Physical unclonable functions auch Physically unclonable functions [1] oder kurz PUF sind Hardwarestrukturen in einem Halbleiter, die dazu dienen, eine eindeutige Identifikation des Halbleiters zu ermöglichen oder Schlüssel für kryptografische Verfahren zu sichern. Halbleiter , im Folgenden als Systeme bezeichnet, können komplette elektronische Chipkarten oder Mikroprozessoren sein, insbesondere solche mit Hardware Security Modul HSM für kryptografische Aufgaben.
PUFs werden als physikalisches Primitiv in Anlehnung an ein kryptographisches Primitiv eingestuft [3] [4]. Erste Versuche mit PUFs bestanden aus einer Scheibe aus einem lichtdurchlässigen Material, in deren Schmelze bereits reflektierende Partikel eingemischt wurden.
Die Scheibe wurde beleuchtet und Sensoren erfassten das reflektierte Licht. Der Herstellungsprozess und der Aufbau von Lichtquelle und Sensoren war zwar immer gleich, jede Scheibe lieferte den Sensoren aber jeweils ein anderes Bild [5]. Das Grundprinzip konnte später auf Halbleiterschaltungen übertragen werden. Die PUFs basieren darauf, dass durch kleinste Schwankungen im Produktionsprozess bestimmte Baugruppen ein individuelles Verhalten zeigen, obwohl durch das Produktionsverfahren absolut gleiche Teile entstehen sollten.
Darüber hinaus kann beispielsweise durch kryptografische Hashes das Challenge-Response-Verfahren soweit abgesichert werden, dass aus Eingabe und Rückgabewert nicht auf das Verhalten der PUF zurückgeschlossen werden kann.
In Hardware gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, von denen einige im Folgenden dargestellt werden. Bei einer Ringoszillator -PUF werden verschiedene Glieder mit zeitlicher Verzögerung rückgekoppelt und beispielsweise auf einen Eingang eines Multiplexers gelegt. Der Rückgabewert wird aus dem Vergleich von Oszillatorfrequenzen erreicht oder aus dem Auslesen eines Multiplexers zu einem bestimmten Zeitpunkt.
