(57)【要約】  真性乱数生成器（２．．２”’）を具えた集積回路（１．．１”’，1a．．1c）であり、該真性乱数生成器は真性乱数（８）を生成するために少なくとも一つの物理的クローン化不能機能（３．．３“‘，３a、３a’）を具える。従って、一群の装置の各装置に固有の真性乱数生成器を設けることができるため、前記一群の装置が同じ環境状態にあるときでも各装置にそれぞれ異なる真性乱数が与えられる。このような乱数生成器（２，．．２”’）はスマートカードの一部並びにニアフィールド通信用モジュールの一部とすることができる。図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真性乱数生成器を具えた集積回路であって、該真性乱数生成器は真性乱数を生成するために少なくとも１つの不安定な物理的クローン化不能機能を具えることを特徴とする集積回路。
【請求項２】
前記集積回路は前記物理的クローン化不能機能の物理的特性を測定する手段を具えることを特徴とする請求項１記載の集積回路。
【請求項３】
前記集積回路は、前記物理的クローン化不能機能と接続された、前記物理的クローン化不能機能を入力信号でチャレンジするための信号発生器を具えることを特徴とする請求項１記載の集積回路。
【請求項４】
前記集積回路は、前記物理的クローン化不能機能と協働する擬似乱数生成器を具え、前記物理的クローン化不能機能の出力信号または前記測定手段により測定された値が前記擬似乱数生成器のための種となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の集積回路。
【請求項５】
前記物理的クローン化不能機能は２つの電極間に配置された多孔性誘電体材料で実現されていることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の集積回路。
【請求項６】
前記物理的クローン化不能機能は感光性半導体材料で実現されていることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の集積回路。
【請求項７】
前記物理的クローン化不能機能は温度に依存する電気抵抗値を有する金属で実現されていることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の集積回路。
【請求項８】
前記測定手段は前記物理的クローン化不能機能のインダクタンス及び／又はキャパシタンスを測定するように構成されていることを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の集積回路。
【請求項９】
前記物理的クローン化不能機能は少なくとも１つの電気回路で実現され、前記測定手段は前記少なくとも１つの電気回路の信号のランタイム遅延を測定するよう構成されていることを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の集積回路。
【請求項１０】
前記信号発生器は、前記物理的クローン化不能機能の入力信号として作用する第１の機械的振動を供給して前記物理的クローン化不能機能の出力信号として第２の機械的振動を生じさせるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の集積回路。
【請求項１１】
乱数を生成するために集積回路に埋め込まれた不安定な物理的クローン化不能機能の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真性乱数生成器を備えた集積回路に関する。本発明は更に乱数生成のために物理的にクローン化不能な機能（physically uncloneable function）の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２００４／０５１４５８号明細書に、頭書に記載の集積回路が記載されている。この文献の記載によれば、真性乱数は、第１の周波数で動作するマイクロプロセッサと、ビットを発生するカウンタと、ビットをスクランブルするシフタと、前記カウンタと協働する第１の発振器と、前記シフタと協働する第２の発振器とによって生成され、第1および第２の発振器はランダム信号を生成するためにディジタル入力信号に基づいて周波数摂動を提供する。このランダム信号をサンプリングし、単一ランダムビットを得るために使用される。これらのビットが収集され、少なくとも8個のランダムビットが収集された後にユニットはランダムバイトを要求できる。この方法の欠点は、通常新しいランダムビットの取り出しが可能になる前に多数のＣＰＵクロックを要する点にある。従って、（例えば暗号化処理のブラインド化のために）多量のランダムビットを使用する場合には、アルゴリズムの実行時間が乱数生成器の速度により制限される。この実現例の他の欠点は、入力信号を生成する回路がハードウエアのアクティブ部分であるため、この回路を乱数がもはやランダムでなくなるように攻撃できる点にある。こうして暗号化アルゴリズムのブラインド化を破ることができる。これを避けるためには、乱数生成器のランダム性試験を常に実行する必要がある。これらの試験は長時間を要するため、暗号化アルゴリズムをスローダウンする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上述した欠点を回避した、頭書に記載の集積回路および物理的クローン化不能機能の使用を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は本発明による装置により達成され、本発明による装置の特徴は、真性乱数生成器を具えた集積回路であって、該真性乱数生成器は真性乱数を生成するために少なくとも１つの不安定な物理的クローン化不能機能を具えることにある。
【０００５】
上述の目的は、本発明による物理的クローン化不能機能の使用により達成され、この発明の特徴は、集積回路に埋め込まれた不安定な物理的クローン化不能機能を乱数生成のために使用することにある。
【０００６】
本発明の特徴によれば、乱数が能動回路によらずに不安定な物理的クローン化不能機能によって生成されるために時間とメモリを要する試験を乱数生成器で実行する必要がないため、真性乱数を極めて効率的に生成できる利点が得られる。ここで、「不安定」とは、物理的クローン化不能機能がその特性を、温度、湿度、電磁界などのような環境影響またはエージングの結果として予測不能に変化することを意味する。従って、乱数の生成は偶発的過程に基づくことになり、攻撃者が操ることは極めて困難である。
【０００７】
物理的クローン化不能機能は一般に従来よく知られている。一例がＷＯ０３／０４６９８６に開示され、これには、パッシベーション層内にセキュリティ素子を具える半導体装置が記載されている。パッシベーション構造は回路に亘って横方向に予測不能に変化する実効誘電率を有し、これにより前記半導体装置の認証検証を可能にしている。種々の回路が種々の物理的クローン化不能機能を有するが、同定プロシージャにより常に一義的な結果を得るためには、１つの回路上の物理的クローン化不能機能は時間とともに変化してはならない。
【０００８】
上述した物理的クローン化不能機能の使用の他の例がＵＳ２００３／０２０４７４３に開示され、これには、共通の設計でありしかも各装置に固有の測定可能な特性をそれぞれ有する一群の装置が記載されている。ここでも、物理的クローン化不能機能を認証に使用している。従って、前記特性の時間的変化は上述の理由のために抑制する必要がある。
【０００９】
最後に、ＵＳ６，７１１，３４２には、干渉計を含む光学式乱数生成器が開示されている。光干渉計は周囲の温度変化に依存する無秩序出力を有する。実際上、この文献は真性乱数生成器に関するが、干渉計のサイズのために干渉計を電子回路に集積できない。従って、このような乱数生成器はスマートカードまたは例えば携帯電話のような他の装置に適用できない。更に、ＵＳ６，７１１，３４２は、一群の装置の各装置が異なる乱数生成器を有する方式については記載がない。
【００１０】
これに反して、本発明は、一群の装置の各装置が異なる装置に対して自然に予測不能に変化する物理的クローン化不能機能を含む方式を提供する。これにより、各装置は各自固有の物理的クローン化不能機能を有し、従来技術に反して、その上指定され、同じチャレンジが入力されたときでも時間とともに変化する出力信号を出力する。従って、前記一群の各装置に固有の真性乱数生成器が設けられるため、前記一群の装置が同じ環境状態にあるときでも各装置にそれぞれ異なる真性乱数が与えられる。このように、例えば乱数が重要な役割を果たす暗号化処理に対するセキュリティが著しく増強される。本発明の実際の例は、スマートカード上の乱数生成器並びに現在では携帯電話、ＰＤＡなどのような種々の装置の一部であるニアフィールド通信用のモジュール内の乱数生成器である。当業者であれば他の応用を多大の努力を要することなく本発明の範囲から逸脱することなく想到できることは容易に想像される。
【００１１】
本発明の有利な実施例では、前記集積回路は物理的クローン化不能機能の物理的特性を測定する手段を具える。この実施例は、乱数を前記物理的特性の測定された物理値の変化に基づいて極めて簡単に安全な方法で生成できる利点を提供する。
【００１２】
本発明の他の有利な実施例では、前記集積回路は、前記物理的クローン化不能機能と接続された、前記物理的クローン化不能機能を入力信号でチャレンジするための信号発生器を具える。この実施例は、乱数を前記物理的非クローン機能からのレスポンスに基づいて極めて簡単に安全な方法で生成する利点を提供する。
【００１３】
前記集積回路は、前記物理的クローン化不能機能と協働する擬似乱数生成器を具え、前記物理的クローン化不能機能の出力信号または前記測定手段により測定された値が前記擬似乱数生成器のための種となるように構成すれば、温度、湿度等のような環境影響がゆっくり変化する場合に、極めて容易に安全な方法で乱数を生成できる利点が得られる。
【００１４】
本発明の他の有利な実施例では、前記物理的クローン化不能機能を２つの電極間に配置された多孔性誘電体材料によって実現する。この実施例によれば、乱数の生成が湿度の変化に基づくために、乱数を極めて効率的に生成できる利点が達成される。
【００１５】
前記物理的クローン化不能機能を感光性半導体材料で実現すると、乱数の生成を極めて急速に実行できる利点が達成される。
【００１６】
しかし、前記物理的クローン化不能機能を温度に依存する電気抵抗値を有する金属で実現すると特に有利であることが確かめられた。この金属は温度に対して高い感度を達成する。
【００１７】
本発明の他の実施例では、前記測定手段は前記物理的クローン化不能機能のインダクタンス及び／又はキャパシタンスを測定するように構成する。この実施例は、前記測定手段を集積回路に容易に集積できる利点をもたらす。
【００１８】
前記物理的クローン化不能機能を少なくとも１つの電気回路で実現し、前記測定手段を前記少なくとも１つの電気回路の信号のランタイム遅延を測定するよう構成すると、真性乱数生成器を慣例の集積回路設計技術を用いて極めて容易に実現できる利点が達成される。
【００１９】
本願発明の他の実施例では、前記信号発生器は、前記物理的クローン化不能機能の入力信号として作用する第１の機械的振動を供給して前記物理的クローン化不能機能の出力信号として第２の機械的振動を生じさせるようにする。この実施例は、温度変化に極めて敏感であるため、乱数の生成を極めて高速に実行できる利点をもたらす。
【００２０】
本発明の上記の特徴および他の特徴は以下に記載する種々の実施例の説明から明らかになる。
【００２１】
以下に本発明を実施例について詳細に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図は略図であって、一定の比率で描かれてなく、種々の図中の参照番号は対応する要素を示す。当業者に明らかなように、本発明のコンセプトから逸脱することなく本発明の種々の代替等価実施例が可能であり、本発明の範囲は特許請求の範囲でのみ限定される。
【００２３】
図１は本発明による集積回路１を示す。以下では、集積回路の代わりに略語「ＩＣ」を用いる。ＩＣ１は、不安定な物理的クローン化不能機能３を有する真性乱数生成器２（以後「ＴＲＮＧ(true random number generator)」という）を具える。
【００２４】
物理的クローン化不能機能（以後ＰＵＦ(physically uncloneable function)と略記する）は、一般にチャレンジをレスポンスにマッピングする機能と定義され、ＩＣ１のような物理的装置で具体化され、以下の特性を検証する。ＰＵＦは評価することは容易であるが特徴付けることは難しい。
【００２５】
評価することは容易とは、ＩＣ１はＰＵＦ３を短時間に容易に評価できることを意味する。
【００２６】
特徴付けることは難しいとは、もはや物理的装置を持たず、有限量のリソース（時間、事項など）しか使用できない攻撃者は、多数のもっともらしい物理的測定（特に選択されたチャレンジ−レスポンスペアの決定）から、ランダムに選択されたチャレンジに対するレスポンスに関するごく少量の情報を抽出できるのみであることを意味する。
【００２７】
ＰＵＦ３は、物理的特性、正確には、インダクタンス、キャパシタンス又は信号のランタイム遅延のような物理的パラメータにより特徴付けられる。ＰＵＦ３の不安定性のために、そのインダクタンス、キャパシタンスのようなＰＵＦ３を特徴付ける物理的特性またはパラメータは時間の経過中に予測不能にその値を変化する。
【００２８】
更に、本願発明の一好適実施例によれば、ＰＵＦ３は「制御されている」。これは、ＰＵＦ３に分離不能な方法、例えば集積回路に埋め込まれたハードウエアまたはソフトウエアで実現されるアルゴリズムによって物理的に結合された１つ以上のアクセス手段、例えばＰＵＦ３の物理的パラメータの変化を測定する手段４を介してアクセスできるのみであることを意味する。従って、このアクセス手段を迂回する如何なる試みもＰＵＦ３の破壊を引き起こす。特に、このアクセス手段はＰＵＦ３に付与されるチャレンジを限定できるとともに、外部へ付与されるレスポンスに関する情報を限定できる。
【００２９】
ＰＵＦ３は製造プロセスの制御を超える特性を利用するので、一般に製造業者耐性であるため、ＰＵＦ３は十分な多大な努力をもってしてもコピーできない。従って、同じタイプの２つの同一のＰＵＦ３を生成することは本質的に技術的に不可能である。
【００３０】
ＰＵＦ３を特徴付ける物理的パラメータの値はＰＵＦ３に物理的に接続された測定手段４により収集される。本発明の好適実施例では、ＰＵＦ３のインピーダンスを測定する。以後、語「インピーダンス」は一般にキャパシタンスおよびインダクタンスについて使用する。
【００３１】
一般に、測定手段４の実現は測定すべき特定のタイプのインダクタンスに依存する。インピーダンスは、最新技術から知られているように、例えば従来の回路で測定できる。
【００３２】
好適実施例では、測定手段４は発振器とバイナリカウンタとを具える。発振器によって、ＰＵＦ３のインピーダンスの虚数部を測定でき、インピーダンスの前記部分に依存する周波数を有する信号を生じる。この実現の利点は発振器およびバイナリカウンタのような標準の構成要素の使用にある。これらの要素は通常ＩＣ１内に存在し、測定手段４として応用できる。
【００３３】
他の実施例では、ＰＵＦ３のインピーダンスは、最新技術から知られているように、ＩＣ１内で発生された既知の周波数および振幅の方形波をＰＵＦ３に供給することによって測定することができる。次に、計算されたその実際の値５をＩＣ１内のＡ／Ｄ変換器６により値７にディジタル化する。この値７を以下では「測定値７」として示す。
【００３４】
測定値７は、時間の経過中にＰＵＦ３のインピーダンスの変化を生じさせる統計的環境影響に依存するため、真性乱数である。
【００３５】
測定値７はランダムビットに対応する。観察されるＰＵＦ３のパラメータが極めて急速に変化する場合、いくつかの測定値７をレジスタまたはシフトレジスタのような収集手段９により収集することにより乱数８を生成する。従って８つの測定値７を収集することにより、乱数８の１ランダムバイトを生成できる。ＴＲＮＧ２は、基礎的な物理的ランダムプロセス、即ち環境影響により生じたＰＵＦ３のパラメータの値の変化に基づいて乱数８を出力する。
【００３６】
ＴＲＮＧ２’を有するＩＣ１’を具える本発明の他の実施例を図２に示す。本例では、ＰＵＦ３のパラメータの変化を直接測定する代わりに、入力信号１０（定数又は変数）をＰＵＦ３に供給する。ＰＵＦ３の入力信号１０はＩＣ１’の真性乱数生成器２’内に埋め込まれた信号発生器１１により発生される。入力信号１０は、例えば信号発生器１１からの乱数としても、ループバックしてＰＵＦ３にランダムチャレンジとして供給する乱数８としてもよい（図２にはループバックは示されていない）。ＰＵＦ３のシステムレスポンス（出力信号１２）は環境影響により生じたパラメータ値の変化に予測不能に依存し、従ってランダムである。図２に示す実施例では、出力信号１２は乱数を構成する。図１に示す実施例の場合と同様に、出力信号１２はＡ/Ｄ変換器６によりディジタル化される。ディジタル化された信号１３は収集手段９により収集され乱数８を生成する。
【００３７】
図３に示すＴＲＮＧ２”を有するＩＣ１”を具える本発明の他の実施例では、ＰＵＦ３のパラメータの測定値７が、同じくＩＣ１”内に埋め込まれている擬似乱数生成器１４（以後ＰＲＮＧ１４と略記する）のための種として作用する。この実施例は、ＰＵＦ３が環境変化に十分に敏感でなく真に高速の乱数８を与えることができない場合に特に有利である。計算された値５が測定手段４から読み出され、次いでＡ/Ｄ変換器６によりディジタル化される。Ａ/Ｄ変換器６の出力の測定値７は次に収集手段９により収集される。得られた値１５は次に乱数８の生成のためにＰＲＮＧ１４で使用される。ＰＲＮＧ１４は、当業者に既知のアルゴリズムを具え、このアルゴリズムが１つまたは数個の得られた値５で初期化される。このアルゴリズムはＰＵＦ３により供給された入力シーケンスよりはるかに長い出力シーケンスを生成する。この計算の基となる値１５は真性乱数であるため、ＰＲＮＧ１４の出力シーケンス、即ち乱数８も乱数になる。値１５で初期化された後、ＰＲＮＧ１４の内部状態は生成すべき次のビットを完全に決定する。従って、同じ種値１５が与えられると、ＰＲＮＧ１４は常に同じ出力シーケンスを発生する。種１５は統計的で予測不能な環境影響により決まるので、種値１５は常にランダムであり、従って、既に述べたように、ＰＲＮＧ１４の出力シーケンス、即ち乱数８は予測できない。
【００３８】
図１および３の実施例は互いに独立に、あるいは、互いに組み合わせて実現することができる。後者の場合には、ＩＣ１”は、乱数８を生成するためにＰＵＦ３の測定されディジタル化された信号７を直接使用するか、ＰＲＮＧ１４のための種として使用するかを決定する決定手段を具えることができる。この決定手段は、例えば個別に構成されたプロセッサにより実現することができる。
【００３９】
図４に示す実施例では、ＩＣ１”’のＰＵＦ３に信号発生器１１により発生された信号１０が供給される。環境影響により生じるＰＵＦ３の変化のために、図２につき既に上で述べたように、信号１０は予測不能に出力信号２に変換される。同様に、信号発生器１１からの乱数のみならず、ループバックされる乱数８も入力信号１０としてもよい。ＰＵＦ３が環境変化に急速に反応しない場合、出力信号１２も急速に変化しない。この場合には、図３に示す実施例と同様に、ＰＵＦ３の出力信号をＴＲＮＧ２”’のＰＲＮＧ１４のための種として作用させると有利である。同様に、次に出力信号１２はＡ/Ｄ変換器６によりディジタル化され、収集手段９により収集される。次に、得られた値１５は更に乱数８の生成のためにＰＲＮＧ１４で使用される。
【００４０】
図５は測定手段４ａを示し、この手段は図１−４に示す測定手段４の一実施例であってＩＣ１，１’，１”，１”’の一つに埋め込まれる。従って、図１−４に１，１’，１”，１’”で示すＩＣ内に埋め込まれた回路により実現されるＰＵＦ３aも図５に示されている。この回路は以後「遅延回路」と称し、参照番号３ａで示すが、これは、図１−４に示すＰＵＦ３の一実施例であるからである。測定される物理パラメータは遅延回路３ａにおける信号のランタイムである。測定手段４ａは、第１のＡＮＤゲート２１と、ＰＵＦ３ａと、帰還ループ内のインバータ２０とからなるパラメータライズド自己発振回路１７を具える。自己発振回路１７の出力に得られる信号の周波数は、遅延回路３ａの信号遅延の関数であり、この遅延はＰＵＦ３に供給される入力信号と環境変化とに依存する。次に、得られた波形の立上りエッジを所定数のクロックサイクルの間活性化される周波数カウンタ１８により計数し、計数後に自己発振回路１７の周波数がカウンタ１８から読み出すことができる。自己発振回路１７並びにカウンタ１８の活性化は第１および第２のＡＮＤゲート２１および１９に供給されるエネーブル信号２２により達成することができる。カウンタ１８自体はクロック信号２３によりクロックされる。更に、測定手段４ａは図示されてない他のモジュールを具えることもできる点に注意されたい。例えば、自己発振回路１７の出力信号はクロックラッチで同期させることができる。更に、前記出力信号の周波数は追加のカウンタで分周することもできる。
【００４１】
図６は図５の遅延回路３ａの一実施例である遅延回路３ａ’を示し、この遅延回路はｎ−１段で構成されており、ここでｎは入力信号１０のビット数である。各段は２つのマルチプレクサ２４，２５；２６，２７を具える。遅延回路３ａ’の入力において、立上りエッジまたは立下りエッジが遅延回路３ａ’の上部および下部パスの両方に供給される。遅延回路３ａ’の各段において、それぞれの段に割り当てられた入力信号１０のビットの値に依存して、エッジが互いに交差し、即ち下部パスからのエッジが上部パスに行き、その逆になる。このとき２つのエッジの一方が自己発振の生起ために出力マルチプレクサ２８により選択されて遅延回路３ａ’の入力へループバックされる。パスの遅延は上述した周波数カウンタ１８により測定される。遅延回路３ａ’の遅延は環境変化、主として温度変化のために変化する。遅延回路の測定遅延は乱数８のビットを構成するか、擬似乱数発生器１４のための種として作用する。
【００４２】
図７には、ＩＣ1aが断面図で示され、その物理的構造が描かれている。ＩＣ1aの機能的構造は図１−４のＩＣ１’〜１”’のうちの１つとすることができる。ＩＣ1aは一般にシリコンの基板２９を有し、その第１の側Ａに、バイポーラまたは電界効果トランジスタのような能動素子３５が設けられる。当業者に明らかなように、キャパシタンス、抵抗およびダイオードのような他の素子も同様にＩＣ1a内に集積することができる。これらの能動素子３５は必ずしも本発明の機能に関連しない。むしろこれらの素子は従来知られている他の機能に役立ち、従って既知の電子デバイスを本発明のＴＲＮＧと組み合わせるのに役立つ。
【００４３】
ＰＵＦ３’は、図示の実施例に従って、ＩＣ1aの金属層に形成した２つの電極３１，３２により実現する。電極３１，３２は湿気を吸収しうる誘電体材料の層３３内に間隔をおいて配置する。層３３は、第１の実施例では、多孔性ＳｉＬＫからなる。多孔性ＳｉＬＫは、分布した気孔３４を有する多孔構造を内蔵するポリママトリックスを有する誘電性樹脂である。気孔３４は層３３に予測不能に分布され、気孔３４間の変化する間隔で象徴される。この実施例では、ＰＵＦ３’は気孔３４に取り込まれた湿気の実際の量に依存するインピーダンスを有する。従って、ＰＵＦ３’は湿気に極めて感応する。
【００４４】
多孔性ＳｉＬＫの代わりに、層３３は多孔性シリケートスピンオンガラスで形成することもできる。多孔性ガラスはＩＣ1aの基板上に当業者に既知の方法で付着される。この実施例の場合に観察されるパラメータは、ＰＵＦ３’のインダクタンスである。ＰＵＦ３’のインピーダンスは、図９に示すように、ＰＵＦ３’に接続された測定手段４ｂにより測定される。
【００４５】
図８は、本発明の他の実施例としてＩＣ1bを示し、このＩＣも図1−4のＩＣ１．．１”’のうちの1つの機能構造を有するものとし得る。ＩＣ1bは、汎用ＰＵＦ３の一実施例であるＰＵＦ３”を具える。ＰＵＦ３”は、第１の電極３６、第２の電極３７および上述した多孔性材料の誘電体層３３を有するキャパシタとコイル３８とを具えるＬＣ構造である。コイル３８の巻線は、コイル３８の軸が誘電体層３３と平行になるように配設することができ（図８に示す）、またコイルの軸が誘電体層３３と交差するように配設することができる（図示せず）。後者の場合には、誘電体層３３の下に１つ、上に１つの巻線が存在する。いずれにしても、誘電体層３３の物理的特性の変化がコイル３８のインダクタンスの変化を生じる。本発明はキャパシタおよびインダクタの任意の組み合わせに適用できることは容易に想像される。従って、図８は簡単な例として役立つものにすぎない。
【００４６】
図７の実施例に反して、第１および第２の電極３６，３７は層３３の同じ表面上の同じ層に存在しない。第１の電極３６はコイル３８の一部分とともに層３３に被着された金属層に存在する。第２の電極３７はコイル３８の他の部分と共に層３３と能動素子３５との間の追加の金属層に存在する。これらの素子間の相互接続は簡単化のために図８に（図７にも）図示されていない。第１の電極３６を形成する金属層に対する追加の保護層を放棄することにより、環境影響に対するＰＵＦ３”の極めて高い感度を得ることができる。ＰＵＦ３”のインダクタンスの変化も図９に示す測定手段４ｂにより測定することができる。
【００４７】
図９は測定手段４ｂを示し、この測定手段は図１−４に示す汎用測定手段４の一実施例であり、本発明によるＩＣ1bに集積される。ここでも、ＩＣ1bの機能的構造は図１−4のＩＣ１．．１’”の１つを参照されたい。図８のＰＵＦ３”も示すが、ＩＣ1bは１以上のＰＵＦ３”または他のタイプのＰＵＦを具えることもできる。
【００４８】
この実施例の測定手段４ｂはＰＵＦ３”のインピーダンスの虚数部を測定する。実際上、測定されるＰＵＦ３の前記虚数部に依存する周波数を有する発振器３９が信号をカウンタ４０のアップカウント入力ＵＰに供給する。カウンタ４０はこの周波数を既知のクロック周波数を有する信号と比較する。この信号は、精密な既知の値を有する外部キャパシタ４１と外部抵抗４２とで決まる周波数を有する発振器４３から発する。発振器４３からの信号はカウンタ４０のダウンカウント入力ＤＮに供給される。バイナリカウンタ４０の結果は、既知のクロック周波数に対する発振器３９からの信号の偏差の値を表すディジタル化信号７’である。従って、このディジタル化信号７’は測定されたＰＵＦのインピーダンスを表す値を示す。実際の値７’は任意の種類のＳＩ単位系または任意の半導体固有値で示すことができるとともに、乱数８を構成するためまたは図３または図４のＰＲＮＧ１４のための種として作用させるために収集手段９’に記憶することができる。
【００４９】
本願発明の他の実施例では、ＰＵＦ３を「アコースティック」ＰＵＦとして実現する。この実施例の説明のために、図２を再び参照する。アコースティックＰＵＦ３を実現するために、不均質な材料片を原理上任意の適当な形状、例えば並列パイプ形または円筒形で使用できる。ＰＵＦ３は異物が分散されている硬化された状態の樹脂を具えることができる。ＰＵＦ３をユニークにするために、不均質材料をランダムで再現不能プロセス、例えば流体状態の樹脂に顆粒状粒子を分散させ硬化させその一部分を切り取ることにより製造する。
【００５０】
ＩＣ１’は、アコースティックＰＵＦ３の場合には、ＰＵＦ３のためのチャレンジを発生する信号発生器１１を具える。この実施例では、信号発生器１１は、ＰＵＦ３の入力信号１０として第１の機械的振動を供給可能にして出力信号１２として第２の機械的振動を生じさせる。チャレンジに対するＰＵＦ３のレスポンス、即ち出力信号１２は、ＩＣ１’に埋め込まれたアコースティックトランスジューサ（図２に図示せず）により検出される。アコースティックＰＵＦ３は極めて温度に敏感であり、ＰＵＦ３のレスポンスは温度の変化に従って予測不能に変化する。
【００５１】
図１０に示す本発明の他の実施例では、ＰＵＦ３”’をＩＣ1cにより実現でき、このＩＣも基板２９上のパッシベーション層３０内に能動素子３５を有し、その上にＡｌ又はＣｕ層４５を有する。層４５は不均一に分布された誘電体粒子４４を含み、粒子４４の不均一分布はいくつかの方法で達成できる。即ち、層４５は種々の大きさ、種々の組成、種々の形状、種々の向きの粒子４４を層４５の区域にわたって変化する濃度で含むものとし得る。その結果、ＰＵＦ３”’の抵抗値は予測できないものとなる。ＰＵＦ３”’は、ＩＣ1cから除去できないように設計される。ＣＵおよびＡｌの抵抗値は強い温度依存性を有するため、この実施例は温度の変化にも極めて敏感である。本発明のこの実施例によれば、ＩＣ1cの測定手段は抵抗測定手段である。
【００５２】
また、ＰＵＦ”’は感光性半導体材料を用いて実現することもでき、例えばＳｉから成るダイオードを用いて実現することもでき、このダイオードは不均一に分布された誘電体粒子を具えるものとする。感光性半導体材料の電気抵抗値は降り注ぐ光の変化に従って予測不能に変化するため、測定される抵抗値は乱数の生成に使用できる。
【００５３】
更に、乱数８の生成は集積回路１．．１”’,1a,..1c自体内で完全に行われるものに限定されない点に注意されたい。測定手段１４及び／又はチャレンジを生成しＰＵＦ３，３’，３”，３”’のそれぞれのレスポンスを検出する手段は原理上ＩＣ１．．１”’,1a,..1cから分離することができる。
【００５４】
従って、例えば、集積回路１，．．１”’ ，1a,..1cは、多数の散乱粒子または気泡を含む透明材料から成るＰＵＦ３，３’，３”，３”’を具えることができる。レーザビームを散乱粒子に照射する。得られるスペックルパターンをＣＣＤカメラで透過式または反射式に測定する。得られたパターンからコードを抽出することができ、このコードは乱数8の生成に使用することができる。このコードは乱数8を構成するか、擬似乱数生成器１４のための種として作用する。
【００５５】
単一のＰＵＦを測定する代わりに、数個のＰＵＦを同時に測定して測定ステップ数を最少にすることができる。しかし、これは、単一のＰＵＦの代わりに数個のＰＵＦが一つのＩＣに設けられていることを前提とする。ＰＵＦの同時マルチ測定は乱数の計算を加速する。
【００５６】
上述の実施例は本発明を限定するものでなく、当業者であれば特許請求の範囲で特定される本発明の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することができる。また、語「具える」は任意の請求項または明細書に記載された構成要素以外の構成要素の存在を除外するものではない。更に、単数形の要素は複数の該要素の存在を除外するものでなく、またその逆の場合も同じである。いくつかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段のいくつかを一つの同一のハードウエアで具体化してよい。また、所定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせは有利に使用できないことを意味するものでない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による集積回路の第1の実施例の概略ブロック図を示す。
【図２】本発明による集積回路の第２の実施例の概略ブロック図を示す。
【図３】本発明による集積回路の第３の実施例の概略ブロック図を示す。
【図４】本発明による集積回路の第４の実施例の概略ブロック図を示す。
【図５】図１の物理的クローン化不能機能のパラメータ特性の値を測定する測定手段を示す。
【図６】本発明による物理的クローン化不能機能の第1の実施例の概略ブロック図を示す。
【図７】本発明による物理的クローン化不能機能の第２の実施例を具える集積回路の断面図を示す。
【図８】本発明による物理的クローン化不能機能の第３の実施例を具える集積回路の断面図を示す。
【図９】図７または図８の物理的クローン化不能機能のパラメータ特性の値を測定する手段を具える本発明による集積回路を示す。
【図１０】本発明による物理的クローン化不能機能の第４の実施例を具える集積回路の断面図を示す。
【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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【国際調査報告】
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