JP2012075102A - 電荷結合素子（ｃｃｄ）を認証する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタルカメラのような製品または装置を、問題なく、好適には常時、可能な限り安価に識別し認証しうる方法を提供する。
【解決手段】電荷結合素子（ＣＣＤ）を備えるデジタルカメラ内の電荷結合素子（ＣＣＤ）を、物理的に複製不可能な関数を利用して認証する方法が提供され、物理的に複製不可能な関数（ＰＵＦ）として、定められた入射光に対する、電荷結合素子内に存在するピクセルの測定された応答が利用される。さらに、対応する装置、および、この種の装置を備えるカメラが提示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にデジタルカメラ内の電荷結合素子（ＣＣＤ）を認証する方法、電荷結合素子（ＣＣＤ）を認証する装置、および、対応するデジタルＣＣＤカメラに関する。

例えば、Ｐａｐｐｕ Ｓｒｉｎｉｖａｓａ Ｒａｖｉｋａｎｔｈ著の「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｎｅ−Ｗａｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ」という文書に記載されるような、製品を識別するための様々な方法が既に公知である。本文書において、著者は、アルゴリズム的な、いわゆる一方向関数で暗号構造を保護する可能性について記載している。このいわゆる一方向関数は数値関数であり、さらなる別の意味においては、暗号化方法の物理的な実現としてみなすことができる。

製品を識別し認証する公知の方法のほとんどは、複製不可能な（ｕｎｋｌｏｎｂａｒ）モジュールを、識別すべきおよび認証すべき製品に追加することに基づいている。複製不可能なモジュールにより特定される値を読み出すことにより、製品が識別され認証される。クローン（Ｋｌｏｎｅｎ）を防止するために、いわゆる、物理的に複製不可能な関数（ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈ ｕｎｋｌｏｎｂａｒｅ Ｆｕｎｋｔｉｏｎ）を利用する一般的なアプローチは、特定の複製不可能な乱数値を有するモジュールを生成し、または、認証すべき、モジュールの偶発的に分布する固有特性を見つけることにある。

新しいモジュールを追加する際の基本的な欠点は、新しいモジュールのために追加コストが発生すること、識別すべき製品または装置の作動条件を見込んで、モジュールを選択する必要があること、さらに、識別すべき製品または装置の識別が製品または装置の作動時間中に行われる場合には、例えば、対応するシステムが起動される場合に毎回、モジュールの内容が、識別すべき製品または装置の稼動前および稼働中にも読み出し可能なまま保持されることにある。この読出しは追加的なハードウェアを必要とし、この追加的なハードウェアは、高価であることもあり、識別すべき各製品または装置のために実装する必要がある。この種の要請は、例えば、デジタルＣＣＤカメラの識別および認証の際に、または、当該カメラに実装されたＣＣＤチップ（ＣＣＤ−Ｃｈｉｐ）によって満たされる。

したがって、特にデジタルカメラのような製品または装置を、問題なく、好適には常時、可能な限り安価に識別し認証しうる代替的な選択肢を構想することが望まれる。

このような背景から、特許請求の範囲の請求項１に記載の特に電荷結合素子を備えるデジタルカメラ内の電荷結合素子（ＣＣＤ）を認証する方法と、特許請求の範囲の請求項７に記載の電荷結合素子を備えるデジタルカメラ内の電荷結合素子（ＣＣＤ）を認証する装置と、特許請求の範囲の請求項１０に記載の対応するデジタルＣＣＤカメラが提供される。

本発明のさらなる別の構成は、各従属請求項および明細書の記載から明らかとなろう。

本発明は、特に電荷結合素子を備えるデジタルカメラ内の電荷結合素子（“Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ”、ＣＣＤ）を認証する方法に関する。その際、本発明により構想される方法は、非常に費用対効果があり複製不可能である。

いわゆる、電荷結合素子（ＣＣＤ）は、電荷の伝達のために組み込まれた電子部品である。ここでは、内部光電効果に基づく感光性の電子部品が関わっている。ＣＣＤチップは本来データ格納のために開発されたが、この電子部品が感光性であり、当該部品により二次元画像を撮像することが比較的容易であることが早期に確認された。その間、二次元ＣＣＤアレイセンサが、ビデオカメラおよびデジタルカメラ、いわゆるＣＣＤカメラで使用されたが、例えば分光計のようなさらなる別のユニットでも使用されている。ＣＣＤチップの基本的なパラメータは、各ピクセル値、および、当該ＣＣＤチップ上に存在するピクセルの数である（ドーピング）。

この種のＣＣＤカメラ（もしくはこの種のユニット）またはその内部に含まれるＣＣＤチップを識別するために、物理的に複製不可能な関数を利用することが構想される。その際に、物理的に複製不可能な関数（ＰＵＦ）として、定められた入射光に対する、電荷結合素子（ＣＣＤチップ）内に存在するピクセルの測定された応答が利用される。

その際に、電荷結合素子（ＣＣＤチップ）は好適に、定められた波長の光により照射される。光源として、例えば、少なくとも１つの光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が使用されうる。その際に、複数のＬＥＤが使用され、これらＬＥＤが、例えば、デジタルＣＣＤカメラの各光軸の周りを周回するリングの形態で配置されるために、電荷結合素子（ＣＣＤチップ）は、表面が広範囲に（ｆｌａｅｃｈｅｎｄｅｃｋｅｎｄ）照射されることは有利である。

さらに、移動可能な光不透過性のカバーを設けることが可能であり、当該カバーにより、認証の間に、電荷結合素子に対する望まれない光の入射が防止される。認証のために利用される光源とは別の光源から入射する光は、効果、または当該光に対するピクセルの応答を変更する可能性があり、したがって認証がもはや可能ではないためである。

電荷結合素子に対する入射光が、カメラに組み込まれた光源により提供されることが構想されうる。さらに、設けるべき光不透過性のカバーは適切な形態で、組み込まれた光源と組み合わせてカメラ内に組み込むこともできる。これは、いわゆるイン・サーキット・モードに関し、したがって、カメラ内部でのイン・サーキット・テスト（Ｉｎ−Ｃｉｒｃｕｉｔ−Ｔｅｓｔ）がさらなる別の部品を追加することなく可能である。

本発明にかかる方法により、例えば、映像信号が対応するカメラにより本当に獲得されたのか、または、誤った信号源により誤った映像信号が生成されたのか（ｖｏｒｇｅｔａｅｕｓｃｈｔ）についても、直接的に識別することが可能である。さらに、この種のイン・サーキット・モードを用いて、本願に基づいて、対応するカメラソフトウェアの一部を暗号化するために利用される暗号鍵を生成することができるため、ソフトウェアが特定のハードウェアと連携され、対応するソフトウェアの単なる複写によっては、他のユニット上または他のカメラ上で駆動しえない。新しい鍵の生成は、例えば、ファジィ抽出器（Ｆｕｚｚｙ Ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）を用いて実行されうる。この種の方法は例えば、Ｙｅｖｇｅｎｉｙ Ｄｏｄｉｓ、Ｊｏｎａｔｈａｎ Ｋａｔｚ、Ｌｅｏｎｉｅ Ｒｅｙｚｉｎ著の「Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｕｚｚｙ Ｅｘｔｒａｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｅｄ Ｋｅｙ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｃｌｏｓｅ Ｓｅｃｒｅｔｓ」に記載されている。したがって、これにより、デジタルカメラ内に備えられたソフトウェアに対する、対応する複写保護が行われる。他の適用は、例えば、対応するカメラまたはＣＣＤチップが特定のハードウェア製造者により製造されたか否かについて例えば確認するための、対応するＣＣＤチップの認証情報を利用することである。

先に挙げた適用の幾つかは、各カメラにスマートカード（Ｓｍａｒｔｃａｒｄ）を挿入することによっても達成されうるが、本発明にかかる方法は、新規で魅力的な費用対効果のある代替案を提供する。

本発明にかかる方法は、既に以前に言及したように、物理的に複製不可能な関数を用いた物体認証に基づいている。本発明によれば、一意の識別測定パラメータとして、各ＣＣＤチップの特別で一度限りの特性が、すなわち、各ＣＣＤチップの各層、および、ピクセルのドーピング（Ｄｏｐｉｎｇ）が利用される。その際に、ＣＣＤチップのいわゆる「背景雑音（ｓｃｅｎｅ ｎｏｉｓｅ）」が、物理的に複製不可能な関数として利用される。認証そのものの際には、物理的に複製不可能な関数の、対応する応答が誘導され測定される。この応答は、その後、対応するカメラまたはカメラ内のＣＣＤチップを識別するために、および、暗号鍵を生成するために利用される。したがって、以下で関数としてすなわち複製不可能な関数とも称される、この一度限りのＣＣＤチップに対して一意に割り当てられうる特性が活性化され、ＣＣＤチップの各応答が測定される必要がある。

この応答、例えば、デジタルカメラ内のＣＣＤチップの「背景雑音」を測定するために、すでに文献で公知であり例えば、Ｒｏｂｅｒｔ Ｍｅｎｄｏｚａ著の文書「Ａｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ Ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐａｉｎｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ」で紹介された方法が利用されうる。このことは、デジタルＣＣＤカメラ内の認証すべきＣＣＤチップが、均一な（ｅｉｎｈｅｉｔｌｉｃｈ）光により照射され、適切な測定方法を利用して、各ピクセルから送信された信号が読み出されることを意味する。本発明によれば、この読み出された信号は、各ＣＣＤチップに一意に割り当てることが可能な値として解釈され、当該値はしたがって、ＣＣＤチップ、または、ＣＣＤチップが組み込まれたカメラの認証のために利用されうる。

その際に、測定のシナリオ、すなわち、いわゆる「イン・サーキット・セッティング（Ｉｎ−Ｃｉｒｃｕｉｔ−Ｓｅｔｔｉｎｇ）」、および、いわゆる「オフ・サーキット・セッティング（Ｏｆｆ−Ｃｉｒｃｕｉｔ−Ｓｅｔｔｉｎｇ）」が構想可能であり、以下で、図面との関連でより詳細に記載される。

さらに、本発明は、電荷結合素子（ＣＣＤ）を備えるデジタルカメラ内の電荷結合素子（ＣＣＤ）を認証する装置を提供し、その際に、この装置は、光により電荷結合素子を定められたように照射するための光源と、認証の間の電荷結合素子に対する望まれない光の照射がそれにより防止されうる移動可能な光不透過性のカバーと、を備え、光源が電荷結合素子を定められたように照射し、かつ、物理的に複製不可能な関数としての、定められた光の入射に対する電荷結合素子内に存在するピクセルの応答が、対応する測定および評価ユニットを用いて読出しおよび評価可能であるように、装置は認証の際にカメラに当接して配置される。

測定および評価ユニットが、装置に組み込まれた構成要素であることが構想されうる。

さらに、装置が、電荷結合素子を備える対応するデジタルカメラに組み込まれた構成要素であることも構想されうる。

さらに、本発明は、上記の対応する装置を備えたデジタルＣＣＤカメラを提供する。

本発明のさらなる利点および構成は、以下の記載および添付の図面から明らかとなろう。

先に挙げた特徴および以下にさらに解説される特徴は、各示された組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせにおいて、または、単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく利用されうる。

ＣＣＤチップを備えるカメラ内のＣＣＤチップを認証するための本発明にかかる方法の実施例が実施されうる「イン・サーキット」モードの概略図を示す。 ＣＣＤチップを備えるカメラ内のＣＣＤチップを認証するための本発明にかかる方法のさらなる別の実施例が実施されうる「オフ・サーキット」モードの概略図を示す。

本発明は、実施形態を用いて図面に概略的に示され、以下では、図面を参照してより詳細に記載される。同一の符号はそれぞれ同一のユニットを示す。

図１は、ＣＣＤチップを備えるデジタルＣＣＤカメラ内のＣＣＤチップを認証するための本発明にかかる装置の可能な実施形態が、対応するカメラに組み込まれている、すなわち、カメラに組み込まれた構成要素である「イン・サーキット」モード（Ｉｎ−Ｃｉｒｃｕｉｔ−Ｍｏｄｕｓ）を示している。図１は、その内部に様々な関数ユニットが実装されたデジタルカメラ１を示す。このデジタルカメラ１には、ＣＣＤチップ２と、ピクセルを測定するための測定ユニット３と、撮像ソフトウェア４と、本発明を実施するために設けられるＰＵＦ（「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ」）ソフトウェア５と、が付属している。さらに、制御および管理ソフトウェア６が設けられる。符号７により、デジタルカメラ１の光軸が示される。光軸７の周りには、ＣＣＤチップ２のさらに前に存在するＬＥＤのリング８が配置される。ＬＥＤ自体は円（Ｋｒｅｉｓ）として示される。以下では、符号「８」により、個々のＬＥＤと、ＬＥＤのリングとが表される。このリングのＬＥＤ８は、デジタルカメラ１内に実装されたＣＣＤチップ２の認証の際に、ＣＣＤチップ２を照射するための照射源として利用される。さらに、従来の撮影カメラのシャッタと比較可能な、移動可能なカバー９が設けられる。このカバー９は、ＬＥＤを除いた他の光源からの光が、認証プロセスの際にＣＣＤチップ２に達することを防ぐために利用される。他の光は、すなわち、対応して測定結果を誤らせる可能性があり、ＣＣＤチップ２の一意の認証がもはや可能ではないであろう。したがって、カバー９は対応して、ＣＣＤチップ２に関して、ＬＥＤのリング８の後ろに配置され、したがって、認証プロセスの際に、外部光源からの光が、これはカメラ１では外から、すなわちここで示されるカメラ１では矢印Ｌで示すように左から開口部１０を通って入る可能性があるのだが、遮断される。光軸７の周りに対称に配置されるＬＥＤのリング８により、ＣＣＤチップ２の均一な照射が保障される。ＣＣＤチップ２を照射することにより、ＣＣＤチップ２上に含まれるピクセルが活性化され、ピクセル側で特定のアナログ電気信号を送信し、このアナログ電気信号は、ピクセル測定ユニット３により受信され対応するデジタル信号に変換される。その後、デジタル信号は、ピクセル測定ユニット３により、対応する評価ユニットに案内される。撮像ソフトウェア５は、認証プロセスの間はアクティブではない（ｉｎａｋｔｉｖ）が、ＰＵＦソフトウェア５は、ピクセルの対応する応答を評価し、かつ、ＬＥＤ８による照射に対する得られた応答が、予期される応答と一致するかどうかを確認し、したがって、ＬＥＤ８により照射されるＣＣＤチップ２が、カメラ１内に実装されるべきＣＣＤチップであるかを確認することが可能であり、すなわち、ＣＣＤチップ２が自身のピクセル応答に対応して認証されうる。

ＰＵＦソフトウェア５は、検証または認証の代わりに、先に言及したようなファジィ抽出器の方法を用いて鍵を生成するためにも利用することが可能であり、この鍵は、その後、外部での認証または暗号化のために利用されうる。

認証プロセスの後には、デジタルカメラは再び通常目的のために利用することが可能であり、その際には、移動可能なカバー９が外され、または、外部からの対応する光が入射しうるように、カメラの開口部１０から移動される。ＬＥＤ８は通常駆動の際には停止され、撮像ソフトウェア４が活性化される。

その際に、例えば図１に関連して、Ｄｏｎａｌｄ Ｒｏｂｅｒｔ Ｍｅｎｄｏｚａ著の文書「Ａｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ Ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐａｉｎｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ」により示されるように、優勢な応答、または、通常駆動時にＣＣＤチップのいわゆる「背景雑音」と称されるノイズが与えられることを達成するために、認証プロセスの際に、ＬＥＤの輝度が十分高い必要があることに注意されたい。さらに、大抵の場合に、商業用の撮影カメラが既に、例えば、同様に認証目的に適切な形態で利用されうる既に言及したシャッタの形態で、暗い色のカバーを有することに注意されたい。

図２は、デジタルＣＣＤカメラ内のＣＣＤチップを認証するための本発明にかかる方法のさらなる別の実施形態の実施が可能なシナリオを示している。ここでは、いわゆる「オフ・サーキット」モード（“Ｏｆｆ−Ｃｉｒｃｕｉｔ”−Ｍｏｄｕｓ）が関わっており、これにより、物理的に複製不可能な関数が、ここで選択されたケースでは特定の刺激または特定の光の入射に対するＣＣＤチップのピクセルの応答が、外部装置１１により誘導されまた活性化される。ＣＣＤピクセルが刺激された際の対応する応答は、例えばカメラまたは当該カメラの内部に実装されたＣＣＤチップが特定のグループに属するのか、または、特定の製造者により製造されたのかを確認するために、例えば、データバンクにおいて調査されうる。さらに、製造工程の間に自動的にファームウェアを解読し、カメラの内部不揮発性メモリへと、この種のメモリが利用可能であれば、ダウンロードするためにも利用されうる。

オフ・サーキット・モードでは、移動可能なカバー９も、光軸７の周りに配置されたＬＥＤのリング８も互いに組み合わされて、外部装置１１内に配置される。図１のカメラ１内でのＬＥＤの組み込みにおいて示されるように、光の入射に対応して、ＬＥＤ８の光がＣＣＤチップ１に当たるように、対応するカメラ１’の開口部１０の前に装置１１が配置される。したがって、装置１１の対応する配置において、ここでも、ＬＥＤ８は、デジタルカメラ１’の光軸７を取り巻くリングの形態で配置され、したがって、対応してＣＣＤチップ２の表面を照射する。ここでも、ＣＣＤチップ２のピクセルの応答が測定され、評価され、ＣＣＤチップ２またはＣＣＤチップを実装する対応するカメラ１’の認証の規準として利用される。実施される方法ステップの順序は、図１との関連で記載されたイン・サーキット・モードにおける順序と同様である。ここで示されるオフ・サーキット・モードでは、認証すべきカメラ１’をより小さくよりコンパクトに保つことが可能である。なぜならば、認証のための装置１１が外部に設けられ、さらに、対応する測定および評価ユニットも外部素子１２として設けることができるからである。したがって、認証プロセスの間には、外部装置１１は適切な形態でカメラ１’の前に設置される必要があり、したがって、対応する光が適切な形態でＣＣＤチップ２上に入射しうる。さらに、場合によっては外部に設けられる測定および評価ユニット１２も、カメラ１’または実装されたＣＣＤチップ２と結合され、対応して作動される必要がある。しかしながら、認証の実施後に、ＬＥＤ８の構成および移動可能なカバー９を備えた外部装置１１と、評価および測定ユニット１２とを取り外すことができる。認証プロセスの間に、評価および測定のための外部装置、並びに、ＣＣＤチップ２の照射のための外部装置を設けることにより、認証すべきカメラ１’が客観的に評価され、場合によっては、カメラ１’内にも、誤った画像または誤った値を出力する可能性のあるユニットが存在しないことが保障されうる。本方法およびデジタル署名により、特定のカメラが実際にも特定の製造者により製造されたか否かについて確認することもできる。

以上、本発明にかかる方法、および、本発明に基づいて設けられる装置およびカメラが、物理的に複製不可能な関数としてのＣＣＤのピクセルノイズ（「背景雑音」）の利用において、対応するＣＣＤチップまたは当該ＣＣＤチップを実装する対応するカメラを認証するために適しているということが確認される。特定の適用に対応して、イン・サーキット・モード、または、オフ・サーキット・モードが選択されうる。本発明にかかる方法は、例えば、媒体のソースを確認するため、または、対応するノウ・ハウ保護（Ｋｎｏｗ−Ｈｏｗ−Ｓｃｈｕｔｚ）のためのカメラのファームウェアの一部の暗号化または解読のためのような様々な適用のために、カメラを一意に識別する効果的な方法を示している。

Claims (10)

1. 特に電荷結合素子（ＣＣＤ）を備えるデジタルカメラ（１）内の前記電荷結合素子（ＣＣＤ）（２）を、物理的に複製不可能な関数（ＰＵＦ）を利用して認証する方法であって、物理的に複製不可能な関数として、定められた入射光に対する、前記電荷結合素子（２）内に存在するピクセルの測定された応答が利用される、方法。
2. 前記電荷結合素子（ＣＣＤ）は、定められた波長の光により照射される、請求項１に記載の方法。
3. 光源として少なくとも１つのＬＥＤ（８）が使用される、請求項１または２に記載の方法。
4. 複数のＬＥＤが、前記カメラ（１）の光軸（７）の周りを周回するリング（８）の形態で配置されるために、前記電荷結合素子（ＣＣＤ）（２）は、表面が広範囲に照射される、請求項３に記載の方法。
5. 前記認証の間の前記電荷結合素子（ＣＣＤ）（２）に対する望まれない光の入射を防止する、移動可能な光不透過性のカバー（９）が設けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記電荷結合素子（ＣＣＤ）（２）に対する入射光は、前記カメラ（１）に組み込まれた光源によって提供される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 特に電荷結合素子（ＣＣＤ）を備えるデジタルカメラ内の前記電荷結合素子（ＣＣＤ）を認証する装置であって、
   光により前記電荷結合素子（ＣＣＤ）（２）を定められたように照射するための光源（８）と、
   前記認証の間の前記電荷結合素子（ＣＣＤ）（２）に対する望まれない光の入射を防止する、移動可能な光不透過性のカバー（９）と、
   を備え、
   前記光源（８）が前記電荷結合素子（２）を定められたように照射し、かつ、物理的に複製不可能な関数（ＰＵＦ）としての、前記定められた光の入射に対する前記電荷結合素子（２）内に存在するピクセルの応答が、対応する測定および評価ユニット（１２）を用いて測定および評価可能であるように、前記装置（１１）は前記認証の際に前記カメラに当接して配置される、装置。
8. 前記測定および評価ユニット（１２）は、前記装置に組み込まれた構成要素である、請求項７に記載の装置。
9. 前記装置は、前記デジタルカメラ（１）に組み込まれた構成要素である、請求項７または８に記載の装置。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の装置を備えたデジタルＣＣＤカメラ。
    

Images