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定义
Butterfly PUF（即蝴蝶物理不可克隆函数）是一种用于现场可编程门阵列（FPGA）的先进安全 措施。它利用集成电路的固有物理特性，为硬件设计提供了一种独特的保护方法。对于FPGA IP供应商而言，Butterfly PUF尤为重要，因为它能提供一种抵御各类攻击（包括侵入式攻击）的强健解决方案。
FPGA通常需要将其编程比特流存储在芯片外部的非易失性存储器（非易失性存储器 ，NVM）中，这使得它们容易受到攻击。 基于NVM/熔丝的传统加密方案，若在攻击过程中密钥泄露，其安全性便会受到威胁。Butterfly PUF通过生成易失性加密密钥来解决这一漏洞，这些密钥仅在需要时才生成，从而无需存储在NVM中。这确保了当芯片断电时，攻击者无法利用 。
Butterfly PUF 是如何工作的？
“蝴蝶”PUF的概念核心在于在 FPGA 矩阵中构建结构，以模拟SRAM 细胞在启动阶段的行为。蝴蝶PUF的核心是一个交叉耦合的双稳态电路，该电路可在稳定进入其可能的稳定状态之一之前，先被置于不稳定状态。以下是其工作原理的详细解析：
- 初始化：蝴蝶PUF电路由两个锁存器组成，其输出端相互耦合。当激励信号置为高电平时，电路将进入不稳定工作点，此时两个锁存器的输入和输出端均呈现相反的信号。
- 稳定化：经过 几个时钟周期后 ，激励信号被设为低电平，使电路稳定在输出信号的两种可能稳定状态之一，即0或1。 最终的稳定状态由连接导线的微小延迟差异决定，这些导线是利用FPGA 矩阵上的对称路径设计的。这些差异完全基于集成电路的固有物理特性，因器件而异，也因在FPGA 上的位置不同而有所差异。随着时间的推移以及在宽温度范围内，相同的FPGA 、锁存器位置和布线 资源往往会产生相同的稳定状态，从而提高了可靠性。
- 硅指纹： 来自一系列“蝴蝶”单元（Butterfly cells）的 稳定化值 形成了一种 高度随机且可重复的图案，该图案在每颗芯片上都是独一无二的。
- 蝴蝶 PUF 键： 硅指纹被转换为密钥，该密钥构成了安全 子系统的基础。将指纹转换为加密密钥所需的处理过程包括：
- 错误校正：为确保 可靠性，采用了错误校正机制来处理上电模式中的任何不一致情况。这保证了每次SRAM 上电时，都能准确重现加密密钥。
- 隐私增强：为 确保随机性，采用了隐私增强机制来处理上电模式中的任何非随机性或偏差。这保证了加密密钥将完全不可预测。
Butterfly PUF 有哪些优点？
Butterfly PUF 具有多项显著优势，特别是在提升FPGA 设计的安全 和可靠性方面。以下是一些主要优势：
- 增强型安全 ：Butterfly PUF生成的加密密钥具有易失性，且仅在需要时才生成，从而确保密钥不会存储在非易失性存储器 中。这使其能够高度抵御侵入式攻击。
- 唯一标识： 由于集成电路固有的物理特性，每个 “蝴蝶”PUF都是独一无二的，从而为设备识别提供了一种可靠的方法。
- 可靠性：Butterfly PUF 的稳定状态在时间上以及在各种温度范围内均保持一致，从而确保了其可靠的性能。
- 无需未初始化的SRAM ：与 SRAM PUF不同，Butterfly PUF无需未初始化的SRAM ，从而扩大了其在不同FPGA 系列中的适用范围。
- 高效实现：蝴蝶 PUF可在多种FPGA系列上实现，使其成为适用于各种应用的通用解决方案。
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蝴蝶PUF和 新思科技
新思科技 一直处于为FPGA开发PUF产品的最前沿，这些产品旨在满足航空航天承包商和政府机构对安全 及可靠性提出的严格要求。我们的Butterfly PUF解决方案专为硬件设计提供强有力的保护而量身定制，确保敏感的知识产权能够抵御各类攻击，保持安全。
通过利用蝴蝶PUF的独特特性， 新思科技 为FPGA 的IP供应商提供了一种可靠且安全的方法来保护其设计。我们的解决方案专为应对最严苛的安全 挑战而打造，让客户高枕无忧。
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