PUFBind: PUF-enabled lightweight program binary authentication for FPGA-based embedded systems

doi:10.1016/j.sysarc.2026.104006

PUFBind: PUF-enabled lightweight program binary authentication for FPGA-based embedded systems

2026-09-01

0

PRE

AI

S

Swaroopa, Sneha

B

Balijabudda, Venkata Sreekanth

R

Rajat Subhra Chakraborty *

I

Indrajit Chakrabarti

DOI：10.1016/j.sysarc.2026.104006

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摘要

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基于现场可编程门阵列（FPGA）的嵌入式系统常部署在安全敏感型应用中。然而，即使硬件组件经过认证，被篡改的软件仍可能严重威胁整体系统安全。我们提出了一种新颖的低开销软硬件协同设计方案，利用物理不可克隆函数（PUFs）确保映射在FPGA上的微处理器/微控制器的程序二进制文件的完整性。我们的技术通过PUF签名将程序二进制文件绑定到特定目标FPGA，在程序执行前执行运行时硬件认证，并仅允许在认证成功后执行二进制文件。在一次性的软件辅助注册阶段后，所提方案的运行时认证步骤在纯硬件裸机模式下运行（无需系统软件），且理论上可移植到支持适当PUF原语的FPGA和ASIC平台。我们的方案除了集成认证控制器外，无需对原始功能硬件设计进行修改，但会在程序二进制文件中增加一个256位硬件绑定的认证签名。我们成功演示了该方案的原型实现，验证了在AMD/Xilinx Artix-7 FPGA上使用PicoBlaze软微控制器和AMD/Xilinx Vivado工具链验证一个4 kB块随机存取存储器（BRAM）基程序二进制文件，并比较了其硬件资源占用和性能与其他现有方案的差异。

Keyword:

Cryptographic hash function

Field-Programmable Gate Array (FPGA)

Physical Unclonable Function (PUF)

Program binary authentication

SHA-256

PUFBind: PUF-enabled lightweight program binary authentication for FPGA-based embedded systems

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