(57)【要約】【課題】  「なりすまし」を防止するとともに管理コストの上昇を可及的に防止することを可能にする。【解決手段】  連続した入力信号に対する出力信号の特性が製造時に自然発生的にばらつく被認証素子を少なくとも１個備え、前記被認証素子の前記特性を個体固有の情報とすることを特徴とする。【選択図】  図１
2006221361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した入力信号に対する出力信号の特性が製造時に自然発生的にばらつく被認証素子を少なくとも１個備え、前記被認証素子の前記特性を個体固有の情報とすることを特徴とする被認証装置。
【請求項２】
前記被認証素子は複数であって、これらの複数の被認証素子がマトリクス状に配置されたアレイと、前記アレイの中から少なくとも１個の被認証素子を選択する選択回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の被認証装置。
【請求項３】
前記被認証素子は、ショットキーダイオード、単一電子トランジスタ、ショットキートランジスタ、ゲート付きショットキーダイオード、および絶縁膜トンネルダイオードのいずれか一つであることを特徴とする請求項１または２記載の被認証装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の被認証装置と、
前記被認証装置の前記被認証素子に可変な認証用信号を前記入力信号として入力し、前記被認証素子からの出力信号に基づいて前記被認証装置の個体認証を行う認証装置と、
を備えたことを特徴とする個体認証装置。
【請求項５】
前記認証装置は、前記認証用信号は発生する信号発生回路と、前記前記被認証素子からの出力信号と参照信号とを比較する比較回路とを備え、前記比較回路の出力に基づいて前記被認証装置の個体認証を行うことを特徴とする請求項４記載の個体認証装置。
【請求項６】
前記認証装置は、前記被認証装置に前記被認証素子が複数ある場合に、複数の前記被認証素子の中から少なくとも１つの被認証素子を選択させるための信号を送って選択させ、この選択した被認証素子の出力信号に対する前記比較回路の出力に基づいて前記被認証装置の個体認証を行うユニットを備えていることを特徴とする請求項５記載の個体認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被認証装置および個体認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の高度化・デジタル化に伴い、信頼できる個体認証装置が強く求められるようになってきた。ここで述べる個体認証装置とは、少なくとも個体固有の情報（ＩＤ番号など）を格納する被認証装置と、その情報を読み出して個体の認証をする認証装置とからなる、個体認証の仕組みである。例えば、クレジットカードや携帯電話の場合、サービスを開始する前に、何らかのＩＤ情報に基づいてそのクレジットカードや携帯電話がどの個体であるか認証する必要がある。このような場合、ＩＤ情報そのものは、認証装置で読み出す必要があって秘密にできないため、ＩＤ情報が容易に複製可能だと、被認証装置の真贋性を保障することが困難となってしまう。すなわち、個体の真贋性を保証しつつ、複製が不可能な個体認装置が必要である。
【０００３】
このような背景から、ＬＳＩ上に集積したトランジスタの自然発生的な特性ばらつきを乱数的なＩＤ情報として利用する個体認証装置が提案されている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２、特許文献１参照）。
【０００４】
上記３つの公知技術では、トランジスタのしきい値が製造時に自然発生的ばらつくことを利用しており、そのしきい値情報をデジタル情報の１及び０に対応させることによって、個々の装置毎に固有のランダムな数値を設定している。より具体的には、所望の動作条件にて上記トランジスタを動作させた場合の電流値が、ある値以上であるかどうかを１及び０の情報として判別している。
【非特許文献１】K. Lofstrom et al, "IC Identification Circuit using Device Mismatch", Tech. Dig. ISSCC 2000, WP 22.6, pp 372 (2000).
【非特許文献２】S. Maeda et al, "An Artifical Fingerprint Device (AFD) Module using Poly-Si Thin Film Transistors with Logic LSI Compatible Process for Built-in Security", Tech. Dig. IEDM 2001, 34.5.1, pp759 (2001).
【特許文献１】特開２００１−７２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来技術では、１素子のトランジスタの特性が１または０に直接対応しているため、実際には複製が可能であるという問題があった。すなわち、内部の１か０の情報が直接出力されるか、または何らかの手段によって個々のトランジスタ特性を直接読み取ることができる場合には、それらのデジタル情報を直接複製することによって、外部から見ると全く同じ個体と認識されるような「なりすまし」装置を複製することが事実上可能である。デジタル情報の複製には、フラッシュメモリ等の汎用ＲＯＭが利用可能であり、技術的な障壁はそれほど高くない。
【０００６】
さらに従来技術では、個体中の情報そのものが識別に用いられるため、インターネット等を経由して認証を行おうとした場合など、データが途中で読み取られてしまう恐れがある場合に、「なりすまし」を防ぐためにはそのビット数を膨大にする他に防止手段が無い。これは、認証側での情報管理コストが非常に膨大になることを意味している。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、「なりすまし」を防止するとともに管理コストの上昇を可及的に防止することのできる被認証装置および個体認証装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による被認証装置は、連続した入力信号に対する出力信号の特性が製造時に自然発生的にばらつく被認証素子を少なくとも１個備え、前記被認証素子の前記特性を個体固有の情報とすることを特徴とする。
【０００９】
なお、前記被認証素子は複数であって、これらの複数の被認証素子がマトリクス状に配置されたアレイと、前記アレイの中から少なくとも１個の被認証素子を選択する選択回路とを備えるように構成してもよい。
【００１０】
なお、前記被認証素子は、ショットキーダイオード、単一電子トランジスタ、ショットキートランジスタ、ゲート付きショットキーダイオード、および絶縁膜トンネルダイオードのいずれか一つであってもよい。
【００１１】
また、本発明の個体認証装置は、上述の被認証装置と、前記被認証装置の前記被認証素子に可変な認証用信号を前記入力信号として入力し、前記被認証素子からの出力信号に基づいて前記被認証装置の個体認証を行う認証装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
なお、前記認証装置は、前記認証用信号は発生する信号発生回路と、前記前記被認証素子からの出力信号と参照信号とを比較する比較回路とを備え、前記比較回路の出力に基づいて前記被認証装置の個体認証を行ってもよい。
【００１３】
なお、前記認証装置は、前記被認証装置に前記被認証素子が複数ある場合に、複数の前記被認証素子の中から少なくとも１つの被認証素子を選択させるための信号を送って選択させ、この選択した被認証素子の出力信号に対する前記比較回路の出力に基づいて前記被認証装置の個体認証を行うユニットを備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、「なりすまし」を防止することができるとともに管理コストの上昇を可及的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態による個体認証装置を説明する前に、各実施形態に用いられる認証の原理について説明する。
【００１６】
本発明の各実施形態においては、個体認証にショットキーダイオードの電流−電圧特性を用いている。図２に、同一ウェハ上に作製した５７個のショットキーダイオードの電流−電圧特性を示す。図２から、これらのショットキーダイオードは、順バイアスが印加されたときの電流のばらつきは大きくないが、逆バイアスが印加されたときの電流のばらつきは大きいことがわかる。これらのショットキーダイオードの電流のばらつきは自然発生的なものである。次に、述べるように、ショットキーダイオードの濃度や接合のサイズを適切に選択することにより、自然発生的に大きな素子特性ばらつきを実現できる。このような自然発生的なばらつきを用いれば、個体認証の安全性を著しく向上できる。
【００１７】
ショットキーダイオードを個体認証に用いる場合、その効果を最大にするためには、接合面積と、半導体中の不純物濃度を適当に選ぶ必要がある。まず、接合面積については、特性のばらつきが接合面積が小さいほど大きくなるため、なるべく接合面積の小さな素子を用いるのがよいが、接合面積が小さくなると電流値も接合面積に比例して小さくなるので、認証システムの精度によって適当に選択する必要がある。特性のばらつきの程度は、不純物濃度にも大きな影響を受ける。その様子を図３に示す。図３は、半導体中の不純物濃度が異なるショットキーダイオードをそれぞれ複数個に作成し、これらのショットキーダイオードに順バイアスを印加した場合および逆バイアスを印加した場合にショットキーダイオードに流れる電流を測定し、電流のばらつきを正規化したグラフである。図３より、なるべくばらつきを大きくするには、濃度が１０１８ｃｍ−３程度のショットキーダイオードに負バイアスを印加するのが良いことがわかる。
【００１８】
次に、ショットキーダイオードの特性が、製造時に自然発生的に大きくばらつく原理について、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示す金属９０とｎ型半導体９２が接合された接合部を有するショットキーダイオードの電流特性は、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すエネルギーバンド図によって説明できる。図４（ｂ）はショットキーダイオードが熱平衡状態にあるときのエネルギーバンド図、図４（ｃ）はショットキーダイオードに順バイアスが印加された状態にあるときのエネルギーバンド図、図４（ｄ）はショットキーダイオードに逆バイアスが印加された状態にあるときのエネルギーバンド図である。図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）からわかるように，ショットキーダイオードにバイアスを加えると、順バイアスを印加した場合にはｎ型半導体９２から金属９０に熱電子が流れ（図４（ｃ）参照）、逆バイアスを印加した場合には金属９０からｎ型半導体９２にショットキー障壁を電子がトンネルすることで電流が流れる（図４（ｄ）参照）。すなわち、バイアスを加えることにより、キャリア（図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の例では電子）が矢印の向きにショットキー障壁をトンネルすることで電流が流れる。なお、本明細書中ではいわゆる熱電子放出とトンネル電流の区別はせずに、すべてトンネルと表記する。したがって、ショットキーダイオードを流れる電流は、ショットキー障壁をキャリアがトンネルするトンネル確率で決まる。このトンネル確率はショットキー障壁の厚みに非常に敏感である。
【００１９】
ショットキー障壁のミクロ的な厚みを界面の深さ方向に見た場合を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図５（ａ）は金属９０とｎ型半導体９２とが接合された接合部を有するショットキーダイオードの模式的な断面図であり、図４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）中の符号９３、９４で示めされた領域のショットキー障壁を示すエネルギーバンド図である。
【００２０】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）からわかるように、ショットキー障壁の厚みは均一ではない。すなわち、ショットキー障壁が形成する空乏層９２ａ中の不純物イオン９２ｂの界面９１までの距離は統計的にばらついている。このため、例えば、図４（ａ）中の領域９３と領域９４を比較すると、マクロ的な不純物濃度が同じでかつ同じバイアス条件下でも、不純物イオン９２ｂの界面９１までの距離が近い領域９３の方がトンネル確率が極めて大きくなる（図５（ｂ）、（ｃ）参照）。したがって、このような局所的な不純物の位置のバラツキそのものが電流−電圧特性に反映されるため、ショットキーダイオードの電流特性は製造時に自然発生的に大きくばらつくことになる。
【００２１】
ちなみに、この特性のばらつきは接合面積がある程度大きいと平均化されるため、実際には、最もばらつきを大きくするような接合面積と不純物濃度の関係が存在する。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による個体認証装置の構成を図１に示す。第１実施形態の個体認証装置は、認証装置１０と、被認証素子を有する被認証装置３０とを備えている。被認証装置３０は、被認証素子として例えばショットキーダイオードを備えている。認証装置１０は、被認証装置３０の被認証素子に可変な認証用信号５０を送り、この認証用信号５０に対して被認証素子から出力される出力信号６０に基づいて個体の認証を行う。被認証素子は認証用信号５０に対してその出力特性が自然発生的に個体ごとに異なる特性を有している。なお、本明細書では「可変な」認証用信号とは、その値を変更可能な認証用信号を意味している。
【００２３】
次に、本実施形態において、被認証素子を個体の認証にどのように用いるかを説明する。まず、入力される認証用信号５０に対して何らかの出力を示し、その出力特性が自然発生的に個体ごとに異なるような被認証素子の特性を予め測定しておく。認証時には、認証装置１０から送出される可変な認証用信号５０に対する被認証装置２０の応答特性から、その被認証装置が所望の個体であるかどうかを区別する。
【００２４】
ここで、本実施形態の特徴として、可変な認証用信号５０に対して連続的に変化する出力特性を有する素子を被認証装置３０の被認証素子として用い、さらに、認証時には個々の被認証装置３０の特性を区別することが可能な可変な認証用信号５０によってその特性を調べることで認証を行う。
【００２５】
従来技術では、出力特性に０または１のデジタル値を割り当てており、このために、素子特性を容易に複製することが可能となってしまっている。
【００２６】
本実施形態の場合、被認証装置３０の出力特性が認証用信号５０に対して連続的に変化するため、被認証装置３０の特性を複製するには、その特性全体を複製しなければならず、このことは非常に困難である。このため「なりすまし」を防止することができる。また、被認証素子として、その出力特性が自然発生的に個体ごとに異なる特性を有する素子、例えばショットキーダイオードを用いるため管理コストの上昇を可及的に防止することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による個体認証装置の構成を図６に示す。この実施形態の個体認証装置は、認証装置１０と、被認証素子３１としてショットキーダイオードを１個有する被認証装置３０とを備えている。認証装置１０は参照信号７０の参照電流に基づいて被認証装置３０に送出する可変な認証用信号５０を発生する認証用信号発生回路１２と、上記認証用信号５０に対する被認証装置３０からの出力信号６０を受け参照信号７０の参照電圧と比較することにより、判定信号８０を出力する比較回路１４とを備えている。被認証素子３１は認証用信号５０に対してその出力特性が自然発生的に個体ごとに異なる特性を有しており、その出力特性はアナログ特性となっている。
【００２８】
本実施形態においては、上記アナログ特性をデジタル化するために、認証用信号発生回路１２から出力される認証用信号５０として可変電流を用い、被認証素子３１から出力される出力信号６０として電圧信号を用いて、この出力信号６０を参照信号７０の可変の参照電圧とを比較回路１４において比較し、その違いをデジタルデータとしている。
【００２９】
次に、本実施形態の個体認証装置の認証方法を図７を参照して説明する。図７は本実施形態の個体認証装置の認証方法を説明するための図である。図７中には、電流に対する電圧の応答特性が異なる２つの第１および第２被認証素子の特性をそれぞれグラフｇ１およびｇ２で示してある。
【００３０】
いま、認証に用いる離散化した電圧値及び電流値をＶ１〜Ｖ４及びＩ１〜Ｉ４とする。これらの離散化した電流値および電圧値を符号化し、可変電流からなる認証用信号５０及び可変電圧からなる参照信号７０に対し、次のように、それぞれを２ビットのデジタルデータと対応させることにする。
【００３１】
可変電流：00 → Ｉ１，01 → Ｉ２，10 → Ｉ３，11 → Ｉ４
可変電圧：00 → Ｖ１，01 → Ｖ２，10 → Ｖ３，11 → Ｖ４
また、比較回路１４では、被認証素子３１からの出力信号６０の値である電圧値が参照信号７０の値である電圧値を上回った場合に判定信号としてデジタル信号1が出力され、下回った場合にはデジタル信号「0」が出力されることにする。
【００３２】
例として、認証信号発生回路１２から第１および第２被認証素子にデジタル信号00に相当する電流Ｉ１が入力された場合は、第１および第２被認証素子にはＩ１の電流が流れ、第１被認証素子からＶ２より高い電圧が、第２被認証素子からＶ２より低い電圧が出力される（図７のグラフｇ１、ｇ２参照）。ここでもし、参照信号の参照電圧としてデジタル信号01に相当する電圧Ｖ２が比較回路１４に送られると、第１被認証素子の場合には判定信号「0」が、第２被認証素子の場合には判定信号「0」が出力されることになる。
【００３３】
したがって、これら認証用信号５０と出力信号６０の組み合わせをあらかじめ記録しておくことで、第１被認証素子と第２被認証素子を区別することができる。
【００３４】
本実施形態の個体認証装置において、可変電流入力、可変電圧入力の順で一組の入力デジタル信号とした場合、第１および第２被認証素子に対して出力される判定信号を並べて書くと、
(1) 0000 → 1  1，   (2) 0100 → 1  1，   (3) 1000 → 1  1，   (4) 1100 → 1  1
(5) 0001 → 1  0，   (6) 0101 → 1  ?，   (7) 1001 → 1  1，   (8) 1101 → 1  1
(9) 0010 → 0  0，  (10) 0110 → ?  0，  (11) 1010 → 1  0，  (12) 1110 → 1  0
(13) 0011 → 0  0，  (14) 0111 → 0  0，  (15) 1011 → 0  0，  (16) 1111 → 1  0
となる。ただし、比較回路１４も信頼できる判定できる電圧範囲に限界があるため、判定不能の場合は ? とした。
【００３５】
従って、括弧内に記した順に書くと、第１および第２被認証素子は
第１被認証素子: 111111110?110001
第２被認証素子: 11110?1100000000
という固有のデジタル情報、すなわちＩＤ番号を持つことになる。なお、認証時にこのＩＤ番号すべてに関して照合を行う必要は無く、個体の識別に十分な情報のみで認証を行えばよい。
【００３６】
ここで重要なのは、従来技術では１ビットしか情報を割り当てられない１つの素子に対し、本実施形態では多くのデジタル情報を被認証素子に持たせられること、このデジタル情報の複製が本質的に困難であることである。上記の素子特性、すなわちＩＤ番号は、通常のデジタル情報と同様に処理することが可能であるが、認証の間、被認証素子はアナログ入力信号に対してアナログ的に応答しているだけである。したがって、本実施形態による被認証素子は、たった１素子の情報を複製しようとするだけでも、所望の電流・電圧ステップに対するダイオードの電流−電圧特性全体を複製する必要がある。このため、個々の被認証素子の特性が自然発生的にばらついている場合には、その複製は極めて困難となり、さらに、認証に用いる電流・電圧のステップ数を増やしたり、後で述べるように、素子数を増やすなどの工夫をすれば、読み出しは可能でも、事実上複製が不可能なデジタル情報に基づく個体認証を実現できる。
【００３７】
なお、第２実施形態で被認証素子３１を認証する場合、電流・電圧ステップには様々な選び方があるが、その選び方によってＩＤ番号の認証効果に違いが生じるため、被認証装置３０の特性や用途に応じて適当に選ぶ必要がある。例えば、図７に示す場合、あまりに小さい入力電流を選ぶと、ほとんどの被認証素子に対して判定出力が「0」になってしまう。
【００３８】
このような不都合を回避するには、電流・電圧のステップを自由に選択できる可変電流源・可変電圧源を使用するのが良く、電流・電圧のステップを認証の度に任意に選んで行うようにすると、ＩＤ番号の乱雑さを改善できて都合が良い。
【００３９】
また、図８に示すように、ステップそのものを乱雑に設定することによってもＩＤ番号の乱雑さを向上させることができる。
【００４０】
さらに、対象となる被認証装置が決まっている場合には、図９に示すように、その特性をトレースするような選び方もできる。
【００４１】
次に、本実施形態の個体認証装置の具体的な回路図を図１０に示す。この具体例においては、認証用信号発生回路１２はバイポーラトランジスタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有するカレントミラー回路からなっており、比較回路１４は抵抗１４ａ、１４ｃおよびコンパレータ１４ｂを備えた電圧コンパレータ回路からなっている。なお、カレントミラー回路と電圧コンパレータ回路との間にはショットキーダイオード３１の出力電圧を得るための抵抗１６が設けられている。適切な参照電流および参照電圧を参照信号７０として認証用信号発生回路１２および比較回路１４にそれぞれ与えて、そのときの判定信号８０によって判定する。
【００４２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による個体認証装置の構成を図１１に示す。この実施形態の個体認証装置は、認証装置１０と、複数の被認証素子を有する被認証装置３０とを備えている。認証装置１０は、認証用信号発生回路１２と、比較回路１４と、演算装置１５と、参照信号発生回路１７とを備えている。演算装置１５は認証時に、被認証装置３０の複数の被認証素子のうちの少なくとも１つの被認証素子を指定する素子指定信号５２を被認証装置３０に、認証用信号発生回路１２から発生される認証用信号を指定する認証用信号指定信号５５を認証用信号発生回路１２に、参照信号発生回路１７から発生される参照信号を指定する参照信号指定信号を７５を参照信号発生回路１７にそれぞれ送出する。
【００４３】
被認証装置３０は、被認証素子としてショットキーダイオードがマトリクス状に配列されたダイオードアレイ３２と、素子指定信号５２から得られる行アドレス信号をデコードしてマトリクスの一つの行を選択する行デコーダ３４と、素子指定信号５２から得られる列アドレス信号をデコードしてマトリクスの一つの列を選択する列デコーダ３６と、を備えている。なお、被認証装置３０には、素子指定信号５２から行アドレス信号および列アドレス信号を得るための図示しないデコーダが含まれている。この被認証装置３０の一具体例の回路を図１２に示す。ダイオードアレイ３２は、マトリクス状に配列されたショットキーダイオード３１からなり、行デコーダ３４は複数の行選択トランジスタ３５を有し、列デコーダ３６は複数の列選択トランジスタ３７を備えている。行アドレス信号が行デコーダ３４によってデコードされることによって、一つの行選択トランジスタ３５が選択されてＯＮし、列アドレス信号が列デコーダ３６によってデコードされることによって、一つの列選択トランジスタ３７が選択されてＯＮし、選択された行選択トランジスタ３５に接続された行と選択された列選択トランジスタ３７に接続された列との交差する領域近傍に配置されたショットキーダイオード３１が選択されることになる。このとき、認証信号発生回路１２から選択されたショットキーダイオード３１に認証用信号５０である可変電流を流し、ショットキーダイオード３１の出力信号６０である電圧と、参照信号７０の参照電圧とを比較回路１４において比較する。その比較結果に応じた判定信号８０が比較回路１４から演算装置１５に送られ、選択された被認証素子の個体認証が行われる。
【００４４】
本実施形態のように、被認証装置３０に含まれる被認証素子３１の数を複数個にすることにより、より信頼性の高い個体認証が可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態においては、判定信号８０に基づいて演算装置１５によって被認証素子３１の個体認証を行っていたが、演算装置１５は省略することもできる。
【００４６】
（第３実施形態の第１変形例）
第３実施形態において、複数の被認証素子を自由に選択できる場合、複数の素子の特性を合わせた特性を認証に用いることもできる。例えば、第３実施形態において、複数の被認証素子３１を同時に指定して認証用信号を入力すると、複数の被認証素子３１の特性が合わさった出力信号が得られる。個々の被認証素子３１の特性はばらついているので、複数の被認証素子３１から出力される出力信号の特性は素子指定信号に依存してばらつく。複数の被認証素子３１から出力される出力信号も固有のＩＤ番号として用いることができる。
【００４７】
（第３実施形態の第２変形例）
図１１、１２に示す第３実施形態のように複数個の被認証素子を用いると、１個の被認証素子に複数ビットの情報を持たせることができるので、例えば次のような認証手順を用いることで、転送されるデータは完全にデジタルであるにもかかわらず「なりすまし」が事実上不可能である非常に信頼性の高い個体認証システムを実現できる。
【００４８】
ステップ１．認証に用いるビット数を決める。
【００４９】
ステップ２．認証装置１０側から、アドレスや認証用信号の指定などを含んだ種認証用信号を与える。
【００５０】
ステップ３．被認証装置３０側で、与えられた認証用情報に対する判定信号が出力される。
【００５１】
ステップ４．被認証装置側で、判定信号と認証用信号情報を使って次の認証用信号情報を自動構成する。
【００５２】
ステップ５．ステップ１で決めたビット数だけステップ３，４の手順を繰り返す。
【００５３】
上記手順において、認証装置１０が入力するのは種認証用信号だけであり、それに対して被認証装置３０から決められたビット数の出力信号が得られる。種認証用信号に対する出力信号はランダムなビット列であり、種認証用信号のみから出力信号を類推できるのは、被認証装置３０中の全情報をもつ認証装置１０だけである。
【００５４】
したがって、この認証システムが運用された場合、もし「なりすまし」をしようとすれば、考えられうるすべての種認証用信号に対する出力信号を記憶するか、被認証装置３０内の情報を読み取るか、認証装置１０内に格納された被認証装置３０内の情報を盗み出すしかなく、これらいずれに対しても防止策を設けることができる。
【００５５】
しかも、種認証用信号と出力信号のいずれもデジタルデータとして取り扱うことができるため、そのやり取りは極めて容易である。例えば、インターネットを経由した認証などにもセキュリティーを損なわずに適用できる。
【００５６】
具体的には例えば次のような実施形態がある。
【００５７】
被認証素子３１が１５×１５のアレイ状であるとし、認証用信号発生回路１２に４ビットのデジタルデータを与えると任意の認証用信号が入力されるものとする。種認証用信号のフォーマットを次のように決めておく。
【００５８】
＜列アドレス：４ビット＞＜行アドレス：４ビット＞＜入力信号情報：４ビット＞
例えば、種入力信号として、
1101 1010 1100
を与えたとすると、被認証装置３０中の１３列目・１０行目の被認証素子３１の認証用信号1100に対する判定信号が最初の出力となる。例えばこれが0だったとする。
【００５９】
ここで、はじめの認証用信号の最終ビットに先の判定信号をつなげて、最初のビットを削除する、ビットシフト操作を行うと、
1011 0101 1000
が新しい被認証用信号となる。そこで、これに対してまた判定信号を得て上述の操作を繰り返すような形態が考えられる。
【００６０】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による個体認証装置の構成を図１３に示す。この実施形態の個体認証装置は、認証装置１０と、被認証装置３０とを備えている。被認証装置３０は、第１の被認証ユニット３０ａと、第２の被認証ユニット３０ｂとを備えている。第１の被認証ユニット３０ａは、被認証素子として複数のショットキーダイオードがマトリクス状に配列されたダイオードアレイ３２ａと、素子指定信号５２ａから得られる行アドレス信号をデコードしてマトリクスの一つの行を選択する行デコーダ３４ａと、素子指定信号５２ａから得られる列アドレス信号をデコードしてマトリクスの一つの列を選択する列デコーダ３６ａと、を備えている。第２の被認証ユニット３０ｂは、被認証素子として複数のショットキーダイオードがマトリクス状に配列されたダイオードアレイ３２ｂと、素子指定信号５２ｂから得られる行アドレス信号をデコードしてマトリクスの一つの行を選択する行デコーダ３４ｂと、素子指定信号５２ｂから得られる列アドレス信号をデコードしてマトリクスの一つの列を選択する列デコーダ３６ｂと、を備えている。
【００６１】
認証装置１０は、認証用信号発生回路１２ａ、１２ｂと、比較回路１４と、演算装置１５とを備えている。演算装置１５は、素子指定信号５２ａを第１の被認証ユニット３０ａに、素子指定信号５２ｂを第２の被認証ユニット３０ｂに、認証信号指定信号５５ａを認証用信号発生回路１２ａに、認証信号指定信号５５ｂを認証用信号発生回路１２ｂにそれぞれ送出する。認証用信号発生回路１２ａは、第１の被認証ユニット３０ａに認証用信号５０ａを送出する。認証用信号発生回路１２ｂは、第２の被認証ユニット３０ｂに認証用信号５０ｂを送出する。比較回路１４は、第１および第２の被認証ユニット３０ａ、３０ｂからの出力信号６０ａ、６０ｂに基づいて判定し、判定信号８０を演算装置１５に送出する。
【００６２】
本実施形態では，認証装置側１０が入力した素子選択信号５２ａ、５２ｂおよび認証用信号５０ａ、５０ｂに対する任意の２個の被認証素子の出力信号のうちどちらが大きいかを比較回路１４で判定し，その結果を出力する．このような構成にすると、出力信号をデジタル信号にできるため、入力信号の精度だけを気にすれば、安定な運用が期待できるなどのメリットがある。
【００６３】
なお、第１乃至第４実施形態においては、認証用信号に対する出力信号を直接参照信号と比較していたが、使用温度によって被認証素子の特性が変化する場合や、参照信号発生回路などを被認証素子と混載したい場合など、参照信号の制御が難しい場合もある。そのような場合には、参照信号を別の被認証素子の出力信号とするのが容易である。
【００６４】
例えば、ショットキーダイオードの場合、入力信号を電圧Ｖ、出力信号を電流Ｉとすると、電流Ｉは
Ｉ＝Ａ×ｅｘｐ｛−（ｑＶ）／（ｋＴ）｝
と表される。ここで、Ａは素子ごとにばらつく定数，ｑは素電荷，ｋはボルツマン定数，Ｔは温度を示す。
【００６５】
したがって、温度が変化した場合に参照電圧もそれに応じて変えないと、判定信号が予想と違ったものとなってしまう。しかし、第４実施形態のように、２つの素子の出力を比較するようにすれば２つの出力の大小関係は温度によらないため、そのような問題は生じない。
【００６６】
上述の第１乃至第４実施形態の個体認証装置を応用することにより、変換したデータを、変換を行った個体でしか元に戻せないようなデータ変換素子が実現できる。例えば、何らかの種入力に対して出力信号を得ると、これは個体固有のランダムなビット列であるから、これを外部から知る手段は無い。従って、この情報を使って、対象となるデータを可逆変換してしまえば、そのデータをもとにもどすことができるのは、変換を行った個体だけである。もちろん、あらかじめその装置内の情報を読み出しておけば、その情報からもとのデータが再変換できる。
【００６７】
（被認証素子としてショットキーダイオードを用いることのメリット）
上述の実施形態においては、被認証素子としてショットキーダイオードを用いているが、このショットキーダイオードを用いると、下記の利点がある。
【００６８】
ａ）従来技術に用いられている素子と比べて特性のバラツキが極めて大きく、被認証素子として都合が良い。
【００６９】
ｂ）従来技術と異なり、ＭＯＳ構造を含まないため、絶縁膜破壊やＢＴストレスによる特性劣化、ホットキャリア等による特性の経時変化がなく、安価かつ安定なシステムが構築できる。
【００７０】
ｃ）特性の使用温度依存性が非常に小さいため、耐環境安定性が非常に高く、安価かつ安定なシステムが構築できる。
【００７１】
特に上記２番目の利点は重要であり、例えばＢＴストレスによる特性劣化は、ＭＯＳ構造を含んだ被認証素子の場合に不可避な特性の経時変化である。したがって、従来技術の場合、このような特性の経時変化を考慮に入れたシステム構築及び運用が必要不可欠となり、トータルの運用コストの増大を招く。そこで、ショットキーダイオードを被認証素子として用いれば、ＭＯＳ構造を含まないため、そのような経時変化はほとんど考慮する必要が無くなる。
【００７２】
ＭＯＳ構造を含まない被認証素子として、例えば、特開２００１−７２９０号公報に開示されているように、多結晶構造を含むダイオード素子、及びキャパシタを用いた例があるが、これらはいずれも、バルクの伝導率及び容量の特性バラツキを取り出すため、界面での特性バラツキを取り出すショットキーダイオードと比べると極めてそのバラツキ幅が小さい。また、バラツキを大きくしようとしたり、集積度を上げようとして素子のサイズを小さくする場合も、結晶粒径以下にはできないという欠点がある。
【００７３】
（ショットキーダイオード以外の被認証素子の例）
上記第１乃至第４実施形態では，被認証素子としてショットキーダイオードを用いているが，製造時に自然発生的に特性がばらつく素子であれば何を用いても良い。例えば、単一電子トランジスタ（ＳＥＴ），ショットキートランジスタ，ゲート付きショットキーダイオード、絶縁膜トンネルダイオードなどの特性を利用することが考えられる。もちろん、従来技術で用いられているような，ゲート長が短いトランジスタや，ＴＦＴトランジスタも同様に被認証素子として用いることができる．
なお、上記第１乃至第４実施形態の被認証装置として、被認証素子等が埋め込まれたカードの形態で実現してもよい。
【００７４】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、ショットキーダイオードの特性ばらつきを自然発生的な応答特性として利用するので、従来技術と比べて応答特性の乱雑さを著しく向上させることができ、ばらつきを検出するための回路が複雑化することがない。また、ショットキーダイオードの作製には、通常の半導体装置の作製プロセスを用いることができるため、従来技術と比べるとコストの増加は全く無いといってよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態による個体認証装置の構成を示すブロック図。
【図２】ショットキーダイオードのバイアスに対する電流のバラツキを示すグラフ。
【図３】ショットキーダイオードの不純物濃度に対する電流のバラツキを示すグラフ。
【図４】ショットキーダイオードの特性が製造時に自然発生的にばらつく原理を説明する図。
【図５】ショットキー障壁のミクロ的な厚みを説明する図。
【図６】本発明の第２実施形態による個体認証装置の構成を示すブロック図。
【図７】第２実施形態による個体認証装置の認証方法を説明するショットキーダイオードの電流電圧特性を示す図。
【図８】図７に示す電流・電圧のステップと異なる電流・電圧のステップを用いた場合の個体認第２実施形態の個体認証装置の認証方法を説明する図。
【図９】第２実施形態による個体認証装置の他の認証方法を説明する図。
【図１０】第２実施形態による個体認証装置の一具体例の構成を示す回路図。
【図１１】本発明の第３実施形態による個体認証装置の構成を示すブロック図。
【図１２】第３実施形態による個体認証装置の被認証装置の一具体例の構成を示す図。
【図１３】本発明の第４実施形態による個体認証装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７６】
１０  認証装置
１２  認証用信号発生回路
１４  比較回路
３０  被認証装置
３１  被認証素子
【図１】
2006221361.tif 000003
【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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