JP6697776B2 - Unique information generator - Google Patents

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本発明は固有情報生成装置に係り、特に物理的特性に基づき複製困難な固有情報を生成する固有情報生成装置に関する。   The present invention relates to a unique information generating device, and more particularly to a unique information generating device that generates difficult-to-copy unique information based on physical characteristics.

従来、電子デバイスの真贋判定などのために、物理的特性に基づき複製困難な固有情報を生成するPUF(Physically Unclonable Function:物理複製困難関数)の技術を用いることが知られている(例えば、特許文献1参照)。   BACKGROUND ART Conventionally, it is known to use a PUF (Physically Unclonable Function) technology for generating unique information that is difficult to copy based on physical characteristics, such as for authenticating electronic devices. Reference 1).

すなわち、PUFの技術に基づく回路(以下、PUF回路)では、同じレイアウト構成で同一の製造工程で製造された回路であっても、制御不能な製造ばらつきによりPUF回路個々の物理的特性(伝送信号遅延時間、配線容量、素子特性その他)が僅かに異なることを利用し、任意の複数ビットの入力(チャレンジと呼ぶ)に対し、物理的特性に基づいて生成した1〜数ビットの出力(レスポンスと呼ぶ)を返す処理を、チャレンジのパターンを変えながら複数回繰り返して、複数ビットのレスポンスからなる応答を生成する。   That is, in a circuit based on the PUF technology (hereinafter referred to as a PUF circuit), even if the circuits are manufactured in the same manufacturing process with the same layout configuration, physical characteristics (transmission signal Utilizing the fact that delay time, wiring capacitance, element characteristics, etc. are slightly different, an output of 1 to several bits (response and The process of returning (call) is repeated multiple times while changing the challenge pattern to generate a response composed of multiple bit responses.

このチャレンジとレスポンスの関係は、同一のPUF回路では同じチャレンジに対し常に同一のレスポンスを返すという再現性がある。一方、回路構成が同じでも異なるPUF回路では物理的特性が異なるため、それらの間では同じチャレンジに対して互いに相関の無いレスポンスを返すというランダム性(ユニーク性)がある。上記の物理的特性の相違は、前述したように制御不能な製造ばらつきに基づくもので複製困難である。従って、PUF回路の出力であるレスポンスは、複製困難な固有情報(ID)として用いることができる。   The relationship between the challenge and the response has the reproducibility that the same PUF circuit always returns the same response to the same challenge. On the other hand, since PUF circuits having the same circuit configuration but different physical characteristics have different physical characteristics, there is randomness (uniqueness) between them, in which responses having no correlation with each other are returned to the same challenge. The above-mentioned difference in physical characteristics is caused by uncontrollable manufacturing variations as described above, and is difficult to copy. Therefore, the response output from the PUF circuit can be used as unique information (ID) that is difficult to copy.

これにより、例えば半導体集積回路その他の電子デバイスにPUF回路を実装した場合は、実装したPUF回路に既知のチャレンジを入力した場合に出力されるレスポンスは、その電子デバイスの固有情報となるため、チャレンジを入力した場合に得られるレスポンスが本来の値の固有情報であるか否か、予め登録した本来の値の固有情報と比較することで、その電子デバイスの真贋判定などに使用することができる。このようなPUF回路が生成する固有情報は、人間の指紋のような生体情報に喩えられる。   Thus, for example, when a PUF circuit is mounted on a semiconductor integrated circuit or other electronic device, the response output when a known challenge is input to the mounted PUF circuit becomes the unique information of the electronic device, and therefore the challenge. Whether or not the response obtained when is input is the unique information of the original value can be used for authenticity determination of the electronic device by comparing it with the unique information of the original value registered in advance. The unique information generated by such a PUF circuit is likened to biometric information such as a human fingerprint.

しかしながら、上記のPUF回路は物理的特性のばらつきを利用して同一の回路構成から異なる応答を得ようとする特性上、複数ビットの応答(固有情報)を生成する場合には、それ以上のビット数のチャレンジが必要となり、スループットが低いという問題がある。そこで、この問題を解決するため、LFSR(Linear Feedback Shift Register:線形帰還シフトレジスタ)の構造を模したPseudo-LFSR PUF(以下、PL-PUF)が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   However, the above PUF circuit tries to obtain different responses from the same circuit configuration by utilizing variations in physical characteristics. There is a problem that the number of challenges is required and the throughput is low. Therefore, in order to solve this problem, a Pseudo-LFSR PUF (hereinafter, PL-PUF) simulating the structure of an LFSR (Linear Feedback Shift Register) has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1). ).

図8は、PL-PUF回路の一例の回路図を示す。同図に示すPL-PUFの技術に基づくPL-PUF回路は、矩形で示す128個のコア回路100と3個の加算器200とにより、帰還多項式「x128+x126+x101+x99+1」を満足するLFSRを模した回路構成とされている。コア回路100は、2入力1出力のセレクタ101の一方の入力端子にインバータ102の出力端子が接続された構成である。セレクタ101はセレクト信号として発振動作/停止用制御信号が入力され、2つの入力端子のうちの一方の入力端子に前段のコア回路100又は加算器200からの信号Dinがインバータ102を介して供給され、他方の入力端子に128ビットのチャレンジの1ビットDinitが入力される。 FIG. 8 shows a circuit diagram of an example of the PL-PUF circuit. A PL-PUF circuit based on the PL-PUF technology shown in the figure uses a feedback polynomial "x 128 +x 126 +x 101 +x 99 +1" by 128 core circuits 100 and three adders 200 shown by rectangles. The circuit configuration imitates a satisfactory LFSR. The core circuit 100 has a configuration in which an output terminal of an inverter 102 is connected to one input terminal of a 2-input 1-output selector 101. An oscillation operation/stop control signal is input as a select signal to the selector 101, and one of the two input terminals is supplied with the signal Din from the core circuit 100 or the adder 200 at the preceding stage via the inverter 102. , 128-bit challenge 1-bit Dinit is input to the other input terminal.

PL-PUF回路は、カウンタ(図示せず)からのタイミング制御信号により各コア回路100のセレクタ101を、入力信号をそのまま出力する導通状態に制御することで全体として線形帰還シフトレジスタを模したリング回路を構成して発振動作を開始し、その後カウンタが外部クロックを一定数カウントした時点(すなわち、一定時間発振した時点)で出力されるタイミング制御信号により各コア回路100のセレクタ101を遮断状態に制御してフィードバックループが断たれることで発振動作を停止すると共に、そのときの各コア回路100のレスポンスをレジスタに保持する。   The PL-PUF circuit controls the selector 101 of each core circuit 100 by a timing control signal from a counter (not shown) so that the selector 101 of each core circuit 100 outputs the input signal as it is. A circuit is configured to start an oscillating operation, and then a selector 101 of each core circuit 100 is turned off by a timing control signal output at the time when the counter counts a fixed number of external clocks (that is, when the counter oscillates for a fixed time). The oscillation is stopped by controlling and breaking the feedback loop, and the response of each core circuit 100 at that time is held in the register.

このようにして、一定時間発振した時に各コア回路100の出力値D[1]〜D[128]は、コア回路100及び加算器200並びにそれらを結線する信号線などの物理的特性に基づき決定されるが、その物理的特性は不可避に発生する制御不能な製造ばらつきによるPL-PUF回路特有の値である。従って、PL-PUF回路は、出力値D[1]〜D[128]を複製困難な固有情報(応答)として出力する。このPL-PUF回路では、動作させる発振時間(サイクル数)を変えることで出力値が変化する。図8のPL-PUF回路では128ビットの入力(チャレンジ)から128ビットの出力値(レスポンス)が得られ、例えば動作周波数24MHzで3Gbps以上の高スループットが得られる。   In this way, the output values D[1] to D[128] of each core circuit 100 when oscillating for a certain period of time are determined based on the physical characteristics of the core circuit 100, the adder 200, and the signal lines connecting them. However, the physical characteristics are values peculiar to the PL-PUF circuit due to uncontrollable manufacturing variations that inevitably occur. Therefore, the PL-PUF circuit outputs the output values D[1] to D[128] as unique information (response) that is difficult to copy. In this PL-PUF circuit, the output value changes by changing the oscillation time (cycle number) to be operated. In the PL-PUF circuit of FIG. 8, a 128-bit input (challenge) to a 128-bit output value (response) is obtained, and for example, a high throughput of 3 Gbps or more is obtained at an operating frequency of 24 MHz.

特開2011−198317号公報JP, 2011-198317, A

Yohei Hori et al.,“Pseudo-LFSR PUF:A Compact,Efficient and Reliable Physical Unclonable Function”,in Proc.ReConFig2011,pp.223-228,2011Yohei Hori et al., “Pseudo-LFSR PUF:A Compact,Efficient and Reliable Physical Unclonable Function”,in Proc.ReConFig2011,pp.223-228,2011

ここで、PL-PUF回路を構成するコア回路100及び加算器200及びそれらを結線する信号線等からなるリング構造の回路素子の物理的特性が、不可避的に発生する制御不能な製造ばらつきにより複数のPL-PUF回路の間では僅かに異なるが、同一のPL-PUF回路では同じチャレンジに対し常に同一の固有情報を出力する(再現性がある)。しかしながら、PL-PUF回路の電源電圧が変動すると、その動作速度が変化し、発振信号と制御信号との間の同期がずれる結果、同一のPL-PUF回路に同じチャレンジを入力したとしても電源電圧変動前と同じ値の本来の固有情報(レスポンス)が得られず(再現性が得られず)、出力された固有情報に誤りが発生する。図9は、PL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例の特性図を示す。図9に示すように、電源電圧が10mV変動すると、46.5%の誤り率が出力された固有情報を発生する。   Here, the physical characteristics of the ring-structured circuit element including the core circuit 100 and the adder 200 that configure the PL-PUF circuit, and the signal lines that connect them are plural due to the uncontrollable manufacturing variations that inevitably occur. Although slightly different among the PL-PUF circuits, the same PL-PUF circuit always outputs the same unique information for the same challenge (reproducible). However, when the power supply voltage of the PL-PUF circuit fluctuates, the operating speed of the PL-PUF circuit changes and the synchronization between the oscillation signal and the control signal is lost. As a result, even if the same challenge is input to the same PL-PUF circuit, the power supply voltage is changed. The original unique information (response) with the same value as before the fluctuation cannot be obtained (reproducibility cannot be obtained), and an error occurs in the outputted unique information. FIG. 9 shows a characteristic diagram of an example of the power supply voltage fluctuation vs. output error rate of the PL-PUF circuit. As shown in FIG. 9, when the power supply voltage fluctuates by 10 mV, an error rate of 46.5% is generated and unique information is generated.

そこで、誤り率低減のためにPL-PUF回路の電源電圧の変動対策が重要となる。電源電圧の変動対策として従来知られている方法の一つとして、アナログ回路等で電源電圧変動を検出し、その検出結果を電源電圧を補償する回路にフィードバックする方法がある。しかし、この方法ではフィードバックに要する遅延が小さくないので、PL-PUF回路のような厳密なタイミング制御を必要とする回路には適用できない。   Therefore, it is important to take measures against fluctuations in the power supply voltage of the PL-PUF circuit in order to reduce the error rate. As one of the conventionally known methods as a measure against the fluctuation of the power supply voltage, there is a method of detecting the power supply voltage fluctuation by an analog circuit or the like and feeding back the detection result to a circuit for compensating the power supply voltage. However, this method cannot be applied to a circuit that requires strict timing control, such as a PL-PUF circuit, because the delay required for feedback is not small.

また、特開2005−269196号公報に記載されているような、タイミング生成回路を電源下に置くことで電源電圧の変動対策を行う構成も知られている。しかし、この変動対策の目的は、クロックのタイミングを変化させることにより、電磁波放射のスペクトルを分散することで、上記スペクトルの特定の周波数への集中を回避することにあり、回路動作の安定化や性能向上の目的はない。また、電磁波放射のスペクトル分散はただ無闇に分散してしまえばいいだけであるため、PL-PUF回路の電源電圧の変動対策として使用するのは不適当である。   Further, there is also known a configuration as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-269196 in which a timing generation circuit is placed under a power supply to take measures against fluctuations in the power supply voltage. However, the purpose of this measure against fluctuation is to disperse the spectrum of the electromagnetic wave radiation by changing the timing of the clock so as to avoid the concentration of the spectrum at a specific frequency. There is no purpose for performance improvement. In addition, since the spectral dispersion of electromagnetic wave radiation need only be dispersed indiscriminately, it is inappropriate to use it as a measure against fluctuations in the power supply voltage of the PL-PUF circuit.

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、線形帰還シフトレジスタの構造を模した回路を用いて、その構成回路素子の物理的特性に基づき複製困難な固有情報を生成するに際し、電源電圧が変動しても再現性良く固有情報を生成し得る固有情報生成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and when a circuit simulating the structure of a linear feedback shift register is used to generate unique information that is difficult to copy based on the physical characteristics of the constituent circuit elements, the power supply voltage is It is an object of the present invention to provide a unique information generating device that can generate unique information with good reproducibility even if it changes.

上記の目的を達成するため、本発明の固有情報生成装置は、線形帰還シフトレジスタの構造を模した回路構成により、その構成回路素子の物理的特性に基づく複製困難な複数ビットの固有情報を生成して出力する情報生成回路と、情報生成回路に対して生成した第1及び第2のタイミング信号を供給し、情報生成回路の動作開始から任意の設定時間経過した動作時点における生成固有情報を情報生成回路に保持させるタイミング生成回路と、情報生成回路及びタイミング生成回路に対してそれぞれ共通の動作用電源電圧を供給する電源電圧源とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the unique information generating device of the present invention uses a circuit configuration imitating the structure of a linear feedback shift register to generate unique information of a plurality of bits that is difficult to copy based on the physical characteristics of the constituent circuit elements. The information generation circuit that outputs the information generation circuit and the first and second timing signals generated to the information generation circuit are supplied, and the generation unique information at the operation time point after an arbitrary set time has elapsed from the start of the operation of the information generation circuit It is characterized by including a timing generation circuit held by the generation circuit and a power supply voltage source for supplying a common operation power supply voltage to the information generation circuit and the timing generation circuit.

ここで、本発明における上記の情報生成回路は、第1のタイミング信号により発振動作の開始及び停止が制御され、動作時に複数ビットの固有情報を発振出力する線形帰還シフトレジスタの構造を模した発振回路と、発振回路から出力された複数ビットの固有情報を第2のタイミング信号入力時に保持するレジスタとを備えることを特徴とする。この情報生成回路は、PL-PUFの技術に基づく回路である。   Here, in the above information generating circuit of the present invention, the start and stop of the oscillating operation are controlled by the first timing signal, and an oscillation imitating a structure of a linear feedback shift register that oscillates and outputs a plurality of bits of unique information during operation A circuit and a register for holding a plurality of bits of unique information output from the oscillator circuit when the second timing signal is input are provided. This information generation circuit is a circuit based on the PL-PUF technology.

また、本発明における上記のタイミング信号生成回路は、外部からのトリガ信号の入力により所定論理値の第1のタイミング信号を生成して情報生成回路の動作を開始させる第1のタイミング信号生成部と、情報生成回路の動作開始時点から任意の設定時間経過した時点で第2のタイミング信号を生成して情報生成回路が生成した固有情報を保持させる第2のタイミング信号生成部とを備えることを特徴とする。   Further, the above timing signal generation circuit in the present invention includes a first timing signal generation unit that generates a first timing signal having a predetermined logical value by inputting a trigger signal from the outside and starts the operation of the information generation circuit. And a second timing signal generation section for generating a second timing signal at a time point when an arbitrary set time has elapsed from the operation start time point of the information generation circuit and holding the unique information generated by the information generation circuit. And

また、本発明における上記の第1のタイミング信号生成部は、トリガ信号の入力時点から発振動作を開始して第1のタイミング信号を出力するリングオシレータを少なくとも有し、上記の第2のタイミング信号生成部は、リングオシレータの発振動作時間が任意の設定時間に達したか否かを監視し、設定時間に達した時に第2のタイミング信号を出力する順序回路と、順序回路に任意の設定時間を設定する設定部とを少なくとも有することを特徴とする。   Further, the first timing signal generating section in the present invention has at least a ring oscillator that starts an oscillating operation and outputs the first timing signal from the time of input of the trigger signal, and the second timing signal. The generation unit monitors whether or not the oscillation operation time of the ring oscillator reaches an arbitrary set time, and outputs a second timing signal when the set time is reached, and a sequential circuit that outputs an arbitrary set time to the sequential circuit. And at least a setting unit for setting.

また、本発明における上記の第1のタイミング信号生成部は、外部からのトリガ信号をそのまま第1のタイミング信号として出力する入出力部であり、上記の第2のタイミング信号生成部は、入力されたトリガ信号に基づいて、互いに異なる複数の遅延時間の遅延信号を生成して並列に出力する遅延回路部と、遅延回路部から並列に出力された複数の遅延信号の中から、第1のタイミング信号の出力後の任意の設定時間に相当する遅延時間の一の遅延信号を選択して第2のタイミング信号として出力する選択回路部とを有することを特徴とする。   Further, the first timing signal generating section in the present invention is an input/output section that outputs the external trigger signal as it is as the first timing signal, and the second timing signal generating section is input. A delay circuit unit that generates delay signals having a plurality of different delay times based on the trigger signal and outputs the delay signals in parallel, and a plurality of delay signals that are output in parallel from the delay circuit unit. And a selection circuit section for selecting a delay signal having a delay time corresponding to an arbitrary set time after outputting the signal and outputting the selected delay signal as a second timing signal.

本発明によれば、情報生成回路及びタイミング生成回路の電源電圧は同一であるため、情報生成回路の電源電圧が変動した場合、タイミング生成回路の電源電圧も同じ分だけ変動するため、電源電圧変動前の通常時と同じ値の固有情報を生成することができ、電源電圧変動による再現性の劣化を抑制できる。   According to the present invention, since the power supply voltages of the information generation circuit and the timing generation circuit are the same, when the power supply voltage of the information generation circuit fluctuates, the power supply voltage of the timing generation circuit also fluctuates by the same amount. It is possible to generate the unique information having the same value as the previous normal time, and suppress the deterioration of reproducibility due to the fluctuation of the power supply voltage.

本発明に係る固有情報生成装置の一実施形態の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a unique information generating device according to the present invention. 本発明に係る固有情報生成装置の一部を構成するPL-PUF回路の一実施例の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an embodiment of a PL-PUF circuit that constitutes a part of the unique information generation device according to the present invention. 本発明に係る固有情報生成装置の他の一部を構成する応答取得タイミング生成回路の第1実施例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a first embodiment of a response acquisition timing generation circuit that constitutes another part of the unique information generation device according to the present invention. 本発明に係る固有情報生成装置の他の一部を構成する応答取得タイミング生成回路の第2実施例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a second embodiment of a response acquisition timing generation circuit that constitutes another part of the unique information generation device according to the present invention. 本発明に係る固有情報生成装置の動作説明用フローチャートである。6 is a flowchart for explaining the operation of the unique information generation device according to the present invention. 本発明に係る固有情報生成装置の効果を説明するためのタイミングチャートである。6 is a timing chart for explaining the effect of the unique information generation device according to the present invention. 本発明のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例と従来のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例とを対比して示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of power supply voltage fluctuation vs. output error rate of the PL-PUF circuit of the present invention and an example of power supply voltage fluctuation vs. output error rate of a conventional PL-PUF circuit. PL-PUF回路の一例の回路図である。It is a circuit diagram of an example of a PL-PUF circuit. 従来のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例の特性図である。It is a characteristic view of an example of the power supply voltage fluctuation and the output error rate of the conventional PL-PUF circuit.

まず、本発明に係る固有情報生成装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る固有情報生成装置の一実施形態の概略構成図を示す。同図において、本実施形態の固有情報生成装置10は、PL-PUF回路11に応答取得タイミング信号を供給する応答取得タイミング生成回路12を設けるとともに、応答取得タイミング生成回路12の電源電圧をPL-PUF回路11の電源電圧と同じ電源電圧源13から供給する構成としたものである。
First, an embodiment of the unique information generating apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of a unique information generating apparatus according to the present invention. In the figure, the unique information generation device 10 of the present embodiment is provided with a response acquisition timing generation circuit 12 that supplies a response acquisition timing signal to the PL-PUF circuit 11, and the power supply voltage of the response acquisition timing generation circuit 12 is PL-. The power supply voltage source 13 has the same power supply voltage as the PUF circuit 11.

PL-PUF回路11は、PL-PUFの技術に基づき、LFSRの構造を模した回路を用いて、その構成回路素子の物理的特性に基づき複製困難な複数ビットの固有情報を生成する公知の回路であり、本発明の情報生成回路を構成する。応答取得タイミング生成回路12は、このPL-PUF回路11に電源電圧を供給する電源電圧源13から同じ電源電圧が供給されて動作し、応答取得タイミング信号を生成してPL-PUF回路11に供給し、その動作を制御する回路で、本発明のタイミング生成回路を構成する。   The PL-PUF circuit 11 is a known circuit based on the PL-PUF technology, which uses a circuit simulating the structure of an LFSR to generate unique information of a plurality of bits that is difficult to copy based on the physical characteristics of its constituent circuit elements. And constitutes the information generating circuit of the present invention. The response acquisition timing generation circuit 12 operates by being supplied with the same power supply voltage from the power supply voltage source 13 that supplies a power supply voltage to the PL-PUF circuit 11, and generates a response acquisition timing signal and supplies it to the PL-PUF circuit 11. Then, the circuit for controlling the operation constitutes the timing generation circuit of the present invention.

本実施形態の固有情報生成装置10によれば、PL-PUF回路11は応答取得タイミング生成回路12から供給される応答取得タイミング信号に基づき発振動作を任意の設定時間行った時の複数ビットの出力値(PUF応答)を、固有情報(ID)として出力する。ここで、電源電圧源13からPL-PUF回路11に供給される電源電圧がΔV変動すると、PL-PUF回路11の発振動作速度が変化するが、応答取得タイミング生成回路12の電源電圧も同一値ΔV変動するため、応答取得タイミング信号も発振動作速度変化に同調して変化する。その結果、本実施形態の固有情報生成装置10によれば、PUF応答の変化が抑制され、生成される固有情報の誤り率を低減することができる。   According to the unique information generation device 10 of the present embodiment, the PL-PUF circuit 11 outputs a plurality of bits when the oscillation operation is performed for an arbitrary set time based on the response acquisition timing signal supplied from the response acquisition timing generation circuit 12. The value (PUF response) is output as unique information (ID). Here, when the power supply voltage supplied from the power supply voltage source 13 to the PL-PUF circuit 11 changes by ΔV, the oscillation operation speed of the PL-PUF circuit 11 changes, but the power supply voltage of the response acquisition timing generation circuit 12 also has the same value. Since ΔV fluctuates, the response acquisition timing signal also changes in synchronization with the change in oscillation operation speed. As a result, according to the unique information generating apparatus 10 of the present embodiment, it is possible to suppress the change in the PUF response and reduce the error rate of the generated unique information.

次に、本実施形態の固有情報生成装置10を構成するPL-PUF回路11及び応答取得タイミング生成回路12の構成について更に詳細に説明する。
図2は、本発明に係る固有情報生成装置の一部を構成するPL-PUF回路の一実施例の回路図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付してある。図2において、PL-PUF回路11は、図8に示したPL-PUF回路と同様に、128個のコア回路C1〜C128と3個の加算器A1〜A3とが、帰還多項式「x128+x126+x101+x99+1」を満足するLFSRを模した回路構成の発振回路111と、コア回路C1〜C12の各出力であるレスポンスR[1]〜R[128](図8の出力値D[1]〜D[128]に相当)を保持するためのレジスタ112とを有する。
Next, the configurations of the PL-PUF circuit 11 and the response acquisition timing generation circuit 12 that configure the unique information generation device 10 of the present exemplary embodiment will be described in more detail.
FIG. 2 shows a circuit diagram of an embodiment of a PL-PUF circuit which constitutes a part of the unique information generating apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. 2, in the PL-PUF circuit 11, as in the PL-PUF circuit shown in FIG. 8, 128 core circuits C1 to C128 and three adders A1 to A3 form a feedback polynomial "x 128 +x". Oscillation circuit 111 having a circuit configuration imitating an LFSR satisfying " 126 +x 101 +x 99 +1" and responses R[1] to R[128] that are outputs of core circuits C1 to C12 (output value D[ in FIG. 8 1] to D[128]).

コア回路C1〜C128はそれぞれ同一回路構成で、図2に示すように、例えばコア回路C128、C127は、それぞれ1つのインバータI128、I127と1つの2入力1出力のセレクタS128、S127とからなり、セレクタS128、S127の一方の入力端子1には前段のコア回路C1、C128の出力がインバータI128、I127を介して供給され、他方の入力端子0には128ビットのチャレンジのうちの対応する1ビットのチャレンジC[128]、C[127]が供給される。また、各コア回路C1〜C128のセレクタには同一のセレクト信号SELが応答取得タイミング生成回路12から供給される。レジスタ112は、応答取得タイミング生成回路12からキャプチャ信号Capが供給された時に、発振回路111から出力されている128ビットのレスポンスR[1]〜R[128]を保持し、それをPUF応答として出力する。セレクト信号SELは本発明における第1のタイミング信号に相当し、キャプチャ信号Capは本発明における第2のタイミング信号に相当する。   The core circuits C1 to C128 have the same circuit configuration, and as shown in FIG. 2, for example, the core circuits C128 and C127 each include one inverter I128 and I127 and one two-input one-output selector S128 and S127. The outputs of the core circuits C1 and C128 of the preceding stage are supplied to one input terminal 1 of the selectors S128 and S127 via the inverters I128 and I127, and the other input terminal 0 corresponds to one bit of the 128-bit challenge. Challenges C[128] and C[127] are supplied. Further, the same select signal SEL is supplied from the response acquisition timing generation circuit 12 to the selectors of the core circuits C1 to C128. The register 112 holds the 128-bit responses R[1] to R[128] output from the oscillation circuit 111 when the capture signal Cap is supplied from the response acquisition timing generation circuit 12, and uses it as a PUF response. Output. The select signal SEL corresponds to the first timing signal in the present invention, and the capture signal Cap corresponds to the second timing signal in the present invention.

図3は、本発明に係る固有情報生成装置の他の一部を構成する応答取得タイミング生成回路の第1実施例の回路図を示す。図3において、本実施例の応答取得タイミング生成回路12Aは、図1の応答取得タイミング生成回路12に相当し、リングオシレータ121と、遅延回路122と、順序回路123と、レジスタ124と、タイミング調整回路125と、セレクタ126とから構成されており、これらはPL-PUF回路11と同一の電源電圧源(図示せず)からの電源電圧により動作する。   FIG. 3 is a circuit diagram of a first embodiment of a response acquisition timing generation circuit which constitutes another part of the unique information generation device according to the present invention. 3, the response acquisition timing generation circuit 12A of this embodiment corresponds to the response acquisition timing generation circuit 12 of FIG. 1, and includes a ring oscillator 121, a delay circuit 122, a sequential circuit 123, a register 124, and timing adjustment. It is composed of a circuit 125 and a selector 126, which operate with a power supply voltage from the same power supply voltage source (not shown) as the PL-PUF circuit 11.

リングオシレータ121は、1個の2入力NAND回路と複数個のインバータとが直列に接続され、かつ、複数個のインバータのうち最終段のインバータの出力端子が2入力NAND回路を通して複数個のインバータのうち初段のインバータの入力端子に接続されたリング回路構造とされ、2入力NAND回路の他方の入力端子にハイレベル(以下、論理「1」)の起動トリガ信号が入力される期間、2入力NAND回路とインバータの数に応じた一定周期で発振する。   In the ring oscillator 121, one 2-input NAND circuit and a plurality of inverters are connected in series, and the output terminal of the final-stage inverter among the plurality of inverters is connected to the plurality of inverters through the 2-input NAND circuit. A ring circuit structure is connected to the input terminal of the first-stage inverter, and a 2-input NAND circuit is used for a period in which a high-level (hereinafter, logic “1”) activation trigger signal is input to the other input terminal of the 2-input NAND circuit. It oscillates at a constant cycle according to the number of circuits and inverters.

遅延回路122は、3個のフリップフロップ(FF)が縦続接続された構成であり、それら3つのFFの各クロック端子にはリングオシレータ121の出力信号が共通に供給され、初段のFFのデータ入力端子に供給される起動トリガ信号をリングオシレータ121の出力信号の3周期分遅延して最終段のFFの出力端子から前述のセレクト信号SELとして出力する。遅延回路122は、セレクト信号SELが論理「1」となってから後述のセレクタ126から出力されるキャプチャ信号Capが論理「1」になるまでの時間の最小値を“0”にできるようにするための遅延レジスタであるが、省略することも可能である。   The delay circuit 122 has a configuration in which three flip-flops (FFs) are connected in cascade, the output signal of the ring oscillator 121 is commonly supplied to the clock terminals of these three FFs, and the data input of the first-stage FF is input. The start trigger signal supplied to the terminal is delayed by three cycles of the output signal of the ring oscillator 121 and output from the output terminal of the FF at the final stage as the select signal SEL. The delay circuit 122 enables the minimum value of the time from when the select signal SEL becomes logical “1” until the capture signal Cap output from the selector 126 described later becomes logical “1” to be “0”. It is a delay register for, but can be omitted.

順序回路123は、リングオシレータ121の出力信号を、レジスタ124により設定された任意の設定値だけカウントすると、その時点で論理「1」の信号を出力するカウンタである。すなわち、順序回路123は、リングオシレータ121の発振時間が上記設定値に応じた時間に達した時に論理「1」の信号(キャプチャ信号)を出力する。レジスタ124は、順序回路123にリングオシレータ121の発振時間を決定する任意の設定値を供給すると共に、セレクタ126にセレクト信号を供給する。   The sequential circuit 123 is a counter that outputs a signal of logic “1” at the time when the output signal of the ring oscillator 121 is counted by an arbitrary set value set by the register 124. That is, the sequential circuit 123 outputs a signal (capture signal) of logic “1” when the oscillation time of the ring oscillator 121 reaches the time corresponding to the set value. The register 124 supplies an arbitrary set value that determines the oscillation time of the ring oscillator 121 to the sequential circuit 123, and also supplies a select signal to the selector 126.

タイミング調整回路125は、複数個のインバータが直列接続され、更にそれら複数個のインバータのうち所定数毎のインバータから出力を取り出す構成とされており、順序回路123から供給されるキャプチャ信号を、インバータ個々の固有の遅延時間を利用して互いに異なる時間遅延した複数の遅延信号として出力する。すなわち、タイミング調整回路125は、リングオシレータ121の発振時間が上記設定値に応じた時間に達した時に順序回路123から出力される論理「1」のキャプチャ信号を、互いに異なる遅延時間の複数の遅延信号として出力する。なお、順序回路123から遅延されることなく直接セレクタ126に供給される論理「1」のキャプチャ信号もある。タイミング調整回路125は、リングオシレータ121の発振周期よりも小さい単位でキャプチャ信号Capの論理を「1」にするタイミングを調整するための遅延回路で、省略することも可能である。   The timing adjustment circuit 125 is configured such that a plurality of inverters are connected in series, and an output is extracted from a predetermined number of inverters among the plurality of inverters, and the capture signal supplied from the sequential circuit 123 is output to the inverters. It outputs as a plurality of delay signals that are delayed by different times by utilizing the individual delay times. In other words, the timing adjustment circuit 125 outputs the capture signal of logic “1” output from the sequential circuit 123 when the oscillation time of the ring oscillator 121 reaches the time corresponding to the set value to a plurality of delays having different delay times. Output as a signal. There is also a capture signal of logic "1" which is directly supplied from the sequential circuit 123 to the selector 126 without being delayed. The timing adjustment circuit 125 is a delay circuit for adjusting the timing of setting the logic of the capture signal Cap to “1” in units smaller than the oscillation cycle of the ring oscillator 121, and can be omitted.

セレクタ126は、タイミング調整回路125から供給される遅延時間の異なる複数のキャプチャ信号のうち、レジスタ124から供給されるセレクト信号により選択された一のキャプチャ信号を選択して最終的なキャプチャ信号Capとして出力する。キャプチャ信号Capは、図2に示したレジスタ112に保持制御信号として供給される。   The selector 126 selects one capture signal selected by the select signal supplied from the register 124 from among a plurality of capture signals supplied from the timing adjustment circuit 125 and having different delay times, and sets it as a final capture signal Cap. Output. The capture signal Cap is supplied to the register 112 shown in FIG. 2 as a holding control signal.

図4は、本発明に係る固有情報生成装置の他の一部を構成する応答取得タイミング生成回路の第2実施例の回路図を示す。図4において、本実施例の応答取得タイミング生成回路12Bは、図1の応答取得タイミング生成回路12に相当し、各々直列に接続された複数個のインバータからなるn個の遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nと、セレクタ129と、レジスタ130とから構成されており、これらはPL-PUF回路11と同一の電源電圧源(図示せず)からの電源電圧により動作する。また、n個の遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nは、直列に接続されてn段の遅延回路群を構成しており、初段の遅延回路128-1に供給されるPL-PUF起動トリガ信号を、それぞれτ、2τ、3τ、・・・、nτ遅延して出力する(ただし、τは遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nの個々の遅延時間)。従って、最終段の遅延回路128-nはnτ遅延したPL-PUF起動トリガ信号を出力する。なお、遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nの個々の遅延時間は同一のτではなく、異なっていてもよい。遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nは本発明における遅延回路部を構成している。   FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment of the response acquisition timing generation circuit which constitutes another part of the unique information generation device according to the present invention. 4, a response acquisition timing generation circuit 12B of this embodiment corresponds to the response acquisition timing generation circuit 12 of FIG. 1, and n delay circuits 128-1 each composed of a plurality of inverters connected in series, 128-2, 128-3,..., 128-n, a selector 129, and a register 130, which are connected to the PL-PUF circuit 11 from the same power supply voltage source (not shown). Operates with the power supply voltage. Further, the n delay circuits 128-1, 128-2, 128-3,..., 128-n are connected in series to form an n-stage delay circuit group. , And outputs the PL-PUF start trigger signal delayed by τ, 2τ, 3τ,..., Nτ (where τ is a delay circuit 128-1, 128-2, 128-3, ..., 128-n individual delay times). Therefore, the delay circuit 128-n at the final stage outputs the PL-PUF start trigger signal delayed by nτ. The delay times of the delay circuits 128-1, 128-2, 128-3,..., 128-n may not be the same τ but may be different. The delay circuits 128-1, 128-2, 128-3,..., 128-n form the delay circuit section in the present invention.

セレクタ129は、それぞれ遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nにより遅延された、遅延時間が異なるn個の遅延PL-PUF起動トリガ信号が並列に供給され、それらの遅延信号の中からレジスタ130からのセレクト信号により選択した一の遅延信号をキャプチャ信号Capとして出力する。セレクタ129及びレジスタ130は、本発明における選択回路部を構成している。キャプチャ信号Capは、図2に示したレジスタ112に保持制御信号として供給される。初段の遅延回路128-1に供給されるPL-PUF起動トリガ信号は、そのままセレクト信号SELとして図2のPL-PUF回路11内のコア回路C1〜C128内の各セレクタにも共通に供給され、PL-PUF回路11の発振動作を制御する。   The selector 129 is supplied in parallel with n delayed PL-PUF activation trigger signals delayed by the delay circuits 128-1, 128-2, 128-3,..., 128-n and having different delay times. , One delay signal selected by the select signal from the register 130 among these delay signals is output as the capture signal Cap. The selector 129 and the register 130 make up the selection circuit unit in the present invention. The capture signal Cap is supplied to the register 112 shown in FIG. 2 as a holding control signal. The PL-PUF activation trigger signal supplied to the delay circuit 128-1 in the first stage is also supplied as it is to the selectors in the core circuits C1 to C128 in the PL-PUF circuit 11 in FIG. The oscillation operation of the PL-PUF circuit 11 is controlled.

レジスタ130は、セレクト信号SELが論理「1」になった時点(つまり、PL-PUF回路11が発振動作を開始した時点)から、セレクタ129が出力するキャプチャ信号Capの論理が「1」となる時点(つまり、PL-PUF回路11のレスポンス保持時点)までの遅延時間が任意の設定時間になるように、遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nからの各遅延信号のうちの一の遅延信号をセレクタ129に選択させる値を予め保持している。   In the register 130, the logic of the capture signal Cap output from the selector 129 becomes “1” from the time when the select signal SEL becomes logic “1” (that is, the time when the PL-PUF circuit 11 starts the oscillation operation). From the delay circuits 128-1, 128-2, 128-3,..., 128-n so that the delay time up to the time (that is, the response holding time of the PL-PUF circuit 11) becomes an arbitrary set time. A value for causing the selector 129 to select one delay signal of the delay signals is stored in advance.

次に、本発明に係る固有情報生成装置の実施形態の動作について、図1の概略構成図、図2〜図4の回路図、及び図5のフローチャートを併せ参照して詳細に説明する。
まず、初期状態では、PL-PUF起動信号がローレベル(以下、論理「0」)にセットされており、これにより応答取得タイミング生成回路12(図3の遅延回路122、図4の入力)から取り出されるセレクト信号SELが論理「0」にセットされると共に、図3のセレクタ126、図4のセレクタ129から出力されるキャプチャ信号Capも論理「0」にセットされている(図5のステップST1)。これにより、PL-PUF回路11を構成するコア回路C1〜C128内のC127、C128等の各セレクタはすべて端子0の入力選択状態とされ、リング回路を構成しないため、発振動作を停止している。
Next, the operation of the exemplary embodiment of the unique information generating apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the schematic configuration diagram of FIG. 1, the circuit diagrams of FIGS. 2 to 4, and the flowchart of FIG.
First, in the initial state, the PL-PUF activation signal is set to the low level (hereinafter, logic “0”), which causes the response acquisition timing generation circuit 12 (the delay circuit 122 of FIG. 3 and the input of FIG. 4) to output the signal. The select signal SEL fetched is set to logic "0", and the capture signal Cap output from the selector 126 of FIG. 3 and the selector 129 of FIG. 4 is also set to logic "0" (step ST1 of FIG. 5). ). As a result, all the selectors such as C127 and C128 in the core circuits C1 to C128 forming the PL-PUF circuit 11 are set to the input selection state of the terminal 0, and the ring circuit is not formed, so that the oscillation operation is stopped. ..

続いて、PL-PUF回路11に所望の値の128ビットのチャレンジC[128:1]を入力する(図5のステップST2)。このとき、PL-PUF回路11を構成するコア回路C1〜C128内の各セレクタは、図2から分るようにすべて入力されたチャレンジC[128:1]を選択出力する状態となっているので、PL-PUF回路11内のレジスタ112に供給されるレスポンスR[128:1]はチャレンジC[128:1]に等しい。   Subsequently, the 128-bit challenge C[128:1] having a desired value is input to the PL-PUF circuit 11 (step ST2 in FIG. 5). At this time, the selectors in the core circuits C1 to C128 configuring the PL-PUF circuit 11 are in a state of selectively outputting the challenge C[128:1] that is input, as can be seen from FIG. , The response R[128:1] supplied to the register 112 in the PL-PUF circuit 11 is equal to the challenge C[128:1].

続いて、PL-PUF起動トリガ信号が論理「1」にセットされる(図5のステップST3)。これにより図3に示した応答取得タイミング生成回路12A内のリングオシレータ121は帰還ループが形成されて発振動作を開始し、遅延回路122から取り出されるセレクト信号SELが所定時間後に論理「1」にセットされる(図5のステップST3)。また、図4に示した応答取得タイミング生成回路12Bでは入力から取り出されるセレクト信号SELが直ちに論理「1」にセットされる(図5のステップST3)。一方、PL-PUF起動トリガ信号が論理「1」にセットされることで、図2のPL-PUF回路11を構成するコア回路C1〜C128内の各セレクタはすべて端子1の入力選択状態とされてリング回路が構成されるため、PL-PUF回路11は発振動作を開始する。この発振動作中はコア回路C1〜C128から出力されるレスポンスR[128:1]は、回路の物理的特性のばらつきと発振時間に依存して変化し続ける。   Then, the PL-PUF activation trigger signal is set to logic "1" (step ST3 in FIG. 5). As a result, the ring oscillator 121 in the response acquisition timing generation circuit 12A shown in FIG. 3 forms a feedback loop and starts an oscillating operation, and the select signal SEL extracted from the delay circuit 122 is set to logic "1" after a predetermined time. (Step ST3 of FIG. 5). Further, in the response acquisition timing generation circuit 12B shown in FIG. 4, the select signal SEL taken out from the input is immediately set to the logic "1" (step ST3 in FIG. 5). On the other hand, when the PL-PUF activation trigger signal is set to logic "1", all the selectors in the core circuits C1 to C128 configuring the PL-PUF circuit 11 in FIG. Since the ring circuit is configured by the PL-PUF circuit 11, the PL-PUF circuit 11 starts the oscillation operation. During this oscillation operation, the response R[128:1] output from the core circuits C1 to C128 continues to change depending on the variation in the physical characteristics of the circuit and the oscillation time.

応答取得タイミング生成回路12が図3に示したタイミング取得生成回路12Aの場合は、リングオシレータ121の発振時間がレジスタ124に保持された任意の設定値に達すると、順序回路123が、論理「1」の信号(キャプチャ信号)を発生して直接セレクタ126へ出力する一方、タイミング調整回路125を通して遅延時間が異なる複数の遅延信号としてセレクタ126へ出力する。セレクタ126は入力された非遅延キャプチャ信号及び複数の遅延キャプチャ信号のうち、レジスタ124に保持されている任意の設定値に応じて一のキャプチャ信号を選択して最終的な論理「1」のキャプチャ信号Capとして出力する(図5のステップST4)。   In the case where the response acquisition timing generation circuit 12 is the timing acquisition generation circuit 12A shown in FIG. 3, when the oscillation time of the ring oscillator 121 reaches an arbitrary set value held in the register 124, the sequential circuit 123 causes the logic “1”. Signal (capture signal) is directly output to the selector 126, and is output to the selector 126 through the timing adjustment circuit 125 as a plurality of delay signals having different delay times. The selector 126 selects one of the input non-delayed capture signal and the plurality of delayed capture signals according to an arbitrary set value held in the register 124, and finally captures the logic "1". The signal is output as the signal Cap (step ST4 in FIG. 5).

また、応答取得タイミング生成回路12が図4に示したタイミング取得生成回路12Bの場合は、PL-PUF回路11の発振動作開始後、遅延回路128-1、128-2、128-3、・・・、128-nのうち、レジスタ130に保持されている値に基づいて、発振時間が任意の設定値に達した時に丁度論理「1」の遅延信号を出力する所定の一の遅延回路の出力遅延信号をセレクタ129により選択させて最終的な論理「1」のキャプチャ信号Capとして出力する(図5のステップST4)。   Further, when the response acquisition timing generation circuit 12 is the timing acquisition generation circuit 12B shown in FIG. 4, after the oscillation operation of the PL-PUF circuit 11 is started, the delay circuits 128-1, 128-2, 128-3,... .. Of 128-n, the output of a predetermined delay circuit that outputs a delay signal of logic "1" just when the oscillation time reaches an arbitrary set value based on the value held in the register 130 The delay signal is selected by the selector 129 and output as the final capture signal Cap of logic "1" (step ST4 in FIG. 5).

図2に示したPL-PUF回路11内のレジスタ112は、発振動作開始後、上記のように任意の設定時間経過した時点で応答取得タイミング生成回路12(図3の12A、図4の12B)から論理「1」のキャプチャ信号Capが保持用制御信号として供給され、その入力時点でコア回路C1〜C128から出力されているレスポンスR[128:1]を保持し、保持した128ビットのレスポンスR[128:1]を応答信号として出力する(図5のステップST5)。   The register 112 in the PL-PUF circuit 11 shown in FIG. 2 has a response acquisition timing generation circuit 12 (12A in FIG. 3 and 12B in FIG. 4) at the time when an arbitrary set time elapses as described above after the oscillation operation starts. Is supplied with a capture signal Cap of logic "1" as a holding control signal, holds the response R[128:1] output from the core circuits C1 to C128 at the time of input, and holds the held 128-bit response R [128:1] is output as a response signal (step ST5 in FIG. 5).

この128ビットの応答信号は、128ビットのチャレンジC[128:1]と、PL-PUF回路11の物理的特性のばらつきと発振時間に依存した値を示す固有情報である。また、この128ビットの応答信号の値は、同一のPL-PUF回路11の場合は同一の値のチャレンジと同一発振時間であれば常に同一の値である(再現性がある)。一方、回路構成が同じでも異なる複数のPL-PUF回路の間では物理的特性が異なるため、同じチャレンジに対して同じ発振時間動作させても、互いに相関の無い値が得られるというランダム性(ユニーク性)がある。   The 128-bit response signal is unique information indicating a 128-bit challenge C[128:1], a variation in the physical characteristics of the PL-PUF circuit 11, and a value depending on the oscillation time. Further, the value of the 128-bit response signal is always the same value in the case of the same PL-PUF circuit 11 if the challenge has the same value and the same oscillation time (reproducibility). On the other hand, since the physical characteristics are different between a plurality of PL-PUF circuits having the same circuit configuration but different, even if they are operated for the same oscillation time for the same challenge, random values (uniqueness) are obtained. Sex).

このような本実施形態及び実施例の固有情報生成装置10によれば、応答取得タイミング生成回路12(12A,12B)の電源電圧をPL-PUF回路11の電源電圧と同じ電源電圧源13から供給する構成としたため、PL-PUF回路11の電源電圧が変動しても、PUF応答の変化が抑制され、生成される固有情報の誤り率を低減することができるという効果を奏するものであり、次に、この効果について図6のタイミングチャートを併せ参照して詳細に説明する。   According to the unique information generation device 10 of the present embodiment and the example as described above, the power supply voltage of the response acquisition timing generation circuit 12 (12A, 12B) is supplied from the same power supply voltage source 13 as the power supply voltage of the PL-PUF circuit 11. Therefore, even if the power supply voltage of the PL-PUF circuit 11 fluctuates, the change of the PUF response is suppressed, and the error rate of the generated unique information can be reduced. The effect will be described in detail with reference to the timing chart of FIG.

PL-PUF回路が通常時の場合、従来はセレクト信号SELが時刻t0で図6(C)に示すように論理「1」となることにより時刻t0で発振動作を開始し、一定時間経過した時刻t1で同図(C)に示すようにキャプチャ信号Capが論理「0」から論理「1」に変化し、同図(A)に模式的に示すPL-PUF回路から出力されるレスポンスRのうち、値r8のレスポンスを応答出力したものとする。この場合、従来のPL-PUF回路ではセレクト信号SELが時刻t0で図6(D)に示すように論理「1」となり発振動作を開始後に電源電圧が変動したとしても一定時間経過した時刻t1で同図(D)に示すようにキャプチャ信号Capが論理「0」から論理「1」に変化する。 Conventionally, when the PL-PUF circuit is in the normal state, the select signal SEL becomes the logic "1" at time t 0 as shown in FIG. 6C, so that the oscillation operation is started at time t 0 and a certain time elapses. At time t 1 , the capture signal Cap changes from the logic “0” to the logic “1” as shown in FIG. 7C, and the response output from the PL-PUF circuit schematically shown in FIG. It is assumed that, out of R, a response having a value r 8 is output as a response. In this case, in the conventional PL-PUF circuit, the select signal SEL becomes logic “1” at time t 0 as shown in FIG. 6D, and even if the power supply voltage fluctuates after starting the oscillation operation, the time t has elapsed. At 1 , the capture signal Cap changes from logic "0" to logic "1" as shown in FIG.

つまり、従来は、外部クロックで応答取得タイミングを生成しているため電源電圧の変動に関係なく応答取得タイミングは一定である。しかし、電源電圧の変動によりPL-PUF回路の発振速度が遅く(又は速く)なるため、PL-PUF回路から出力されるレスポンスRは、例えば図6(B)に模式的に示すように通常時と異なり、従来は時刻t1で同図(D)に示すようにキャプチャ信号Capが論理「1」に変化した時点で取得するレスポンスの値は通常時と異なる値r7となってしまう。 That is, conventionally, since the response acquisition timing is generated by the external clock, the response acquisition timing is constant regardless of the fluctuation of the power supply voltage. However, since the oscillation speed of the PL-PUF circuit slows (or increases) due to the fluctuation of the power supply voltage, the response R output from the PL-PUF circuit is, for example, as shown schematically in FIG. Unlike the conventional method, the value of the response obtained at the time when the capture signal Cap changes to the logic "1" at time t 1 becomes a value r 7 different from the normal time, as shown in FIG.

一方、本発明でも、PL-PUF回路が通常時の場合、セレクト信号SELが時刻t0で図6(E)に示すように論理「1」となることにより時刻t0で発振動作を開始し、任意の設定時間経過した時刻t1で同図(E)に示すようにキャプチャ信号Capが論理「0」から論理「1」に変化し、同図(A)に模式的に示すPL-PUF回路から出力されるレスポンスRのうち、値r8のレスポンスを応答出力することは従来と同じである。また、本発明でも、図6(F)に示すように、PL-PUF回路はセレクト信号SELが時刻t0で論理「1」となることにより発振動作を開始し、電源電圧が変動すると従来と同様に発振速度が遅く(又は速く)なり、PL-PUF回路から出力されるレスポンスRは、例えば図6(B)に模式的に示すように通常時と異なる。 On the other hand, in the present invention, when PL-PUF circuit is normal, starts the oscillation operation select signal SEL is at time t 0 at time t 0 by a logic "1" as shown in FIG. 6 (E) , The capture signal Cap changes from the logic “0” to the logic “1” at time t 1 when an arbitrary set time elapses, and the PL-PUF schematically shown in FIG. Among the responses R output from the circuit, the response with the value r 8 is output as a response as in the conventional case. Also in the present invention, as shown in FIG. 6(F), the PL-PUF circuit starts the oscillating operation when the select signal SEL becomes the logic “1” at time t 0 , and when the power supply voltage fluctuates, it becomes different from the conventional one. Similarly, the oscillation speed becomes slower (or faster), and the response R output from the PL-PUF circuit is different from that at the normal time, as schematically shown in FIG. 6B, for example.

しかし、本発明では、PL-PUF回路11と応答取得タイミング生成回路12の電源電圧は同一であるため、PL-PUF回路11の電源電圧が変動した場合、応答取得タイミング生成回路12の電源電圧も同じ分だけ変動し、その結果、キャプチャ信号Capが論理「0」から論理「1」に変化する時刻は、例えば図6(F)に示すようにt2となり従来のt1よりも遅くなる。この時刻t2は電源電圧が変動したPL-PUF回路から値r8のレスポンスRが出力される時刻である。従って、本発明では、電源電圧が変動したPL-PUF回路から出力されるレスポンスRが図6(B)に模式的に示す通常時と異なっても、時刻t2で通常時と同じ値のレスポンスを応答出力として取得でき、PUF応答の変化を抑制できる。すなわち、本発明では、PL-PUF回路11の電源電圧が変動しても再現性良く固有情報を生成することができる。 However, in the present invention, since the power supply voltages of the PL-PUF circuit 11 and the response acquisition timing generation circuit 12 are the same, when the power supply voltage of the PL-PUF circuit 11 changes, the power supply voltage of the response acquisition timing generation circuit 12 also changes. The time fluctuates by the same amount, and as a result, the time at which the capture signal Cap changes from the logic "0" to the logic "1" becomes t 2 as shown in FIG. 6(F), which is later than the conventional t 1 . This time t 2 is the time at which the response R having the value r 8 is output from the PL-PUF circuit in which the power supply voltage has changed. Therefore, in the present invention, even if the response R output from the PL-PUF circuit in which the power supply voltage has changed is different from the normal time shown schematically in FIG. It can be acquired as a response output, and a change in PUF response can be suppressed. That is, in the present invention, the unique information can be generated with good reproducibility even if the power supply voltage of the PL-PUF circuit 11 changes.

図7は、本発明のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例と従来のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例とを対比して示す特性図である。同図において、実線Iは本発明のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例の特性を示し、電源電圧が100mV変動した場合の応答出力の誤り率は4.6%である。これは、図7に実線IIで示す従来のPL-PUF回路の電源電圧変動対出力誤り率の一例の特性(図8の特性と同じ)における電源電圧が10mV変動した場合の応答出力の誤り率46.5%と比較すると、大幅に誤り率が改善されていることを示している。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of the power supply voltage fluctuation vs. output error rate of the PL-PUF circuit of the present invention and an example of the power supply voltage fluctuation vs. output error rate of the conventional PL-PUF circuit. In the same figure, the solid line I shows the characteristic of an example of the power supply voltage fluctuation vs. output error rate of the PL-PUF circuit of the present invention, and the error rate of the response output when the power supply voltage fluctuates by 100 mV is 4.6%. This is the error rate of the response output when the power supply voltage fluctuates by 10 mV in the characteristic (same as the characteristic of FIG. 8) of the example of the power supply voltage variation vs. output error rate of the conventional PL-PUF circuit shown by the solid line II in FIG. Compared with 46.5%, it shows that the error rate is significantly improved.

なお、本発明は以上の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、例えばPL-PUF回路の帰還多項式は実施例以外の多項式であってもよいし、チャレンジ及びレスポンスのビット数は実施例に限定されるものではない。また、本発明における情報生成回路は線形帰還シフトレジスタの構造を模した回路構成であり、この回路構成は図2に示した厳密な線形帰還シフトレジスタ(LFSR)に限定されるものではなく、回路構成を図2と若干変更することで線形でない構成とした帰還シフトレジスタも包含する。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. For example, the feedback polynomial of the PL-PUF circuit may be a polynomial other than that of the examples, and the number of bits of challenge and response may be the examples. It is not limited to. The information generation circuit in the present invention has a circuit configuration imitating the structure of a linear feedback shift register, and this circuit configuration is not limited to the strict linear feedback shift register (LFSR) shown in FIG. A feedback shift register having a non-linear configuration by slightly modifying the configuration from that of FIG. 2 is also included.

本発明に係る固有情報生成装置は、電子デバイスに実装されてその電子デバイスの固有情報を発生させ、予め登録した本来の値の固有情報と比較することで、その電子デバイスの真贋判定に使用することができる。また、本発明に係る固有情報生成装置が生成する固有情報は、セキュリティシステムにおける秘密鍵や乱数にも用いることができる。   The unique information generating apparatus according to the present invention is mounted on an electronic device, generates unique information of the electronic device, and compares the unique information with unique information of an original value registered in advance to use for authenticity determination of the electronic device. be able to. The unique information generated by the unique information generating device according to the present invention can also be used as a secret key or random number in the security system.

10 固有情報生成装置
11 PL-PUF回路
12、12A、12B 応答取得タイミング生成回路
13 電源電圧源
100、C1〜C128 コア回路
101、126、129、S127、S128 セレクタ
102、I127、I128 インバータ
111 発振回路
112、124、130 レジスタ
121 リングオシレータ
122、128-1〜128-n 遅延回路
123 順序回路
125 タイミング調整回路
200 A1、A2、A3 加算器
10 Unique Information Generation Device 11 PL-PUF Circuits 12, 12A, 12B Response Acquisition Timing Generation Circuit 13 Power Supply Voltage Source 100, C1-C128 Core Circuits 101, 126, 129, S127, S128 Selector 102, I127, I128 Inverter 111 Oscillation Circuit 112, 124, 130 Register 121 Ring oscillator 122, 128-1 to 128-n Delay circuit 123 Sequential circuit 125 Timing adjustment circuit 200 A1, A2, A3 Adder

Claims (3)

線形帰還シフトレジスタの構造を模した回路構成により、その構成回路素子の物理的特性に基づく複製困難な複数ビットの固有情報を生成して出力する情報生成回路と、
前記情報生成回路に対して第1及び第2のタイミング信号を供給するタイミング信号生成回路と
前記情報生成回路及び前記タイミング信号生成回路に対して共通の動作用電源電圧を供給する電源電圧源とを備え
前記情報生成回路は、
前記第1のタイミング信号により発振動作の開始及び停止が制御され、動作時に前記複数ビットの固有情報を発振出力する前記線形帰還シフトレジスタの構造を模した発振回路と、
前記発振回路から出力された前記複数ビットの固有情報を前記第2のタイミング信号入力時に保持するレジスタとを備え、
前記タイミング信号生成回路は、
前記情報生成回路の起動トリガ信号を受けて当該起動トリガ信号をそのまま前記第1のタイミング信号として出力する第1のタイミング信号生成部と、
前記起動トリガ信号に基づいて、互いに異なる複数の遅延時間の遅延信号を生成して並列に出力する遅延回路部と、
前記遅延回路部から並列に出力された前記複数の遅延信号の中から、前記第1のタイミング信号の出力後の前記任意の設定時間に相当する遅延時間の一の遅延信号を選択して前記第2のタイミング信号として出力する選択回路部とを有する、第2のタイミング信号生成部とを備える、固有情報生成装置。
An information generating circuit that generates and outputs a plurality of unique bits of hard-to-copy unique information based on the physical characteristics of the constituent circuit elements by a circuit configuration imitating the structure of a linear feedback shift register
A timing signal generation circuit that supplies first and second timing signals to the information generation circuit;
And a power supply voltage source for supplying the information generating circuit and the supply voltage for operating the hand Common to said timing signal generating circuit,
The information generation circuit,
An oscillation circuit simulating the structure of the linear feedback shift register that controls the start and stop of the oscillation operation by the first timing signal and that oscillates and outputs the plurality of bits of unique information during the operation.
A register that holds the plurality of bits of unique information output from the oscillation circuit when the second timing signal is input,
The timing signal generation circuit,
A first timing signal generation unit that receives the activation trigger signal of the information generation circuit and outputs the activation trigger signal as it is as the first timing signal;
A delay circuit section that generates delay signals having a plurality of different delay times based on the activation trigger signal and outputs the delay signals in parallel;
From the plurality of delay signals output in parallel from the delay circuit section, one delay signal having a delay time corresponding to the arbitrary set time after the output of the first timing signal is selected to select the first delay signal. And a second timing signal generation unit having a selection circuit unit that outputs the second timing signal .
第2のタイミング信号生成部は、
前記遅延時間の一の遅延信号を選択するための選択値を保持するレジスタをさらに備える、請求項1記載の固有情報生成装置。
The second timing signal generator is
The unique information generation device according to claim 1, further comprising a register that holds a selection value for selecting a delayed signal having one of the delay times .
前記情報生成回路は、PL-PUFの技術に基づく回路であることを特徴とする請求項1又は2記載の固有情報生成装置。   3. The unique information generation device according to claim 1, wherein the information generation circuit is a circuit based on PL-PUF technology.
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