Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 3 ,  No.   3 ,  Ma rch   201 9 , p p.   892 ~ 9 01   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 3 .pp 892 - 9 01          892       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Ring os cil lator p hysically  unclona ble funct ion usin g sequen tial  ring os cil lator p airs fo r more  chall enge - re s ponse - p airs       Ju li us  Han Lo ong Te o,   N oo r  A li a N or  H ashi m, A z rul G ha z ali,  F az rena Az le e Ha mi d   Dep a rtm ent o f El ect rical  an d  Com m un ic at io n  E ngineeri ng ,   Univer siti   Te n ag a  Nasiona l, Mala y sia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   O ct   25 , 201 8   Re vised  Dec   1 6 , 2 018   Accepte d Dec   3 0 , 201 8       The   ring   oscilla tor  ph y s ic a lly   u ncl onab le   fun ct i on  (ROP UF )  is   one  of  th e   seve ral   t y pes  of  PU F  tha t  has  gre at   pot ent i al   to   be   used  for  sec uri t y   purposes.   An  al te rna ti ve  ROP U F  design  is  proposed  w it h  two  m aj or  diffe ren ce s.   Firstl y ,   the   m emristor  is  inc lude d  in  the   ring  oscil lators  as  it   i s  cl ai m ed  to   produc e  a   m ore   ran dom   oscil lati on  fre quency .   Ot her   rea sons   ar e  i ts  m emory - li ke   prope rt ie s  a nd  var i abl e   m emristance,  relati v e   compati b il i t y   w it h  CMO S,  and  sm al l  si ze .   Secondly ,   a  d iff ere nt   m et hod  of   gene r at ing   the  response  is  implemente d  wh ere b y   a  seque n c e  of  sel ection  of ring osc illat or   pa irs  are   us ed   to  gen era t e  a  m ult iple  bi t  r esponse,   r at h er  th an  usi ng  onl y   on e  ring   oscil l at o r   pai r  to  gen era t e  a  single   bit   r esponse.   Thi s  m et h od  signifi ca n tly   expa nds  the  set  of  cha lleng e - response  pai rs .   The   p roposed   m emristor - base d  ROP U F   show s  48. 57%,   51. 43%,   and  51 . 43%  for  un iqu ene ss ,   uniformit y ,   and   bit - al i asing,   r espe c tivel y .   Also,  m od el li ng   b y   suppor t  ve ct or  m a chi ne   (SV M)  on  the   proposed  m emristor - base d  ROP U F  onl y   show s  61. 95 %  ac cur acy ,     the reb y   indica ti n g   strong  resist an ce   against  SV M.   Ke yw or ds:   Mem ristor   Ph ysi cal ly  u ncl on a ble  functi on   Ri ng   os ci ll at or   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed.   Corres pond in g  Aut h or :   Ju li us   Ha n  L oo ng Te o ,    Dep a rtm ent o f  Ele ct rical  an d  Com m un ic at io n  E ngineeri ng,   Un i ver sit i Te na ga Nasi onal ,    Jal an  I KR AM - UNITE N,   43 001 Ka j a ng, S el ango r,  Mal ay sia .   Em a il : ju li us te o@ li ve .co m . m y       1.   INTROD U CTION     1.1 .      P hy sic ally  Un cl ona ble  Functi on   The   P hysic al ly   Un cl onable   F un ct io n  (PUF )   is  a  ci rcu it   th at   has  been   re garde d  as  a n  a lt ern at ive  to   current  f or  sec ur it y  m easur es  [1 - 3].  P UF s  a r e  sai d  to  ha ve  it s  own  uniq ue  and   i nh e ren t  prop e rty ,  analo gous   t o  hu m ans  ha ving   a  uniq ue  set   of  fin ge rprints,  from   wh ic h  se cur it y  keys  ca n  be   extracte d  and   us e d  for  s ecur it y   pur po ses ,  s uc h  as  the   ide ntif ic at ion   a nd  au thentic at ion  of   an   el ect ronic  dev ic e.   T his  s o - cal le d  uniq ue   an d  inh e ren t  pro pe rty   of  the   P UF   is   due  t o  ra ndom   and  unco ntr ollabl e  va riat ion s   in  the   m anu fa ct ur in g    process  [4,  5].  Of te n,   t hese  var ia ti ons  are   unwa nted,  pa rtic ularly   in  the   fabrica ti on   of   chips ,  but  the   PU F s   exp l oit  these  va riat ion s  t o  ha ve  a  ci rcu it   pro per ty   that  is  un iqu e  from   oth e r  ci rc uits  of  the   sam e  ty pe.   W it h  the   secur it y key  be ing   un i que to a nd  i nh e re nt w it hin   the  P UF , t he  PU F ca n be  use d  as a n  al te r na ti ve  to the s t ori ng   of   t hese  keys  i n  nonvolati le   m e m or y  that  can  be  easi ly   at ta cked  [ 6].  Als o,   ta m per in g  th e  PU F   will   ve r y  li kely  dam age th e cir cuit an d  it s sec ur it y key  [7 ] ,  re nd e rin g  i nv asi ve  at ta cks  futi le .   The  in put  and   ou t pu t  of   a  P U F  are  res pecti ve ly   te r m ed  as  ‘ch al le nge ’  an d  ‘ respo ns e’ .  A  chall en ge   sent  to  a  PU F  r esults  in  a  respon s e  from   the  PU F ,  w hich  is  te rm ed  as  challen ge - re spo ns e  pair  (CRP ).   Th e  set   of   CR Ps  is  co ns ide red   as  the   un iq ue  pro pe r ty   that  disti ng ui sh es  it sel f  fr om   oth er  PU F s  [1 - 3].  T o  date,   there  are  a  se ve ral  P UF   ty pes   bei ng  r esearc he d  li ke  the   bista ble  rin g  P UF  [ 8],   the  a rb it er  P UF   [1 - 3],  the  SRAM   PU F  [9 - 11] ,  cr os s bar   a rr ay   P UF   [ 12 - 15] ,  an d  the  ri ng   os ci ll at or   PUF  (R O PU F )  [ 5,   16 - 19] ,  w hich  is  th e  ty pe  of PUF ta ken into disc us sio n for this  r esea rc h.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ring oscil lat or p hysicall y  un c lonab le  f unct io n usin g  se quen ti al ring o sci ll ato r…   ( J ulius  Han Lo ong Te o )   893   1.2.      Mem ory  Resist or   Me anwhil e,  th e  m e m r ist or ,  s hort  for  “m e m or y  resist or”,   is  sai d  to   be   the   f ourth   f undam ental   pas siv e   ci rcu it   el e m ent;  the  first  three   bein g  the  resi stor,   ca pacit or,   and   in duct or .  The  idea  of   th e  m e m ristor  fall s  on   on e  of   the  si x  po ssi ble  pair wise  relat ion s hip s  am on g  four   f undam ental   ci rcu it   var ia bl es,  nam ely  cur re nt  i,   vo lt age   v,   c ha r ge  q,  an d  flu x  li nk a ge  Φ .  C hua,  in   19 71,  cl ai m ed  that  t he  re la ti on sh i p  bet ween   c harge  and   fl ux  li nk age  t o  be  m e m rista nce  [2 0 - 22 ] .  Ch ua  m ade  this  po st ulati on   f or  the  sake  of  com plete ness  beca use ,  at   the  tim e,  the  relat i on s hi p  betwee n  cha rg e  a nd   fl ux   li nkage w as   the  on ly   pairwi se  relat ion sh i p  le ft  that  was  no t  ye t  firm l y unders t ood. T hese  pairw ise   relat ion s hip s  are vis ualiz ed  in  Fig ure  1.           Figure  1 .  Map ping  of the  pair wise r el at io nsh ip of circ uit  va riables       Howe ver,  the  act ual  ph ysi cal   m e m ristor  was  on ly   disco vere d  in  2008  by  a   te a m   of   researc her s  in H P   Labs   [ 23,  24 ] .   Their  m e m rist or   str uctu re  si m pl y  con sist s  of   on ly   tw o  ti t anium   dio xid e ,   TiO 2  la ye rs:  undo ped  and   dope d  with  oxyge n  vaca ncies,  denoted   as  TiO 2 - x   w hich  are  san dwic hed   betw een  plati nu m   el ectr ode s .     The  str uctu re  of   t he  m e m rist or   is  s how n  i n  Fig ur e  2,   i n  wh ic h  the  le ngth  of  the  dope d  la ye r  is  la be ll ed  w ,   wh e reas  t he  le ng t h  of   t he  m e m ris tor  is  la bel le d  D .  A s  a  sc hem at ic ,  the  m e m ris tor  is  re pre sented  a s  tw o  s eries - connecte d  vari able  resist or s ,   as  sh own  in   Figu re  3.   T he  ex pr essi on  fo r  the  eq ui valent  m e m r is ta nce,     M  is  sh own  in  (1 ) ,  wh e re by  m e m rista nce  is   si m ply   resist ance  but  on ly   sp eci fical ly   fo r  m e m ristors.   M ON   and   M OFF   are  the  m e m rista nce  a t  ON   sta te   or   low  re sist ance  sta te   (LRS)  an d  OF F  sta te   or  hig h  resist a nc e  sta te  (LRS),  resp ect i vely . S im ply pu t, M ON   an d  M O FF   are the  m axi m u m  an d  m inim u m  r esi sta nces,  re sp ect ivel y.           Figure  2 .  Str uc ture of  the  HP  m e m ristor         Figure  3 .  Ci rcui t equ ivale nt  of the  HP  m e m ri stor       The  m e m r ist a nce   cha ng e s  over  ti m e   with  resp ect   to  the  po la rity   of   the  excit at ion   sig nal,  unti l  it  appr oach es   M ON   or  M OFF .  Furtherm or e,   the   m e m rista nce  in  retai ned  on c e  the  e xcita ti on  si gn al   it   is   re m ov ed.   This  m e m or y - li ke  cha racteri st ic   is  wh e re  th e  nam e  m e m or y  resist or  com es  from ,  and   it   is  the  m os t  prom i nen t  char act e risti c that disti ng uishe s it sel f  f ro m  ot her  circ uit c om po nen ts.   The  m e m or y  and   var yi ng  m e m ris ta nce  are  du e  to  the  m ov em ent  of   the  ox y gen   vacan c ie s  that  ar e   fou nd  in  t he  dope d  ti ta ni um   dioxide  la ye r ,  TiO 2 - x .  T he  oxygen  vaca ncies   m ov e,  de pe nd ing   on  th e  po la rity   of  the  excit at ion   sign al ,  a nd   c ha ng e  t he  thick ness  of  the  doped   ti ta niu m   dio xid e  la ye r ,  w,   w hic h  co nse qu e ntly   change   the  ov erall   m e m r ist a nce  as   ex press ed  in   ( 1)  ea rlie r.   When   the   ex ci ta ti on   is  rem ov e d,  w   is  no  longer   aff ect ed  a nd is  un c ha ng e d, an d hen ce , th e  m e m rista nce is ret ai ned   [23 - 27] .   The  c hange  in   m e m rista nce  with  res pect  to   the  excit at ion  is  nonlinear .  I n  fact,  t he  I - V   plo t  of  th e   m e m ristor  exhi bits  a  hyste res is  loop  pi nch e d  at   the  or igi n  wh e n  e xc it ed  by  a  bipolar  pe rio dic  signa l,  li ke  a  sinu s oid,  as  s how n  in  Fig ure  4.   The  pinc hed  hyste resis   loop  reduces   in  area  with  increasin g  e xc it at ion  fr e qu e ncy,  unti l i t reduces i nto  a  strai ght l in e [ 23 - 27] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  M a r c h   2019   :   8 9 2   –   9 0 1   894           Figure  4 .   I - V  pl ot of th e  m e mristor at  v a rio us fre que ncies       The  rea sons  f or   i ncorpo rati ng   t he  m e m ri stor  in  t he  R OPUF  are   the   m e m or y - li ke  pro per ty   an d  var ia ble  m e m r esi sta nce.  Als o,  the  m e m risto r  m anu fact ur i ng  te chnolo gy  is  sai d  to  be  re la ti vely   co m patible  with  the  m od e rn   CM O S  fa bri cat ion   sta ndar ds   [ 28] .  In   a ddit ion ,  t he  m e m ris tor - base d  PU Fs  a re  sai d  to  be   m or e  resist ant  to  m od el li ng   at ta cks  than  purely   CM OS - base d  PUFs  be cause  m e m ris tors  are  bid ire ct ion al   dev ic es  as  c om par ed  to  MOSFE Ts  w hic h  are  un i direc ti on al   [29].  F ur t her m or e,  th e  m e m ristor  l eng t h  is   ty pical ly   in  the  te ns   of   na nom et ers,   w hich  is  m uch   sm al l er  tha n  m os t  CM OS   com ponen ts  a nd  ca n  reduce   ROPUF  ci rcu i t  area.  Fo r  th ese  reasons,  r esearch  ef f or ts   hav e  bee n  m ade  to  inclu de   the  m e m r ist or   into  diff e re nt ty pes of   PUFs t o  e nhance it s  perfor m ance as a ha r dw a re s ec uri ty  d evice  [ 28 - 34] .     1.3 .       Ring Os ci ll at or Ph ys ic ally  Un cl ona b le  Fun cti on   The  cl assic al   r ing   os ci ll at or   Ph ysi cal ly   Uncl on a ble  F un ct ion   (RO PUF)  was  int rod uce d  by  S uh   a nd   Dev a das   [5 ] ,  a s  show n  in  Fi gure  5.  T he  id ea  of   t he  ROP UF   is  the  c omparis on   of  the  fr e qu e ncy  bet ween   a   sel ect ed  pair  of  identic al   RO s  to  gen e rate  a   response  bit.  Du e  to  rand om   and   unco ntr ollable   m anu fa ct ur in g  process  var ia ti on s ,  the re  is  a  discre pan cy   in  the  delay s  of   e ach  in ver ti ng  unit   in  the  RO,  conseq ue ntly   c ausi ng   discre pan cy  i n t he  osc il la ti ng   fr e qu e ncy am on g i de ntica l R Os.   Gen e rall y,  the   ROPUF  co nsi sts  of   k  R Os,   tw o  k - to - 1  m ulti plexer s ,  two  c ounte r s,  an d  on e  com par at or .   T he  ope rati on  of   the  ROP UF   c an  be   sim p li fie d  as  fo ll ows.   T he  c halle ng e  t o  the  P UF   is  ta ke n  as  the  sel ect   inp ut s  to  bo t h  k - to - 1  m ulti plexers,  w hich  sel ect s  a  pair  of  R Os  to  be  direc te d  to  the  res pe ct ive  counters .  T he  counters  c ount   the  pulse s  within  a  ce rtai n  durati on,  a nd  fi nally   the  com par at o r  com par e s  both  counter  values   with  one  an ot her   to  gen e rat e  a  respo ns e  bit.  If   one  co un t  value  is  hi gh e r  tha n  the   oth er ,     then  t he resp on se b it  is lo gic - 0, an d vice  ver s a.   Ther e  ar e  k C 2   po ssi ble  pairs   of   ROs  to  ge ner at e  k C 2   si ng le - bit  respo ns es.  H owe ver,  d ue  to  the   occurre nce  of   cor relat ed  re sp onse  bits,  the  1 - out - of - p  m asking   sc he m e  was  pr op os e d.   I n  this  schem e,     on ly   one  res pons e  bit  is  gen e rated  from   a  gr oup  of  p  ROs,  wh e re  the  two  ROs  that  has  the  la rg est   dif fe ren ce   in  osc il la ti on   f reque ncy  are  c om par ed   [5 ] .   T hu s ,  t he  act ual  nu m ber   of  res ponse   bits  is  the n  cal culat e d  by  k/p.   Wh il e  this  sc hem e  add re sses   the  issue  of  correla te d  bits,  it   reduces  th e  nu m ber   of   CR Ps  at   the  c os t  of   increase d har dware  over hea d.   Much   resea rch  effo rt  ha s  be en  m ade  to  i m pr ov e  t he  R OPUF  i n  te rm s  of  perform a nce  m et rics,  nam ely  un iq ue ness,   unif or m ity,  bit - al ia sing,   an d  reli abili ty ;  to  increase   the  nu m ber   of   CR Ps;  or   t o  si m pl y  reduce  the  siz e   of   t he  ci rc uit.  On e  e xam p le   is  the  co nf i gura ble  ROP UF   [16,   36 - 38 ]   w he r eby  the  ROs  c an  be   config ur e d  by  sel ect ing   the  de sired  in ve rter s  in  them .  This  m et ho d  is  done   to  im pr ov e  pe rfor m ance  m e tric s,  par ti cula rly   uniqu e ness  a nd   r el ia bili ty ,  as  well   as  to  avo id   us in g  the  1 - out - of - p  m as king  schem e.  The   m ai n   dr a w back,  ho wev e r,   is   the  i ncr ease d  over he ad  as  a   2 - to - 1  m ult iplexer  is   require d  i n  e ve ry  sta ge,  or  i n  oth er   words, a fter e ve ry in ver te r  in e ach R O.   Anothe r  ROP UF   exam ple  is   the  design   tha t  has  ROs  with  co nf i gurab le   du ty   cy cl es  [1 7].  The  dut y   cy cl e  of   the  RO  is  co nf ig ur e d  by  co ntr olli ng   the  t ra ns ist or  widt h  rati o  an d  th e  nu m ber   of  sta ges.    The  c om par iso n  betwee n  tw o  ROs  ca n  the n  be  m ade  from   diff e re nt  node s   within  t he  RO   since  the   res ul ta nt  os ci ll at ion   fr e quency  is   no w  di ff ere nt  du e   to   al te red   du ty   cy cl es.  Th e  purpose  of  this  desi gn  is  to   inc reas e  the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ring oscil lat or p hysicall y  un c lonab le  f unct io n usin g  se quen ti al ring o sci ll ato r…   ( J ulius  Han Lo ong Te o )   895   nu m ber   of  C RPs.  Howe ver,  this  desig n  increases   ha rdwar e   over hea d  as  it   requir es  two  m or e  m - to - 1  m ul ti plexer s,   wh e re m  is the  nu m ber   of stag es in eac h  R O.   The  wav e f or m   ROP UF   [18]  us es  a noth e r  RO  to  sam ple  the  P UF ’ s  R O,   beca us e  it   has  highe r   fr e qu e ncy  (a nd  sam pling   rate)  than  c onve ntion al   cl oc ks .   Thu s ,  res ponse   gen e rati on   is   sp ed  up   a nd  pow e r   consum ption   i s  re du ce d.   M eanwhil e  the  rand om   te le gr aph ic   noise   ( RTN)  i nduce d  ROP UF   im pr oves   reli abili ty  [ 19 ] .  How e ve r,   both RO PUFs  ha ve  uniq uen e ss  va lues that a re  r el at ively  low .           Figure  5 .  ROP UF   by S uh   a nd D e vad a s [5]       In   this  pa pe r,   the  m e m r ist or   is  introdu ce d  i n  the  inv e rtin g  un it s  of   the  ring   os ci ll at or s  (ROs )  as  it  causes  a  m or e  rand om   os ci ll a ti ng   f reque ncy  [35].  F ur t her m or e ,  a  di ff e ren t   m e tho d  i n  ge ne rati ng   a  res pons e  is   pro po se d  that  sign ific a ntly   e xp a nds  the  CR P  set   with  on l y  a  s m al l   nu m ber   of  ROs .  It  is  al so   sh own  t hat  the   pro po se d  m et ho d  has  good  pe rfor m ance  m e t rics  an d  str ong  resist ance  to  m od el li ng   at ta cks  by  s upport   vecto r   m achine (S VM ),   wh ic h  is  one  of the  widely   use d  m achine le arn i ng alg or it hm s tod ay .       2.   RESEA R CH MET HO D   2.1 .      Memrist or  in  Rin g  O s ci ll at or   The  basic  ri ng   os ci ll at or   (R O)  con sist s  of  an   odd  num ber   of  inv e rters  or   NO T  gates  tha t  are  loo pe d  in  a  ri ng,  as  it s   nam e  su ggest s.  I n  this  pa per,  rathe r  t han   usi ng   i nv e rters   ( us ua ll y  sta ti c  CM OS )  a re  re placed   with  com m on - so urce  am plifi ers  with  m e m risti ve  load ,  as  sh ow n  in  Fi gure  6.  The  r easo ns   f or   us ing   this   config ur at io n  are  it s  relat ively   s m a ll   siz e  com par ed  to  CM OS   com ponen ts  a nd   m ore  rando m   os ci ll at ion   fr e qu e ncy  [35].           Figure  6 .   MOS FET c omm on - so urce am plifie r wit h  re sist ive load (left )  a nd m e m rist ive load ( rig ht)       2.2 .       Se quen ti al  Rin g Osci ll ator P airs   The  ge ner at i on  of  on  res ponse   bit  is  m ade  fr om   the  co m par is on   of   on e   pair  of   R Os.   In   a dd it io n,    to  ov e rco m e  t he  issue  of  co rr el at e d  bits,  s ever al   m et ho ds  hav e  bee n  pr opos e d  but  at   the  cost  of   inc reased   hard war e  over head,  wh il e  othe rs do n ot si gn i ficantl y im pr ove the  p e rfo rm ance m et rics va lues.   In   this  re searc h,   it   is  pr op os e d  that  the  ge ne rati on   of   the  re sp onse  is  do ne   by  a  sequ e nce   of   sel ect ion  of   R O  pai r.   I n  oth e r  w ords ,  the  outp ut  bit  f ro m   ever y  RO   pair,   is  a rr a ng ed  to  form   one  ROPUF  re spon s e.     In  this r esea rch, the n um ber  o f  ROs  us ed  in the s i m ulati on  is eigh t i .e.  k  = 8  ROs.  T her e a re th en  8 C 2   = 2 8  RO   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  M a r c h   2019   :   8 9 2   –   9 0 1   896   pairs  an d  th us , 2 8  ou t pu t  bi ts. Th ese  28  outp ut  bits  can  be  arr a ng e d  in  28!  ways,  or  rou ghly   3×1 0 29   respon s es,   wh ic h  is  a n  e xtrem el y  la rg e  num ber .  T he  chall enge  is  th en  ⌈ log 2 (2 8!) ⌉   =  98  bits.   A n  inter facin g  ci rc uitry   receives  the  c halle ng e  a nd   t hen   se quentia ll y  sel ect s   pairs  of   ROs  f or   the  ge ner at io n  of   a  28 - bit  res pons e .  Ther e f or e,   with  a   sm all  nu m ber  of  R Os,  th e  num ber   of  C RPs  is  sig nific antly   la rg e.   Al so ,   with   a  m ulti ple - bit  respo ns e  as  c om par ed  to  a   sing le - bit  resp onse ,  the  di ff ic ulty   in  predict ing   a  res pons e  is  incr ease d  expo nen ti a ll y f ro m  2  to  2 n .     2.3 .      Sim ulat i on   Setup   The  pro pose d  m e m ristor - bas ed  ROP UF ,  as   sh ow n  in  Fig ur e  7,   us e s  k  =  8  ROs,  w he re  each  R O   consi sts  of   fi ve   sta ges,   an d  e ach  sta ge  is  th e  com m on - so urce  am plifie r  with  m e m r ist ive   load  as  desc r ibed  in  Sect ion   I II - A.   The  ROs  a re  s ent  to  a  pair  of  8 - to - 1  m ulti pl exer s .  Eac h  m ulti plexer   outp ut  is  sent  to  a  c ounter .  Both c ounter  outp uts ar e  the n sent to  the c omparat or   f or  t he resp onse  bit ge ner at io n.           Figure  7 .  Pro pose d  m e m risto r - base d  RO PUF       Ci rcu it   sim ula ti on s  wer e   pe rfor m ed  on  t wo  SP ICE  si m ula tors,   nam el y  LTspice  I V  by  Linea r   Tech no l og y  C orp or at io n  an d  Desig n  Ar c hitec t - IC  (DA - IC )  by  Me ntor  G raphics  I ncorpor at e d.   F or   LT sp ic e   IV ,  Sil Terr a  180nm   CM OS   process   with  1.8 V  sup ply  vo lt age  was  us e d.   As  f or   D A - IC,  Sil Ter ra  130nm   CM OS   process  w it h 1.2 V  s up ply v oltage  wa s u se d.   The  m e m ristor  m od el   us ed   in   the  sim ulati on   is  pr e pa red  by   Bi olek  et   al .  a s  a  SP ICE  s ubci rcu it   f or   transient  a naly sis  [39].  The  m e m ristor  SP IC E  subci rc uit  w as  ada pted  w he re  the  m e m ris tor  de vice  par a m et ers   are  s how n  in   Table  1.   T o  si m ula te   the  ra ndom   and  unc ontr ollable   va ri at ion s  i n  the  m anu fact ur i ng  process ,  20% Mo nte Ca rlo variat io n w as in j ect ed  i nto t he  init ia l m e m resist ance,  M INIT , an d l en gth o f  m e m ristor,  D .       Table  1 . Mem ristor  Pa ram et ers   Me m r isto r  p ar a m e ter   Valu e   Res istan ce a t O N s tate   M ON   1 0 0  kΩ   Res istan ce a t OF F  state   M OFF   1 6  kΩ   Initial resistan ce   M I NI T   1 1 k Ω ( ±2 0 %)   Leng th  of   m e m rist o r   D   1 0 n m  ( ±2 0 %)   Migratio n   co ef f icien t   µ   1 0 f m 2 / (V∙ s)   Bo u n d ary  con trol p ara m et er   p   10       2.4 .    R OP UF  Eva lu at i on   Cr iteri a   Detect ion  of  bi as :  T her e  are   a  fe w  aspects   us e d  t o  detec t  bias  [40 - 42] ,   but  th ree  c om m on ly   us ed   m et rics  are  ta ken   into  discu ss ion ,  nam el y  un iqu e ness,   unif orm i ty ,  and   bit - al ia sing ,  wh ic h  hav e  bee n  de r ived  by  Ma it i  et   al .  [42].  T he  c om pu ta ti on   of  these  perf orm ance  m et rics   wa s  pe rfor m ed  us in g  M A TLAB.     To  cal c ulate  th ese m et rics, the  f ollow i ng p a r a m et ers  are  ne eded.   a)   x  –   the  num ber o f  P UF  ci rcu it s in  t he  set |   b)   n  –   the  num ber o f bit s in  the  P UF   res pons e   c)   HD(R i ,R j )  –   t he  H am m ing   dis ta nce b et wee n t wo   res pons es , R i   and R j , w hich  a re  o f  t he  sa m e leng th   In   ge ne ral,  Ha m m ing   distance  between   tw o  string s  is  the  nu m ber   of  pos it ion s  that  have  diff e rent   sy m bo ls  or   c ha racters.  It  can   on ly   be  ap plied  betwee n  tw o  string s  that  ar e  of   the  sam e  l eng t h.   I n  the  c on te xt  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ring oscil lat or p hysicall y  un c lonab le  f unct io n usin g  se quen ti al ring o sci ll ato r…   ( J ulius  Han Lo ong Te o )   897   of  this  researc h,   Ham m ing   di sta n ce  bet wee n  tw o  res ponse   sti ng s   is  s pe ci fical ly   the  num ber   of  bit - posit ions   that d o no t  ha ve  the sam e b it .   Un i qu e ness  es tim a te s  the  abili ty  of   a  PU F  ty pe  to  un i qu e ly   disti ng uish   on e  ci rc uit  fro m   ano ther .     In   oth er  resear ch  li te ratur e,  un i qu e ness  is  te rm ed  a s  inter - c hip   va riat io n  or  inter - c hip  Ham m ing   Dista nce   (inter - H D).  U ni qu e ness  is  cal culat ed  by  ave rag i ng   al l  Ha m m ing   distances  of   al l  po ssi ble  pairs  of  re sp onse s   for  the  sam e  app li ed  c halle ng e .  The  e xpr ession  for  cal culat ing   un i queness  is  show n  in  ( 2).  The   ideal     value  is  50%.     Un iq ue ness = 1 ( 2 ) ∑ ∑  ( , ) = + 1 − 1 = 1 × 100%   (2)     Un i form i ty   m e asur e s  the  pro portio n  of  lo gic - 0s   an d  lo gic - 1s  in  a  respo ns e  of   eac h  P UF .  This  m et ric   ind ic at es  w het her   t her e  is  bias  within  t he  re sp onse .  F or   t he   sam e  app li ed  chall en ge,   le t  r i,j   be  the  j th   bit  of   t he   i th   resp onse  (R i )  that  is  n  bits  l ong,   the n  the  m at he m at ic a l  e xpressi on   f or  cal culat ing   unif or m it y  of   the  i th   PU F   ci rcu it   is give n  by ( 3).   The   id eal   value   is  al s o  50%;   a resu lt   that  is  le ss   tha n  50%  in dicat e s  a h ig her  pro portio n  of  lo gic - 0s   whereas  a   res ult  that  is  m or e  t ha n  50%  in dicat e s  a  higher   pro portio n  of  lo gic - 1s   for  t hat  res ponse .   The  ove rall   unifor m it y  of   the  PU F  ty pe  ca n  be  obta ine d  by   si m ply  aver ag ing   eac h  unif orm i ty   value  over  the   nu m ber   of r es ponse s, x.     Un if orm it y = 1 ∑ , = 1 × 100%   (3)     Bit - al ia sing   est i m a te s  the  ten de ncy  of  the   PU Fs  to  generate   identic al   responses,  w hich  is  a n  unwa nted  e ff e ct .  I n  ot her  w ords,  bit - al ia sing  m easur es  the  af finity   of  a  bit  posit io n  in  a  re spo ns e  towa r ds   ei ther  log ic - 0  or  log ic - 1.   By   le tt ing   r i,j   be  the  j th   bit  of   the  i th   resp onse  (R i )  that  is  n  bits  lon g,  the  m a them at ic al  expressi on  f or  cal culat ing  th e  bit - al ia sin g  a t  the  j th   bit  posit ion   is  s how n  in   ( 4).  Li ke  un i form i ty ,  the  idea l   value  is  50%  wh e re  a  res ult  that  is  le ss  tha n  50%  in dicat es  a  hig he r  pro portio n  of  log ic - 0s   an d  a  res ult  that  is   gr eat er  tha n  50 %  ind ic at es  a  hig he r  pro portio n  on  log ic - 1s   f or   that  bit  po sit ion .  T he  overal l  bit - al ia sing   of  the  PU F  ty pe  ca n be  ob ta ine d by  si m ply avera gin g ea ch  b it - al i asi ng v al ue ove r  the  num ber   of r es pons e  b it s,  n.     Bit - al ia sing = 1 ∑ , = 1 × 100%   (4)     Resi stan ce   to  SV M :  A no t her  c rite rion  to  e val uate  the  PUF  i s  re gardin g  it s  abili ty   to  resist   m od el li ng   at ta cks,   pa rtic ularly   by  m ac hin e  le ar ning  al gorithm s.  In   this  resea rch,  the  m achine  le arn i ng   al gorith m   that   was  ta ke n  int o  co ns i der a ti on  is  SV M .  Th e  trai ning  an d  te sti ng   of  th e  CR Ps  wer e  perform ed  us ing   t he   LIBSV M  pac ka ge  in  MA TL AB,  w hich  is  m ade  avail able   on li ne  [43].  A lt ho ug h  the  C RP  set   of   the  pro posed  ROPUF  is  sig nificantl y  la rge,  trai ning  a nd  te sti ng   t he  whole  set   w ould  ta ke  a  c on side rab ly   lo ng  ti m e.     Hen ce ,  due  to  this  com pu ta tio nal  co ns trai nt ,  on ly   1024  C RPs  are  us e d,   wh ic h  we re  ta ken   from   the  first  te n  chall enge  bits.   The   trai ni ng  s et   siz es  us e d  a re  20 %   an d  50 %  of  the   CR P   subset.  The n,  the  rest  of  the   CR P   su bse t  is  us ed   fo r  te st ing.  S i m i la rly ,  the  CR P  pairs  to  be  trai ne d  are   cho se n  at   ran dom .  The  ex pected   m od el li ng   accuracy  is  50% ,  wh ic h  is  the  prob a bili ty   of   ob ta ining   one  out   of   t wo   e qual ly   po ssi ble  outc om es,   li ke  a fai r  c oin   toss. In t he  con te xt of th is  rese arch, the  tw o o utcom es are s i m pl y l og ic - 0  a nd lo gic - 1.       3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS   3.1.      Det ec tio n of  Bias   Table  2  s how s  the  resu lt s  of   the  pro po s ed  m e m r ist or - base d  ROP UF  in  te r m s  of   un i qu e ness ,   un i form i ty ,  and   bit - al ia sin g,   in  com par iso n  with  a  fe w  othe r  ROP UF   des ign   in  t he  li te ratur e.  Ta ke  no te   that  so m e  inform ation ,  par ti cularl y  on   perform a nce  m e tric   val ues  are  not  app li cable  or  not  avail able  in  the   resp ect i ve  li te r at ur e,  a nd   th us  are  la belle d  ‘N /A’ .  This  is  because   their  pri m ary   aspect  of   e valuati on  of  their   ROPUFs is  on  un i qu e ness  or i nter - H D.   The  res ults  for   bo th  180nm   a t  1. 8  V  a nd   130n m   at   1. 2V   s how  pe rfor m ance  m e tric   values  that  are  ver y  cl os e  to   on e  an o th er,   ind ic at ing   c onsist ency  re ga rd le ss  of   the  ci rcu it   si m ulato r ,  CM OS   pr ocess,    and   sup ply  volt age  us e d.   M or e  im po rta ntly ,  the  pe rfor m ance  m et ric  values  f or   both  ci rcu it   sim ulato rs  a re   ver y  cl os e  t o  t he  i deal  50%   value.  T hus,  t he  pro po s ed   m e m ristor - bas ed  R OPUF  show   go od  perform ance,  i m plyi ng  that i t i s a w el l - func ti on in g  P UF.   In   co ntrast  to  m os t   of   the  othe r  ROP UF   des ign s ,  the  pro posed  m e m r ist or - base d  ROP UF   sh ow  bette r   perform ance  m et ric  resu lt s  than  [5,  16,  18,  19]   especi al ly   in  te r m s  of   uniq uen es s.   In   c o ntrast  to  [ 17] ,     the  resu lt s  are  com par able  to   ano the r.   Most   of   the  oth e r  r esearch  e ffor ts   i m pr ov e  certa in  aspects  but  forgo  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  M a r c h   2019   :   8 9 2   –   9 0 1   898   oth e rs,   s uc h  as   i m pr ovin g  pe rfor m ance  sp e ed  an d  reli abili ty   against  volt age  cha nges  but  at   the  ex p e ns e  of  reducin g u niqu eness [ 18,   19 ] .   The  pri m ary  a dv a ntage   of  th is  desi gn  is  th at   it   on ly   us es   ve ry  fe w   RO s  to  pro duce  a   ve ry  la r ge   nu m ber  of CRPs. T he  idea is t hat a seq ue nce  o f  al l t he  possi ble p ai rs of  R Os  is use d  to  ge ner at e a m ultip le - bit  respo ns e,  rathe r  tha n  us in g  one  pair  of  ROs   for  a  sin gle - bit  respo ns e.  Ne ver t heless,  it   is   al so   possible  t o  us e   on ly   a  s ubset   of  the  possible  pairs  of  ROs ,  e sp eci al ly   wh e n  the  num ber   of  ROs  us e d  is  la rg e .  Wh il e  the r e  are   oth e r  m et ho ds   that  hav e  bee n  pro po se d  to  i nc rease  the  CR P  set   and   im pr ov e  uniq u ene s s,  it   is  no t  as  ef fecti ve   as the m et ho d  pro po se d  i n  thi s p a per.       Table  2 . Per for m ance  Me tric   Re su lt s   ROPUF   Nu m b e r  o f   ROs   Nu m b e r  o f   CR Ps   Perf o r m an ce  m et ri c ( %)   Un iq u en ess   Un if o r m it y   Bit - aliasin g   Clas sical [ 5 ]   1024   128   4 6 .15   N/A   N/A   Gao  et  al .  [ 1 6 ]   32   16   4 6 .79   N/A   N/A   Ag u stin  et  al.  [ 1 7 ]   128   2048   4 9 .41   4 8 .13   5 2 .10   Tana m o to  [ 1 8 ]   24   N/A   4 2 .20   4 6 .74   N/A   Yo sh in ag a et  al.  [ 1 9 ]   256   128   48   N/A   N/A   Prop o sed  ( 1 8 0 n m ,  1 .8V)   8   3 ×1 0 29   4 8 .57   5 1 .43   5 1 .43   Prop o sed  ( 1 3 0 n m ,  1 .2V)   8   3 ×1 0 29   5 1 .36   4 9 .49   4 8 .81       3.2.      Resist ance  to SV M   Table  3  s how s  the  m od el lin g  acc uracy   by  SV M  on   the  pro posed  m e m ristor - bas ed  RO P U F .   Althou gh  the   m od el li ng   acc ur acy   is   not  ve ry  cl os e   to  t he  ideal   50%,   the   values   are   acce ptable  as   the   S VM  is   sti ll   un able  to   accuratel y  pre dict  the  res ponse s  f or   both  20 %  an d  50 %   tra ining  siz es.  In   add it io n,   t his  r esult  is  com par able  to   a  previ ou s   rese arch  ef fort  on  t he  RO PUF  th a t  was  al s o  te ste d  with  S VM,  wh e re by  the  hi gh e st   pr e dicti on   acc ur acy   obta ine d  was  on ly   60. 9%  [ 44 ] .  I n  fa ct ,  the  resu lt s  are  m uch   bette r  in  con t rast  to  the  cl assic al   arb it er  PU F ,  a  diff e r ent  ty pe  of   PUF,  w hich  sho w ed  up  to  99%  m od el ing   accu racy  [45 - 48 ] ,  a nd   th us   ind ic at e  high  vulne rab il it y  to  m od el li ng   at tack s.  T her e fore,   the  resu lt s  indi cat e  that  the  pr op os ed  m e m ri stor - base d  RO PUF  is resist ant to  a tt acks b y  SV M .       Table  3 . SVM  Mod el li ng  Acc ur acy   Tr ain in g  size (% )   20   50   Mod ellin g   accurac y  ( % )   6 1 .95   5 8 .59       4.   CONCL US I O N   I n  s hort,  tw o  m ai n  changes  on   th e  ROP U F  are  pro pose d.   T he  first  ch ang e  is  the  inc lusio n  of   t he   m e m ristor  in  the  in ver ti ng   unit s  of  the  R O.   T his  is  bec ause  the   m e mristor   is  sm all er  tha n  m os t  CM O S   com po ne nts,  t her e by  r e duci ng  ci rcu it   siz e   an d  po wer  c on s um ption .  F ur t her m or e,  it   is  cl aim ed  that  the  m e m ristor  is  r el at ively   com p at ible  with  C MOS  fabrica ti on  sta ndar ds.  The  se co nd  c ha ng e   is  the   m e thod  of   gen e rati ng  the   respo ns e  of  t he  P UF .  In   ot her   R OPUF  de sign s ,  one  pa ir  of   R O  ge ne rates  one  res ponse   bit;    bu t  in  the  pro po s ed  m e m rist or - ba sed  RO P UF ,  on e  se que nce  of  RO  pai rs  ge ner at es  one  m ulti bit   resp onse .  This  m et ho d  sign i ficantl y  expands  the  CR P  s et   li st  witho ut  extensi ve  ci rcui t  ov er hea d.   T he   resu lt s  in  te r m s   of  un i qu e ness ,  u ni fo rm it y,  and   bi t - al ia sing   sho w  that  the  pr opose d  m e m rist or - ba sed  R OPUF  ha ve  li tt le   bias  in  the  res pons e .  Also ,   S VM  is   unable  t o  ac cur at el y  m od el   the  be ha vior   of  the  pro posed  m e m ristor - base d  ROPUF,  t her e by  the  R OP U F  is  resist ant  t o  at ta cks  by  S VM.  I n  c onc lu sion,  the  pro pose d  m e m ris tor - base d  ROPUF is a  sim ple ye t robu s t PUF desi gn.   As  f or  f uture  r esearch   pla ns , th e  pro pose d  m e m ristor - bas ed  RO PUF  is  to  un derg o  f urt her   te sti ng a nd   validat io n,   s uc h  as v oltage  a nd  te m per at ur e  r el ia bili ty ,  ran dom ness  te st  li ke  the  N IS T  te st   su it e,  an d  m odel ing   at ta cks  us i ng  ot her   m achine  l earn i ng  al gorithm s.  Even t ually ,  the  RO PUF  is  to  be   fa br ic a te d  an d  im plem ented   as an  actual   physi cal  h ardwa r e d e vice f or se cur it y p urp os es .       ACKN OWLE DGE MENTS   This  resea rch   i s  su pp or te d  by   the  F undam e ntal  Re search  Gr a nt  Schem e  (F RGS )  unde r  the  pro j ect   cod e  FRG S/1/ 2015/TK 04/U NI T EN/ 02 / 2,   wh ic h  ha s  bee n  awa r ded   by   the  Mi nistry  of   Higher  Ed uc at ion ,   Ma la ysi a,  and  by  th e  Un i ve rsiti   Tena ga   Nasi on al   (UNI T EN )  In te r nal  G ra nt  un der  the  pro j e ct   code   J5 10 0507 61. Also,  m any thanks t o  al l coll ea gu e s in  UNI TE N  f or thei r  insi gh t a nd s uppor t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ring oscil lat or p hysicall y  un c lonab le  f unct io n usin g  se quen ti al ring o sci ll ato r…   ( J ulius  Han Lo ong Te o )   899   REFERE NCE S   [ 1 ]   B.   Gass end,   D.   Cla rke ,   M.  v .   Dijk,   and   S.  Deva das,   "S ilic on  ph y si ca l  r an dom   func ti ons,"  pre sente d   at   t he  Proce edi ngs of   t he  9th   ACM   con fer ence  on   Com pute r and  com muni cations  sec u ri t y ,   W ashingt on ,   DC,  US A,  2002.     [ 2 ]   J.  W .   L ee ,   D.  L im,  B.   Gass end ,   G.  E .   Suh,   M.  Van  Dijk,  and  S .   Deva d as,   "A   t ec hniqu e  to   build  a  se cre t   ke y   i n  int egr at ed  ci rcu i ts  for  ide nti f ic a t ion  and  aut h ent i ca t ion  appl i catio ns,"  in  VLSI  Circui ts,  2004 .   Digest  of  Technical   Pape rs .   2004   Sy mpos ium  on ,   20 04,   pp .   176 - 179 .     [ 3 ]   D.  Li m ,   J.  W .   Le e ,   B.   Gass end ,   G.  E.   Suh,  M.   v.   Dijk,   and  S.   Deva das,   "Extr ac t ing  sec re t  ke y s  from   int egr a t ed   ci rcu it s,"  I EE E   T rans act ions o n  V ery   Lar ge  S cal e   Inte gration   ( VLSI)   Syste ms ,   vo l .   13,   pp .   1200 - 12 05,   2005 .   [ 4 ]   U.  Ruhrm ai r  and  D.  E.   Holcomb,  "P UFs  at   a  gla nce,"  pre sent ed   at   the   Proce ed i ngs  of  the   conf ere nce   on  Design ,   Autom at ion  &   T est  in   Europ e, Dre sden,   Germ any ,   2014 .   [ 5 ]   G.  E.   Suh  and  S.  Deva das,   "P hy sic al   uncl on able  func ti ons  for  devi c e  aut hen ti c at ion  and  sec r et  ke y   gene r at ion , "  pre sente d   a t  th e P roc ee dings of   t he  44th   annu al   Design  Autom ation  Confer ence,  San  Diego, Calif ornia ,   2007.     [ 6 ]   R.   J.  Anderson,   Sec urity   Engi n ee ring:  A  guid e   to  buil ding  d ep endabl e  and  dis tribut ed  systems ,   John  W il e y   an d   Sons ,   2001.   [ 7 ]   L.   Fei te n ,   J.  Oes te rl e,   T.   Mar ti n ,   M.  Sauer ,   and  B .   Be cke r ,   "S y ste m ic   Freque nc y   Bia ses  in  Ring   Os ci ll at o r  PU Fs   on   FP GAs, "  IEE E   Tr ansacti ons on Multi - S cal e   Computing  S yste ms ,   vol.   PP ,   pp.   1 - 1,   2016.   [ 8 ]   Q.  Chen,   G.  Csaba,   P.  Lugl i ,   U.  Schli cht m ann ,   a nd  U.  Ruhrm ai r,   "The   Bista ble   Ring  PU F:  A  ne w  arc hit e ct ure   f or  strong  Ph y sical  Unclona bl e  Functi ons,"  in  Har d ware - Or ie nte d  S ec urit y  and  Tr ust  ( HO S T ) ,   2011  IEE E  In te rnatio nal  Symposium on ,   2 011,   pp .   134 - 14 1.   [ 9 ]   J.  W .   Jang  and  S.  Ghos h,   "D esi gn  and  ana l y s is  of  novel   SR A M  P UF s   with  embedde d  la tc h  f or  robustness,"  in   Six t ee nth   Int ernati onal  S ymposi um on  Quality  E le c tronic   Design ,   2015 ,   pp .   298 - 302.   [ 1 0 ]   L.   Kus te rs,  T.   Ig nat enko ,   F.  M.  J.   W il le m s,  R.   Ma es,   E .   v.   d .   Sluis,   and  G.  Sel imis ,   "S ec urity   of  h elper  data  sche m e s   for  SR AM - PU F   in  m ult ipl e  enr oll m ent   sce nar io s,"  in  2017  IEE E  Inte rnationa l  Symposium  on  I nformation  Theory  ( ISIT ) ,   2017,   pp.   1803 - 1807.   [ 1 1 ]   E.   I.   Vat aj e lu,   G.  D.  Nata le,  a nd  P.  Prinet to,   "Towards  a  highly   re liable   SR AM - base d  PUF s,"  in  2016  Des ign,  Aut o mation   &   T est  in   Europe   Co nfe renc e  &   Ex hibi ti on  ( DATE) ,   2 016,   pp .   273 - 27 6.   [ 1 2 ]   G.  S.  Rose   and   C.   A .   Me ade ,   "P erf orm anc e  ana l y sis  of   a   m emristive   cro s sbar  PU F  design, "  in   2015  52 nd   ACM/ EDAC/ I E EE   Design   Au to mation  Conf ere n ce   ( DAC) ,   2015,   pp.   1 - 6.   [ 1 3 ]   M.  Uddin,   M.  B.   Majumder,   G.  S.  Rose,   K.  Beckm ann,   H.  Mane m ,   Z.   Alamgir ,   et   al. ,   "Te chni q ues  for  Im prove d  Rel ia b il i t y   in  Mem risti ve  Cross bar   PU F  Circ uit s,"  in  2016  IEE E  Computer  Soci e ty   Annual   Sy mpos ium  on  VL SI  ( ISVLSI ) ,   2016,   pp.   212 - 217 .   [ 1 4 ]   M.  Uddin,   M.  B.   Majumder,   a nd  G .   S.  Rose,   "Robus tne ss   A naly s is  of  a  Mem risti ve  Cross bar   PU F  Against  Modeli ng  At ta ck s,"  IEEE  Tr ansacti ons on   Nanotechnology,  vo l. 1 6,   pp .   396 - 405 ,   2017.   [ 1 5 ]   G.  S.  Rose,   M.  B.   Majumder,   a nd  M.  Uddin,   " Expl oiting  Mem risti ve  Cross bar   Mem orie s  as  Dual - Us e  Secur i t y   Prim it ive s  in  IoT  Devic es, "  i n  2017  IEE E  Computer  Soci e ty   Annual   Sym posium  on  VLS I  ( ISVLSI ) ,   201 7,     pp.   615 - 620 .   [ 1 6 ]   M.  Gao,   K.  La i ,   and  G.  Qu ,   "A   highly   fle x ib le   ring  osc il l at o r  PU F,"  in  2014  51st  ACM/ E DAC/IE E E  Desi gn  Aut omation   Con fe renc e  ( DAC) ,   2014,   pp .   1 - 6.   [ 1 7 ]   J.  Agus ti n  and  M.  L.   Lope z - Val le jo ,   "A   te m per a ture - ind epe nden t   PU F  with  a  con figura bl e  dut y   c y c le   of  CMO S  ri ng   oscil lators,"  in  2 016  IEEE  In te rn ati onal  S ymposi um on  Circuits a nd  Syste ms   ( ISCAS) ,   2016,   pp .   2 471 - 2474.   [ 1 8 ]   T.   Ta n amoto,   S.  Yasuda,   S.  Ta ka y a ,   and  S.  Fujit a ,   "P hy si call y   Un cl onab le   Functi o n  using  Init ia l  W ave form   of  Ri ng   Os ci ll at o rs,"  IE E E  Tr ansacti ons  on  Circui ts   and  Syste ms   II: Expr ess B rief s,   vol .   P P,  pp.   1 - 1,   2016.   [ 1 9 ]   M.  Yos hina ga,   H.  Aw ano,   M.  Hirom oto,   and  T.   Sato ,   "P h y si c al l y   un cl onab le   func ti on  using  RTN - induc ed  d e l a y   fluc tu at ion  in  r i ng  oscil lators,"  in  2016  IEE E  I nte rnational   S y mpos ium  on  Cir cui ts  and  System s  ( ISCAS) ,   20 16,     pp.   2619 - 2622 .   [ 2 0 ]   L.   O .   Chua ,   "M e m ristor  -   th e  m issing c ir cui t   e le m ent , "   IEEE  Tr ans.  Circuit Theory ,   vol .   18 ,   pp .   507 - 519,   / /  1971 .     [ 2 1 ]   L.   O .   Chua   and   S.  M.  Kang ,   "M emristive   d evice s a nd  s y s te m s,"  Proc.   I EEE,   vol. 64, pp. 209 - 223 ,   / /  1976 .   [ 2 2 ]   L.   Chu a, "Re sist anc e   sw it chi n g  m emories  are   m emristors,"  Appli ed  Ph ysic s  A,  vo l.   102 ,   pp .   765 - 7 83,   2011 .   [ 2 3 ]   R.   S.   W il liam s,  "H ow We  Found T he  Miss ing  Me m ristor, "  IEEE  S pec trum,  vo l. 45, pp. 28 - 35,   2008 .     [ 2 4 ]   D.  B.   Strukov,   G.  S.  Snider,   D.  R.   Stewar t,   and   R.   S.  W il li ams ,   "The   m issing  me m ristor  found, "  Nature,   vol.   45 3 ,   pp.   80 - 83 ,   05/01 /pri nt   2008.   [ 2 5 ]   A.  G.  Radwa n  and  M.  E.   Fouda,   "M emristor:  M odel s,  T y pes,   an d  Applic at ions , "  in  On  the   Mathe matic a l  Mode ling   of  Me mr istor,   M emc apacitor,  an d  Me minduc tor ,   ed:   Spring er,  20 15,   pp .   13 - 49 .   [ 2 6 ]   P.  Maz um der ,   S . - M.  Kang,  and   R.   W ase r,   "M e m ristors:  devi ces ,   m odel s,  and  appl i ca t ions,"  P roce edi ngs  of   th e   IEE E ,   vo l. 100,  pp.   1911 - 1919 ,   2012.   [ 2 7 ]   T.   Prodrom aki s  and  C.   Touma zo u,   "A   rev ie w  on  m emristive   device s  and  app licati ons,"  in  El e ct ron ic s,  Cir cui ts,   and   S y stems   (ICECS),   2010   17th  I EEE  Int ern ationa l Confere nc e  on ,   2010,   pp .   934 - 9 37.     [ 2 8 ]   G.  S.  R ose,   N.  McDonal d,   L.  K.  Yan,  B.   W y soc ki,   and  K.  Xu ,   " Foundati ons  of  m emristor  base d  PU F  arc hit e ct ur es, "   in  2013  I EEE/ACM Int ernat iona l  Symposium on   Nanoscale   Architectures ( NANOAR CH) ,   2013,   p p.   52 - 57 .   [ 2 9 ]   J.  Mathe w,  R.   S.  Chakra bort y ,   D.  P.  Sahoo,   Y.  Yang,   and   D.  K.  Pradha n,   "A   novel   m emristor  base d  ph y sic al l y   uncl onab le   fu nction, " Integr. VL SI J.,   vo l. 51, pp. 37 - 45,   2015.   [ 3 0 ]   G.  S.  Rose,   N.  McDonal d,   L .   K.  Yan,   and  B.   W y socki ,   "A   write - ti m e  base d  m emristive   PU F  fo r  har dware   sec ur i t y   appl i ca t ions,"  in  2013  IEE E/A C M  Inte rna tional  Confer en c e  on  Com pute r - Aided  Design  (ICCAD ),   20 13,     pp.   830 - 833 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   3 ,  M a r c h   2019   :   8 9 2   –   9 0 1   900   [ 3 1 ]   M.  Uddin,   M.   B .   Majumder ,   G.  S.  Rose,   K.   Be c km ann,   H.  Man em,  Z.  Alamgir,   et   al.,  "Te chni q ues  for  Im prove d  Rel ia b il i t y   in   Mem risti ve   Cross bar   PU F  Circ uits , "  in  2016  IE E E  Com pute r  So ci e t y   Annual  S ym posium   on  VL SI  (ISV LSI),   2016,   pp.   212 - 217 .   [ 3 2 ]   J.  Rajendra n ,   G.  S.  Rose,   R .   Karr i,   and  M.  Potkon ja k,   "N ano - PP U F:  A  m emristor - base d  sec ur ity   pr imiti ve , "  in  201 2   IEE E   Computer  Soci e ty   Annual S ympo sium on  VL SI ,   2012 ,   pp .   84 - 87.   [ 3 3 ]   A.  Maz ad y ,   M.   T.  Rahman,  D.  Forte,  and   M.  Anw ar,   "M emristor  puf — a   sec uri t y   primit ive :  The or y   an d  expe riment , "  I E EE   Journal  on   E merging  and  S elec t ed  Topics   in Circuit s and   Sys te ms ,   vol .   5 ,   pp .   222 - 229,   2015 .   [ 3 4 ]   Koebe rl,   P. ,   et   a l .   (2013).   Mem ristor  PU F s:  A  n ew  gene ration  of  m emory - base d   Phy si ca l l y   Unc l onabl e  Functi on s.   Design,   Autom a ti on  &   T est in  E urope   Confer ence  &   Exhi b it ion   ( DA TE ),   2013 .   [ 3 5 ]   N.  A.  N.  Hashi m ,   J.  H.  L .   T eo ,   M.  S.  H amid,   and  F.  A.  H amid,   "A naly sis  of  Mem ristor - base d  Ring  Os ci llat or   Random  Nu m ber   Gene rat or , "  pre sente d  a t  the   1 2th  IEE E  Int ern at ion al   Confer en ce   on  Sem ic onduct or  Elec tron ics  (ICSE),   Kua la   L um pur,   2016.   [ 3 6 ]   X.  Xin,   J. - P.  Kaps,  and  K.  Gaj,   "A   Configura ble  Ring - Os ci ll a tor - Based  PU F  for  Xili nx  FP GA s,"   pre sente d  a t   the  Proce edi ngs of   t he  2011  14 th Eu rom ic ro  Confer e nce   on   Digi ta l   Sy stem Design ,   2 011.   [ 3 7 ]   A.  Mait i  and  P.   Schaumont,   "I m proving  the   q ual ity   o f  a  ph y s ic a l  uncl on able  func ti on  using  conf igura b le   rin g   oscil lators,"  in  2 009  Inte rnat iona l  Conf ere nce on Fi el d   Progr amm able   Logi c  and   Appl ic a ti ons ,   20 09,   pp .   703 - 707 .   [ 3 8 ]   M.  Choudhur y ,   N.  Pundir,  M.  Niamat,   and  M.  Mus ta pa,   "A nal y si s  of  a  novel   stag e  conf igur abl e  R OP UF  design, "  i n   2017  IEEE  60 th Inte rnational   Mi dwest  Symposiu m on  Circuits an d  Syste ms   ( MWSCAS) ,   2017,   pp .   942 - 945.   [ 3 9 ]   Z.   Biolek,   V.   Biol kova,   an d  D.  Biol ek,  "S PICE  m od el   of  m emristor  with  nonli n ea r  dopant   dr i ft, "    Radi oengi n ee rin g,   2009 .     [ 4 0 ]   M.  Majz oobi ,   F.  Kous hanf ar,   and  M.  Potkonj ak,   "T esti ng  t e chni ques  for  ha rdware   sec uri t y , "  in  2008  IEEE  Inte rna ti ona l Te s t  Confer en c e, 20 08,   pp .   1 - 10 .   [ 4 1 ]   Y.  Hori,   T.  Yos hida ,   T .   Kat ashi ta ,   and  A .   Sato h,   "Q uant i tative  and  st at ist ic a l  per form anc e   ev al ua ti on  of   arb i t er   ph y sic al   un cl on abl e   func t ions  o n  FP GAs, "  in  2 010  Inte rn at ion a l  Confer enc e   on   Rec onf igura bl e   Com puti ng  and  FP GAs,   2010,   p p.   298 - 303 .   [ 4 2 ]   A.  Maiti,   V.  Gu nre dd y ,   and  P.   Schaumont,   "A   S y stematic  Me t hod  to  Eva lu at e   and  Com par e   t he  Perform ance  of  Ph y sical  Unc lon abl e   Functi ons,"   IACR   eP rint ,   vo l .   657 ,   2011 .     [ 4 3 ]   C. - C.   Chang  and   C. - J.  Li n,   "LIB SV M:  A  Li bra r y   for  support  vec tor  m ac hine s,"  ACM  Tr an s.  Inte lligent   Syste ms   and  Technol ogy ,   vo l. 2, pp. 27: 1 - 27:2 7,   2011 .   [ 4 4 ]   M.  Mus ta pa,   "P UF   base d  FPGAs   for   har dware   sec uri t y   an d  trust, "  Doctor   of  Philosoph y ,   Univ ersity   o f    Tol edo ,   2015 .   [ 4 5 ]   J.  Delva ux  and  I.   Verba uwhed e,  "S ide   cha nne l  m odel ing  at t ac k s  on  65nm   arb it er  PU Fs   expl oit i ng  CMO S  devi ce   noise, "  in  Hardware - Or ie nte d   Sec urity   and  Tr ust  (HO ST ) ,   2013  IEE E  Int ernati onal  Sym posium  on ,   20 13,     pp.   137 - 142 .   [ 4 6 ]   U.  Rührm ai r,   F.  Sehnke,   J.  Sö lt er ,   G .   Dror,  S.  Deva das,   and   J.  Schm idhube r,   "M odel ing  attac ks  on  ph y si c al   uncl onab le   fun c ti ons,"  in  Proceedi ngs  of  th e  1 7th  ACM  con fe r enc e  on   Computer  and  communic ati ons  se curity ,  2010,   pp .   237 - 2 49.   [ 4 7 ]   G.  Hos podar ,   R.   Mae s,  and  I.   Verba uwhede ,   "M ac hine   l ea rning  a t ta cks  on  65nm   Arbite r  PU Fs :  A cc ura te   m odel in g  poses  stric t   bou nds  on  usabilit y, "  in   2012  I EEE  Int ernati onal   Workshop  on  In formation  Foren sics  and  Se curity  ( WIF S) ,   2012,   p p.   37 - 42 .   [ 4 8 ]   U.  Chat terje e,   R.   S.  Chakra bort y ,   H.  Kapoor,   and  D.  Mukhopadh y a y ,   "The or y   a nd  Applic a ti on  of  Delay   Constrai n ts   in  Arbit er  PU F,"  ACM  Tr ans. Embed.   Comput .   S y st.,   vo l. 15, pp. 1 - 20,   2016 .       BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS         Julius  Han  Loong  Te o  rec e ived  the   B. Eng  in   El ectrical   and   El ectroni cs  en gine er ing  from  Univer siti   T ena g a  Nasiona l,   Mal a y si a  in  2016  and  subs eque ntly   t he  M.E ng  degr e e  in  2018  in  the  sam e  unive rsit y.   He   was  a   r ese arc h   assistan t  with   the  E lectr oni cs  and   C om m unic at ion  Engi ne eri ng  De par tment  in  Uni ver siti   Te n aga  Nasiona l .   His  r ese arc h  int er ests  in c lude   m emristor  a pplication  and  I C  design.             Noor Ali a  Nor   Hashim   was born  i n  Kuala L um pur ,   Mal a y s ia i n   19 86.   She   recei v ed   her   B . Eng   in   el e ct ri ca l   and   e lectr oni cs  engi n eering  from   Unive rsiti   Te nag a  Nas iona l ,   Mal a y sia   i n  2009.   She  is  al so c urr ent l y   pu rsuing  the M.E n g   degr e e in  th e  s ame  unive rsi t y .     She  is  cur ren tly   with  the   Elec tro nic s  and  Com muni cation  Engi n ee ring  Depa r tme nt  in  Univer siti   Te nag a  Nasiona l  as  a  rese ar ch  a ss ista nt.   Her  res ea rch   invol ves  m emristors  and  ran dom   num ber   gene ra tors.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Ring oscil lat or p hysicall y  un c lonab le  f unct io n usin g  se quen ti al ring o sci ll ato r…   ( J ulius  Han Lo ong Te o )   901           Azrul   Ghaz ali   re ce iv ed  the   B. En g  in  el ec t rical  e ngine er ing  from   Vande rbil t  Uni ver sit y ,   US A  in   1998  and the M. Sc  in  Mi cro e le c t ronic s from   Uni ver siti   Keba ngsa an  Mal a y s ia,  Ma lay s ia i n  2003 .   He  is  cur r ent l y   a   senior  le c ture r   i n  the  Elec tron ic s   and  Com m unicati on  Engi n ee rin g   Depa rtment   in  Univer siti   T e naga   Nasiona l ,   Malay s ia.  His  rese ac h  in te r ests  inc lude   IC  desi gn,   VLSI,  and   m ic roe lectr oni cs .           Fazr ena  Azlee  Ham id  rec e ive d   the   B . T ec h  d ip loma  in  eng inee ring  from   Cove ntr y   Techni ca l  Coll ege,  UK   in  1996,   foll owed  with  the   B . Eng  a nd  Ph.D  degr ee s   in  elec tron ic s  e ngine er ing  from   Univer sit y   of  Southampton,  UK   in  1999  and  2004,   respe c ti ve l y .   She  is  working  as  a  senior  le c ture r  wi th  th e   El e ct ron ic s  and   Com m unic at ion   Engi ne eri ng   De par tment  in  Uni ver siti   Te n aga   Nasiona l,   Ma lays ia .   Her  rese arch  is  cur ren tly   fu nded  b y   th e  Min istr y   of  Highe r  Educ a ti on.   Her   rese arc h   intere st s  inc lude   IC  d esign  and  opt i m iz at ion  as  wel l  as  m emristor  m odel li ng  and   appl i ca t ions f or hardware   sec uri t y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.