(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被認証装置と、
前記被認証装置の認証を行う認証装置とを有し、
前記被認証装置は、第１の端子及び第２の端子を有する第１の強誘電体容量を有し、
前記認証装置は、
前記第１の強誘電体容量の前記第１の端子に接続される第１のノードと、
前記第１の強誘電体容量の前記第２の端子に接続される第２のノードと、
第３のノードと、
前記第２のノードと前記第３のノードとの間に接続される第１の負荷と、
前記第１のノードと前記第３のノードの電圧を制御する電源と、
前記第２のノードの電圧が閾値範囲内であるか否かを照合する電圧モニタとを有し、
前記電源は、前記第１のノードに対する前記第２のノードの電圧を負の電圧にし、その後、前記第２のノードに対して切断状態にし、その後、前記第１のノードに対する前記第３のノードの電圧を正の電圧にし、
前記電圧モニタは、前記電源が前記第１のノードに対する前記第３のノードの電圧を正の電圧にしている時に、前記第２のノードの電圧が閾値範囲内であるか否かを照合することを特徴とする認証システム。
【請求項２】
前記電圧モニタは、
第４のノードと、
第５のノードと、
前記第１のノードと前記第４のノードとの間に接続される第２の強誘電体容量と、
前記第４のノードと前記第３のノードとの間に接続される第２の負荷と、
前記第１のノードと前記第５のノードとの間に接続される第３の強誘電体容量と、
前記第５のノードと前記第３のノードとの間に接続される第３の負荷と、
前記第２のノードの電圧が前記第４のノードの電圧と前記第５のノードの電圧との間の電圧であるか否かを照合する比較器とを有することを特徴とする請求項１記載の認証システム。
【請求項３】
前記電源は、さらに、前記第１のノードに正の電圧パルスを印加するステップと、前記第２のノードに正の電圧パルスを印加するステップとを異なるタイミングで行うことを特徴とする請求項１又は２記載の認証システム。
【請求項４】
前記第１の負荷は、容量値を変更可能な容量であり、
前記閾値範囲は、前記容量の容量値に応じて変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の認証システム。
【請求項５】
前記電源は、前記第３のノードに印加する前記正の電圧の値を変更可能であり、
前記閾値範囲は、前記正の電圧の値に応じて変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の認証システム。
【請求項６】
前記第１の負荷は、抵抗値を変更可能な抵抗であり、
前記閾値範囲は、前記抵抗の抵抗値に応じて変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マスタ機器とスレーブ機器との間で一方向または双方向の認証を行う認証システムが知られている（特許文献１参照）。マスタ機器とスレーブ機器は、それぞれ、認証処理用のキーコードを不揮発的に記憶するマスタ側記憶デバイスとスレーブ側記憶デバイスを有する。少なくともスレーブ側記憶デバイスは、強誘電体素子のヒステリシス特性を利用した不揮発性ロジック、または、強誘電体メモリである。
【０００３】
また、複数のメモリセルがアレイ状に配置されたメモリセルアレイを備える不揮発性記憶装置が知られている（特許文献２参照）。複数のメモリセルは、可変状態のメモリセルと、初期状態のメモリセルとを含む。可変状態のメモリセルは、異なる複数の電気的信号が印加されることによって、抵抗値が複数の可変抵抗値範囲の間を可逆的に遷移する。初期状態のメモリセルは、可変状態に変化させるような電気的ストレスであるフォーミングストレスが印加されない限り可変状態とならず、かつ、抵抗値が可変抵抗値範囲のいずれとも重複しない初期抵抗値範囲にある。メモリセルアレイにおいて、各メモリセルが初期状態にあるか可変状態にあるかの違いを利用してデータが記録されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８８８６９号公報
【特許文献２】特許第５６８９５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
認証システムの解読技術が向上している。例えば、配線やトランジスタ等の回路情報を物理的に解読することが可能であり、その回路情報をそのまま複製することで、模造品を作製することができる。このため、デジタル的な被認証装置は、比較的容易に模造することができる。
【０００６】
１つの側面では、本発明の目的は、解読が困難である認証システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
認証システムは、被認証装置と、前記被認証装置の認証を行う認証装置とを有し、前記被認証装置は、第１の端子及び第２の端子を有する第１の強誘電体容量を有し、前記認証装置は、前記第１の強誘電体容量の前記第１の端子に接続される第１のノードと、前記第１の強誘電体容量の前記第２の端子に接続される第２のノードと、第３のノードと、前記第２のノードと前記第３のノードとの間に接続される第１の負荷と、前記第１のノードと前記第３のノードの電圧を制御する電源と、前記第２のノードの電圧が閾値範囲内であるか否かを照合する電圧モニタとを有し、前記電源は、前記第１のノードに対する前記第２のノードの電圧を負の電圧にし、その後、前記第２のノードに対して切断状態にし、その後、前記第１のノードに対する前記第３のノードの電圧を正の電圧にし、前記電圧モニタは、前記電源が前記第１のノードに対する前記第３のノードの電圧を正の電圧にしている時に、前記第２のノードの電圧が閾値範囲内であるか否かを照合する。
【発明の効果】
【０００８】
１つの側面では、解読が困難である認証システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態による認証システムの構成例を示す回路図である。
【図２】図２は、第１の実施形態による認証システムの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】図３は、第１の強誘電体容量のヒステリシス特性を示す図である。
【図４】図４は、第１のノード及び第２のノード間の電圧と、第２のノード及び第３のノード間の電圧を示す図である。
【図５】図５は、第１の強誘電体容量のヒステリシス特性の非線形特性を示す図である。
【図６】図６は、図１の電圧モニタの構成例を示す回路図である。
【図７】図７は、第１の強誘電体容量、第２の強誘電体容量及び第３の強誘電体容量の同じヒステリシス特性を示す図である。
【図８】図８は、第２の実施形態による認証システムの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図９】図９は、第３の実施形態による認証システムの構成例を示す回路図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態による認証システムの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、第４の実施形態による認証システムの構成例を示す回路図である。
【図１２】図１２は、第２のノードの電圧波形を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による認証システムの構成例を示す回路図である。認証システムは、認証サーバ装置１０１と、クライアント装置１０２とを有する。クライアント装置１０２は、例えばインクカートリッジ等の被認証装置である。認証サーバ装置１０１は、例えばプリンタ等の認証装置であり、クライアント装置１０２の認証を行う。クライアント装置１０２を認証サーバ装置１０１に装着することにより、クライアント装置１０２は、認証サーバ装置１０１に電気的に接続される。すると、認証サーバ装置１０１は、クライアント装置１０２の認証を行う。
【００１１】
クライアント装置１０２は、第１の端子（上側端子）及び第２の端子（下側端子）を有する第１の強誘電体容量Ｃｆ１を有する。認証サーバ装置１０１は、第１のノードＮＡと、第２のノードＮＢと、第３のノードＮＣと、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎと、電源１０３と、電圧モニタ１０４とを有する。第１のノードＮＡは、第１の強誘電体容量Ｃｆ１の第１の端子に接続される。第２のノードＮＢは、第１の強誘電体容量Ｃｆ２の第２の端子に接続される。複数の容量Ｃ１〜Ｃｎは、相互に容量値が異なり、スイッチＳＷ２により第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間に接続される第１の負荷である。容量Ｃ１の容量値は、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎの容量値の中の最小値である。容量Ｃｎの容量値は、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎの容量値の中の最大値である。容量Ｃ１から容量Ｃｎに向かって、容量値が順に大きくなっている。スイッチＳＷ２は、認証毎に、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎの上側端子の中のいずれか１個を第２のノードＮＢにランダムに接続する。第３のノードＮＣは、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎの下側端子に共通に接続される。
【００１２】
電源１０３は、第１のノードＮＡ及び第３のノードＮＣの電圧を制御する。また、電源１０３は、スイッチＳＷ１を介して、第２のノードＮＢに電圧を印加する。電圧モニタ１０４は、第２のノードＮＢの電圧が閾値範囲内であるか否かを照合し、認証結果信号ＯＵＴを出力する。具体的には、電圧モニタ１０４は、第２のノードＮＢの電圧が閾値範囲内である場合には、クライアント装置１０２が正規の被認証装置であるとして、認証成功の認証結果信号ＯＵＴを出力する。また、電圧モニタ１０４は、第２のノードＮＢの電圧が閾値範囲内でない場合には、クライアント装置１０２が正規の被認証装置でないとして、認証失敗の認証結果信号ＯＵＴを出力する。
【００１３】
図２は本実施形態による認証システムの制御方法を示すタイミングチャートであり、図３は第１の強誘電体容量Ｃｆ１のヒステリシス特性３００を示す図である。図３の横軸は、第１のノードＮＡに対する第２のノードＮＢの電圧Ｖａｂを示す。図３の縦軸は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１の電荷量Ｑを示す。第１の強誘電体容量Ｃｆ１は、図３のヒステリシス特性３００を有する。これに対し、容量Ｃ１〜Ｃｎは、常誘電性の容量であり、ヒステリシス特性を有さない。
【００１４】
クライアント装置１０２が認証サーバ装置１０１に接続されると、図２の認証処理が行われる。スイッチＳＷ２は、認証毎に、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎの上側端子の中のいずれか１個の容量Ｃｘを第２のノードＮＢにランダムに接続する。容量Ｃｘは、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎの中で第２のノードＮＢに接続された１個の容量である。
【００１５】
時刻ｔ１の前では、スイッチＳＷ１は、オン状態である。電源１０３は、第１のノードＮＡ、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣに０Ｖを印加する。
【００１６】
次に、時刻ｔ１では、電源１０３は、第１のノードＮＡに正の電圧を印加する。すなわち、電源１０３は、第１のノードＮＡに対する第２のノードＮＢの電圧Ｖａｂを負の電圧にする。すると、時刻ｔ２では、図３のヒステリシス特性３００上の特性点が、前回の特性点の位置にかかわらず、特性点Ｑ２に移動する。これにより、前回の特性点の状態をリセットすることができる。
【００１７】
次に、時刻ｔ３では、電源１０３は、第１のノードＮＡの電圧を０Ｖに戻す。すなわち、電源１０３は、第１のノードＮＡに対する第２のノードＮＢの電圧Ｖａｂを０Ｖにする。すると、時刻ｔ４では、図３のヒステリシス特性３００上の特性点が、特性点Ｑ４に移動する。
【００１８】
次に、時刻ｔ５では、スイッチＳＷ１は、オフ状態になり、電源１０３は、第２のノードＮＢに対して切断状態になる。
【００１９】
次に、時刻ｔ６では、電源１０３は、第３のノードＮＣに正の電圧Ｖ１を印加する。すなわち、電源１０３は、第１のノードＮＡに対する第３のノードＮＣの電圧を正の電圧にする。すると、時刻ｔ７では、図３のヒステリシス特性３００上の特性点が、スイッチＳＷ２の接続状態に応じて、特性点Ｑｃ１〜Ｑｃｎの中のいずれか１個に移動する。スイッチＳＷ２が容量Ｃ１を第２のノードＮＢに接続している状態では、図３のヒステリシス特性３００上の特性点が、特性点Ｑｃ１に移動する。また、スイッチＳＷ２が容量Ｃ２を第２のノードＮＢに接続している状態では、図３のヒステリシス特性３００上の特性点が、特性点Ｑｃ２に移動する。また、スイッチＳＷ２が容量Ｃｎを第２のノードＮＢに接続している状態では、図３のヒステリシス特性３００上の特性点が、特性点Ｑｃｎに移動する。第２のノードＮＢの電圧は、容量Ｃｘと第１の強誘電体容量Ｃｆ１との容量比により決まり、スイッチＳＷ２の接続先に応じて変わる。負荷線３０１は、小容量値の容量Ｃ１が接続された場合の負荷線であり、特性点Ｑｃ１の電圧Ｖａｂが低電圧になる。負荷線３０２は、中容量値の容量Ｃ２が接続された場合の負荷線であり、特性点Ｑｃ２の電圧Ｖａｂが中電圧になる。負荷線３０ｎは、大容量値の容量Ｃｎが接続された場合の負荷線であり、特性点Ｑｃｎの電圧Ｖａｂが高電圧になる。
【００２０】
図４は、第１のノードＮＡ及び第２のノードＮＢ間の電圧と、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣ間の電圧を示す図である。上記のように、ヒステリシス特性３００は、容量Ｃ１の特性点Ｑｃ１と、容量Ｃ２の特性点Ｑｃ２と、容量Ｃｎの特性点Ｑｃｎを有する。時刻ｔ６では、電源１０３は、正の電圧Ｖ１（３．３Ｖ）を第３のノードＮＣに印加する。第１のノードＮＡ及び第３のノードＮＣ間の電圧は、電圧Ｖ１である。第２のノードＮＢの電圧は、容量Ｃｘと第１の強誘電体容量Ｃｆ１とで容量分割された電圧になる。
【００２１】
まず、スイッチＳＷ２が容量Ｃ１を第２のノードＮＢに接続した場合を説明する。負荷線３０１は、容量Ｃ１が接続された場合のＱ＝Ｃ１×Ｖの負荷線である。第１のノードＮＡ及び第２のノードＮＢ間の電圧は電圧Ｖａｂ１になり、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣ間の電圧は電圧Ｖｂｃ１になる。電圧Ｖａｂ１と電圧Ｖｂｃ１の加算値は、電圧Ｖ１になる。
【００２２】
次に、スイッチＳＷ２が容量Ｃ２を第２のノードＮＢに接続した場合を説明する。負荷線３０２は、容量Ｃ２が接続された場合のＱ＝Ｃ２×Ｖの負荷線である。第１のノードＮＡ及び第２のノードＮＢ間の電圧は電圧Ｖａｂ２になり、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣ間の電圧は電圧Ｖｂｃ２になる。電圧Ｖａｂ２と電圧Ｖｂｃ２の加算値は、電圧Ｖ１になる。
【００２３】
次に、スイッチＳＷ２が容量Ｃｎを第２のノードＮＢに接続した場合を説明する。負荷線３０ｎは、容量Ｃｎが接続された場合のＱ＝Ｃｎ×Ｖの負荷線である。第１のノードＮＡ及び第２のノードＮＢ間の電圧は電圧Ｖａｂｎになり、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣ間の電圧は電圧Ｖｂｃｎになる。電圧Ｖａｂｎと電圧Ｖｂｃｎの加算値は、電圧Ｖ１になる。
【００２４】
以上のように、第２のノードＮＢの電圧は、スイッチＳＷ２により接続される容量Ｃｘの容量値に応じて、非線形に変化する。そのため、クライアント装置１０２側で、第２のノードＮＢの認証電圧を予測することが困難であり、解読が極めて困難である。
【００２５】
図５は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１のヒステリシス特性３００の非線形特性を示す図である。仮に、第１の強誘電体容量Ｃｆ１を、容量Ｃ１〜Ｃｎと同様のヒステリシス特性を有さない常誘電性の容量に置き換えた場合には、電圧Ｖ及び電荷量Ｑの特性は、線形特性５００になる。線形特性５００は、容量Ｃ１が接続された場合の特性点Ｑｃ１と、容量Ｃ２が接続された場合の特性点Ｑｃ２ｘと、容量Ｃｎが接続された場合の特性点Ｑｃｎｘとを有する。線形特性５００の場合では、第２のノードＮＢの認証電圧を予測することが比較的容易であり、解読も比較的容易である。これに対し、本実施形態では、ヒステリシス特性３００により、第２のノードＮＢの電圧は、スイッチＳＷ２により接続される容量Ｃｘの容量値に応じて、非線形に変化するので、クライアント装置１０２側で、第２のノードＮＢの認証電圧を予測することが困難であり、解読が極めて困難である。
【００２６】
また、第１の強誘電体容量Ｃｆ１のヒステリシス特性３００は、電圧依存、周波数依存、及び温度依存が顕著で、かつ、製造条件に敏感なため、ヒステリシス特性３００が一致した第１の強誘電体容量Ｃｆ１を複製するのは、製造上の難易度が高い。このため、クライアント装置１０２の模造が困難である。
【００２７】
また、クライアント装置１０２側が第２のノードＮＢの電圧を制御して、第２のノードＮＢを認証用電圧レベルにするよう、クライアント装置１０２の模造品を作製することは難しい。認証サーバ装置１０１の認証用電圧レベルがいくらであるかをクライアント装置１０２側が知ることが困難なためである。
【００２８】
図６は、図１の電圧モニタ１０４の構成例を示す回路図である。電圧モニタ１０４は、第４のノードＮＢａと、第５のノードＮＢｂと、第２の強誘電体容量Ｃｆ２と、複数の容量Ｃ１ａ〜Ｃｎａと、第３の強誘電体容量Ｃｆ３と、複数の容量Ｃ１ｂ〜Ｃｎｂと、比較器６０１，６０２と、論理積（ＡＮＤ）回路６０３とを有する。第２の強誘電体容量Ｃｆ２及び第３の強誘電体容量Ｃｆ３は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１に対し、同じ製造条件で製造され、同じヒステリシス特性３００及び同じ温度特性等を有する。
【００２９】
第２の強誘電体容量Ｃｆ２は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１に対応し、図１の第１のノードＮＡと第４のノードＮＢａとの間に接続される。複数の容量Ｃ１ａ〜Ｃｎａは、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎに対応し、スイッチＳＷ３により第４のノードＮＢａと図１の第３のノードＮＣとの間に接続される第２の負荷である。容量Ｃ１ａ〜Ｃｎａの容量値は、それぞれ、容量Ｃ１〜Ｃｎの容量値に対して、０より大きくかつ１より小さい係数を乗じた値である。スイッチＳＷ３は、スイッチＳＷ２と同様に、認証毎に、複数の容量Ｃ１ａ〜Ｃｎａの上側端子の中のいずれか１個を第４のノードＮＢａに接続する。第３のノードＮＣは、複数の容量Ｃ１ａ〜Ｃｎａの下側端子に共通に接続される。
【００３０】
第３の強誘電体容量Ｃｆ３は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１に対応し、図１の第１のノードＮＡと第５のノードＮＢｂとの間に接続される。複数の容量Ｃ１ｂ〜Ｃｎｂは、複数の容量Ｃ１〜Ｃｎに対応し、スイッチＳＷ４により第５のノードＮＢｂと図１の第３のノードＮＣとの間に接続される第３の負荷である。容量Ｃ１ｂ〜Ｃｎｂの容量値は、それぞれ、容量Ｃ１〜Ｃｎの容量値に対して、１より大きい係数を乗じた値である。スイッチＳＷ４は、スイッチＳＷ２と同様に、認証毎に、複数の容量Ｃ１ｂ〜Ｃｎｂの上側端子の中のいずれか１個を第５のノードＮＢｂに接続する。第３のノードＮＣは、複数の容量Ｃ１ｂ〜Ｃｎｂの下側端子に共通に接続される。
【００３１】
スイッチＳＷ２、ＳＷ３及びＳＷ４は、相互に同じ接続状態に制御される。例えば、スイッチＳＷ１が第２のノードＮＢを容量Ｃ１に接続した場合には、スイッチＳＷ３は、第４のノードＮＢａを容量Ｃ１ａに接続し、スイッチＳＷ４は、第５のノードＮＢｂを容量Ｃ１ｂに接続する。また、スイッチＳＷ２が第２のノードＮＢを容量Ｃ２に接続した場合には、スイッチＳＷ３は、第４のノードＮＢａを容量Ｃ２ａに接続し、スイッチＳＷ４は、第５のノードＮＢｂを容量Ｃ２ｂに接続する。
【００３２】
図７は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１、第２の強誘電体容量Ｃｆ２及び第３の強誘電体容量Ｃｆ３の同じヒステリシス特性３００を示す図である。まず、スイッチＳＷ２が第２のノードＮＢを容量Ｃ１に接続し、スイッチＳＷ３が第４のノードＮＢａを容量Ｃ１ａに接続し、スイッチＳＷ４が第５のノードＮＢｂを容量Ｃ１ｂに接続した場合を説明する。特性点Ｑｃ１は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１の特性点であり、第２のノードＮＢの電圧を示す。特性点Ｑｃ１ａは、第２の強誘電体容量Ｃｆ２の特性点であり、第４のノードＮＢａの電圧を示す。特性点Ｑｃ１ｂは、第３の強誘電体容量Ｃｆ３の特性点であり、第５のノードＮＢｂの電圧を示す。
【００３３】
比較器６０１は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１（特性点Ｑｃ１）が、第４のノードＮＢａと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１ａ（特性点Ｑｃ１ａ）より低い場合にハイレベルを出力する。また、比較器６０１は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１（特性点Ｑｃ１）が、第４のノードＮＢａと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１ａ（特性点Ｑｃ１ａ）より高い場合にローレベルを出力する。
【００３４】
比較器６０２は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１（特性点Ｑｃ１）が、第５のノードＮＢｂと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１ｂ（特性点Ｑｃ１ｂ）より高い場合にハイレベルを出力する。また、比較器６０２は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１（特性点Ｑｃ１）が、第５のノードＮＢｂと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ１ｂ（特性点Ｑｃ１ｂ）より低い場合にローレベルを出力する。
【００３５】
論理積回路６０３は、比較器６０１及び６０２の出力信号が共にハイレベルの場合にハイレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力し、それ以外の場合にはローレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。すなわち、論理積回路６０３は、電圧Ｖｂｃ１が閾値上限電圧Ｖｂｃ１ａ及び閾値下限電圧Ｖｂｃ１ｂの間の電圧である場合には、認証成功として、ハイレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。また、論理積回路６０３は、電圧Ｖｂｃ１が閾値上限電圧Ｖｂｃ１ａ及び閾値下限電圧Ｖｂｃ１ｂの間の電圧でない場合には、認証失敗として、ローレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。
【００３６】
次に、スイッチＳＷ２が第２のノードＮＢを容量Ｃ２に接続し、スイッチＳＷ３が第４のノードＮＢａを容量Ｃ２ａに接続し、スイッチＳＷ４が第５のノードＮＢｂを容量Ｃ２ｂに接続した場合を説明する。特性点Ｑｃ２は、第１の強誘電体容量Ｃｆ１の特性点であり、第２のノードＮＢの電圧を示す。特性点Ｑｃ２ａは、第２の強誘電体容量Ｃｆ２の特性点であり、第４のノードＮＢａの電圧を示す。特性点Ｑｃ２ｂは、第３の強誘電体容量Ｃｆ３の特性点であり、第５のノードＮＢｂの電圧を示す。
【００３７】
比較器６０１は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２（特性点Ｑｃ２）が、第４のノードＮＢａと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２ａ（特性点Ｑｃ２ａ）より低い場合にハイレベルを出力する。また、比較器６０１は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２（特性点Ｑｃ２）が、第４のノードＮＢａと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２ａ（特性点Ｑｃ２ａ）より高い場合にローレベルを出力する。
【００３８】
比較器６０２は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２（特性点Ｑｃ２）が、第５のノードＮＢｂと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２ｂ（特性点Ｑｃ２ｂ）より高い場合にハイレベルを出力する。また、比較器６０２は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２（特性点Ｑｃ２）が、第５のノードＮＢｂと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃ２ｂ（特性点Ｑｃ２ｂ）より低い場合にローレベルを出力する。
【００３９】
論理積回路６０３は、比較器６０１及び６０２の出力信号が共にハイレベルの場合にハイレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力し、それ以外の場合にはローレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。すなわち、論理積回路６０３は、電圧Ｖｂｃ２が閾値上限電圧Ｖｂｃ２ａ及び閾値下限電圧Ｖｂｃ２ｂの間の電圧である場合には、認証成功として、ハイレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。また、論理積回路６０３は、電圧Ｖｂｃ２が閾値上限電圧Ｖｂｃ２ａ及び閾値下限電圧Ｖｂｃ２ｂの間の電圧でない場合には、認証失敗として、ローレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。
【００４０】
次に、スイッチＳＷ２が第２のノードＮＢを容量Ｃｎに接続し、スイッチＳＷ３が第４のノードＮＢａを容量Ｃｎａに接続し、スイッチＳＷ４が第５のノードＮＢｂを容量Ｃｎｂに接続した場合を説明する。特性点Ｑｃｎは、第１の強誘電体容量Ｃｆ１の特性点であり、第２のノードＮＢの電圧を示す。特性点Ｑｃｎａは、第２の強誘電体容量Ｃｆ２の特性点であり、第４のノードＮＢａの電圧を示す。特性点Ｑｃｎｂは、第３の強誘電体容量Ｃｆ３の特性点であり、第５のノードＮＢｂの電圧を示す。
【００４１】
比較器６０１は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎ（特性点Ｑｃｎ）が、第４のノードＮＢａと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎａ（特性点Ｑｃｎａ）より低い場合にハイレベルを出力する。また、比較器６０１は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎ（特性点Ｑｃｎ）が、第４のノードＮＢａと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎａ（特性点Ｑｃｎａ）より高い場合にローレベルを出力する。
【００４２】
比較器６０２は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎ（特性点Ｑｃｎ）が、第５のノードＮＢｂと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎｂ（特性点Ｑｃｎｂ）より高い場合にハイレベルを出力する。また、比較器６０２は、第２のノードＮＢと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎ（特性点Ｑｃｎ）が、第５のノードＮＢｂと第３のノードＮＣとの間の電圧Ｖｂｃｎｂ（特性点Ｑｃｎｂ）より低い場合にローレベルを出力する。
【００４３】
論理積回路６０３は、比較器６０１及び６０２の出力信号が共にハイレベルの場合にハイレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力し、それ以外の場合にはローレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。すなわち、論理積回路６０３は、電圧Ｖｂｃｎが閾値上限電圧Ｖｂｃｎａ及び閾値下限電圧Ｖｂｃｎｂの間の電圧である場合には、認証成功として、ハイレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。また、論理積回路６０３は、電圧Ｖｂｃｎが閾値上限電圧Ｖｂｃｎａ及び閾値下限電圧Ｖｂｃｎｂの間の電圧でない場合には、認証失敗として、ローレベルの認証結果信号ＯＵＴを出力する。
【００４４】
以上のように、比較器６０１及び６０２は、第２のノードＮＢの電圧が第４のノードＮＢａの電圧と第５のノードＮＢｂの電圧との間の電圧であるか否かを照合する。第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣ間の容量Ｃｘは、容量値を変更可能な容量である。電圧モニタ１０４の閾値範囲は、その容量Ｃｘの容量値に応じて変化する。
【００４５】
第４のノードＮＢａの電圧と第５のノードＮＢｂの電圧との幅を広くすると、誤判定は減るが、クライアント装置１０２の模造品を作成し易くなる。強誘電体容量Ｃｆ１、Ｃｆ２及びＣｆ３は、相互に同じ温度依存性を有する。温度変動により、強誘電体容量Ｃｆ１のヒステリシス特性が変動すれば、強誘電体容量Ｃｆ２及びＣｆ３のヒステリシス特性もそれと同じ変動をする。すなわち、温度変動により電圧Ｖｂｃ１が高くなれば、電圧Ｖｂｃ１ａ及びＶｂｃ１ｂも高くなり、温度変動により電圧Ｖｂｃ１が低くなれば、電圧Ｖｂｃ１ａ及びＶｂｃ１ｂも低くなる。これにより、電圧モニタ１０４は、温度変動があっても、第４のノードＮＢａの電圧と第５のノードＮＢｂの電圧との幅を広げる必要がなく、模造品を防止し、かつ正しい認証を行うことができる。
【００４６】
なお、スイッチＳＷ２が複数の容量Ｃ１〜Ｃｎを選択する場合を例に説明したが、１個の可変容量の容量値を変更させるようにしてもよい。
【００４７】
また、１回の認証において、スイッチＳＷ２がランダムに複数の容量に順に接続し、複数の容量の電圧がそれぞれ閾値範囲内である場合のみ、認証成功の認証結果信号ＯＵＴを出力するようにしてもよい。
【００４８】
また、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣ間には１個の固定の容量を接続してもよい。その場合でも、温度変動により、第２のノードＮＢの電圧は変化するので、認証システムの解読は困難である。
【００４９】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態による認証システムの制御方法を示すタイミングチャートである。図８のタイミングチャートは、図２のタイミングチャートに対して、処理８０１を追加したものである。処理８０１は、時刻ｔ１の前に行われる。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００５０】
第１の強誘電体容量Ｃｆ１には、インプリントと言われるヒステリシス特性３００の経時変化があり、誤認証の原因となりうる。第１の強誘電体容量Ｃｆ１の自発分極を複数回反転させることにより、インプリントによるヒステリシス特性３００の経時変化を回復し、初期値のヒステリシス特性３００に近づけることができる。このため、第１のノードＮＡ及び第２のノードＮＢへ交互に電圧パルスを印加する処理８０１を複数回、時刻ｔ１〜ｔ７の認証処理の前に追加する。
【００５１】
処理８０１について説明する。時刻ｔ１１では、スイッチＳＷ１は、オン状態である。電源１０３は、第１のノードＮＡに正の電圧パルスを印加し、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣに０Ｖを印加する。これにより、図３のヒステリシス特性３００において、特性点が左下端の特性点Ｑ２に移動する。次に、時刻ｔ１２では、電源１０３は、第２のノードＮＢに正の電圧パルスを印加し、第１のノードＮＡ及び第３のノードＮＣに０Ｖを印加する。これにより、図３のヒステリシス特性３００において、特性点が右上端の特性点に移動する。この時刻ｔ１１の処理と時刻ｔ１２の処理を繰り返す。
【００５２】
以上のように、電源１０３は、時刻ｔ１１の第１のノードＮＡに正の電圧パルスを印加するステップと、時刻ｔ１２の第２のノードＮＢに正の電圧パルスを印加するステップとを異なるタイミングで行う。この処理８０１を複数回繰り返すことにより、ヒステリシス特性３００を初期値に戻し、誤認証を防止することができる。なお、強誘電体容量Ｃｆ２及びＣｆ３も、強誘電体容量Ｃｆ１と同様に、処理８０１を複数回行うことが好ましい。
【００５３】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態による認証システムの構成例を示す回路図である。図９の認証システムは、図１の認証システムに対して、スイッチＳＷ２及び容量Ｃ１〜Ｃｎを削除し、容量Ｃｋを追加したものである。以下、本実施形態が第１及び第２の実施形態と異なる点を説明する。容量Ｃｋは、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣの間に接続される。図６の電圧モニタ１０４でも、同様に、第４のノードＮＢａ及び第３のノードＮＣ間に１個の容量が接続され、第５のノードＮＢｂ及び第３のノードＮＣ間に１個の容量が接続される。
【００５４】
図１０は、本実施形態による認証システムの制御方法を示すタイミングチャートである。図１０のタイミングチャートは、図２のタイミングチャートに対して、時刻ｔ６の処理が異なる。時刻ｔ６では、電源１０３は、認証毎に、異なるレベルの電圧Ｖ１〜Ｖｎの中のいずれか１個の電圧をランダムに、第３のノードＮＣに印加する。すると、第３のノードＮＣに印加する電圧Ｖ１〜Ｖｎに応じて、第２のノードＮＢの電圧は、強誘電体容量Ｃｆ１と容量Ｃ１〜Ｃｎとの容量分割により、非線形な異なる電圧Ｖ１１〜Ｖ１ｎになる。すなわち、本実施形態の異なるレベルの電圧Ｖ１〜Ｖｎを印加することは、第１の実施形態の異なる容量値の容量Ｃ１〜Ｃｎを接続することに対応する。
【００５５】
上記のように、電源１０３は、第３のノードＮＣに印加する正の電圧の値Ｖ１〜Ｖｎを変更可能である。電圧モニタ１０４の閾値範囲は、正の電圧の値Ｖ１〜Ｖｎに応じて変化する。本実施形態も、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態による認証システムの構成例を示す回路図である。図１１の認証システムは、図１の認証システムに対して、容量Ｃ１〜Ｃｎの代わりに、抵抗Ｒ１〜Ｒｎを設けたものである。抵抗Ｒ１の抵抗値は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒｎの抵抗値の中の最小値である。抵抗Ｒｎの抵抗値は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒｎの中の最大値である。抵抗Ｒ１から抵抗Ｒｎに向かって、抵抗値が順に大きくなっている。なお、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒｎの代わりに１個の可変抵抗を設けてもよく、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣの間の抵抗値を変更可能な抵抗を設ければよい。図６の電圧モニタ１０４でも、同様に、容量Ｃ１ａ〜Ｃ１ｎ及びＣ１ｂ〜Ｃｎｂの代わりに抵抗が設けられる。電圧モニタ１０４の閾値範囲は、第２のノードＮＢ及び第３のノードＮＣの間の抵抗の抵抗値と強誘電体容量Ｃｆ１との時定数に応じて非線形に変化する。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００５７】
図１２は、図２に対応し、時刻ｔ６における第２のノードＮＢの電圧波形を示すタイムチャートである。第２のノードＮＢの電圧の立ち上がり速度は、スイッチＳＷ２が接続する抵抗Ｒ１〜Ｒｎに応じて変わる。電圧Ｖｒ１は、スイッチＳＷ２により低抵抗値の抵抗Ｒ１が接続された場合の電圧であり、第１の強誘電体容量Ｃｆ１及び抵抗Ｒ１によるＣＲ時定数が小さいので、立ち上がり速度が速い。また、電圧Ｖｒ２は、スイッチＳＷ２により中抵抗値の抵抗Ｒ２が接続された場合の電圧であり、第１の強誘電体容量Ｃｆ１及び抵抗Ｒ２によるＣＲ時定数が中位であるので、立ち上がり速度が中位である。また、電圧Ｖｒｎは、スイッチＳＷ２により高抵抗値の抵抗Ｒｎが接続された場合の電圧であり、第１の強誘電体容量Ｃｆ１及び抵抗ＲｎによるＣＲ時定数が大きいので、立ち上がり速度が遅い。時刻ｔ２１では、電圧モニタ１０４は、第１の実施形態と同様に、第２のノードＮＢの電圧が閾値範囲内であるか否かを照合する。これにより、本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
なお、本発明は強誘電体の非線形な容量特性を利用した認証システムを提供するものであり、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  認証サーバ装置
１０２  クライアント装置
１０３  電源
１０４  電圧モニタ
Ｃｆ１  第１の強誘電体容量
Ｃ１〜Ｃｎ  容量
ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ
ＮＡ  第１のノード
ＮＢ  第２のノード
ＮＣ  第３のノード
【図１】
0006607118.tif 000002
【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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