所有像素总平均数之差的绝对值小于额定值时， 该所述像素点 的坐标被存 储。 6.根据权利要求1所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述 TRNG/PUF产生电路通过处理器能够配置为真随机数工作模式和物理不可克隆函数工作模 式； 所述真随机数工作模式下， TRNG/PUF产生电路从内部存储器 中读取需要提取信息的像 素点位置， 当检测到需要提取 的像素点位置与经过缓冲的相 机像素点位置相同时， 将视频 信号的数据位的最低位写入移位寄存器并移 位； 移位寄存器存满后通过输出接口将数据传 输给后处 理模块； 所述后处 理电路将提取的真随机数 数据进行去偏置处 理。 7.根据权利要求6所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 后处理 电路基于st rong‑blenders的数 学模型实现； 所述后处理电路将最终的真随机数数据通过DMA控制器将经过后处理的随机数数据写 入内存， 并被处 理器调用和使用。 8.根据权利要求6所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述物 理不可克隆函数工作模式下， 当取到当前像素为 目标像素时， 则将该像素所有的比特数据 写入存储器中； 所述物理不可克隆函数工作模式包括闲置状态、 取数据状态、 排序状态及给出应答码 状态；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114860195 A 2闲置状态： 物理不可 克隆函数处 理模块将不进行任何工作； 取数据状态： 物理不可克隆函数处理模块根据取得的像素数据与相应有效信号， 对要 检测的像素点进行 数据采集； 在排序状态： 物理不可克隆函数处理模块通过一个简单的冒泡排序电路， 完成排序， 确 定采集得到的数据的大小顺序； 给出应答码状态： 物 理不可克隆函数处理模块将较大像素所对应位置为1， 将较小像素 所对应位置为0， 并给出应答码生成结束信号， 并将PUF应答码写入存储器以等待处理器调 用。 9.根据权利要求6所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述处 理器通过程序获取未曝光、 未后处理图像的平均读数， 并对于图像进 行分块处理； 统计每一 个块中的最亮点， 记录一半最亮块中的最亮点坐标与剩余一半块中的最暗点坐标， 提取图 像传感器阵列的熵分布信息； 生成一组质询方式， 即向受检验的设备提供坐标并读回应答 码， 应答码与先 前记录的熵分布信息比对以验证设备。 10.根据权利要求6所述的真随机数与物理不可克隆函数生成系统， 其特征在于， 所述 物理不可克隆函数生成模式下， 产生多个物理不可克隆函数， 通过所述真随机数生成系统 随机选取其中的一部分进行质询和验证； 所述TRNG/PUF产生电路具备总线接口， 能够挂载在处理器总线上， 并通过总线接口与 CPU和DDR RAM通信。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114860195 A 3