JP2009277085A

JP2009277085A - 情報削除機能付きｌｓｉ

Info

Publication number: JP2009277085A
Application number: JP2008128718A
Authority: JP
Inventors: Fumiharu Morisawa; 文晴森澤; Koyo Yamakoshi; 公洋山越
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】半導体チップ単体での耐タンパ性を高めた情報削除機能付きＬＳＩを提供することを目的とする。
【解決手段】情報削除機能付きＬＳＩ３１１は、制御回路１２で処理される情報が格納される記憶手段であるメモリ１３と、メモリ１３に格納される前記情報を消去する消去手段である消去回路１４と、消去回路１４に電力を供給する発電手段である発電機構１５と、外部からの情報の変化を検出してメモリ１３に格納される前記情報を消去すべきことを判断して消去回路１４に指示する検出手段である検出回路１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐タンパ性を有する情報削除機能付きＬＳＩに関する。

電子マネーなどに利用されるＩＣチップや通信用ＬＳＩなどの半導体チップは、悪意を持った者がパッケージから取り外して別の装置に繋いでデータを解析する「取り外し解析」をされることがある。半導体チップは、このような取り外し解析という外部からの攻撃を防御する能力をもつ必要がある。この防御する能力を一般的に耐タンパといい、耐タンパを高める手段が知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。具体的には、物理的に半導体チップ内部に強固で粘着力の高いコーティングを施し、表面を剥がすと内部の回路が完全に破壊されるようにしたり、ダミーの配線を施したり、論理的には暗号化でデータを外部から読み取りにくいよう機密性を高めるなどの手段がとられていた。
情報セキュリティとＶＬＳＩ技術に関する研究会（２００４年３月２９日開催）「ハードの耐タンパ性を侵すＬＳＩ故障解析技術」、講演者：中島蕃。ｈｔｔｐ：／／ｉｍａｉｌａｂ．ｉｉｓ．ｕ−ｔｏｋｙｏ．ａｃ．ｊｐ／ＩＴＳＥＣ＿ＶＬＳＩ０４／ＩＴＳＥＣ＿＆＿ＶＬＳＩ−６．ｐｄｆ（平成２０年４月２４日検索）。

しかし、従来の手段には、半導体チップの取り外しに成功した場合、データの解析を防御する手段が半導体チップ単体にはないことに課題があった。本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体チップ単体での耐タンパ性を高めた情報削除機能付きＬＳＩを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩは、発電手段を内蔵しており、発電手段の電気エネルギーで消去手段と検出手段を動作させ、攻撃されていることを検出手段が検出すると消去手段が記憶手段の情報を破壊することとした。

具体的には、本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩは、制御回路で処理される情報が格納される記憶手段と、前記記憶手段に格納される前記情報を消去する消去手段と、前記消去手段に電力を供給する発電手段と、外部からの情報の変化を検出して前記記憶手段に格納される前記情報を消去すべきことを判断して前記消去手段に指示する検出手段と、を備える。

半導体チップ中に電力供給機能と制御機能が閉じる実装が行えるため、攻撃者が装置への電源を遮断したとしても、情報削除機能付きＬＳＩは耐タンパ部分である検出手段と消去手段へ電力供給を続けることができる。従来の方法に比べて半導体チップ単体での取り外し解析に対する防衛能力が高い。特に、通信をする相手との暗号や認証に必要な暗号鍵や認証鍵等の情報を消去することで耐タンパ性を高めることが可能である。

従って、本発明は、半導体チップ単体での耐タンパ性を高めた情報削除機能付きＬＳＩを提供することができる。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩの前記発電手段は、外部からの振動を電力に変換する振動エネルギー発電手段とすることができる。攻撃者の半導体チップ取り外し時の振動を利用して情報を消去することができる。

前記振動エネルギー発電手段は、固定部と、前記固定部との間で容量を形成する可動部と、可動部の振動による前記容量の変化を起電力に変換する電力回収回路と、を有してもよい。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術で固定部と可動部とからなる振動素子を半導体チップ内に実装できる。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩの前記発電手段は、外部からの光を受光することで起電力を発生する光電素子とすることができる。攻撃者が半導体チップを取り外したときに、半導体チップに当たる光を利用して情報を消去することができる。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩの前記検出手段は、前記外部からの情報の変化として入力信号の電位の変化を検出する電位検出手段としてもよい。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩの前記検出手段は、前記外部からの情報の変化として外部の回路とのループ抵抗の変化を検出する抵抗測定手段としてもよい。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩの前記検出手段は、前記外部からの情報の変化として外部からの光の変化を検出する光量検出手段としてもよい。攻撃されているか否かの判断をすることができる。

本発明は、半導体チップ単体での耐タンパ性を高めた情報削除機能付きＬＳＩを提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施の形態１）
図１は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩを搭載したプリント基板の構成を説明するブロック図である。図１のプリント基板４０１は、電源４２と接続される配線４１とこれに接続される情報削除機能付きＬＳＩ３１１を搭載する。

情報削除機能付きＬＳＩ３１１は、制御回路１２で処理される情報が格納される記憶手段であるメモリ１３と、メモリ１３に格納される前記情報を消去する消去手段である消去回路１４と、消去回路１４に電力を供給する発電手段である発電機構１５と、外部からの情報の変化を検出してメモリ１３に格納される前記情報を消去すべきことを判断して消去回路１４に指示する検出手段である検出回路１６と、を備える。

さらに、情報削除機能付きＬＳＩ３１１は、無線回路１１と、無線回路１１に接続されるアンテナ１７とを備える。制御回路１２は無線回路１１を駆動して情報をアンテナ１７を介して送信及び受信することができる。また、制御回路１２はメモリ１３へ情報を格納し、また、メモリ１３から所望の情報を取り出すことができる。

消去回路１４は、メモリ１３に格納される情報を消去する消去手段である。例えば、消去回路１４は、メモリ１３内の情報を全て０又は１に書き換えることで消去することができる。また、消去回路１４は、０と１のランダムなデータを作り出し、メモリ１３内の情報をランダムなデータに書き換えることで消去することができる。

発電機構１５は、外部からの振動を電力に変換する振動エネルギー発電手段である。例えば、発電機構１５は、情報削除機能付きＬＳＩ３１１に加えられた振動を利用して発電することができる。図２は、発電機構１５の例である。発電機構１５は発電素子１１０と電力回収回路１２０からなる。図３は、発電素子１１０を説明する模式図である。発電素子１１０は、固定部１１１、可動部１１２、アンカー１１３を含む。発電素子１１０はＭＥＭＳ技術によって情報削除機能付きＬＳＩ３１１内部に作られる。発電素子１１０は、振動により可動部１１２が動き、固定部１１１との容量が変化する。

発電素子１１０の可動部１１２が振動すると固定部１１１の電位は交流状になる。電力回収回路１２０は交流状の電力を整流して直流に変換する。図４は、電力回収回路の他の例である。

電力回収回路１２０は、発電素子１１０により電力を供給され、発電素子１１０が発生させた交流電力を効率的に回収するとともに、メモリ１３や消去回路１４に対して電力を供給する。振動の発生要因は攻撃時の振動に限らず、温度変化、空気変化、基板振動もあり、情報削除機能付きＬＳＩ３１１に明示的な振動を与えなくても発電機構１５は電力の供給が可能であり、メモリ１３、消去回路１４、検出回路１６を常時動作させることもできる。

検出回路１６は、外部からの情報の変化を検出してメモリ１３に格納される前記情報を消去すべきことを判断して消去回路１４に指示する検出手段である。具体的には、検出回路１６は、外部からの情報の変化として入力信号の電位の変化を検出する電位検出手段である。検出回路１６は、配線４１に接続されており、攻撃で情報削除機能付きＬＳＩ３１１と配線４１との接続が切断されると、入力信号の電位が変動する。これを検出することで、検出回路１６は攻撃をされていることを判断することができる。

通常、情報削除機能付きＬＳＩ３１１は、配線４１を介して電源４２から電力が供給され、無線回路１１、制御回路１２及びメモリ１３が動作する。具体的には、制御回路１２により無線回路１１が駆動され、メモリ１３に格納されるユーザ情報や課金情報などの情報がアンテナ１７を介して送信される。一方、制御回路１２は、無線回路１１を駆動して受信した情報をメモリ１３に格納する。

一方、情報削除機能付きＬＳＩ３１１がプリント基板４０１から剥がされた場合、情報削除機能付きＬＳＩ３１１と配線４１との接続が切断されるため、検出回路１６は入力信号の電位の変化を検出する。情報削除機能付きＬＳＩ３１１と配線４１との接続が切断されても、発電機構１５は情報削除機能付きＬＳＩ３１１内でメモリ１３、消去回路１４及び検出回路１６に電力を供給することができる。このため、検出回路１６は攻撃を受けたと判断でき、消去回路１４に対してメモリ１３に書き込まれている情報を消去するように指示する。

従って、情報削除機能付きＬＳＩ３１１は、電源と遮断されても、通信をする相手との暗号や認証に必要な暗号鍵や認証鍵を消去することができ、耐タンパ性が高い。なお、検出回路１６は、外部からの情報の変化として外部の回路とのループ抵抗の変化を検出する抵抗測定手段であってもよい。検出回路１６は、配線４１に接続されており、常時ループ抵抗をモニタしている。攻撃時に配線との接続が切断されると抵抗値がかわるため、検出回路１６は攻撃をされていることを判断することができる。これにより耐タンパ性を高めることができる。

情報削除機能付きＬＳＩは無線通信用だけでなく、非接触カード、接触カード又はＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）用のＩＣタグにも搭載することができる。

図５は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩを搭載した非接触カードの構成を説明するブロック図である。図５の非接触カード４０２は、配線４１とこれに接続される情報削除機能付きＬＳＩ３１２を搭載する。情報削除機能付きＬＳＩ３１２は、図１の情報削除機能付きＬＳＩ３１１の無線回路１１及びアンテナ１７の代替として電磁誘導回路２１及びアンテナ２７を備える。制御回路１２は電磁誘導回路２１を駆動して情報をアンテナ２７を介して送信及び受信することができる。情報削除機能付きＬＳＩ３１２は、情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様に、内蔵する発電機構１５による電力で消去回路１４と検出回路１６を動作させ、検出回路１６が配線４１とのループ抵抗値の変動から攻撃を検出したときに、消去回路１４がメモリ１３の記録内容を破壊する。従って、情報削除機能付きＬＳＩ３１２は情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様の効果が得られる。

図６は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩを搭載した接触カードの構成を説明するブロック図である。図６の接触カード４０３は、配線４１とこれに接続される情報削除機能付きＬＳＩ３１３を搭載する。情報削除機能付きＬＳＩ３１３は、図１の情報削除機能付きＬＳＩ３１１の無線回路１１及びアンテナ１７の代替として電極３７を備える。制御回路１２は電極３７を介して情報を送信及び受信することができる。情報削除機能付きＬＳＩ３１３は、情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様に、内蔵する発電機構１５による電力で消去回路１４と検出回路１６を動作させ、検出回路１６が配線４１とのループ抵抗値の変動から攻撃を検出したときに、消去回路１４がメモリ１３の記録内容を破壊する。従って、情報削除機能付きＬＳＩ３１３は情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様の効果が得られる。

図７は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩであるＲＦＩＤ−ＩＣの構成を説明するブロック図である。図７のパッケージ４０４は、配線４１とこれに接続されるＲＦＩＤ−ＩＣ３１４を搭載する。ＲＦＩＤ−ＩＣ３１４は、図５の情報削除機能付きＬＳＩ３１２と同様である。電磁誘導回路２１はアンテナ１７を介して情報を送信及び受信することができる。ＲＦＩＤ−ＩＣ３１４は、情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様に、内蔵する発電機構１５による電力で消去回路１４と検出回路１６を動作させ、検出回路１６が配線４１とのループ抵抗値の変動から攻撃を検出したときに、消去回路１４がメモリ１３の記録内容を破壊する。従って、ＲＦＩＤ−ＩＣ３１４は情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図８は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩを搭載したプリント基板の構成を説明するブロック図である。図８のプリント基板４０１は、電源４２と接続される配線４１とこれに接続される情報削除機能付きＬＳＩ３１５を搭載する。情報削除機能付きＬＳＩ３１５は、図１の情報削除機能付きＬＳＩ３１１に光量検出回路１８をさらに備えており、情報削除機能付きＬＳＩ３１５の検出手段は、検出回路１６と光量検出回路１８である。

光量検出回路１８は、例えば、フォトダイオードや太陽電池である。光量検出回路１８は、図９のように情報削除機能付きＬＳＩ３１５の表面に形成される。情報削除機能付きＬＳＩ３１５は、図１０のように光量検出回路１８をプリント基板側にしてプリント基板４０１に実装される。このように実装することで、通常時には光量検出回路１８に光が当たらず、起電力を発生しない。検出回路１６は光量検出回路１８の起電力をモニタしており、起電力がほぼ０である通常時には、情報削除機能付きＬＳＩ３１５は図１の情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様に動作する。

一方、情報削除機能付きＬＳＩ３１５がプリント基板４０１から剥がされた場合、光量検出回路１８は入射してきた光で起電力を発生する。このため、検出回路１６はこの起電力を検出したときに攻撃されたと判断し、消去回路１４に対してメモリ１３に書き込まれている情報を消去するように指示する。従って、情報削除機能付きＬＳＩ３１５は情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様の効果が得られる。

図８の情報削除機能付きＬＳＩ３１５の発電機構１５を、外部からの光を受光することで起電力を発生する光電素子１９としてもよい。図１１の情報削除機能付きＬＳＩ３１６は、図８の情報削除機能付きＬＳＩ３１５の発電機構１５、検出回路１６及び光量検出回路１８の代替として光電素子１９を備える。光電素子１９は、例えば、フォトダイオードや太陽電池である。光電素子１９は、図９の光量検出回路１８ように情報削除機能付きＬＳＩ３１６の表面に形成される。情報削除機能付きＬＳＩ３１６は、図１０の情報削除機能付きＬＳＩ３１５ように光電素子１９をプリント基板側にしてプリント基板４０１に実装される。

光電素子１９は、発電機構１５、検出回路１６及び光量検出回路１８を兼用しており、情報削除機能付きＬＳＩ３１６がプリント基板４０１から剥がされた場合、光電素子１９は入射してきた光で起電力を発生し、メモリ１３と消去回路１４に電力を供給する。消去回路１４は光電素子１９からの電力を受け取ることで起動し、メモリ１３の情報を消去する。従って、情報削除機能付きＬＳＩ３１６は情報削除機能付きＬＳＩ３１１と同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図１２は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩを基板への実装を説明する図である。図１で説明したプリント基板４０１にある配線４１と情報削除機能付きＬＳＩ３０１とが接続されている例である。図１２の情報削除機能付きＬＳＩ３１１はパッケージで封止されていても良い。配線４１は情報削除機能付きＬＳＩ３１１もしくはパッケージの接触面に隠れるように配置するため、図１２では配線４１は見えない。また、電源４２は、プリント基板４１の外部から供給されるため記載を省略している。具体的には、情報削除機能付きＬＳＩ３１１を直接プリント基板４０１に搭載する場合はパッドをプリント基板４０１の接触面に接触させ、パッケージの場合はＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）のような裏面に端子がある表面実装品としてプリント基板４０１の接触面に接触させる。このように情報削除機能付きＬＳＩ３０１をプリント基板４０１に搭載し、配線４１を極力短くすると攻撃からの防御能力を高めることができる。

図１３は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩがパッケージ内に組み込まれている場合を説明する図である。図１３は、ＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）やＢＧＡに代表されるＬＳＩパッケージ４１１にある配線４１と図１で説明した情報削除機能付きＬＳＩ３１１とが接続されている例である。また、情報削除機能付きＬＳＩ３１１はリード線５１とも接続されている。情報削除機能付きＬＳＩ３１１がＬＳＩパッケージ４１１からはがされると、図１で説明したように入力信号の電位が変化して検出回路１６でこの変化を検出する。

図１４は、本実施形態の情報削除機能付きＬＳＩがクレジットカードやキャッシュカードなどのカードパッケージ内に組み込まれている場合を説明する図である。図１４は、カードパッケージ４１２にある配線４１と図１で説明した情報削除機能付きＬＳＩ３１１とが接続されている例である。情報削除機能付きＬＳＩ３１１がカードパッケージ４１２からはがされると、図１で説明したように入力信号の電位が変化して検出回路１６でこの変化を検出する。

図１２から図１４で図１の情報削除機能付きＬＳＩ３１１を基板４１への実装を説明したが、図５の情報削除機能付きＬＳＩ３１２、図６の情報削除機能付きＬＳＩ３１３、図７のＲＦＩＤ−ＩＣ３１４、図８の情報削除機能付きＬＳＩ３１５、図１１の情報削除機能付きＬＳＩ３１６でも同様に基板やパッケージに実装することができる。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩの構成はＬＳＩに限らず、ＩＣチップ、ＶＬＳＩ（ＶｅｒｙＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＵＬＳＩ（Ｕｌｔｒａ−ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ）等に適用することができる。

本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩを搭載したプリント基板の構成を説明するブロック図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩが備える発電機構の例である。発電機構が有する発電素子の模式図である。発電機構が有する電力回収回路の例である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩを搭載した非接触カードの構成を説明するブロック図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩを搭載した接触カードの構成を説明するブロック図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩであるＲＦＩＤ−ＩＣの構成を説明するブロック図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩを搭載したプリント基板の構成を説明するブロック図である。光量検出手段の形成位置を説明する図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩのプリント基板上への実装を説明する図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩを搭載したプリント基板の構成を説明するブロック図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩを搭載したプリント基板の構成を説明するブロック図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩがパッケージ内に組み込まれている場合を説明する図である。本発明に係る情報削除機能付きＬＳＩがクレジットカードやキャッシュカードなどのカードパッケージ内に組み込まれている場合を説明する図である。

符号の説明

３１１、３１２、３１３、３１５、３１６：情報削除機能付きＬＳＩ
３１４：ＲＦＩＤ−ＩＣ
４０１：プリント基板
４０２：非接触カード
４０３：接触カード
４０４：パッケージ
４１１：ＬＳＩパッケージ
４１２：カードパッケージ
１１：無線回路
１２：制御回路
１３：メモリ
１４：消去回路
１５：発電機構
１６：検出回路
１７、２７：アンテナ
１８：光量検出回路
１９：光電素子
２１：電磁誘導回路
３７：電極
４１：配線
４２：電源
５１：リード線
１１０：発電素子
１１１：固定部
１１２：可動部
１１３：アンカー
１２０：電力回収回路
１２１：電力回収制御回路

Claims

制御回路で処理される情報が格納される記憶手段と、
前記記憶手段に格納される前記情報を消去する消去手段と、
前記消去手段に電力を供給する発電手段と、
外部からの情報の変化を検出して前記記憶手段に格納される前記情報を消去すべきことを判断して前記消去手段に指示する検出手段と、
を備える情報削除機能付きＬＳＩ。
前記発電手段は、外部からの振動を電力に変換する振動エネルギー発電手段であることを特徴とする請求項１に記載の情報削除機能付きＬＳＩ。
前記振動エネルギー発電手段は、
固定部と、
前記固定部との間で容量を形成する可動部と、
可動部の振動による前記容量の変化を起電力に変換する電力回収回路と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の情報削除機能付きＬＳＩ。
前記発電手段は、外部からの光を受光することで起電力を発生する光電素子であることを特徴とする請求項１に記載の情報削除機能付きＬＳＩ。
前記検出手段は、前記外部からの情報の変化として入力信号の電位の変化を検出する電位検出手段であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの情報削除機能付きＬＳＩ。
前記検出手段は、前記外部からの情報の変化として外部の回路とのループ抵抗の変化を検出する抵抗測定手段であることを特徴とする請求項１から４に記載のいずれかの情報削除機能付きＬＳＩ。
前記検出手段は、前記外部からの情報の変化として外部からの光の変化を検出する光量検出手段であることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの情報削除機能付きＬＳＩ。