(57)【要約】【課題】異種プロセスや大型の部品を使わず、通常の配線設計により、電磁界で漏洩する秘密情報を撹乱して暗号鍵などの秘密情報の復号を困難にする製造上有利な耐タンパーモジュールを提供する。【解決手段】ＬＳＩチップ１に設けられて暗号鍵を生成する暗号鍵生成回路２と、ＬＳＩチップ１に設けられて前記暗号鍵を解読困難にする擬似信号を発生する擬似信号発生回路１０と、前記暗号鍵生成回路２から出力された前記暗号鍵に対応した電流が流れる配線７（第１配線）と、前記擬似信号発生回路１０から出力された前記擬似信号に対応した電流が流れる配線１１（第２配線）とを有し、該配線１１（第２配線）は、擬似信号発生回路１０からの電流により生じる電磁界を、配線７（第１配線）の電流により生じる電磁界に合成するように設けられることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられて暗号鍵を生成する暗号鍵生成回路と、前記基板に設けられて前記暗号鍵を解読困難にする擬似信号を発生する擬似信号発生回路と、前記暗号鍵生成回路から出力された前記暗号鍵に対応した電流が流れる第１配線と、前記擬似信号発生回路から出力された前記擬似信号に対応した電流が流れる第２配線と、を有し、
前記第２配線は、前記擬似信号発生回路からの電流により生じる電磁界を、前記第１配線の電流により生じる電磁界に合成するように設けられることを特徴とする耐タンパーモジュール。
【請求項２】
前記第１配線を前記第２配線に近接配置することを特徴とする請求項１に記載の耐タンパーモジュール。
【請求項３】
前記第１配線を前記第２配線の上側又は下側に配置することを特徴とする請求項２に記載の耐タンパーモジュール。
【請求項４】
前記第１配線と前記第２配線の直下に、該第１配線の電流から生じる電磁界を撹乱する共通のグランド配線を配置することを特徴とする請求項１に記載の耐タンパーモジュール。
【請求項５】
前記第１配線の直下に、該第１配線の電流から生じる電磁界を撹乱するグランド配線を配置し、かつ該グランド配線の縁部を前記第１配線と前記第２配線の間に位置させることを特徴とする請求項１に記載の耐タンパーモジュール。
【請求項６】
前記第１配線と前記第２配線に付加して、前記第２配線に流れる電流波形によって誘導電流を生じさせ、かつ該誘導電流によって前記第１配線に流れる電流から生じる電磁界を撹乱する第３配線を設けたことを特徴とする請求項１に記載の耐タンパーモジュール。
【請求項７】
前記第３配線は、前記第１配線と前記第２配線とを連結するように環状に形成することを特徴とする請求項６に記載の耐タンパーモジュール。
【請求項８】
前記第３配線は、前記第１配線と前記第２配線に沿って一部が重なる区間を有するＺ字状に形成することを特徴とする請求項６に記載の耐タンパーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の情報セキュリティを確保するための耐タンパーモジュールに関し、電子機器から電磁界として漏洩する情報から、暗号鍵などの秘密情報に関する情報を奪うサイドチャネルアタックを困難にする技術である。
【背景技術】
【０００２】
高度情報化社会においては、第三者に通信を盗聴された場合でも通信の秘密は保持されなければならない。その一つとして暗号処理がある。暗号処理はある変換アルゴリズムに従い必要な知識なしでは通信文やデータを理解することができない表記に変換することであり、通常ＬＳＩ内部の回路に暗号処理に必要な手順が組み込まれている。通信回路からＬＳＩの外部に送信されたり、受信されたりする段階ではＬＳＩ内部で平文やデータが既にエンコードされているため特別な知識や暗号鍵がないと復号することはできないか、または非常に困難となる。そこで、不正に情報を入手しようとするためにＬＳＩ内部で暗号化に用いられた特別な手順の特定又は暗号鍵を探索する攻撃が行われることがある。
【０００３】
暗号解読のための攻撃法の一つとして、サイドチャネルアタックと呼ばれる手法があり、システムの消費電力を利用した電力解析攻撃が知られている。この電力解析攻撃は暗号処理中の消費電力波形の中から暗号鍵の生成などに関する変化量を抽出して解析するものであり、比較的簡易な設備で解析することが可能である。暗号鍵生成回路の電源やグランド配線に流れる高周波電流に対しては通常は暗号処理がなされないため、攻撃の対象になりやすい。ＬＳＩの消費電力を計測するためにはＬＳＩの電源端子に電圧または電流を計測するための接触型のプローブを接続する。解析の精度を向上させるためには暗号鍵の生成回路に接続されている電源端子に近い場所での計測が有効であるが、ＬＳＩの高集積化、実装の高密度化、小型化により、計測プローブを接触させることが困難になりつつある。
【０００４】
一方、ＬＳＩから漏洩する電磁波を用いて同様の解析ができる可能性があることが文献（以下の非特許文献１）により報告されている。ＬＳＩ内部の暗号鍵生成回路が電力を消費すると、その回路の極近傍で観測される電磁界が電力消費に応じた変化をする。さらに、電力消費に伴う電源及びグランド電流がＬＳＩチップ上の電源及びグランド出力パッドに接続されるインタポーザやＬＳＩパッケージのリードフレームに流れ、その近傍に弱い電磁界を発生させる。微小な磁界プローブを用いて線状の導体近傍で磁界を計測すれば、導体中を流れる電流波形を再生できることは既に知られており、電力解析と同様の解析が実行できる可能性がある。電磁界を用いる場合は、プローブの先端をＬＳＩチップ上又はインタポーザ上の微細パターンに電気的に接触させる必要がなく、計測対象の回路や配線に近接させるだけで良い。そのため配線が内層に形成されていても原理的には計測が可能となる。また、チップやインタポーザがモールドで覆われていても、外部に漏洩する電磁界を計測することは専門の技術者でなくてもできることであり、電磁界計測に関して熟練していなくても攻撃が成功する可能性がある。
【０００５】
このようなＬＳＩチップやインタポーザから漏洩する電磁界を抑制するために使われる方法として、磁性膜や金属膜をチップやインタポーザ上の配線上に成膜する方法が文献（以下の非特許文献２）で報告されている。この方法は、ＬＳＩから漏洩する電磁界を直接減衰させるか、又は電磁界を発生させる伝導性ノイズを減衰させ、計測を困難にすることを目的として研究されている。伝導性ノイズの減衰については、電源ラインフィルタを挿入する方法も一般的である。
【０００６】
しかしながら、以上説明した磁性体または金属の薄膜をＬＳＩパッケージ、チップ上に成膜するプロセスは、プリント基板やＬＳＩチップの製造プロセスとは異なるため、マスキング等の工数が増え、コストアップにつながる。また、応力が発生しチップやパッケージの歩留まりの低下や信頼性の低下につながるという問題がある。対象物に近い距離となるように成膜することができない場合、電力損失が少ないため漏洩する電磁界や伝導性ノイズの強度を低下できない場合もある。
フィルタを挿入する場合、電源配線の抵抗が増し、高周波帯における動作に影響が出る。従って広帯域で直流電流を流すことも可能なフィルタを設計しなければならず、コストアップや大型化につながる。近年、ＬＳＩパッケージレベルでの集積化が進み、インタポーザの配線も微細化し、基板厚も薄くなってきている。そのため、部品を実装したり、追加のプロセスで異種膜を形成すると、製造の難易度は増す。
【０００７】
そして、以上のような問題を解決するために、ＬＳＩパッケージ、チップ上に磁性体または金属の薄膜を成膜するプロセスに依らず、電磁界で漏洩する秘密情報を撹乱して、暗号鍵の復号を困難にする特許文献１〜４に示される技術が知られている。
【０００８】
特許文献１に示されるデータ処理回路は、データに対して暗号化に関連する処理を施すデータ処理回路において、前記データに対して、暗号化に関連する処理を施す処理手段と、ノイズを生成するノイズ生成手段と、前記処理手段で消費される消費電流に対して前記ノイズを重畳する重畳手段と、を備えるものである。
特許文献２に示される耐タンパー対策回路では、機能を有効にするか有効にしないかを選択信号により選択する選択回路を有し、選択回路で「有効にする」を選択することにより、鍵生成回路を耐タンパー対策済みの回路とし、また、選択回路で耐タンパー対策回路の機能を「有効にしない」を選択することにより、鍵生成回路を耐タンパー対策が行われていない回路とするものである。
【０００９】
特許文献３に示される半導体装置では、リーダライタから受信した受信データを処理する際に機能するプログラム（サイドチャネル攻撃阻止プログラム）のデータが格納され、ＲＡＭにはプログラムが機能した際の処理データが格納される。ＲＯＭにはマスクＲＯＭ等があり、ＲＡＭにはスタティック型メモリ（ＳＲＡＭ）やダイナミック型メモリ（ＤＲＡＭ）等からなるＲＯＭを備えるものである。
特許文献４に示されるデジタル電子部品では、チップカードの主要部にクロックを提供し、かつ最小値及び最大値間をランダムに周波数を変化させる周波数発生器と、クロックの周波数を測定し、その周波数変化の実質的なランダムオペレーションを検証する制御装置とを有し、このような処理によって電気及び／又は電磁気式の外部攻撃から情報を保護するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５２７０５号公報
【特許文献２】特開２００６−０２５２８８号公報
【特許文献３】特開２００７−２３４００１号公報
【特許文献４】特表２００５−５１２２４０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】菅原健、本間尚文、青木孝文、佐藤証：「漏洩電磁波による共通鍵暗号処理ハードウェアの動作解析、」平成１８年度電気関係学会東北支部連合大会、p.２１０、２００６年８月。
【非特許文献２】Ｔ．ＦＵＫＵＳＨＩＭＡ，Ｓ．ＫＯＹＡ，Ｈ．ＯＮＯ，Ｎ．ＭＡＴＳＵＤＡ，ＡＮＤ  Ｍ．ＹＡＭＡＧＵＣＨＩ：“ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＲＦ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＮＯＩＳＥ ＳＵＰＰＲＥＳＳＯＲ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＯＮＴＯ ＡＮ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ  ＬＳＩ  ＣＨＩＰ．”Ｊ．ＭＡＧ．ＳＯＣ. ＪＰＮ，ＶＯＬ．３０，ＮＯ. ６，ＰＰ．５３１-５３４，２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、上記特許文献１〜４に示される技術は、ＬＳＩ内部の秘密情報を撹乱するものであるが、いずれも異種プロセスや大型の回路部品、回路構成を必要としており、製造上の難易度、及びコストが増すという新たな問題が発生していた。
【００１３】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、異種プロセスや大型の部品を使わず、通常の配線設計により、電磁界で漏洩する秘密情報を撹乱して暗号鍵などの秘密情報の復号を困難にする製造上有利な耐タンパーモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明では、基板に設けられて暗号鍵を生成する暗号鍵生成回路と、前記基板に設けられて前記暗号鍵を解読困難にする擬似信号を発生する擬似信号発生回路と、前記暗号鍵生成回路から出力された前記暗号鍵に対応した電流が流れる第１配線と、前記擬似信号発生回路から出力された前記擬似信号に対応した電流が流れる第２配線と、を有し、前記第２配線は、前記擬似信号発生回路からの電流により生じる電磁界を、前記第１配線の電流により生じる電磁界に合成するように設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の耐タンパーモジュールによれば、暗号鍵生成回路の動作に基づき第１配線を流れる電流から発生する電磁界に対して、擬似信号発生回路から出力されて第２配線を流れる電流から発生する電磁界を合成させることで、暗号鍵生成回路で生成された暗号鍵の復号を困難にし、これによって秘密情報に関する情報を奪うサイドチャネルアタックを困難にすることができる。
また、本発明の耐タンパーモジュールは、暗号鍵に対応した電流が流れる第１配線に、擬似信号に対応した電流が流れる第２配線を付加することで構成されるものであり、異種プロセスや大型の部品を使わず、通常の配線設計により、電磁界で漏洩する秘密情報を撹乱して暗号鍵などの秘密情報の復号を困難にすることができ、製造の困難性、コストの点で有利という効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図２の配線部分をＩＩ−ＩＩ線で切断した縦断面図である。
【図３】（ａ）は暗号鍵生成回路２のみを動作させた場合の配線７から生じる磁界７ａの磁界波形、（ｂ）は、擬似信号発生回路１０のみを動作させた場合の配線１１から生じる磁界１１ａの磁界波形、（ｃ）は、配線７で生じる磁界７ａと配線１１で生じる磁界１１ａとから合成された磁界波形である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す平面図である。
【図５】図４の配線部分をＶ−Ｖ線で切断した縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す平面図である。
【図７】図６の配線部分をＩＩＶ−ＩＩＶ線で切断した縦断面図である。
【図８】第３実施形態の変形例を示す平面図である。
【図９】図８の配線部分をＩＸ−ＩＸ線で切断した縦断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態を示す平面図である。
【図１１】図１０の配線部分を示す平面図であって、（ａ）は配線７・１１・３０が上下に重なっている状態を示す図、（ｂ）は配線７・１１が配置されている層を示す図、（ｃ）は配線３０が配置されている層を示す図である。
【図１２】第４実施形態の変形例を示す平面図であって、（ａ）は配線７・１１・３２が上下に重なっている状態を示す図、（ｂ）は配線７・１１が配置されている層を示す図、（ｃ）は配線３２が配置されている層を示す図である。
【図１３】図１２の変形例を示す平面図であって、（ａ）は配線７・１１・３２が上下に重なっている状態を示す図、（ｂ）は配線７・１１が配置されている層を示す図、（ｃ）は配線３２が配置されている層を示す図である。
【図１４】第４実施形態の他の変形例を示す平面図であって、（ａ）は配線７・１１・３４が上下に重なっている状態を示す図、（ｂ）は配線７・１１が配置されている層を示す図、（ｃ）は配線３４が配置されている層を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照して本発明の第１実施形態に係わる耐タンパーモジュールについて説明する。まず、図１において符号Ａで示すものは、ＬＳＩを実装するためのパッケージの部品であるインタポーザであって、このインタポーザＡ上には、ＬＳＩチップ１が実装されている。
このＬＳＩチップ１の上には信号をエンコードするための暗号鍵生成回路２が組み込まれている。暗号鍵生成回路２は、配線３ａを介して電源回路４と接続されており、さらに該電源回路４は、配線３ｂを介して出力パッド５に接続されている。該出力パッド５はボンディングワイヤでインタポーザＡ上のステッチ６に接続される。
該ステッチ６には配線７（第１配線）が接続されており、該配線７はビア８を介してインタポーザＡの裏面に設けられている出力パッド（図示略）等に接続される。このインタポーザＡはプリント配線板等の実装ボード上に実装される。
【００１８】
上述した暗号鍵生成回路２では、信号をエンコードする動作が実行された場合に、該動作に応じた暗号鍵情報を含む電流が配線３ａに流れた後、電源回路４、配線３ｂを経由して配線７に流れる。配線７はインタポーザＡの内層に形成されることもあるが、シールド層がなければ電流により形成された電磁界がインタポーザＡの外部にも漏洩する。この電磁界を高感度かつ高空間分可能な電磁界プローブを使って計測すれば、電流波形を再生することが可能となり、暗号鍵解読のための有力な情報となる。この電流は配線７や回路を通過する際に小さな値となることもあるが、配線７に非常に近い距離に電磁界プローブを設置すれば電磁界の計測が可能となる。電圧情報を得たい場合には電界プローブが使用され、電流情報を得たい場合には磁界プローブが使用される。消費電力の情報を得たい場合には電圧と電流の両方を計測する必要があるが、素子の動作を解析する目的であればどちらか一方でも良い。ここでは、磁界を計測して電流波形を得る方法について例を挙げて述べる。通常、素子動作に応じた電流は電源配線とともにグランド配線にも流れて、ＬＳＩ外部に漏洩する。
【００１９】
そして、このような情報漏洩を防止するためにインタポーザＡのＬＳＩチップ１上には、擬似信号発生回路１０が設けられている。
該擬似信号発生回路１０は、暗号鍵生成回路２の動作と同期するように動作する、又は暗号鍵生成回路２の動作とは関係なくランダムに動作するものであって、該擬似信号発生回路１０には、擬似信号となる電流が流れる配線１１（第２配線）が接続されている。この配線１１は、インタポーザＡ上に配線７に距離ｄ（図２参照）の間隔をおいて平行かつ隣接配置されているものであって、該擬似信号発生回路１０から出力された電流により発生する電磁界は、暗号鍵生成回路２から出力された電流が流れる配線７により発生する電磁界と合成されるようになっている（後述する）。
【００２０】
なお、これら電磁界の合成は、配線間の距離や電流強度、時間位相により異なる。図２は、配線７上での電磁界の計測を説明するための配線部分の断面図である。
配線７には暗号鍵生成回路２の素子動作に伴う電流が流れ、その電流により配線の周囲に磁界７ａが生じている。磁界の向きは電流の向きに応じて変わる。配線１１は、擬似信号発生回路１０から出力された擬似信号を含む電流が流れるものであり該配線１１の周囲には磁界１１ａが生じている。擬似信号発生回路１０から配線１１に出力されるノイズの振幅、位相などの波形を特徴付けるパラメータは、サイドチャネルアタックによる復号が困難になるように選択される。
【００２１】
図３（ａ）は、暗号鍵生成回路２のみを動作させた場合の磁界７ａの磁界波形の例を示している。説明を簡易化するために、暗号鍵生成回路２からパルス状の電流が漏洩するとし、高周波成分のみを表示している。
なお、配線７による磁界７ａの波形は、配線７の真上に磁界プローブ１２を設置し、磁界プローブ１２の出力を計測器１３で観察することで計測される。磁界プローブ１２の代表的なものとして、多層基板を用いて小型化されたループアンテナがある。また、計測器１３としてオシロシコープを使用すれば磁界７ａの時間波形（磁界波形）を、適切な信号処理を用いて再生することができる。さらに適切な変換係数を用いれば、計測された磁界波形から配線７を流れる電流波形を計算により求めることができる。
【００２２】
擬似信号発生回路１０を動作させると、図２に示す通り配線１１の周囲に磁界１１ａが形成される。図３（ｂ）は、擬似信号発生回路１０のみを動作させた場合に、磁界プローブ１２により、配線１１の真上で観測される磁界１１ａの磁界波形の例を示している。説明を簡易化するために、暗号鍵生成回路２の場合と同様、高周波成分のみを表示している。
電磁界は場を形成する性質を持つので、磁界プローブ１２の空間的な分解性能の限界を越えてしまうと、配線７による磁界７ａと配線１１による磁界１１ａを分離して計測することが困難になる。すなわち、暗号鍵生成回路２とともに擬似信号発生回路１０を動作させた場合には、図３（ｃ）に示すように、配線７で生じる磁界７ａと、配線１１で生じる磁界１１ａとからパルス状の磁界波形が合成され、かつ同時に計測される。このため、磁界７ａのみを分離して計測することが困難となり、正しい暗号鍵の推定ができなくなる。
【００２３】
なお、擬似信号発生回路１０は、上述したように、暗号鍵生成回路２の動作と同期させて動作させても良いし、ランダムに動作させても良いが、その一例として、暗号鍵生成回路２が動作することにより生じる配線７周囲の磁界７ａを打ち消すために、暗号鍵生成回路２に同期して配線１１に配線７と逆向きの電流が流れるように擬似信号発生回路１０を動作させ、磁界１１ａの向きを７ａと逆向きにする方法が考えられる。このようにして磁界７ａを打ち消すか、微弱にすれば該磁界７ａを磁界プローブ１２で測定することが困難になる。
【００２４】
暗号鍵の復号阻止については、図３（ａ）の磁界波形を、図３（ｂ）の磁界波形で完全に崩してしまわなくても効果が期待できる。暗号処理のタイミングを決めるトリガーが得られない場合やジッターが大きい場合、複数の回路による電流波形が混入する場合などは、位相を補正する処理が必要である。この場合、僅かなノイズが混入しても暗号鍵の推定に影響を及ぼすことが知られている。従って、擬似信号発生回路１０の波形は図３（ｂ）に例示したように暗号鍵生成回路２による磁界（電流）波形と同程度の振幅である必要はない。図３（ｃ）で、図３（ｂ）による磁界波形の振幅を小さくするとしても、図３（ａ）による位相の補正に誤差を生じさせるレベル、時間位相、周期で磁界を混入させることができれば、暗号鍵の推定は困難になる。配線７の周囲に生じる磁界７ａに、暗号鍵の推定を困難にする十分なノイズを混入させることができる程度の動作を行なう通常の回路があれば、その回路を擬似信号発生回路１０の代わりに使うこともできる。
配線７と配線１１間の電磁的な結合が強くなれば、配線７の電流波形自体を乱すことも可能となる。この場合、接触型のプローブによるサイドチャネルアタックも困難となる。ここまではインタポーザを例にとって説明してきたが、本発明は配線１１を利用するものであるので、チップやＬＳＩパッケージを実装するボード（プリント基板）にも容易に適用可能である。
【００２５】
以上詳細に説明したように本発明の第１実施形態に示される耐タンパーモジュールによれば、暗号鍵生成回路２の動作に基づき配線７を流れる電流から発生する電磁界７ａに対して、擬似信号発生回路１０から出力されて配線１１を流れる電流から発生する電磁界１１ａを合成させることで、暗号鍵生成回路２で生成された暗号鍵の復号を困難にし、これによって秘密情報に関する情報を奪うサイドチャネルアタックを困難にすることができる。
また、この第１実施形態に示される耐タンパーモジュールは、暗号鍵に対応した電流が流れる配線７に、擬似信号に対応した電流が流れる配線１１を付加することで構成されるものであり、異種プロセスや大型の部品を使わず、通常の配線設計により、電磁界で漏洩する秘密情報を撹乱して暗号鍵などの秘密情報の復号を困難にすることができ、製造の困難性、コストの点で有利という効果を奏することができる。
【００２６】
なお、図２に示されるように、擬似信号発生回路１０から出力された電流が流れる配線１１を、インタポーザＡ上に配線７に距離ｄ（図２参照）の間隔をおいて隣接するように配置したが、この距離dを限りなく小さくして、配線１１を配線７に非常に近い位置に近接配置すれば、配線７の周囲で生じる磁界７ａを分離することはさらに困難になる。例えば、微細なパターンを形成できる製造プロセスを使用することにより、例えば、配線７と配線１１を１０マイクロメートルのオーダーまで近接配置させるようにすれば良い。
通常、計測用の磁界プローブ１２の先端を配線７に接近させると、配線７と配線１１の距離の差が相対的に大きくなることから、配線７の周囲の磁界７ａを、配線１１の磁界１１ａから分離することが可能となる。ところが、配線７がＬＳＩチップ１の内層に形成されている場合、インタポーザＡの表面で定まる距離が下限になり、空間分解能の向上にも限界がある。磁界プローブ１２を小型化して空間分解能を高める方法も考えられるが、代表的な磁界プローブとしてループアンテナを例示すると、原理上、小型化すると感度が低下してしまう。従って、配線７がＬＳＩチップ１の内層に形成されている場合、該配線７と配線１１を近接配置することにより、該配線７の磁界７ａのみを、計測で分離することをより困難にすることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
図４及び図５を参照して本発明の第２実施形態に係わる耐タンパーモジュールについて説明する。第２実施形態に係わる耐タンパーモジュールが、第１実施形態に係わる耐タンパーモジュールと構成を異にするのは、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７と、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１の位置関係である。
すなわち、本実施形態では、図４の平面図、及び図５の配線部分の断面図に示す通り、幅ｗを有しかつ断面視横長に形成された配線７と配線１１とが、インタポーザＡの板厚方向に上下に重なるように極めて小さい間隔で近接配置されている。
【００２８】
このような構成によって、図５に示すように磁界プローブ１２を配線７に接近させると、同時に配線１１にも接近することになる。ここで、配線７と配線１１とが近接配置されかつ上下方向の距離差が小さいため、配線７の真上に生じる合成磁界は、配線７から生じる磁界７ａと配線１１による磁界１１ａが、ほぼ同じ距離で合成された磁界であるとみなすことができる。従って、磁界プローブ１２の空間分解能を高めても、配線７の周囲に生じる磁界７ａのみを計測することは難しくなる。
なお、図５では、配線１１と配線７の幅（符号ｗで示す）を同じとしているが、配線１１の幅ｗを、配線７の幅ｗよりもかなり大きくしても良い。そして、大きい幅ｗとした配線１１を共通グランドとして使用すれば他の回路を接続することも可能となり、他の回路によるノイズも混入させることができ、暗号鍵の復号が困難になり、また、ノイズを混入させている回路の特定も難しくなる。
【００２９】
以上詳細に説明したように本発明の第２実施形態に示される耐タンパーモジュールによれば、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７と、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１とを上下に近接配置したことから、配線７から生じる磁界７ａと配線１１による磁界１１ａとが合成され、配線７の周囲に生じる磁界７ａのみを計測することが困難となり、その結果、サイドチェネルアタックを困難にすることが可能となる。また、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７と、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１とを上下に配置することにより、平面方向へのスペースの削減を可能とする効果も得ることができる。
【００３０】
なお、上記第２実施形態では、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７を上側に配置し、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１を下側に配置したが、配線７を下側に配置しかつ配線１１を上側に配置しても良い。すなわち、配線７と配線１１の上下の位置関係は限定されるものではない。
【００３１】
（第３実施形態）
図６及び図７を参照して本発明の第３実施形態に係わる耐タンパーモジュールについて説明する。第３実施形態に係わる耐タンパーモジュールが、先の実施形態に係わる耐タンパーモジュールと構成を異にするのは、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７と、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１の直下に設けた共通のグランド配線２０にある。
このグランド配線２０は、図６の平面図、及び図７の配線部分の断面図に示す通り、配線７及び１１よりも幅広に形成され、並列配置された配線７及び１１に直下でかつこれら配線７及び１１に沿うように位置する。そして、このような幅広のグランド配線２０が、配線７の直下に存在すると、該配線７に沿うようにしてグランド配線２０の上に鏡像電流が流れる。
【００３２】
具体的には、図７に示す通り、配線７上で計測される磁界は、配線７を流れる電流による磁界７ａとグランド配線２０上を流れる鏡像電流による磁界２０ａとを合成したものになり、配線７から生じる磁界７ａの強度は相対的に低下する。従って、磁界プローブ１２の感度が低い場合、暗号鍵に関する情報を磁界計測から得ることができなくなる。一方、配線１１に、擬似信号発生器１０からの擬似信号に対応した電流が流れている場合、周囲に磁界１１ａが生じるが、この磁界１１ａによりグランド配線２０上に鏡像電流が流れる。この鏡像電流とは、磁界１１ａによりグランド配線２０上に形成される電流分布を置き換えたモデルのことであり、実際には、グランド配線２０上に電流分布を形成する。この電流分布が、配線７から生じる磁界７ａと合わさり、暗号鍵生成回路２から漏洩するパルスパターンを撹乱する。
【００３３】
以上をまとめると配線７上で計測される磁界は、磁界７ａ、磁界１１ａ、磁界２０ａ、及び配線１１によりグランド配線２０上に形成される電流分布が合成されたものになり、従って、サイドチャネルアタックが困難になる。グランド配線２０には、配線間の結合を強める効果があるため、配線１１が配線７から離れていても暗号鍵生成回路２の動作情報が含まれている磁界波形を撹乱する効果が得られる。配線１１がかなり離れた位置にあり、結合量が弱い場合でも先に述べたように位相を乱す効果を与えることができれば、暗号鍵の復号を困難にすることができる。配線１１が配線７に隣接し、強い強度の電磁界を発生していると見破られやすいが、共通のグランド配線２０を経由してノイズを混入させる場合、配線７・１１の位置が任意に選べるので、ノイズを発生させている配線を特定し難くなる。
【００３４】
以上詳細に説明したように本発明の第３実施形態に示される耐タンパーモジュールによれば、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７と、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１の直下に共通のグランド配線２０を設けたことから、グランド配線２０上に該配線１１からの磁界１１ａに基づく電流分布を形成することができ、これによって該電流分布が配線７から生じる磁界７ａを撹乱し、暗号鍵生成回路２で生成された暗号鍵の解読を困難にすることができる。すなわち、グランド配線２０上に電流分布によって、配線７の周囲に生じる磁界７ａにノイズを混入させ該磁界７ａのみを計測することを困難にし、サイドチェネルアタックを困難とすることが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態では、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７と、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１の直下に共通のグランド配線２０を設けたが、これに限定されず、図８の平面図、及び図９の配線部分の断面図に示すように、配線１１の直下にのみグランド配線２１を設けても良い。
グランド配線２１は、擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１より広い幅であり、その縁部２１Ａは配線１１と配線７の間に配置されている。これにより、配線１１に電流が供給されると磁界１１ａを生じ、同時にグランド配線２１に電流分布を形成する。ここで、グランド配線２１の幅は有限であるため、グランド配線２１の縁部２１Ａに強い電流分布が形成され、磁界２１ａが形成される。従って、配線７の真上に設置された磁界プローブ１２の出力には、磁界７ａ、磁界１１ａ、磁界２１ａが含まれることになり、攻撃の対象となる配線７からの磁界７ａを撹乱することができ、同様にサイドチェネルアタックを困難とすることが可能となる。
【００３６】
（第４実施形態）
図１０及び図１１を参照して本発明の第４実施形態に係わる耐タンパーモジュールについて説明する。第４実施形態に係わる耐タンパーモジュールが、先の実施形態に係わる耐タンパーモジュールと構成を異にするのは、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７（第１配線）、及び擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１（第２配線）に加えて、第３配線となる配線３０を設けることで耐タンパー性を与えた点にある。
【００３７】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、配線７、配線１１、配線３０の位置関係を示す図であって、図１１（ａ）はこれら配線７、配線１１、配線３０が上下に重なっている状態を示す平面図、図１１（ｂ）は配線７及び配線１１が配置されている層のみを示す平面図、図１１（ｃ）は配線３０が配置されている層のみを示す平面図である。
これらの図に示す通り、配線７及び配線１１はインタポーザＡ上の同じ層に形成され（図１１（ｂ）参照）、配線３０は、配線７及び配線１１とは別の層に形成されている（図１１（ｃ）参照）。また、配線３０の一部区間は配線１１の直下に形成され、同時に配線３０の他の一部区間は配線７の直下に形成されている（図１１（ａ）参照）。
【００３８】
ここで、配線３０について適切な終端処理を行えば、該配線３０は配線７及び１１と電磁結合し、配線１１を流れる電流波形が該配線３０にも誘導され、かつ該配線３０の電流波形が配線７にも誘導される。同時に、該配線３０は、部分的に上下位置で重なっている配線７の真上に磁界を生じさせ、これにより配線７からの磁界７ａを撹乱する。また、該配線３０の縁部に位置するビア３１には抵抗やキャパシタ、グランド配線などが接続され、該配線３０を誘導性にすることも、容量性にすることも可能である。磁界を発生させる場合には誘導性とするのが普通である。
【００３９】
以上詳細に説明したように本発明の第４実施形態に示される耐タンパーモジュールによれば、暗号鍵生成回路２から出力された電流が供給される配線７（第１配線）、及び擬似信号発生回路１０から出力された電流が供給される配線１１（第２配線）に加えて、第３配線となる配線３０を設けることで、該配線３０を配線７及び１１と電磁結合させることができる。これによって配線１１を流れる電流波形を該配線３０に誘導し、かつ該配線３０の電流波形を配線７に誘導することができ、さらには、該配線３０が部分的に上下位置で重なっている配線７の真上に磁界を生じさせることができ、配線７からの磁界７ａを撹乱することができる。その結果、配線７の周囲に生じる磁界７ａにノイズを混入させて該磁界７ａのみを計測することを困難にし、サイドチェネルアタックを困難とすることが可能となる。
【００４０】
なお、上記配線３０はその末端にビア３１を設けた構成であるが、これに限定されず、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線３０を環状に形成してなる配線３２を用いても良い。そして、このような環状の配線３２を用いることで、上述した配線３０のように終端処理を最適化しなくとも、配線３２を誘導性にすることができ、これによって配線７近傍の磁界７ａを撹乱することができる。また、第３配線である配線３２を環状に形成することで、パターニングが簡易化される効果もある。
【００４１】
また、図１３（ａ）〜（ｃ）はこのような環状の配線３２を複数パターン設けた場合の例であり、これによって配線７、配線１１を電磁結合させ、より複雑な磁界を配線７の近傍に発生させ、該磁界７ａのみの計測を困難にすることができる。また、第３配線である配線３２を環状に形成することでパターニングが簡易化されるとともに、該配線３２を複数パターン設けることで、ノイズを複雑に混入させることができ、上述したサイドチェネルアタックをより困難とすることが可能となる。なお、図１３に符号３３で示すものは他の配線であって、該配線３３に上述した配線３２の一部を重ね合わせることで、さらに複雑なノイズを混入することができ、磁界７ａのみの計測をより困難にすることができる。
【００４２】
また、上述したように環状に配線３２を設けることに限定されず、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｚ字状にした配線３４を用いても良い。そして、このようなＺ状の配線３４を用いることで、平行配置される配線７及び１１との部分的な上下の重なり区間を長くすることができ、配線７と配線１１の間で大きな電磁結合を得ることができる。また、配線３４との上下の重なり部分を長くすることができ、配線７の全長にわたって磁界７ａを撹乱することも可能となるので、電磁界計測によるサイドチャネルアタックがより困難になる効果が得られる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ＬＳＩチップ（基板）
２  暗号鍵発生回路
７  配線（第１配線）
７ａ  電磁界
１０  擬似信号発生回路
１１  配線（第２配線）
１１ａ  電磁界
２０  グランド配線
２１  グランド配線
３０  配線（第３配線）
３２  配線（第３配線）
３４  配線（第３配線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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