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# System prepended metadata

title: Hardware Security Paper presentation

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## 吳柏毅
1. 在信號互擾中，我們會將Net區分為"Victim"和"Aggressor"。
2. Victim的定義為這些發生延遲及邏輯層次改變的網路，Aggressor的定義為這些對Victim網路產生影響的網路(有效的耦合電容以及這些將轉換的電子能量耦合到Victim)
3. 在Aggressor網路上發生的訊號翻轉將藉由電容的耦合傳輸到Victim網路上。 這將產生一個非預期的Victim訊號轉換波形的變形，同時導致在Victim網路上的延遲。
4. Paper中的signature generator為一個SR latch，每個時鐘週期都會根據兩個victim傳遞的時鐘上升沿到達先後決定signature bit。

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# Introduction
## Previous Work
![image](https://hackmd.io/_uploads/BkKGBaE7R.png)
1. Reliability Enhancement
    * SRAM，待補充
    * RO-PUF，待機模式下，「offsetting the pMOS gate voltage to VDD」解決**negative-bias temperature instability (NBTI)**
3. Uniqueness Enhancement
    * 待補充
5. Security Enhancement
    * **nonlinear voltage transfer function**，可以加強安全性，但是抗老化能力不好
6. Cost Enhancement
    * **Buskeeper PUF**，面積比使用DFF小，但是需要額外addressing circuit

## Contributions and Article Organization
1. **passive components(被動元件)**，相比於active components(主動元件)，能抵抗主動元件中的主要老化現象。下列是老化的現象。
    * bias temperature instability (BTI)
    * hot carrier injection (HCI)
    * time-dependent dielectric breakdown (TDDB)
2. uniqueness可以滿足，透過enhancement circuit。enhancement circuit包含下列。
    * **self-masking**
    * **bit-filtering**
4.  iPUF可以抵抗**modeling attacks**。
    * crosstalk的「coupling variance耦合變異」是非決定性的
    * crosstalk是無法被clone
6.  iPUF面積、功耗低。產生數位簽章效率很高。
    * 每個Clock Cycle生成1-bit ID
    *  K-stage linear feedback shift register (LFSR)，小於2K−1的任意長度的簽章都可以產生

:::danger 
Q. 為什麼iPUF可以抗老化?
Q. 有什麼老化的現象?
Q. 什麼是「modeling attack」?
Q. 為什麼產生簽章的效率高?
Q. 產生簽章有長度限制嗎?
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# Architecture of iPUF
![image](https://hackmd.io/_uploads/rkppy0V7R.png)
![image](https://hackmd.io/_uploads/ryBffaN7R.png)
![image](https://hackmd.io/_uploads/SyKlxA4mA.png)

1. 組成單元，iPUF、uniqueness enhancement circuit、control unit
2. interconnect Network有$λ$條線
    * 2條，victims
    * $λ-2$條，aggressors
4. 操作步驟
    * external challenge當作LFSR的seed，LFSR會產生internal challenge vectors ($C_{v}$)
    * $C_{v}$是aggressors的輸入，aggressors會對victims產生影響。(雜訊變化)
    * 透過提取victims的訊號，產生"0/1"的訊號，進而產生signature
    * enhancement circuit加強了uniqueness

:::danger 
Q. Crosstalk是什麼?
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## Linear Feedback Shift Register
待補充

## Interconnect Network
1. $λ$條interconnects，每一個victim兩側會友$(λ-2)/2$的aggressors
2. 為了消除「capacitive load-induced bias」，兩個victims連接到designed signature generator
3. aggressors被連接到一個有相等負載的buffer array

:::danger 
Q. capacitive load-induced bias是什麼?
Q. aggressors為什麼要連接到buffer array?
:::

## Signature Generator
1. Viotims連接到**NAND-based S/R-latch**，S/R-latch會當作arbiter，比較訊號快慢。
2. Viotims是隨著clock上升下降的，但是因為crosstalk的原因，兩個到達rising edge的時間會不同。
3. Fig. 2(a)，如果victim 1比較早到達rising edge，產生signature bit is “0”，反之產生"1"。
4. 每次clock cycle的falling edge，根據S/R latching的行為，output會被重置為“1”，保證了兩個連續輸出位之間沒有相關性。

:::danger 
Q. 為什麼output會被重置為“1”?
Q. output被重置為“1”，所以簽章要在什麼時候時間點採樣? 在rising edge之後，falling edge之前?
Q. 延續上一個問題，假設output會被重置為“1”，那下次rising edge，arbiter的輸出是“1”，要怎麼知道這次output是「簽章的“1”」還是「重置的“1”」?
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# UNIQUENESS ENHANCEMENT CIRCUITS

## Uniqueness Enhancement Based on Self-Masking
![image](https://hackmd.io/_uploads/ryT3CTE7A.png)
![image](https://hackmd.io/_uploads/Sk600aNQC.png)

待補充內容

## Uniqueness Enhancement Based on Self-Masking
![image](https://hackmd.io/_uploads/Hkgj-1CV7A.png)
![image](https://hackmd.io/_uploads/SJdfkCNmA.png)

待補充內容


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# Experimental Results

## Interconnect Network參數
![image](https://hackmd.io/_uploads/BJN5Vm8XC.png)
1. L、W，導線長寬
2. Sep，導線之間的間距
3. <font color="#f00">$T_{ox}$，是什麼?</font>
4. $V_{Th}$，MOS transistor的Threshold voltage

## A. Area Overhead
![image](https://hackmd.io/_uploads/SylC4HQImA.png)
1. Benchmark電路上，加上iPUF要占用的額外面積

## B. Uniqueness Analysis
![image](https://hackmd.io/_uploads/B12uS7IXC.png)
1. Uniqueness是使用相同challenge set，從所有iPUF samples生成的response之間的average hamming distance（HD）來計算的[33]
2. 原始的電路，Uniqueness = 20.62%
3. Self-Masking Circuit，Uniqueness =  48.63%
4.  <font color="#f00">圖表上，No. of Masking Operation，是什麼?</font>

![image](https://hackmd.io/_uploads/H18rum8QA.png)
![image](https://hackmd.io/_uploads/r1i8OXLXA.png)
1. However, the HD is not centrally distributed around 50% as plotted in Fig. 12, of which five sub-iPUFs are implemented in each chip with threshold equaling to 5. 
2. Instead, there exit around 200 pairs of signatures with minimum or maximum HDs.
3. <font color="red">以上兩點是表示HDs有分布在極大極小值，代表iPUF with bit-filtering有的iPUFs之間相似很高?</font>

## D. Reliability Analysis

![image](https://hackmd.io/_uploads/HJZcjmLQA.png)
1.溫度從0°C到100°C，電壓在1.05 V±10%
2.最大的BER Bit Error Rate，只會出現3.91% (Voltage Error)

![image](https://hackmd.io/_uploads/BkVTYmUX0.png)
![image](https://hackmd.io/_uploads/rydt3QIXC.png)


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# iPUF的優點
1. generate 1-bit design signature in every clock cycle <----> 反觀RO-PUF，每一個bit要花多少clock cycles不確定
2. generate signatures of an arbitrary length smaller than $2^{K} - 1$ <----> 反觀RO-PUF，產生的長度是決定性的
3. Area，從實驗結果來看，是比較小的
4. 抗老化 (Aging)、抗溫度的能力比較好。使用wires，對於老化特性比較好 <----> ROPUF，使用MOS產生簽章，MOS對於抗老化的特性比較差，名詞:**negative-bias temperature instability (NBTI)**


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# 問題、疑問
Q. As the switching probability of any deterministic aggressors is always lower than 50%; 為什麼總是低於50%?
A. LFSR餵給aggressors的(internal) challenge，不一定都會變化。 (待補充) 即每個clock cycle，C~v~的每一位都要翻轉，這樣所有aggressors的switching rate

Q. 為什麼每個clock cycle都會產生結果?
A. fast–slow arbiter一定會比出winner，不像RO-PUF，有counter要計數比出winner。


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# 投影片要放什麼?
1. PUF是什麼? 雖然大家都上過，還是可以稍微提到一下 (https://pufsecurity.com/technology/puf/)
2. RO-PUF大家都有做過，可以在比較優缺點的時候，要講和RO-PUF的對照。
3. 待補充
4. 待補充

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# 補充
:::danger
Q. crosstalk是什麼? 
A. 當一個Aggressor網路在一個緊鄰的Victim網路上轉換，將可能引起Victim上的雜訊， 導致非預期的訊號轉換或邏輯上的失誤。
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參考 : https://ctimes.com.tw/DispArt-tw.asp?k=%E5%B9%B3%E5%8F%B0%E5%BC%8FEDA/%E6%91%A9?%E5%AE%9A%E5%BE%8B&o=0311051105J6
![image](https://hackmd.io/_uploads/S1oJDTV7C.png)

:::danger
待補充
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# 20240518 meet 討論
:::info
Interconnect Network (a)、(b)差異
1. 圖(a)當中，同一個victim旁邊距離的aggressor會是不同一個輸入challenge。
2. 圖(b)當中，同一個victim旁邊距離的aggressor會是同一個輸入challenge，因此當兩個victims比較快慢的時候，會純粹是aggressors導線材質造成對victims產生coupling的影響，而不是challenge的因素。

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:::info
self-masking circuit操作步驟
1. 在n-bit raw signature產生之前，每個clock cycle的data_in會對應到data_out輸入到Mask Application Circiut當中。
2. 在最後n個cycles後，再多一次cycle，來完成XOR的操作，輸出masked Signature。
3. 根據實驗結果，m-bit length mask長度愈長，Uniqueness愈好。
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:::info
講稿準備
Introduction 5分鐘
Enancement Self-Masking 8分鐘 (我忘記了XD)
Enancement Bit-Filtering 8分鐘 (我忘記了XD)
Experimental Results 3分鐘
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