ソフト酸化物ブレークダウンを使用した物理的に複製不可能な機能：0% ネイティブ BER と 51.8 fJ/bit の 40-nm CMOS

本論文では、MOSFET のソフトゲート酸化物ブレークダウン (BD) の位置のランダム性に基づく物理的に複製不可能な機能 (PUF)、すなわちソフト-BD PUF を提案します。提案された PUF 回路は、NMOS トランジスタのペアに正確に 1 つのソフト-BD スポットを生成する自己制限メカニズムを備えています。生成された BD の位置に基づいて、等しい確率 0.5 で非常に安定した「0」と「1」ビットが抽出されます。提案された参照レスセンスアンプ (SA) に基づく差動読み出し方式が採用されており、良好な電流感度とサイドチャネル攻撃耐性を実現しています。40-nm CMOS プロセスで製造されたソフト-BD PUF は、すべての必須周辺回路を含んでいます。測定結果は、ソフト-BD PUF が広範囲の動作域で良好なデータ安定性を持つことを示しています。ネイティブビット誤り率は V DD = 1 V 以上で 0% であり、10k の PUF セルの間で 10k の読み出しサイクルを測定することで示されています。データ安定性は、PUF セルの導電性と SA のオフセットにより、低供給電圧および高温で劣化します。この技術における名目 V DD が 0.9 V の場合、スループットは少なくとも 40 Mb/s であり、PUF の読み出しはわずか 51.8 fJ/bit を消費します。平均ハミング重みとハミング距離はそれぞれ 0.497 と 0.496 で、良好なランダム性とユニークさを示しています。結果として得られた PUF データは、NIST 800-22 スイートのすべての関連テストに合格することで良好な統計特性を示しています。