JP5354611B2

JP5354611B2 - 電子回路部品の真贋判定方法

Info

Publication number: JP5354611B2
Application number: JP2010170179A
Authority: JP
Inventors: 証佐藤; 敏宏片下
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: US20130127442A1; WO2012014623A1; JP2012033593A; US9121873B2

Description

本発明は、市場に流通している電子回路部品が、その電子回路部品の正規の製造者により製造されたものか否かを判定することができる電子回路部品の真贋判定方法に関するものである。

電子回路部品、その代表的なＬＳＩ製品の製造技術が普及し、その製造は、コストの安い東南アジア等の地域にシフトしている。高度な技術を有する一部の専門メーカーに限られていた１９９０年代までは、正規ルートによる流通が主だったため、偽物や粗悪品が市場に流通することより発生する問題が顕在化することはなかった。

ＬＳＩ製品の論理設計データが入手できれば、異なる製造工程（製造工場）においても同じ論理動作の回路を作ることが可能である。また、高度な技術を有する電子回路部品、例えば、ＬＳＩ製品を、リバースエンジニアリングして、偽物が作られる事例も急増しており、偽造品だけでなく、本来は製造工程で廃棄されるべきであった不良品や中古品が混入されることもある。特に、ＬＳＩ製品は１チップで数万円という高価なものが珍しくないため、偽造のメリットが大きく、これらは今後さらに増えていくものと見られ、その対策が急務となっている。

外観だけをまねただけのまったく動作しない偽物は、簡単に真贋判定ができるものの、本物と論理動作が同じでも、品質の悪い偽物は判別が難しい。

また、金銭的な被害だけでなく、それらの電子回路部品を使用した製品について、その安全性も脅かすことになり、製品メーカーの信用問題にまで発展することになる。従って、このように一見正しく動作する正規品に見える偽物の判別が特に重要である。

パッケージを開封して製造プロセスを調べれば、正規の工場で作られた正規品かどうかの判別は、もちろん可能であるが、しかしながら、そのような破壊検査のコストは高く、さらに破壊された正規品は使用できなくなってしまう。正規品に一部偽物を混ぜて販売するような手口もあり、抜き取り検査では偽物が見つからない可能性がある。従って、非破壊でＬＳＩ製品の真贋判定を行う技術の開発が極めて重要である。

業界団体のＳＥＭＩ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）では、流通過程でこのような模造品の混入を防止するため、トレーサビリティの技術を「Ｔ２０」という仕様にまとめ、ＩＳＯ化を進めている（非特許文献１）。

「Ｔ２０」では、第三者認証機関が固有のＩＤ（識別データ）を発行し、半導体メーカーはそのＩＤを製品に付与し、そのＩＤによって管理した製品のデータベースを第三者機関に提出することになっている。これによって、ＬＳＩ製品のユーザは、製品に付与されているＩＤを第三者機関に問い合わせることにより、真贋を確認できるようにするものである。

しかし、ＩＤの付与と管理は、大量のＩＤ発行時にも数円／個の費用がかかり、数万円する高価なプロセッサなどでは問題ないものの、数百円程度のＬＳＩ製品では大きなコスト増となってしまう。また、ＩＤの形態としては、ＬＳＩ製品のパッケージには２次元バーコードを、梱包用の箱にはホログラムやＲＦＩＤ（無線ＩＣタグ）などの利用が見込まれているが、これらバーコードやホログラム、そしてＲＦＩＤについても偽造が不可能なわけではない。

ＬＳＩ製品のパッケージや梱包箱ではなく、ＬＳＩチップに直接レーザーでＩＤを刻む技術も開発されている（特許文献１，特許文献２）。しかし、シリコンウエハーやベアチップの状態での管理には向いているが、一旦、ＬＳＩチップとしてパッケージされた後は、破壊検査でしか真贋を確かめることができなくなってしまう。Ｘ線透視により非破壊でＬＳＩ製品のＡｇナノインクで印刷したドットを読み取る技術は、インクのＬＳＩデバイスへの悪影響が懸念される（特許文献３）。また、これらレーザー刻印やナノインクによる印刷には、特殊なマーキングのための装置が必要な点も欠点として挙げられる。

ＩＤを後から書き込むのではなく、ＬＳＩデバイスの物理的なばらつきをデジタルデータに変換し、それをＩＤとして使用する技術であるＰＵＦ（ＰｈｙｓｉｃａｌｌｙＵｎｃｌｏｎａｂｌｅＦｕｎｃｔｉｏｎ）の研究も進んでいる（非特許文献２−３、特許文献４）。

ＰＵＦの製品では、電源投入直後にＳＲＡＭのデータがチップ固有のランダムな値になることを利用し、それをＩＤとして使用する製品も登場している。

ISO TC247, "Fraud countermeasures and controls"http://www.iso.org/iso/standards_development/technical_committees/other_bodies/iso_technical_committee.htm-commid=580925 R.S.Pappu, "Physical one-way functions," PhD thesis,MIT,March 2001,http://pubs.media.mit.edu/pubs/papers/01.03.pappuphd.powf.pdf. N.Gassend, et al., "Silicon physical random functions,"Proc.9th ACM Conference on Computer and Communication Security (CCS’02), p.148-160,Nov.2002.

特開２００１−２６５０００号公報特開２０１０−１２００７９号公報特開２００９−２４６２６７号公報米国特許出願公開第２００８／０２７９３７３号明細書

このように、市場に流通している電子回路部品が、その電子回路部品の開発当事者である正規の製造者により製造されたものか否かを判定することについては、これまでに開発されているもので、手軽に利用できる技術は提案されていない。

例えば、ＰＵＦ回路の研究も進んでいるが、ＰＵＦの製品は、特別なＩＤの書き込み技術が不要であるが、そのため、製造時に個別にＩＤを計測してデータベースに保存する手間が必要となる。さらに、ＰＵＦの製品は、デバイスのばらつきを利用するため、電源電圧や動作温度などの環境変化によるＩＤの安定性確保も課題となっている。

そこで、本発明では、製品の真贋判定のために利用する識別データとして、下記の課題：
（１）非破壊で正規品と偽造品を識別できること、
（２）コスト上昇につながる特殊な製造工程を用いないこと、
（３）バーコードのように部品やＬＳＩ表面からはがしたりコピーできたりしないこと、を実現して、手軽に、しかも確実に電子回路部品が正規ルートで流通しているものか否かの真贋を識別できる仕組みを提案する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、市場に流通している電子回路部品が、電子回路部品の正規の製造者により製造されたものか否かを判定することができる電子回路部品の真贋判定方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するため、本発明による電子回路部品の真贋判定方法は、電子回路部品の製造時に所定条件で当該電子回路部品を動作させ、その動作時の消費電力または電磁波の波形を測定し、第１の波形データとして保存しておき、真贋判定する対象の電子回路部品を、前記所定条件と同じ条件で動作させて、その消費電力または電磁波の波形を測定して、第２の波形データとして一時保存し、前記保存しておいた第１の波形データと前記第２の波形データとを比較して、一致すれば本物と判定し、異なれば偽物と判定する。

この場合に、前記電子回路部品は、所定条件で動作して所定の波形を発生する回路を本来機能の回路とは別に備えているように構成され、または、前記電子回路部品は、本来機能の全部または一部の回路を動作させて、その動作時の消費電力または電磁波の波形を測定し、第１の波形データとして保存するように構成される。これに対して、真贋判定する対象の電子回路部品においては、本来機能とは別に備えた所定の波形を発生する回路、または、本来機能の全部または一部の回路を前記所定条件と同じ条件で動作させて、その消費電力または電磁波の波形を測定して、第２の波形データとし、前記保存しておいた第１の波形データと前記第２の波形データとを比較する。

また、本発明の電子回路部品の真贋判定方法において、第１の波形データと第２の波形データとの比較は、波形データから所定の特徴抽出を行った後に、抽出した特徴データにより比較を行うように構成されてもよい。

また、この場合に、前記所定条件での波形の測定は、単一または複数の所定条件でそれぞれ一回または複数回行い、複数の波形データを第１の波形データとして保存するように構成される。また、真贋判定する対象の電子回路部品に対して、前記所定条件での波形の測定は、単一または複数の所定条件でそれぞれ一回または複数回行い、第２の波形データとして、保存してある複数の第１の波形データとの比較を行うように構成される。

また、本発明は、第２の態様として、電子回路部品の真贋判定方法が用いられる電子回路部品であって、電子回路部品の真贋判定のための回路として、所定条件で動作して所定の波形を発生する回路を、本来機能の回路とは別に備えているような構成とされる。その場合に、電子回路部品の真贋判定のための回路として、本来機能の回路とは別に備える回路としては、リングオシレータや、線形帰還シフトレジスタ等が用いられ、これらの回路が電子回路部品に組み込まれている状態とする。

本発明の電子回路部品の真贋判定方法において、利用される識別データとしては、電子回路部品の動作時の波形データが用いられるので、これにより、
（１）非破壊で正規品と偽造品を識別できる。また、
（２）コスト上昇につながる特殊な製造工程を用いないで、電子回路部品の真贋判定方法のための回路を組み込むことができ、手軽に確実に正規品であるか否かが判別できる。
（３）ここで用いられる識別データとしての波形データは、バーコードのように部品やＬＳＩ表面からはがしたりコピーできたりはしないので、安全性、盗難に対するセキュリティが高いものとなっている。

本発明による電子回路部品の真贋判定法を説明する図である。３種類のＬＳＩ製品のＡＥＳ暗号回路の電力波形を示す図である。本発明の電子回路部品の真贋判定法のＰＵＦへの応用例を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について、一実施例に基づき説明する。図１は本発明による電子回路部品の一つのＬＳＩ製品の真贋判定法を説明する図である。図１において、１１は電子回路部品のＬＳＩ製品である。１２は所定条件でのＬＳＩ製品を動作させて波形データを測定する測定装置である。また、１３は測定装置で測定した波形データを保存する記憶装置、１４は波形データを比較する比較器である。なお、図示されていないが、これらの要素を制御する制御回路が設けられており、これらの要素から構成される電子回路部品真贋判定装置は、Ａ／Ｄ変換器が設けられた入出力ポートを有するコンピュータシステムで実現される。

図１に示すように、電子回路部品であるＬＳＩ製品１１の製造時に、測定装置１２を用いて、所定条件でＬＳＩ製品１１を動作させ、その動作時の消費電力または電磁波の波形を測定する。測定した波形のデータは、その波形データを測定時の時刻データ、測定条件のデータと共に、記憶装置１３に保存しておく。

そして、真贋判定する対象の電子回路部品であるＬＳＩ製品（１１ａ，１１ｂ）を、測定装置１２によって、対象のＬＳＩ製品の波形データとして記憶装置１３に保存されている波形データの測定時の所定条件と同じ条件で動作させて、その時の消費電力または電磁波の波形を測定する。測定した波形データは一時保存されて、比較器１４の一方の入力端に入力される。比較器１４の他方の入力端には、対象のＬＳＩ製品の波形データとして記憶装置１３に保存されている波形データが、比較のための基準データとして入力される。そして、比較器１４において、保存しておいた波形データと測定した波形データとを比較し、一致すれば本物と判定し、異なれば偽物と判定する。

更に、詳細に説明すると、準備の処理では、
まず、ＬＳＩ製品の製造時に、ＬＳＩ製品の動作時の消費電力または電磁波の波形を測定し、波形データとして保存する。このとき
（１）ＬＳＩ製品には、真贋判定のための識別データとする波形を生成する機能回路を構成するため、一つまたは複数の専用回路を実装する。または、ＬＳＩ製品の本来機能の全てを利用する以外に、その一部の回路のみが動作するように配線しておくことにしてもよい。
（２）波形データを計測して保存しておくＬＳＩ製品としては、一つまたは同種類のＬＳＩ製品を複数用いる。
（３）ＬＳＩ製品の動作時の消費電力または電磁波の波形を所定条件で測定する際には、電源電圧や動作温度あるいは測定装置といった測定環境は、単一条件、または複数条件とする。
（４）各条件での測定は、それぞれ一回、または複数回行う。
（５）測定した波形データはそのままのデータとして、または特徴抽出を行った後に、測定条件などのデータと共に保存する。この保存されたデータは、後日、市場に流通しているＬＳＩ製品に対して真贋判定を行うための識別データとして利用される。
（６）測定した波形データからは処理時間を抽出することができるので、処理時間を計測するための信号をＬＳＩに出力させてもよい。この処理時間を、ＬＳＩ製品に対して真贋判定を行うための識別データとして利用してもよい。

次に、真贋判定の処理では、真贋判定を行うＬＳＩ製品を、製造時と同様に、所定条件で当該ＬＳＩ製品を動作させて、その時の消費電力または電磁波の波形を測定し、既にＬＳＩ製品の製造時に計測して保存してある波形データと比較して、一致すれば本物、異なれば偽物と判断する。このとき、波形データ同士の比較では、その波形データが完全に一致することは考えられないので、実用的には、一致の度合いによって本物と偽物の区別をする。または、波形データから特徴量の抽出を行って、特徴量の比較により真贋を区別するようにしてもよい。特徴量の抽出の技術は公知の技術を用いる。そのために、次に説明するように、一回または複数回の比較を行う。

更に、詳細に説明すると、対象のＬＳＩ製品の真贋判定の処理では、
（ａ）ＬＳＩ製品の本来機能の回路、またはそこに実装した真贋判定の波形を生成するための一つまたは複数の専用回路を、指定条件で動作させて消費電力または電磁波の波形の測定を行う。
（ｂ）測定した波形データを保存してある一つまたは複数の波形データと比較する。
（ｃ）電源電圧や動作温度あるいは測定装置といった測定環境を単一条件、または複数条件とする。
（ｄ）各条件での測定は一回、または複数回行う。
（ｅ）測定した波形データはそのまま、または特徴抽出を行った後に比較を行う。
（ｆ）処理時間は波形データから抽出して比較するようにしてもよく、また、処理時間の計測のため、ＬＳＩ製品が出力する信号を元に計測して比較してもよい。

図２は、３種類のＬＳＩ製品のＡＥＳ暗号回路の電力波形を示す図である。ＬＳＩ製品は、論理的な動作が同じものであっても、ＬＳＩ製品の製造プロセスが異なると、その動作中の消費電力や電磁波といったアナログデータは異なってくる。図２には、Ｖｅｌｒｏｇ−ＨＤＬ言語で記述された同じＡＥＳ暗号回路のソースコードから、異なる製造プロセスによって作られたＬＳＩ製品を同じ周波数で動作させ、その電源ラインをモニターしたときの電力波形が記されている。図２に示されるように、異なる製造プロセスであると同じ論理回路であっても、電力波形が一致しないことがわかる。一方、同じ製造プロセスで異なる時期に製造したＬＳＩ製品の動作時の波形は非常によく一致している。

しかし、同じ製造プロセスであっても、異なる時期や異なるウェハであると、測定した波形が異なってくる場合も考えられる、そのような場合に対しては、製造したＬＳＩ製品のロットごとに、波形データを取得しておき、これらを管理してもよい。

また、偽物ではなく、所定の処理速度や消費電力の定格の諸条件を満たさず、処分されるはずの不良品がなんらかの経路で流通ルートに乗ることもある。これらについても、本発明の真贋判定方法の適用により、動作時の消費電力や電磁波の波形データを測定して、真贋判定と同様に正規ルート品との比較を行うことで検出できる可能性が高い。

また、真贋判定のための波形生成の専用回路としては、リングオシレータや疑似乱数生成に用いるＬＦＳＲ（線形帰還シフトレジスタ）回路などの利用が有効である。リングオシレータの発振周波数は、プロセスの特性に大きく影響するため、製造プロセスが違うと全く異なる周波数を示すからである。なお、発振周波数は電源電圧等にも大きく影響されるので、製造時にいくつかの条件で測定しておき、真贋判定時にはそれら複数の条件で測定・比較を行うことにより、判定の精度を向上させることが可能となる。

また、ＬＦＳＲ回路はスイッチング回数が非常に多く、観測に適した大きな消費電力や電磁波を生成することができる。さらに、製品の中に検査用の電磁波を効率的に生成する専用のアンテナを金属配線で構成するようにしてもよい。アンテナの特性も製造プロセスによって異なってくるため、その差異を検出するのに有効な手段である。

このように、本発明による電子回路部品の真贋判定方法を用いることにより、つまり、製造時に所定条件で回路動作させて、その波形データを保存しておき、後日に同様な所定条件で動作させた場合の波形データと比較することにより、
（１）ＬＳＩ製品の不良品検査、
（２）様々なＬＳＩ製品の模造品対策、
（３）ＬＳＩ製品自体の価値の保護の他、ＩＣカード等に書き込まれる電子マネー等やＩＤなどの価値のあるデータが盗用され模造品に書き込まれて使用されることの防止、
（４）ＰＵＦへの応用、
などの技術分野に利用できる。
このＰＵＦの応用例については、以下に詳細に説明する。

ＰＵＦの製品は、前述のように、ＬＳＩ製品のデバイスの物理的なばらつきをデジタルデータに変換し、それをＩＤ（識別データ）に用いる技術である。ＰＵＦの機能を有する回路（以下、ＰＵＦ回路）が出力するＩＤが固定であると、そのデータをコピーしてなり済ましを行うことが可能となる。従って、通常はＰＵＦ回路にチャレンジという数十ビット程度のデータを入力し、それに対してレスポンスと言う１〜数ビット程度の応答を返させるという処理を、チャレンジを変えながら複数回繰り返す。

このチャレンジとレスポンスの関係は、デバイスのばらつきによってＰＵＦ回路ごとに異なるため、ＩＤとして利用できる。チャレンジとレスポンスのパターンは、ＰＵＦ回路毎に事前に複数取得しておき、認証側でデータベースに保存しておく。通常はこれを使い捨てにしながら認証を行うことで偽造を防止している。

しかし、単純なＰＵＦ回路ではこのチャレンジとレスポンスの関係をいくつか調べることで、どのような入出力関係を持つかが判明してしまう場合がある。そこで、ＰＵＦ回路はどんどん複雑化していく傾向にある。また、複雑化することにより、個々のＰＵＦ回路のチャレンジとレスポンスの関係が不安定となるため、誤り訂正符号の利用も行われている。

本発明による電子回路部品の真贋判定方法は、このようなＰＵＦ回路にも応用できる。図３は、本発明の電子回路部品の真贋判定法のＰＵＦへの応用例を説明する図である。図３に示すように、ＰＵＦ回路と真贋判定用の電力・電磁波生成専用回路を組み合わせて使用する。ＰＵＦ回路は、ＬＳＩ製品のＬＳＩ毎に固有のＩＤが出力できれば、シンプルなものでよく、使い捨てのチャレンジ−レスポンスとする必要もない。本発明の電子回路部品の真贋判定方法によって、本物であると判定されたＬＳＩ製品であれば、その中にＰＵＦ回路のＩＤを偽造する不正な回路が入っていることはありえない。従って、そのＬＳＩ製品のＰＵＦ回路が出力するＩＤは、チャレンジ−レスポンスを用いなくとも、すぐに本物であると判断することができる。

１１ＬＳＩ製品
１２測定装置
１３記憶装置
１４比較器

Claims

電子回路部品の製造時に所定条件で当該電子回路部品を動作させ、その動作時の消費電力または電磁波の波形を測定し、第１の波形データとして保存しておき、
真贋判定する対象の電子回路部品を、前記所定条件と同じ条件で動作させて、その消費電力または電磁波の波形を測定して、第２の波形データとして一時保存し、
前記保存しておいた第１の波形データと前記第２の波形データとを比較して、一致すれば本物と判定し、異なれば偽物と判定する
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項１に記載の電子回路部品の真贋判定方法において、
前記電子回路部品は、所定条件で動作して所定の波形を発生する回路を本来機能の回路とは別に備えている
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項１に記載の電子回路部品の真贋判定方法において、
前記電子回路部品は、本来機能の全部または一部の回路を動作させて、その動作時の消費電力または電磁波の波形を測定し、第１の波形データとして保存する
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項３に記載の電子回路部品の真贋判定方法において、
真贋判定する対象の電子回路部品に対して、本来機能の全部または一部の回路を前記所定条件と同じ条件で動作させて、その消費電力または電磁波の波形を測定して、第２の波形データとして一時保存し、
前記保存しておいた第１の波形データと前記第２の波形データとを比較する
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項１に記載の電子回路部品の真贋判定方法において、
第１の波形データと第２の波形データとの比較は、波形データから所定の特徴抽出を行った後に、抽出した特徴データにより比較を行う
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項１に記載の電子回路部品の真贋判定方法において、
前記所定条件での波形の測定は、複数の所定条件で複数回行い、複数の波形データを第１の波形データとして保存する
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項６に記載の電子回路部品の真贋判定方法において、
真贋判定する対象の電子回路部品に対して、前記所定条件での波形の測定は、複数の所定条件で複数回行い、第２の波形データとして、保存してある複数の第１の波形データとの比較を行う
ことを特徴とする電子回路部品の真贋判定方法。
請求項１に記載の電子回路部品の真贋判定方法が用いられる電子回路部品であって、
電子回路部品の真贋判定のための回路として、所定条件で動作して所定の波形を発生する回路を、本来機能の回路とは別に備えている
ことを特徴とする電子回路部品。
請求項８に記載の電子回路部品の真贋判定方法が用いられる電子回路部品であって、
電子回路部品の真贋判定のための回路として、本来機能の回路とは別に備える回路は、リングオシレータである。
ことを特徴とする電子回路部品。
請求項８に記載の電子回路部品の真贋判定方法が用いられる電子回路部品であって、
電子回路部品の真贋判定のための回路として、本来機能の回路とは別に備える回路は、線形帰還シフトレジスタである。
ことを特徴とする電子回路部品。