Security Analysis of Digital-Based Physically Unclonable Functions: Dataset Generation, Machine Learning Modeling, and Correlation Analysis
Notice bibliographique
Résumé
Physically unclonable functions (PUFs) are circuit primitives that offer a promising and cost-effective solution for various security applications, such as integrated circuits (IC) counterfeiting, secret key generation, and lightweight authentication. PUFs leverage semiconducting variations of ICs to extract intrinsic responses based on applied challenges, establishing unique challenge-response pairs (CRPs) for each device. The security analysis of PUFs is crucial to identify the device weaknesses and ensure response integrity. Accordingly, CRP-based examination plays a major role in defining the resistivity of the block against general and modeling-based attacks. Such analysis requires an updated and representative dataset for training and evaluation. However, there is a lack of benchmark datasets for assessing the effectiveness and resistance of PUF devices. Motivated by this, in this work, we generate a dataset of 300K CRPs for a digital-based PUF implemented on a field programmable gate array (FPGA). The dataset provides a significant number of CRPs for a multi-bit response, where the spatial and temporal adjacency are implicitly defined in the extracted CRPs. Moreover, we investigate different approaches utilizing the generated dataset such as machine learning-based modeling, correlation analysis, and entropy analysis. The CRPs are employed to train linear and nonlinear Support Vector Machine (SVM) models, and the prediction accuracy of SVM models is used as an indicator of the PUF's vulnerability to modeling attacks. As the prediction accuracy does not exceed 65% over 10K CRPs, the extracted dataset sufficiently verifies the resiliency of the device against ML-based modeling attacks. Additionally, Pearson's coefficient is computed on a 10 K-bit vector to determine the correlation between the bits of the response. The calculations expose some correlations between ±0.25, which warns from potential threads. Finally, the paper discusses some potential future research directions and challenges that are envisioned to enhance the security performance of PUFs.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,006 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».