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物理不可克隆函数(PUF)利用集成电路制造过程中的工艺误差这一物理特征,提取并产生抵抗建模攻击的唯一数字信息,作为用户与设备之间的认证与秘钥,为许多安全和数字权限管理协议提供硬件设计基础。基于PUF的安全设计方法具有许多相对优势,包括对非物理侵入(边信道攻击)和物理侵入技术(微探针技术和透视技术)的免疫,以及特有的轻量级和防篡改属性。在密钥存储、数字版权保护、可信任计算和物联网系统安全等各个安全领域,PUF可以用于安全可靠的认证和验证。本文通过对PUF其中的一种典型电路异或仲裁器PUF(XOR APUF)进行了研究,分析了仲裁器电路结构,建立了 APUF、XOR-APUF电路仿真模型,实现了典型XOR-APUF电路及改进RXOR-APUF电路的FPGA设计。主要工作如下:1、在HSPICE仿真软件中分别搭建的APUF、XOR-APUF电路,对实现的电路进行蒙特卡洛仿真分析,在给定的标准差资料的基础上,使用随机数发生器按元件值的概率分布来选择原件值,然后对电路进行模拟分析,计算一定元件值下所允许的工艺误差容忍值,预测元件参数的变化对PUF电路响应的影响,在进行蒙特卡洛仿真时所用瞬态扫描分析,并采用相对变化的高斯分布。2、PUF电路FPGA实现及测试,该实现是建立在Nexys4FPGA开发板上,实现的电路结构包括APUF、XOR-APUF、RXOR-APUF。首先对FPGA内部电路的布局布线进行优化,通过FPGA内部的微处理器picoBlaze6的控制和外部接口 UART对PUF电路激励响应的实现;获得的相应数据进行唯一性、随机性和电路开销测试。3、使用逻辑回归分类算法进行CRPs对测试攻击,测得在拥有不同CRPs的情况下nXOR-APUF、nRXOR-APUF的被攻击可能性,对比同类PUF结构的数据,验证了所提出的方法在抵抗机器学习的能力更胜一筹。