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定義
物理不可複製函數（PUF）可以是任何實體物件，當接收到特定輸入並處於特定條件（挑戰）下時，該物件會產生一個由物理特性定義的「數位指紋」輸出（回應），用作唯一識別碼，最常見的應用對象是微處理器等半導體裝置。
本文的重點在於 PUF 中最為人熟知的一類——矽基 PUF。顧名思義，此類 PUF 從矽晶片中獲取其實例特有的測量值，這意味著這些 PUF 是 積體電路 (IC)。
由於深亞微米製程的變異性，積體電路（IC）中的每個電晶體皆具有略有不同的物理特性。這些變異會導致電子特性（例如電晶體的閾值電壓與增益係數）產生微小但可測量的差異。由於在製造過程中無法完全控制這些製程變異，因此這些裝置的物理特性無法被複製或克隆。
透過利用這些固有的差異，PUF 對於用作任何特定積體電路的唯一識別碼而言極具價值。其運作原理是透過積體電路內的電路，將這些微小的差異轉換為由 0 和 1 組成的數位模式，該模式對該特定晶片而言是獨一無二的，且隨時間推移仍可重複產生。此模式即為「矽指紋」，其功能類似於人類的生物特徵識別。
物理不可克隆函數是如何運作的？
將 PUF 應用於安全與識別目的時，是透過非常特定的演算法，將矽指紋轉化為加密金鑰。此金鑰對該特定晶片而言是獨一無二的，並用作其根金鑰。 每當系統需要時，皆可從 PUF 可靠地重建此根密鑰，無需將密鑰以任何形式儲存於記憶體中。當裝置關機時，任何形式的記憶體中均不存在機密密鑰；實際上，根密鑰對攻擊者而言是「隱形的」，這使得透過 PUF 儲存密鑰的方式極為安全。
因此，PUF 的實作需要透過處理演算法，將矽指紋轉化為加密根金鑰。這是因為不同測量結果之間的矽指紋會略帶雜訊——除了固有的製程變異外，電子特性還會受到環境條件（例如溫度與電源）的影響。 因此，一個良好的 PUF 實作需要將這個帶有噪訊的指紋轉化為一串完全穩定且完全隨機的 0 和 1，才能使其符合加密金鑰的資格。為此，大多數 PUF 實作會採用以下兩個步驟：
- 進行錯誤校正，以確保每次測量 PUF 時，所衍生的金鑰皆相同
- 隱私增強，將指紋轉化為一串完全隨機的 0 和 1
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物理不可克隆函數的優勢
採用 PUF 技術的好處包括：
- 高度安全性：PUF 技術能提供高度安全性，因為裝置的根金鑰絕不會儲存於持久性記憶體中，這使得根金鑰無法被複製，且對攻擊者而言是不可見的。該技術已通過嚴格測試與認證，認證單位包括美國國防部、多個歐盟政府以及各項認證機構等。
- 高度靈活性：PUF 技術具有極高的靈活性，因為它消除了對裝置進行外部金鑰注入的需求。這不僅省去了需要由可信第三方執行此注入程序的步驟，同時也允許在裝置生命週期的任何階段進行金鑰編程，從而大幅簡化了供應鏈。PUF 技術屬於標準 CMOS 技術，可與任何晶圓代工廠及製程節點技術搭配使用，這使得設計人員無論目標製程節點為何，都能重複使用其安全架構。
- 低成本：PUF 技術無需專用的安全硬體（例如具物理防護的記憶體）或電荷泵等昂貴元件，因此相較於傳統的金鑰保護方法，其成本極低。此外，由於金鑰是在裝置內部安全地衍生出來，因此無需負擔傳統上在可信環境中為裝置配置金鑰所產生的成本。
這項技術的應用範圍廣泛，從用於物聯網（IoT）安全的 PUF（物理不可複製功能），其低成本與靈活的實作方式帶來顯著優勢，到應用於航太與政府領域的 PUF，皆證明這項技術能夠提供最高等級的安全性。
物理不可克隆函數與 新思科技
新思科技 提供業界領先的 PUF 智慧財產權解決方案，包括：
- 新思科技 PUF IP 是一套全球領先且經認證的 PUF IP 解決方案，可讓裝置製造商與設計者透過內部生成且專屬該裝置的加密金鑰，為其產品提供安全保障。
- 新思科技 AP PUF IP 是 PUF IP 的一種變體，其開發過程遵循了 ISO 26262 符合功能安全規範的開發流程所開發的變體，並符合ISO 26262 汽車安全完整性等級（ASIL）B的故障指標。
- 新思科技 PUF IP – Software 是一套嵌入式軟體解決方案，提供 PUF 技術，並透過將硬體安全與矽晶片製造解耦，使硬體安全普及化，確保物聯網應用程式開發人員能夠大規模地存取、理解並實作這項技術。
- 新思科技 PUFFPGA-X 結合了 Butterfly PUF 與 新思科技 PUF 輔助資料演算法，適用於可程式化的FPGA 架構。由於 新思科技 PUF PFGA-X 是FPGA 配置檔案的一部分，因此屬於「軟式 PUF」實作，且可在已部署的裝置上後裝安全功能，從而實現硬體安全功能的遠端「既有系統」安裝。
新思科技 物理不可克隆函數（PUF）IP
透過基於 PUF 的安全機制啟用身份驗證
