基于环形振荡器的PCB认证方法-电子发烧友网

在现代半导体供应链中，存在着诸如集成电路（IC）和印刷电路板（PCB）等假冒产品，严重危害了电子系统的安全性和可靠性，也造成了供应商利润和声誉的损失。现有的大多数研究论文都是单独防止或检测假冒IC和PCB基板，而不进行PCB整体测试，通常需要外部设备的协助。

在本文中，提出了一种新的基于环形振荡器的PCB认证（ROPA）方法来检测供应链中的假冒PCB，该方法利用基于PCB跟踪的环形振荡器（PTRO）和一种新的PCB特征提取方法。通过将PCB切换到不同的加载模式，特征可以反映PCB轨迹和整体阻抗中的工艺变化。ROPA可以独立于外部设备提供IC和PCB认证，并允许用户进行远程认证。ROPA结构在多个基准上实施时，显示出有利的面积（平均0.301%）和功率（平均0.355%）开销。然后，在一组真实和假冒FPGA开发板上实现ROPA，以验证假冒检测的有效性。结果表明，所提出的方法在检测篡改多氯联苯方面具有96.7%的置信度，在检测过度生产、回收和克隆多氯联苯方面具有100%的置信度。

本文综述了一种由pcb迹线、互补金属氧化物半导体（Cmos）基门和inpu.view组成的基于pcb迹的环形振荡器（Ptro）。

第一节威胁模型和目标

在最终用户使用所制造的PCB之前，涉及到许多不受信任的方，如系统集成商、分销商等，如图1

图1威胁模型分布在供应链的不同阶段。本文的目的是提出一种鲁棒的解决方案，以检测所列的假冒多氯联苯。第二至A节。表1总结了现有的PCB防伪对策的局限性和面临的主要挑战。因此，为确保对现代供应链的信任而提出的解决办法必须具备以下标准：

1.所提出的技术必须能够同时验证PCB和IC的真实性。2.它可以检测出上述四种类型的假冒多氯联苯。3.所提议的技术不依赖外部设备进行数据测量和收集。4.所提出的技术使PCB设计人员或受信任的制造商能够远程执行身份验证。5.提出的技术应该能够保护PCB设计者和最终用户的合法权益。

表1现有对策在印制板检测中的有效性

第二节：结构

A.PTRORopa主要利用PCB跟踪环形振荡器（PTRO），远程检测假冒多氯联苯。通过将振荡信号从IC传输到PCB轨迹，PTRO的振荡周期可以反映PCB轨迹、总PCB阻抗、I/O和IC过程的变化。测试人员可以在高负载模式和低负载模式之间切换多氯联苯，利用PTRO提取PCB的数字签名。PTRO的结构如下所示图2，它由PCB道、互补金属氧化物半导体（CMOS）基门和输入/输出（I/O）引脚组成。PTRO的振荡周期可以用方程（1）：TPTRO=2∗（tPCB_trace+tIC+∑i=01tI/Oi）（1）哪里tPCB_trace ， tIC ，和tI/O 分别是集成电路中PTRO、CMOS基路径和I/O单元所使用的PCB跟踪的延迟。和tIC 可以用方程（2）：tIC=∑i=0ktgatei（2）哪里k 构成集成电路中基于cmos的路径的门总数，以及tgatei 的延迟是i 门。

图2.提出的PCB跟踪环形振荡器（PTRO）概述。因此，PCB、IC和I/O单元的工艺变化会影响PTRO的振荡周期。

PTRO的振荡周期受各种工艺参数的影响，如图。这些工艺参数的变化导致不同多氯联苯上PTRO振荡周期的差异，可用于检测假冒多氯联苯。

片上环形振荡器（ORO）和PCB跟踪式环形振荡器（PTRO）的振荡周期受各种工艺参数的影响。

下面概述了在集成电路中提出的ropa结构。它由几对RO对、计数器、定时器、控制器、签名寄存器和物理不可破函数（PUF）组成。在PCB级显示建议的Ropa。

IC中基于RO的PCB认证（ROPA）结构概述。

建议的罗帕结构在多氯联苯一级。三种印有红线的PCB痕迹，可用于构造PTRO。

第三节：PCB认证方法

当高速I/O翻转使相应的I/O电压显著减小时，PTRO的振荡周期增大。由于PCB阻抗的变化，PTRO振荡周期增加。ΔTPTRO ）每个PCB上都有不同。对于被篡改或老化过久的PCB，其阻抗不同于原来的阻抗，从而导致了PCB之间的不匹配。ΔTPTRO 以及数据库中的数据。利用具有相应PUF值的RO对在不同工作负载下的所有振荡周期作为PCB的签名，并将其传递给PCB设计者以构建真实的PCB数据库（APDB）。中给出了apdb的体系结构

存储在真实PCB数据库（APDB）中的每个PCB的签名

在供应链中，防止从上游供应商、验证者（如系统集成商、最终用户等）购买假冒多氯联苯。需要向PCB设计/制造部门申请多氯联苯认证。图8给出了用于伪PCB检测的PCB签名匹配流程。

提出了一种基于该技术的印制电路板签名匹配流程。

第四节：实现和认证流程

建议的Ropa的实现和基于Ropa的身份验证流程

第五节：实验结果与分析

Ropa由五个RO对、两个16位计数器、一个16位定时器和一个控制器实现。应该注意的是，PUF用于生成唯一的ID，Ropa可以直接使用IC中现有的PUF，而无需额外的设计。在基准电路中对Ropa进行了仿真，估计了系统的开销，并在FPGA开发板上进行了功能验证。利用一套28 nm Altera 5CEFA4F23I7N FPGA开发板，验证了Ropa对假冒伪劣检测的有效性。该FPGA的I/O只有一个基准电压，即3.3V。所有FPGA开发板分为5种类型，其中包括真实的多氯联苯和所有假冒伪劣场景。PCB类型的设置在表和图

PCB类型的设置，包括真实的多氯联苯和所有伪造场景

正版印制板和4种假冒PCB。

不受信任的PCB制造商生产的多氯联苯可以超过许可的多氯联苯数量。然而，使用Ropa，从制造商运来的所有多氯联苯的PUF值都要向PCB设计者注册，而过量生产的多氯联苯则不是。当用户向过度生产的PCB申请认证时，PCB设计者可以直接将其确定为假冒伪劣产品，因为它没有注册。因此，基于Ropa的认证流程可以防止多氯联苯的过度生产。