学位论文简介

物理不可克隆函数 (Physical Unclonable Function, PUF) 是一种新型的轻量级硬件原语，为构建低开销安全系统提供了有效的解决方案。为了解决PUF应用中面临的稳定性和安全性两大难题，有效拓展 PUF 的应用场景，本文主要开展如下几点工作：

(1) 提出了一种基于自旋转移矩磁阻随机存储器的灵活、可重构高可靠性 PUF。在该结构中每个磁隧道结单元可以灵活地连接到不同的位线，接在同一位线上的多个磁隧道结单元形成并联结构。在此结构基础上，还设计了相邻位线可重构和最佳 n 组可重构两种激励响应对产生算法。两种算法通过重新配置磁隧道结单元的连接关系，将提出的 PUF 结构中两条位线的读取电流之间的差异尽可能最大化，从而提高了 PUF 响应的可靠性。

(2) 提出了一种基于响应反馈的轻量级抗机器学习 PUF。整个电路本质上是一个由仲裁 PUF 和可重构伽罗瓦线性移位寄存器形成的环路结构。该环路结构利用仲裁 PUF 响应反馈实现激励响应对混淆以抵御建模攻击。仲裁 PUF 的直接响应动态反馈给可配置线性移位寄存器，以在每个循环中随机更新其反馈多项式，在攻击者的目标模型中植入误导的相关性，故意毒化激励响应对的训练数据集，从而提高了 PUF 对机器学习建模攻击的抵抗能力。

(3) 提出了两种基于自旋转移矩磁阻随机存储器 PUF 结构的高效随机数生成方法。非均匀写入方法能根据各磁隧道结单元性能的不同，为不同的磁隧道结单元提供不同的写入电压，使得各单元写 “1” 成功概率尽可能接近 50%。在非固定参考法中，参考单元的状态也是随机的。即使存储阵列中部分磁隧道结单元输出 状态有偏差，经随机态的参考单元采样后，最终输出二进制序列的随机性也会大幅度提升。

(4) 提出了一种车联网环境下基于 PUF 的车辆伪名生成更新管理机制。分别基于弱 PUF (MRAM PUF) 和强 PUF (FLAM-PUF) 提出了长期伪名生成更新机制， 并基于伪名更新机制设计了车辆匿名接入服务网的认证协议。两种伪名产生更新机制在保证匿名性的同时，还能兼顾可追溯性，具有更高的安全性。

主要学术成果

已发表学术论文:

1. Linjun Wu, Yupeng Hu, Kehuan Zhang, Wenjia Li, Xiaolin Xu, Wanli Chang. FLAM-PUF: A Response Feedback-based Lightweight Anti-Machine Learning-Attack PUF. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 2022, 41(11):4433-4444.（CCF A期刊，SCI三区）

2. Linjun Wu, Yupeng Hu, Kehuan Zhang, Wenjia Li, Xiaolin Xu, Wanli Chang*. FLAM-PUF: A Response Feedback-based Lightweight Anti-Machine Learning-Attack PUF. CODES+ISSS, ESWEEK 2022, Shanghai, China (CCF B会议，最佳论文提名)

3. Yupeng Hu, Linjun Wu, Zhuojun Chen, Yun Huang, Xiaolin Xu, Keqin Li,Jiliang Zhang. STT-MRAM-based Reliable Weak PUF. IEEE Transactions onComputers, 2022, 71(7):1564-1574.（CCF A期刊，SCI 二区，本人二作，导师一作）

4. Linjun Wu, Yupeng Hu, Chen Jiang, Junjie Deng, Guanchao Wen. The Design and Implementation of an Erasure-Coded Cloud Storage System. International Journal of Advancements in Computing Technology, 8(5):40-47, 2016

5. You Liao, Yupeng Hu, Linjun Wu, Zheng Qin. A Weighted Frequency Based Cache Memory Replacement Policy for Named Data Networking. In SpaCCS 2016: Security, Privacy and Anonymity in Computation, Communication and Storage, 2016, pp. 361-370

6. 伍麟珺, 刘洋, 袁涛, 胡玉鹏. 抗温度干扰的 STT-MRAM 随机数生成器及其安全性分析 [J]. 信息网络安全,2022,22(08):36-43.（中文核心）

   著作：

   Yupeng Hu, Linjun Wu, WENJIA LI, KEQIN LI, YONGHE LIU, AND ZHENG QIN. Toward Complex Search for Encrypted Mobile Cloud Data via Index Blind Storage. Book Chapter 3 in Smart Data: State-of-the-Art Perspectives in Computing and Applications. 1st Edition, Edited by Kuan-Ching Li, Beniamino Di Martino, Laurence T. Yang, Qingchen Zhang. ISBN 9781138545588, 2019, March 13 (本人二作，导师一作)

   专利与软著：

   [1] 胡玉鹏, 伍麟珺, 叶振宇, 黄靖, 旷文鑫. CRP 混淆电路及数据混淆方法. 2022, 申请号: 2022106456296
   [2] 胡玉鹏, 伍麟珺, 张吉良, 黄芸, 黄靖. 磁性随机存取存储器及基于STT MARM 的可重构 PUF 方法, 专利号: ZL201910938265.9, 授权日期: 2021 年 8 月 13 日

   [3] 胡玉鹏, 邓俊杰, 伍麟珺, 温冠超, 皮玲. 一种云存储系统的非均匀纠删编码方法. 专利号:ZL201610743775.7, 授权日期：2019 年 3 月 12 日
   [4] 胡玉鹏, 任昕, 邓俊杰, 伍麟珺. 基于纠删码的分布式云存储系统. 登记号：2017SR340699. 开发完成日期：2017 年 2 月 22 日