随着物联网时代的来临,嵌入式设备普及到我们生活中的方方面面,嵌入式设备的安全性也面临着极大的考验,如何低成本的保证嵌入式设备安全已经成为了研究热点之一。传统的方法是由数据中心分配随机数然后存储到非易失存储器（Non-volatile memory）,由于非易失存储器容易被外部攻击者读取以及篡改数据,其安全问题凸显。物理不可克隆函数（Physical Unclonable Function）作为一种新的方法被提出,旨在生成可靠而且安全的密钥。然而,物理不可克隆函数作为一个物理实体,读取过程中由于受到噪声的影响,输出存在着一定的偏差,达不到密码学用途的准确度要求。为了提高物理不可克隆函数输出的稳定性,安全概略（Secure Sketch）被提出。然后,针对安全概略的安全问题以及利用率问题做了改进。本文首先阐述了物理不可克隆函数的背景和意义,接下来对于国内外研究现状进行了介绍,然后分析了其面临的问题和挑战。然后介绍了目前主流的安全概略的设计框架以及安全性能的评估。基于物理不可克隆函数的产生模型和芯片的实测结果确定了安全概略中纠错编码部分的需求,考虑到硬件资源的消耗,在众多纠错编码中选择了BCH码作为安全概略的纠错码。接下来针对现存安全概略中的利用率问题提出了三种改进方法,然后分别完成了Code-offset安全概略和IBS安全概略的设计,其中传统Code-offset安全概略为了达到零信息泄漏必须使用纠偏算法,在本文中,纠偏算法的效率得到提高,因此零信息泄露的安全概略的利用率也得到提高,接着对Index-based syndrome安全概略中的映射表以及数据存储位置做了改进。基于物理不可克隆函数模型生成的输出对六种安全概略进行了仿真,最终结果显示,将133比特的物理不可克隆函数的误比特率（Bit error rate）从2%减小到10^-8的情况下,映射表以及数据存储位置调整后的Index-based syndrome安全概略相比于传统的Index-based syndrome安全概略效率提高730%。纠偏算法改进后的Code-offset安全概略相比于传统纠偏算法的Code-offset安全概略效率提高了35%。然后对于安全概略芯片可能受到的边信道攻击,对电路设计的逻辑电路做了改进,该部分首先讨论了现存的防御边信道攻击的方法,接着提出了四阶段预充电双轨逻辑的电路方法,最后完成了整个安全概略的硬件仿真与实现。测试结果表明安全概略的防御边信道攻击能力得到提高。