Hardware assurance with silicon photonic physical unclonable functions
Notice bibliographique
Résumé
In the modern landscape of optical communication networks, ensuring robust security is increasingly critical, particularly for applications requiring seamless integration and minimal attack surfaces. Photonic Physical Unclonable Functions (PUFs) leverage the response from the photonic devices that are prone to inherent physical variations to generate unique and unpredictable signature identifiers which are then utilized by an authentication system for identification or encryption purposes. These photonic PUFs can be cohesively integrated into systems that use optical communication, whereas using electronic PUFs would introduce additional vulnerabilities due to the need for signal-domain conversions between optical and electronic signals. In this paper, we present the design, fabrication, and experimental evaluation of advanced silicon-photonic-based PUFs utilizing Contra-Directional Coupler (CDC) structures. These structures offer a complex design space and are intrinsically sensitive to fabrication-process variations, making them ideal for creating unique and secure responses. We introduce several innovative design enhancements, including randomized corrugation functions, perforated designs, and ring-assisted CDCs, to increase the complexity and unpredictability of the CDC response. Measurement results from the fabricated CDCs demonstrate their capability to achieve an average Hamming distance threshold of over 0.2, effectively distinguishing between legitimate devices and their copies. We rigorously tested these fabricated designs against three different machine-learning-based attack scenarios. The results showed a Hamming distance of over 0.4 with a standard deviation of less than 0.01 at a quantization level of three, using 10,000 samples of challenge-response pairs. These findings underscore the potential of silicon photonic PUFs in enhancing security for optical communication systems of different scales. The integration of such photonic PUFs offers robust and reliable security solutions for applications where traditional electronic methods introduce additional attack surfaces and fail to provide adequate protection.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».