Progetto ad Alta Affidabilità di Architetture per la Sicurezza basate su Physical Unclonable Functions (PUF)

La diffusione pervasiva delle tecnologie IoT (Internet of Things) richiede meccanismi di autenticazione a basso costo per garantire la sicurezza degli utenti. In questo contesto, le Physical Unclonable Functions (PUF) si sono rivelate una primitiva di sicurezza promettente, facilmente implementabili nei moderni circuiti digitali. Questi dispositivi sfruttano le variazioni dei parametri elettrici dei componenti realizzati su silicio, introdotte dal processo produttivo, per ottenere chiavi binarie univoche e difficilmente replicabili. Tuttavia, una sfida significativa per l'adozione su larga scala è rappresentata dalla loro instabilità temporale, indotta dai fenomeni di invecchiamento dei transistor, come la Bias Temperature Instability (BTI). In questa tesi viene proposta una nuova architettura denominata Compensator for Aging in RO-PUF (CARO-PUF), il cui obiettivo è stabilizzare il funzionamento di una specifica tipologia di PUF, ovvero quella basata su Ring Oscillators (RO). La prima parte dell'elaborato è dedicata a un'analisi della letteratura recente incentrata sugli effetti indotti dal BTI su queste architetture. Successivamente, è stato implementato un setup di simulazione in ambiente SPICE, che comprende modelli dedicati alle variazioni introdotte dal processo produttivo e agli effetti di invecchiamento dei transistor. L'architettura proposta è stata sviluppata e declinata in due possibili implementazioni, caratterizzandone i risultati mediante simulazione in diverse combinazioni di condizioni operative. Dai dati raccolti è emerso che l'architettura proposta è in grado di mitigare gli effetti dovuti all'invecchiamento fino all'88,4%, rispetto all'implementazione priva di compensazione. Le valutazioni del caso peggiore mostrano una mitigazione pari al 54,3%. Al termine della fase di valutazione, l'architettura proposta è stata confrontata con lo stato dell'arte, rivelandosi competitiva.