CN113032852A - 一种基于可编程电路的芯片防伪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于可编程电路的芯片防伪方法：根据排布需求，通过大电流将芯片ROM中的一些电路单元熔断，得到复数个熔断块；结合排布需求对熔断块进行排布；在使用芯片前，将保密内容烧写入经排布且编码后的熔断块中并构造不同的结构特征，使得熔断块具有各不相同的不可逆的可视的防伪特征，其能够通过光学仪器观察；通过电子和/或光学读取方式对防伪特征进行识别校验。优点是：通过对电路单元改变实现保密数据仅能写入一次无法重复烧写，使得保密数据具有不可更改的特性，能够实现编号的唯一性。并且写入的密钥也有保密算法支持以防止密钥被破解。解决现有技术中当数据不稳定导致防伪能力失效，导致防伪芯片失效无法起到防伪作用的问题。
Description
技术领域
本发明涉及防伪技术领域，尤其涉及一种基于可编程电路的芯片防伪方法。
背景技术
纪念币、证照、印章、运钞等产品需要采用专门的防伪技术来保证产品安全。现有技术中多采用专用防伪芯片来实现这以上目的，现有防伪芯片具备高可控(能够抵抗日常生活中变形、潮湿、静电等环境因素)、长寿命(芯片寿命应大于受保护产品使用期限，正常环境下设计使用寿命大于50年，宜达到100年)、高安全(应能抵御已知攻击方式，或攻击成本远大于受保护产品价值)的特点。
为了实现通过防伪芯片实现对产品保护，需要先将UID及校验码烧写入芯片的存储介质中，此环节直接关乎到防伪芯片是否能够有效实现防伪的目的。现有技术中是将UID及校验码等内容编码烧写入RAM等可反复读写的存储器中，以实现对RAM内存储的灵活控制，但该技术易导致不安全的因素。因为在后续的普通读写和受到攻击的过程中，RAM无法保证UID及校验码等内容一直稳定不被造假者篡改，而一旦数据不稳定则会导致防伪能力失效。
所以如何能够提供一种无法被篡改且稳定的芯片防伪方法称为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于可编程电路的芯片防伪方法，用以解决现有技术中，由于保密数据烧写在RAM中，导致在普通读写保密数据和保密数据受到攻击的过程中，RAM无法保证UID及校验码等内容一直稳定不被造假者篡改，当数据不稳定导致防伪能力失效，最终导致防伪芯片失效无法起到防伪作用的问题。
为了实现上述目的，本发明技术方案提供了一种基于可编程电路的芯片防伪方法，包括：根据排布需求，通过指令使得大电流将芯片ROM中的电路单元熔断，得到复数个体积相同或不同的熔断块；结合所述排布需求，对所述熔断块进行排布；在使用芯片前，基于可编程电路将保密内容烧写入经排布且编码后的所述熔断块中，在所述熔断块上构造不同的结构特征，使得所述复数个熔断块具有各不相同的不可逆的可视的防伪特征；通过电子和/或光学读取方式对所述防伪特征进行识别校验。
作为上述技术方案的优选，较佳的，采用大电流熔断金属/多晶硅的手段将所述ROM中电路单元中的金属/硅化物熔断，使得当前电路单元开路；
具体的，在大电流电迁移的作用下，金属原子受到运动的导电电子作用沿晶粒从阴极向阳极迁移，阴极的原子减少形成空洞。
作为上述技术方案的优选，较佳的，所述排布需求包括：排布顺序、排布形态，根据所述排布形态和所述排布顺序将所述复数个熔断块依次在ROM表面进行二维排布。
作为上述技术方案的优选，较佳的，保密内容包括：烧写顺序、UID信息、校验码信息。
作为上述技术方案的优选，较佳的，根据所述烧写顺序对所述经保密排布的熔断块进行编码。
作为上述技术方案的优选，较佳的，根据编码顺序将所述UID信息和所述校验码信息分别烧写入不同的所述熔断块中，使得各所述熔断块表面具有不同的图案和镂空。
作为上述技术方案的优选，较佳的，通过RFID或NFC进行防伪校验；通过光学读取方式识别电路单元后检测防伪芯片一致性，通过图像识别获取防伪信息。
本发明技术方案提供了一种基于可编程电路的芯片防伪方法，包括：根据排布需求，通过大电流将芯片ROM中的一些电路单元熔断，得到复数个熔断块；结合排布需求，对熔断块进行排布；使用芯片前，将保密内容烧写入经排布且编码后的熔断块中，在熔断块上构造不同的结构特征，使得复数个熔断块具有各不相同的不可逆的可视的防伪特征；通过电子和/或光学读取方式对防伪特征进行识别校验。
本发明的优点是：通过对电路单元改变和实现保密数据仅能写入一次，无法重复烧写使得保密数据具有不可更改的特性，能够实现编号的唯一性。并且写入的密钥也有保密算法支持以防止密钥被破解。解决了现有技术中当数据不稳定导致防伪能力失效，最终导致防伪芯片失效无法起到防伪作用的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于可编程电路的芯片防伪方法的流程示意图。
图2为本发明中熔断块在ROM表面呈线性排布的结构示意图。
图3为本发明中熔断块在ROM表面呈非线性的排布的结构示意图。
图4为本发明中一个完整的电路单元的示意图。
图5为本发明一具体实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明技术方案是利用大电流熔断电路单元中的金属/多晶硅，在芯片的ROM中烧写唯一UID及校验码等内容，通过金属/多晶硅的大电流迁移的熔断方式形成独特的熔断后的图案，将存储的数据信号作为电子防伪的唯一标识码，将熔断图案用作防伪图案，从而实现防伪的目的。
图1为本发明实施例提供的流程示意图：
步骤101、根据排布需求，通过大电流将芯片ROM中的一些电路单元熔断。
具体的，根据排布需求得到各熔断块的体积信息以及指令信息后，采用大电流熔断金属/多晶硅的手段将所述ROM中电路单元中的金属/硅化物熔断(可以是单体金属/硅化物，也可以是相邻的多个金属/硅化物)，使得当前电路单元开路(此当前电路单元为单体金属/硅化物或者相邻多个金属/硅化物)，得到复数个熔断块(各熔断块体积相同或不同)。具体的，在大电流电迁移的作用下，金属原子受到运动的导电电子作用沿晶粒从阴极向阳极迁移，阴极的原子减少形成空洞。
其中，指令信息具体可以为：设定当指令为1或高电平时此电路单元被熔断，当指令为0或低电平时此电路单元保持原状。
步骤102、根据排布需求，对所述熔断块进行排布。
排布需求包括：排布顺序、排布形态，根据排布形态和排布顺序将所述复数个熔断块依次在ROM表面进行二维排布。排布形态包括线性排布和非线性排布如图2所示，具体非线性排布的形态如图3所示。
步骤103、将保密内容烧写入经排布且编码后的熔断块中。
具体的，芯片使用方根据保密内容中提供的烧写顺序、UID信息、校验码信息对各熔断块进行烧写作业。
首先，根据烧写顺序对经排布的熔断块进行编码。其次，根据编码顺序将所述UID信息和所述校验码信息分别烧写入不同的所述熔断块中，使得各所述熔断块表面具有不同的图案和镂空。从而使得各熔断块上具有构造不同的结构特征，并且这些结构特征是不可逆的。
步骤104、通过电子和/或光学读取方式对防伪特征进行识别校验。
包括，通过RFID或NFC进行防伪校验；通过光学读取方式识别电路单元后检测防伪芯片一致性，通过图像识别获取防伪信息。
现用一具体实施例对本发明技术方案进行详细说明，如图5所示。首先需要说明的是，本发明将大电流熔断金属/多晶硅的技术用于无线射频识别技术防伪中作为UID、校验码等相关内容的存放介质。
芯片使用方执行步骤S1、使得由阴阳金属原子组成的电路单元开路。
如图4所示，在金属熔丝两端加一定时间的高电平，从而产生较大的电流，在大电流电迁移的作用下，金属原子受到运动的导电电子作用沿晶粒从阴极向阳极迁移，电流密度增大电子迁移也随之增加，若电迁移剧烈，金属熔丝链的阳极堆积由阴极迁移而来的原子，而此时阴极的原子由于迁移形成空洞，所以连接阳极和阴极的金属/硅化物受到电流影响产生形变，使得阴极和阳极开路(断开)，使得此电路单元对应阻值增加，导致导电性变差，进而使得内部存储的信息变化，使得开路后的电路结构能够实现存储数据的目的。进一步说明，图2和图3中所示熔断块1-8的大小仅为示意所用，在实际实施中熔断块1-8实际体积会发送变化，具体的：
具体的，根据排布需求，获取熔断块的体积及位置：将由阴阳金属原子组成的电路单元熔断(单体金属/硅化物)得到各熔断块，各熔断块的体积相同或不同，具体的：熔断块1由一个电路单元熔断而成；熔断块2由两个相邻电路单元熔断而成；熔断块3由一个电路单元熔断而成体积与熔断块1相同；熔断块4由三个相邻电路单元熔断而成；熔断块5由两个相邻电路单元熔断而成体积与熔断块2相同；熔断块6由一个电路单元熔断而成；熔断块7由五个电路单元熔断而成；熔断块8由四个电路单元熔断而成，从而实现能够以熔断块1-8体积不同作为防伪特征，实现防伪的目的。
继续执行步骤S2、根据排布需求，将若干熔断块随机的排布于ROM上。
具体的，电路单元作为基础单元被放置在实际版图当中，这些电路单元的排布并非普通线性排布(图3所示)，本实施例以8bits为例进行说明：
如图3示，图中外方框为ROM表面，小方框表示1bits至8bits的排列，它们在空间中以一个特定的格式排布，该排布规则仅有唯一码的分发者了解，使得破解者难以破解，具备保密性，增加了复制的难度。
整个芯片的生产过程中，对多个bit熔断后排序：图2和图3中的数字表示UID以及校验码的烧写顺序，数字越小代表烧写顺序越是靠前。
若采用如图2所示的线性排布，对于有显微镜、Xray等光学设备的攻击者，能够通过视觉的方式就得到UID和校验等信息，对安全造成风险。
当经过排布后(图3中排布所示)，其能够在二维平面内进行没有规律的排布，排布的形状任意，对于潜在的复制者而言，即使能够观测到芯片中上述电路单元单元的排布，但是仅获取排布方式并不能得到保密数据，所以攻击者无法进行破解。
芯片使用方在使用芯片之前，执行步骤S3：根据保密内容将保密数据写入熔断块中。
具体的，根据保密内容中记载的：UID值、校验码以及每个UID值和校验码所与熔断块之间的映射关系，通过编程选中金属熔丝进行烧录作业：将UID值和校验码等内容烧录至对应熔断块中。烧录作业完毕后，各熔断块上出现各部相同的图案、镂空等结构特征。上述熔断和烧录作业包含多个bit的信息，这些信息中的UID本身具有唯一性，适合作为防伪标志，同时这些bit信息对应的电路单元在芯片版图上的排布是有特定规则的，增加了复制的难度。
例如，图3所示的熔断块在烧写后会出现如下变化：熔断块1表面仅出现图案；熔断块2表面仅出现镂空；熔断块3表面出现镂空+图案；熔断块4表面无任何变化；熔断块5表面出现与熔断块2相同位置不同形态的镂空；熔断块6表面出现与熔断块1相同位置不同形态的图案；熔断块7出现与熔断块2、5位置不同形态不同的镂空以及另一图案；熔断块8出现多个新图案和一个新镂空，从而实现以熔断块1-8排布的不同位置及各不相同的防伪特征实现防伪的目的。
进一步的，因为金属的迁移过程是不可逆的，因此具有仅能编程一次的特点，在纪念币、证照、印章、运钞等产品的芯片生产后，出厂售卖前的流程中，在芯片ROM中烧写入唯一的UID和校验码等内容，利用在后续流程中的不可更改性，能够实现编号的唯一性，并且该编号即使通过光学方式被观测到后也难以破译。即使复制者用重金购买熔断设备后，熔断块内部存储的电子信息也具有唯一性，复制者无法破译出UID和校验等信息。且当存储信息的位数越多时，组成的图形形状越多样，则无序性越明显，其保密性、防伪性越强。
继续执行步骤S4：对烧录后熔断块进行认证，对防伪特征进行识别校验。
上述熔断和烧录过程需认证后在进行，这样可以避免攻击者采购空白芯片自行写入。
通过RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)或NFC(Near FieldCommunication，近距离无线通讯技术)进行防伪校验；这些防伪特征具有可视的特点，能够通过光学的仪器观察包括但不限于熔断块1-8的体积、排布方式、各熔断块上的图案形状、结构特征、熔断块的体积。详细的：通过光学读取方式识别电路单元后检测防伪芯片一致性，如X-RAY底下看到相应的电路单元，上述采用金属OTP(One Time Programmable，一次可编程)熔丝实现每颗芯片唯一防伪信息编码(熔断及烧录过程)，可以通过FIB、3D-XRAY等设备在检查防伪芯片一致性(熔断块排布)后，通过图像识别(各熔断块上图案、结构、体积特征)获取防伪信息。ROM中的防伪数据，无法修改、仿造、无机械磨损、防污损；读取时不直接对最终用户开放的物理接口，保证防伪芯片的安全性；防伪数据除标签的密码保护外，部分数据采用保密算法实现安全管理。
本发明的技术方案具有以下优点：
1、将保密数据写入ROM中，克服UID及校验码等内容编码烧写后，在生产、运输、发售等过程中，存在攻击者对存储内容进行篡改风险的难题，实现无法篡改UID及校验码等内容编码的保存，从而达到防伪的目的。
2、将保密数据写入熔断后的电路单元中该熔断工艺比较独有，产生的，普通复制者很难重复该工艺，实现其他防伪技术难以实现的UID码，复制者难以复制出完全相同的芯片；
3、通过光学方式能够读取，可通过FIB、3D-XRAY等设备在检查防伪芯片一致性后，通过图像识别获取防伪信息。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种基于可编程电路的芯片防伪方法，其特征在于，所述方法包括：
根据排布需求，通过指令使得大电流将芯片ROM中的电路单元熔断，得到复数个体积不同的熔断块；
结合所述排布需求，对所述熔断块进行排布；
在使用芯片前，基于可编程电路将保密内容烧写入经排布且编码后的所述熔断块中，在所述熔断块上构造不同的结构特征，使得所述复数个熔断块具有各不相同的不可逆的可视的防伪特征；
通过电子和/或光学读取方式对所述防伪特征进行识别校验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用大电流熔断金属/多晶硅的手段将所述ROM中电路单元中的金属/硅化物熔断，使得当前电路单元开路；
具体的，在大电流电迁移的作用下，金属原子受到运动的导电电子作用沿晶粒从阴极向阳极迁移，阴极的原子减少形成空洞。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保密排布需求包括：排布顺序、排布形态，根据所述排布形态和所述排布顺序将所述复数个熔断块依次在ROM表面进行二维排布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保密内容包括：烧写顺序、UID信息、校验码信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述烧写顺序对所述经保密排布的熔断块进行编码。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据编码顺序将所述UID信息和所述校验码信息分别烧写入不同的所述熔断块中，使得各所述熔断块表面具有不同的图案和镂空。
7.根据权利要求1-6所述的方法，其特征在于，通过RFID或NFC进行防伪校验；通过光学读取方式识别电路单元后检测防伪芯片一致性，通过图像识别获取防伪信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |