近年来,针对硬件安全的研究已经逐渐从基于密钥的加密算法转向硬件固有的信任根。物理不可克隆函数因为其轻量级,低功耗,快速响应和低测试成本的优点,成为了一种新兴的安全原语。物理不可克隆函数的出现使得曾对电路性能有着负面影响的纳米级工艺误差现在却可以用来为每块芯片产生唯一的安全身份码。此外,物理不可克隆函数的防篡改特性以及其支持的询问机制不需要永久存储的密钥（或明确定义的算法）便可以安全识别设备的能力使其降低了许多强大的硬件攻击手段所带来的风险,例如针对智能卡和安全令牌的逆向工程,探针探测和故障注入等攻击。然而,工作环境的不确定性使得物理不可克隆函数电路在实际部署时不可避免的会发生错误。因此,创新性的电路结构,纠错机制以及在各种安全协议中的应用方法是物理不可克隆函数这一领域中几种主流的研究方向。本课题的研究内容主要包括了创新的电路结构和纠错机制两个方向。在电路创新方面,本课题提出了一种基于交叉耦合结构的高可靠性物理不可克隆函数电路。交叉耦合结构内部晶体管之间的模拟信号会因为工艺误差产生失配,并且这种失配会因为正反馈机制被迅速放大,以防止被噪声淹没导致误码。最终失配的模拟信号会被放大成数字输出以实现工艺误差到数字响应的转变。同时,工艺误差也会导致本课题所设计的双晶体管型亚阈值电压基准源结构的输出电压存在差异。为了将这些差异数字化以实现物理不可克隆函数,定制化设计的扼流比较器和大量拥有相同版图设计的双管型电压基准源一起构成了另一种高可靠性的物理不可克隆函数结构--基于电压基准源的物理不可克隆函数电路。此外,在纠错机制的研究上,分别适用于两种物理不可克隆函数结构的纠错机制可以进一步提高其可靠性。值得一提的是以上设计均通过了UMC65nm CMOS工艺所制造的芯片实测结果以及大量仿真结果的验证。