预答辩公告

学位论文简介

物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function，PUF）具备高随机、无规律、无法克隆等特点，能够应用于轻量级设备认证和密钥生成等领域。但PUF容易受环境温度、电压、老化等影响，其响应难以保持稳定，在认证时造成误识别或者拒绝认证。为了解决PUF的可靠性问题，拓展PUF新的应用场景，本文展开了高可靠性物理不可克隆函数设计及轻量级应用研究，取得了以下主要创新性研究成果：

1. 提出一种新颖的基于频率偏移的RO PUF结构。该结构通过补偿RO对的频率来扩大频率差，使其大于给定阈值，从而产生高可靠响应。在Xilinx 65nm 现场可编程门阵列（Field programmable gate array，FPGA）上的原型实现表明，在温度范围为45°C到95°C时，基于频率偏移的RO PUF结构的开销较低，并且具有100％的可靠性。

2. 提出了一种新的基于PUF和声纹的透明双因素身份认证（T2FA）技术。核心技术是通过PUF对用户手机进行身份验证，然后确定登录终端和用户的手机是否与环境声纹处于同一环境中。第二个因素身份验证对用户完全透明。因此，T2FA避免了繁琐的交互，提供了用户高体验满意度，因为认证的透明性，使得具有高安全性。

3. 提出了一种基于PUF和云辅助的多跳体域网络轻量级认证机制。无线传感器技术在军用、医疗以及商业等领域均发挥着重要作用。提出了一种新颖的基于PUF和云辅助的多跳体域网络轻量级认证机制，这不仅可以保证数据传输的完整性，还能减少传输过程中的资源损耗。

主要学术成果

1. X. Tan, J. Zhang, Y. Zhang, Z. Qin, Y. Ding, and X. Wang, “A PUF-based and cloud-assisted lightweight authentication for multi-hop body area network,” Tsinghua Sci. Technol., vol. 26, no. 1, pp. 36–47, Feb. 2021, doi: 10.26599/TST.2019.9010048.

2. J. Zhang, X. Tan, X. Wang, A. Yan, and Z. Qin, “T2FA: Transparent Two-Factor Authentication,” IEEE Access, vol. 6, pp. 32677–32686, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2844548.

3. J. Zhang, X. Tan, Y. Zhang, W. Wang, and Z. Qin, “Frequency Offset-Based Ring Oscillator Physical Unclonable Function,” IEEE Trans. Multi-Scale Comput. Syst., vol. 4, no. 4, pp. 711–721, 2018, doi: 10.1109/TMSCS.2018.2877737.