Study of a Strong FUF for Light Weight Authentication without Cryptography

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Shinohara Hirofumi 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 特任教授 (50531810)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ストロングPUF / 機械学習攻撃 / モデリング攻撃 / ビットエラー率 / 認証 / ハードウェアセキュリティ

Outline of Final Research Achievements

Strong PUFs are researched for low energy consumption and fast authentication of connected things. Based on the SPN architecture proposed by a group of primary researchor of this project, techniques of response accumulation, blending, additional rounds are newly developed. And response bit width is extended from conventional 1bit to 5bit and as large as 100bit.
Experimental results demonstrated world record machine learning attack resiliency of 40million CRP learning and 1billion bit learning. Energy consumption of 2.17pJ/bit and throughput of 3.7bit/cycle far exceeded those of previous works. To solve bit error problem, hot carrier injection stabilization has been applied. And zero-bit error (error rate<2E-8) was fist achieved as a strong PUF.

Free Research Field

集積回路、ハードウェアセキュリティ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ストロングPUFはそれ自体で実質無尽蔵のレスポンスを生成できることから認証などのセキュリティ応用が期待されていたが、機械学習攻撃耐性が低いこととビットエラー率が高いことが大きな壁となっていた。本研究ではその両方を解決したことと、レスポンス出力を従来の1ビットから一気に100ビットまで広めることに成功した点に、高い学術的意義がある。
本研究成果により、暗号を必要としない低消費エネルギーで高速なIoTに適した認証の可能性が示された。セキュリティ向上に寄与する社会的意義は大きい。