PUF

PUF; Physical Unclonable Function; 물리적 복제 방지 기능; 디바이스 DNA

반도체 제조 과정에서 불가피하게 생기는 미세한 물리적 편차를 읽어, 칩마다 고유하고 복제할 수 없는 값을 만들어 내는 기술

칩에 키를 써 넣는 것이 아니라 칩 자체가 키가 된다. 사람의 지문이나 DNA 에 비유해 디바이스 DNA 라고도 부른다.

원리

• 같은 설계·같은 공정으로 만들어도 배선 지연, 문턱 전압, 게이트 산화막 두께에는 나노 단위의 편차가 남는다
• 이 편차는 제조자도 의도할 수 없고 재현할 수 없다
• 챌린지(Challenge)를 입력하면 칩 고유의 응답(Response)이 나온다 — CRP(Challenge-Response Pair)

유형

유형	이용하는 편차
Arbiter PUF	두 경로의 신호 전파 지연 차이
Ring Oscillator PUF	링 발진기의 발진 주파수 차이
SRAM PUF	전원을 켰을 때 SRAM 셀이 0 또는 1 중 어느 쪽으로 기우는지
Butterfly PUF	교차 결합 래치의 준안정 상태

특징

• 복제 불가 — 물리적으로 같은 칩을 다시 만들 수 없다
• 키를 저장하지 않는다 — 필요할 때만 생성하므로 비휘발성 메모리를 뜯어도 키가 없다
• 변조 감지 — 칩을 개봉·가공하면 특성이 변해 값이 달라진다
• 낮은 비용과 전력으로 구현된다

문제와 보완

• 온도·전압·노화에 따라 응답이 흔들린다 → 오류 정정 부호(ECC)와 퍼지 추출기(Fuzzy Extractor)로 안정화한다
• 기계학습으로 CRP 를 학습해 예측하는 모델링 공격이 있다 → Controlled PUF, XOR 구조로 대응한다

활용

• 기기 인증, 위·변조 방지
• 암호키 생성 및 보관 (IoT 단말, 스마트카드)
• 보안 부팅, 펌웨어 무결성

같이 보기

• IoT
• 인증