本發(fā)明涉及生物傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片。

背景技術(shù)：

1、在軟件測試不夠充分而投入市場使用時，未被檢測到的漏洞被觸發(fā)時會造成不可預(yù)測的后果，用戶也因此承擔(dān)該風(fēng)險。在開發(fā)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)這些漏洞，但在大多數(shù)輸入情況下系統(tǒng)卻表現(xiàn)正常，而當(dāng)輸入一些特定的數(shù)據(jù)時才會使系統(tǒng)進(jìn)入未知狀態(tài)，導(dǎo)致不可估量的損失。因此，軟件必須經(jīng)過嚴(yán)格的測試，如何生成這些特定的測試用例是軟件測試中的一個重要問題。目前，現(xiàn)有的檢測方法存在以下問題：

2、1、檢測效率和準(zhǔn)確性不足，傳統(tǒng)的檢測方法通常依賴于單個傳感器或通道進(jìn)行測量，這不僅限制了檢測速度，還可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不完整性和低精度。

3、2、傳統(tǒng)電子電路來生成密鑰的傳統(tǒng)思路存在較多的問題，由于傳統(tǒng)電子電路生成密鑰的方法容易受到攻擊；對稱密碼算法在密鑰分配和管理上存在較大問題；傳統(tǒng)的密鑰生成方法缺乏靈活性和擴(kuò)展性；密鑰生成速率和重復(fù)率方面存在問題；實現(xiàn)成本和復(fù)雜性方面也存在不足。對此本發(fā)明基于ph值的高精度密鑰生成機(jī)制的芯片安全性設(shè)計。

4、3、傳統(tǒng)電子電路在讀取密鑰時面臨的很多問題，包括物理攻擊的脆弱性、密鑰管理的復(fù)雜性、安全性不足、資源限制和適應(yīng)性問題、抗側(cè)信道攻擊能力不足以及缺乏簽名功能等。這些問題使得傳統(tǒng)電子電路在現(xiàn)代信息安全環(huán)境中顯得不夠可靠和安全。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述狀況，本發(fā)明的主要目的是為了提出一種基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，以解決上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提出了一種基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，包括：isfet陣列、與isfet陣列連接，用于分別控制isfet陣列中行列字線選擇電路和位線選擇電路、分別連接字線選擇電路和位線選擇電路的時序控制電路、與字線選擇電路連接的輸入驅(qū)動電路；

3、位線選擇電路輸出端設(shè)置有跨阻放大器和物理不可克隆函數(shù)電路，跨阻放大器的輸出端設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與物理不可克隆函數(shù)電路的輸出端設(shè)置有加密電路。

4、在本發(fā)明在工作過程中，將isfet陣列的柵極通過樣品溶液與外部參考電極接觸，閾值電壓受溶液與isfet柵極接觸的ph值的表面電荷變化的影響以輸出電流信號，跨阻放大器將isfet陣列輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓模擬信號，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

5、物理不可克隆函數(shù)電路接收isfet陣列輸出的電流信號，利用isfet陣列的物理特性，生成唯一的、不可復(fù)制的標(biāo)識符或密鑰；

6、根據(jù)唯一的、不可復(fù)制的標(biāo)識符或密鑰，采用加密電路對數(shù)字信號進(jìn)行加密處理獲取加密后的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過輸出接口電路輸出到外部設(shè)備或系統(tǒng)。進(jìn)而在提高生物檢測的準(zhǔn)確性和可靠性的同時還能增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性，以保護(hù)生物信息不被竊取。

7、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

8、本發(fā)明采用isfet陣列與puf技術(shù)結(jié)合，可以用于生成安全的密鑰。puf技術(shù)利用硬件的物理特性來生成唯一且不可預(yù)測的密鑰。這些物理特性，比如制造過程中的微小差異，使得每個設(shè)備的響應(yīng)都是獨(dú)一無二的，從而可以作為密鑰使用。isfet陣列相較于傳統(tǒng)檢測方法具有更高的靈敏度、更快的響應(yīng)速度和更好的集成能力。而isfet陣列生成puf密鑰的原理是將測量到的響應(yīng)值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)；通過將提取的二進(jìn)制數(shù)據(jù)作為puf密鑰。由于每個isfet的響應(yīng)是唯一的，生成的密鑰也是唯一的。因此可以更好的保護(hù)生物信息的安全。

9、本發(fā)明的附加方面與優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實施例了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，包括：isfet陣列、與isfet陣列連接，用于分別控制isfet陣列中行列字線選擇電路和位線選擇電路、分別連接字線選擇電路和位線選擇電路的時序控制電路、與字線選擇電路連接的輸入驅(qū)動電路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，還包括有校準(zhǔn)電路，校準(zhǔn)電路分別連接時序控制電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，isfet陣列包括有若干個isfet，并在每個isfet上設(shè)置有一個晶體管，晶體管漏極連接isfet源極，晶體管的柵極和漏極分別連接一個字線和一個位線。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，isfet包括有p襯底，p襯底上部嵌入有n陷，并在n陷上部嵌入有兩個p+注入?yún)^(qū)，n陷上部覆蓋有第一絕緣層，第一絕緣層兩側(cè)向外延伸分別覆蓋在兩個p+注入?yún)^(qū)上部，兩個p+注入?yún)^(qū)上分別設(shè)置有源極和漏極，柵氧區(qū)上設(shè)置有導(dǎo)電部件，并在導(dǎo)電部件上依次覆蓋有第二絕緣層和離子敏感膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，物理不可克隆函數(shù)電路包括多路選擇器和比較器，多路選擇器與比較器連接，多路選擇器連接所有位線，并在每個位線的輸出端設(shè)置有電容，多路選擇器選擇其中兩個位線信號并傳輸?shù)奖容^器進(jìn)行比較，通過比較任意兩條位線的電壓來獲取物理不可克隆的輸出，得到比特位配置控制字。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，物理不可克隆函數(shù)電路還包括有閾值判別模塊，閾值判別模塊分別連接多路選擇器和比較器，通過比較比較器輸入兩端的電壓差與閾值電壓的大小以選擇穩(wěn)定位作為輸出，獲取穩(wěn)定的比特位配置控制字。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，其特征在于，物理不可克隆函數(shù)電路還包括有比特位配置儲存器，比特位配置儲存器連接比較器，用于儲存所有穩(wěn)定的比特位配置控制字作為加密用的密鑰。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種基于離子敏感場效應(yīng)晶體管的生物信息安全芯片，包括：ISFET陣列、與ISFET陣列連接，用于分別控制ISFET陣列中行列字線選擇電路和位線選擇電路、分別連接字線選擇電路和位線選擇電路的時序控制電路、與字線選擇電路連接的輸入驅(qū)動電路；位線選擇電路輸出端設(shè)置有跨阻放大器和物理不可克隆函數(shù)電路，跨阻放大器的輸出端設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與物理不可克隆函數(shù)電路的輸出端設(shè)置有加密電路。本發(fā)明采用ISFET陣列與PUF技術(shù)結(jié)合，利用ISFET陣列的物理特性，生成唯一且不可復(fù)制的密鑰；根據(jù)密鑰，采用加密電路對數(shù)字信號進(jìn)行加密處理獲取加密后的數(shù)據(jù)，以保護(hù)生物信息不被竊取。

技術(shù)研發(fā)人員：丁玎,楊彤,石小歡,譚平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湘江實驗室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8