JPH0650424B2 - 暗号システムおよびそれに用いるハ−ドロツク用デバイス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は熱弾性マルテンサイト合金を温度−抵抗変換素
子として用いた暗号システムおよびこの暗号システムに
用いられるハードロック用デバイスに関するものであ
る。

本発明の暗号システムおよびハードロック用デバイスは
秘密を要する任意の用途に適用可能であり、例えば、秘
密を要するコンピュータープログラムへのアクセス回
路、秘密の入口のドアのロック回路、磁気ディスクや光
ディスクへのアクセス回路、あるいはＩＣカードや磁気
カードと同様な用途としての識別カード等へ適用可能で
ある。

［従来技術］ 従来、暗号回路あるいはロックシステムとしては主とし
てソフトウエアを用いたものが多く、これらはトライア
ンドエラーをくり返すことによって暗号を読み出すこと
ができるという不都合があった。また、ハードウエアに
よるロックシステムの多くは機械的あるいは電磁気的な
ものであって、小型化は難しく、暗号の組合せにも限界
があった。

また、従来の暗号回路はＩＣ，ＬＳＩ等の固体半導体素
子によって作られていたため、外部の静電気や磁気で暗
号データ等が破損してしまうおそれがあった。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は、高速なトライアンドエラーが
不可能な、換言すれば暗号解読には長時間を要し、現実
には解読不能な暗号システムおよびそれに用いるハード
ロック用デバイスを提供することにある。

本発明の他の目的は、基本的に抵抗体のみで構成され、
外部の静電気や磁気の影響を実質的に受けない暗号回路
等を提供することである。

［発明の構成］ 本発明による暗号システムは、温度変化に対する電気抵
抗値変化がヒステリシスループを描く温度−抵抗変換素
子と、この温度−抵抗変換素子を温度変化させる手段
と、この温度変化による上記変換素子の電気抵抗変化を
検出する手段と、上記の温度変化をさせる手段の付勢時
間を計時する計時手段とを含んでいる。

本発明で用いる温度変化に対する電気抵抗変化がヒステ
リシスループを描く温度−抵抗変換素子としては一般に
形状記憶合金として知られている熱弾性型マルテンサイ
ト変態合金を挙げることができる。この熱弾性マルテン
サイト変態金属および合金（以下、Ｍ変態合金という）
自体はいわゆる形状記憶合金として種々のものが知られ
ている。例えば、Ｃｕ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｚｎ−Ｘ（ここで
Ｘ＝Ａｌ，Ｓｎ，Ｃａ，Ｓｉ），Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ，Ａ
ｇ−Ｃｄ，Ａｕ−Ｃｄ，Ａｕ−Ａｇ−Ｃｄ，Ｃｕ−Ａｌ
−Ｎｉ，Ｃｕ−Ｓｎ，Ｔｉ−Ｎｉ，Ｎｉ−Ａｌ，Ｉｎ−
Ｘ（ここでＸ＝Ｔｌ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｓｎ）、Ｆｅ−Ｐ
ｄ，Ｍｎ−Ｃｕ，Ｍｎ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｐｔ，Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｔｉ−Ｃｏを挙げることができる。

これらのＭ変態合金はそれぞれ独特な温度−抵抗変化ヒ
ステリシス特性を有しており、使用目的、用途に応じて
これらの中から適当なものを選択することができる。

本発明ではこのＭ変態合金を抵抗素子として電気回路に
組込み、それに温度変化を加えた場合の抵抗値の変化を
信号の読取りに使う。Ｍ変態合金に温度変化を与える手
段としてはジュール熱のような自己発熱作用の外に、電
気ヒータ，温風ヒータ等の外部ヒータ，レーザー光のよ
うな熱線等の公知の任意の手段が使える。

このＭ変態合金は例えば不活性雰囲気中で金属を溶融均
一化して作るか、あるいは高周波イオンプレーティン
グ、真空蒸着、スパッタリング等で薄膜状に作ることが
できる。

Ｍ変態合金を本発明の暗号回路に形成する方法は公知の
電気素子の製法、例えばダイオードのように単純にＭ変
態合金のストリップから切り出した素片に電気端子を取
付ける方法、ＩＣメモリのようにダイオードを形成した
シリコンチップ上にマスクを介して本発明Ｍ変態合金を
パターン状態に物理蒸着する方法、あるいはプリント基
板のように、Ｍ変態合金膜を基板全面に積層あるいは蒸
着により形成した後、必要パターンにエッチングしても
よい。

本発明は上記Ｍ変態合金を温度−抵抗変換素子として用
いることを特徴としている。すなわち、このＭ変態合金
は一般に第１図に示すような温度−電気抵抗曲線を描
き、加熱（発熱）時と冷却（放冷）時では電気抵抗値が
異るヒステリシスループとなる。このヒステリシスルー
プの温度値（Ｔ）と抵抗値（Ｒ_Ｍ）はＭ変態合金の種類
によって異り、用途に応じて公知の合金の中から適宜選
択することができる。

前記の温度変化に対する電気抵抗変化を検出する手段は
非接触型または端子を用いた接触型にすることができ
る。

非接触型で電気抵抗の変化を検出する手段としては例え
ば渦電流（フーコー電流）を検出する方法等を用いるこ
とができ、接触型の場合には上記変換素子に端子を当接
して電圧降下法やブリッジ法を用いた抵抗検出回路を用
いることができる。

前記の温度−抵抗変換素子を温度変化させる手段は外部
加熱装置が好ましいが、上記素子へ通電してジュール熱
による自己発熱を利用することも可能である。

外部加熱装置としては電気誘導加熱装置、抵抗電気炉、
ガスおよび／または液体を含む加熱媒体、レーザーを含
む熱線等を用いることができる。

本発明では、上記の構成における温度変化、電気抵抗変
化および付勢時間のうち１つ以上を単独でまたは複数で
暗号とする。具体的には温度−抵抗変換素子を昇温また
は降温する際の温度勾配、昇温または降温時間、昇温ま
たは降温の開始または到達温度値、所望の温度変化を生
じるための温度変化手段の作動条件、上記変換素子の電
気抵抗のピーク値、該ピーク値の現れるタイミング、お
よび所定のタイミングにおける電気抵抗値などのうち１
つまたは２つ以上を暗号とする。

本発明はさらに上記の暗号システムに用いるハードロッ
ク用デバイスに関するものであり、このハードロック用
デバイスは支持体と、この支持体上および／または支持
体中に支持された温度変化に対する電気抵抗値変化がヒ
ステリシスループを描く温度−抵抗変換素子とで構成さ
れる。

上記支持体としてはセラミックス、ガラス、金属、木、
プラスチック、その他任意の材料を単独でまたは組合せ
て用いることができる。この支持体はガード、ディス
ク、板状、ブロック状、フィルム状、線状、帯状等の任
意の形状にすることができ、さらにはロックを必要とす
る他のデバイス、例えばＩＣカード、ＬＳＩチップ、光
ディスク等の記憶メディア、電子ロック等の一部に組込
むことができる。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例で使用されるＭ変態合金素子の基
本動作原理を第１図および第２図を用いて説明する。第
２図に示すように該素子が時刻ｔ0 からｔ1 までの間加
熱されその温度がＴ0 からＴ_Ｍまで上昇すると、該素子
の抵抗Ｒ_Ｍが徐々に上昇する。時刻ｔ1 において加熱を
中止すると以後該素子の温度は第２図に示すように低下
してゆく。この冷却過程において、例えば時刻ｔ_Ｃにな
ると該素子の抵抗Ｒ_Ｍが急上昇し始め、ピーク値を示し
た後急下降する。ここでは、Ｍ変態合金素子が所定条件
の下でピーク値を示す特性を利用して暗号システム等を
実現している。

第３図は本発明に係る暗号システムをホーイトストンブ
リッジによって実現した実施例である。この例ではＭ変
態合金Ｍ1 ，Ｍ2 と通常の抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 を第３図のよ
うに結線する。これらの間には Ｒ1 Ｒ2 ＝Ｍ1 Ｍ2 の関係がある。

第４図は第３図の回路の動作波形を示している。すなわ
ち、先ず第４図（ａ）のように入力電圧ＥをＥ1 に上げ
ると、Ｍ変態合金Ｍ1 ，Ｍ2 は第４図（Ｃ）に示すよう
にジュール熱によりその温度がＴ0 から上昇し始める。
なお、この行程は外部加熱源例えばヒータによって行っ
てもよいことは明らかである。所定時間τが経過後、入
力電圧をＥ2 に下げると温度はＴ_Ｍから低下し始める
（外部加熱源の場合にはそれを切る）。以上の行程にお
いて当初はＭ1 ，Ｍ2 の抵抗値Ｒ_Ｍは第４図（ｂ）のよ
うになだらかに上昇する。この行程は第１図のに対応
する。発熱（加熱）行程がτ時間後に終了すると、Ｍ1
，Ｍ2 の温度は低下を始めるが、この放冷行程（これ
を冷却器で強制冷却してもよい）中、抵抗値Ｒ_Ｍは急激
に増加し（第１図の）、ピーク値に到達する。このピ
ーク値を越えると抵抗は再び低下をする。以上の各行程
における第３図の回路の出力電圧は、第４図（ａ）に示
すように、上記の抵抗値Ｒ_Ｍに類似して変化する。この
ピーク電圧Ｖ_Ｍが発生するまでの時間τｐはＭ1 ，Ｍ2
の特性とこれらＭ1 ，Ｍ2 の温度変化の条件の関数であ
る。

したがって、第３図に示すような回路においては、各Ｍ
変態合金Ｍ1 ，Ｍ2 の温度変化条件を決定する入力電圧
値Ｅ1 ，Ｅ2 および入力電圧Ｅ1 の持続時間τの値によ
って時間τｐが変化する。そこで、これら４つの変数Ｅ
1 ，Ｅ2 ，τ，τｐのうち少なくとも１つは適正な使用
者のみが設定できるようにしておくことによりハードロ
ックシステムを構成することが可能になる。

第５図には、本発明の他の実施例に係る暗号システムの
原理を示す。同図においては、Ｍ変態合金Ｍ3 と、この
Ｍ変態合金Ｍ3 に入力電圧を供給するための入力電源回
路１、およびＭ変態合金Ｍ3 に流れる電流を検出する電
流検出回路２が例えば閉ループ状に接続されている。

第５図の回路においては、入力電源回路１の出力電圧が
例えば第４図（ｄ）に示される入力電圧の如く変化する
と、Ｍ変態合金Ｍ3 の抵抗値も第４図における抵抗Ｒ_Ｍ
のごとく変化する。したがって、この抵抗Ｒ_Ｍがピーク
値となった時には閉ループ回路の電流値が最小となり、
電流検出回路２によってこの電流値が最小となったこと
を検出することによって第４図における時間τｐを知る
ことが可能となる。したがって、第５図の回路も第３図
の回路と同様の暗号システムとして使用することができ
る。

第６図は、本発明の他の実施例に係る暗号システムを示
す。同図の回路はＭ変態合金Ｍ3 と電圧源３と電流検出
回路２とを含む閉ループ回路、およびＭ変態合金Ｍ3 を
加熱または冷却するための外部ヒータ４とこの外部ヒー
タ４に入力電圧Ｅを供給するための入力電源回路５とを
具備する。

第６図の回路においては、入力電源回路５によって外部
ヒータ４に所定の時間間隔の加熱電源等が供給され、Ｍ
変態合金Ｍ3 の温度が例えば第４図（ｃ）に示されるよ
うに制御される。これにより、Ｍ変態合金Ｍ3 の抵抗値
が第４図（ｂ）における抵抗Ｒ_Ｍの如く変化するから、
Ｍ変態合金Ｍ3 に流れる電流を電流検出回路２によって
監視することによりＭ変態合金Ｍ3 の抵抗値がピーク値
となったことを検出することができる。なお、電源３は
例えば一定の電圧を出力する定電圧回路によって構成さ
れる。

第７図は、以上のようなＭ変態合金素子を含む暗号シス
テムを使用したハードロックシステムの概略を示す。同
図のシステムは、前述のような暗号システム回路６の他
に、入力電源回路７、出力検出回路８、クロック発生回
路９、コントローラ10を備えている。また、暗号システ
ム回路６のＭ変態合金を加熱するために外部ヒータ11が
設けられる場合もある。

第７図のシステムにおいては、コントローラ10から入力
電源回路７に制御信号が供給され、この制御信号の内容
に応じて暗号システム回路６に入力電圧Ｅが入力され
る。この入力電圧Ｅの電圧値および持続時間等に対応し
て暗号システム回路６は前述のように所定時間τｐの後
にピーク電圧Ｖ_Ｍを発生し出力検出回路８がこれを検出
する。コントローラ10はクロック発生回路９から供給さ
れるクロックパルスに基づき該時間τｐを検出し、この
時間τｐが入力電圧Ｅおよび暗号システム回路６の特性
等によって決定される目標値に対して所定の誤差範囲に
ある場合には出力信号ＯＵＴとしてイネーブル信号等を
出力し、そうでない場合にはこのイネーブル信号を出力
しない。また、コントローラ10の入力信号ＩＮとして
は、例えば図示しないキーボードあるいはカードリーダ
等から供給される暗証番号その他の情報等でよく、この
ような情報に応じてコントローラ10が入力電圧Ｅの電圧
値および持続時間等を決定する制御信号を入力電源回路
７に供給する。

第７図の回路が、例えば、銀行等における現金払出装置
に使用される場合には、顧客の入力した暗証番号および
磁気カード等に記憶された情報に基づき暗号システム回
路６に所定の電圧値および持続時間等を有する入力電圧
Ｅが供給される。そして、この入力電圧Ｅに応じて出力
検出回路８によって検出された時間τｐが適正なもので
あればコントローラ10からイネーブル信号が出力され現
金の払出し等が行なわれる。

第８図はＭ変態合金素子をカードの一部に組込んだ実施
例で、この場合カード本体12は単なる支持体あるいは目
視可能にキャラクター情報13の書き込みボードでもよい
が、このカード内部にＩＣ回路（図では端子14のみが示
してある）等を組込んだＬＳＩボード、ＩＣカードでも
よい。これらを組込んだボードあるいはカードは工場等
の生産ラインのコンピュータ制御用や秘密を要する設備
へのアクセス用に用いることができる。

この実施例では前記のＭ変態合金の小片15a ，15b ，15
c を上記カードの一端に埋め込みや係止等によって保持
させた３つの突起部16に埋め込んである。勿論、この突
起16は１つでもよい。

カード本体12の材質はＭ変態合金の種類、使用温度範囲
によって公知任意の素材、例えばプラスチック、セラミ
ック、金属、木、紙あるいはこれらを組合せたものから
選択できる。この素材の選択、組合せによって伝熱速
度、昇温速度が変化するので、これらの素材の選択、組
合せは本発明の暗号システムのパラメータの１つとな
る。

この素材は使用するＭ変態合金の作動温度範囲において
十分な自己支持性のある材料でなければならない。つま
り、この素材はＭ変態合金がヒステリシスループを描く
温度範囲（一般的にはマイナス数十度からプラス数百
度）で使用可能な材料であればよい。Ｍ変態合金は同一
温度履歴であれば同一ヒステリシスループを描くので、
上記作動温度を室温の前後に設定する必要は必ずしもな
い。要は使用可能な冷媒や加熱媒体の経済性、Ｍ変態合
金の作動精度を考慮して適当な作動温度範囲を選択すれ
ばよい。

第９図は第８図のカードに保持させたＭ変態合金小片15
の温度−抵抗変化を非接触で測定する方式の概念図であ
る。すなわち、第９図においては、Ｍ変態合金小片15を
はさみコア16，17が配置され、一方のコア17に巻回され
たコイル18に交流電流が供給される。これにより、Ｍ変
態合金小片15に渦電流が生じ誘導加熱が行なわれる。

第10図は、Ｍ変態合金素子19a ，19b ，19c を銀行のキ
ャッシュカード等のＩＤカード20に設けた実施例を示
す。この実施例においては、磁気ストライプ21も設けら
れ、従来の磁気カードとの互換性が図られている。

第11図は、Ｍ変態合金素子22a ，22b ，22c をキー23に
設けた実施例を示す。このような構成を有するキー23を
図示しないロック装置に挿入すると、該ロック装置内に
設けられた加熱装置によって各Ｍ変態合金素子22a ，22
b ，22c がそれぞれ所定時間だけ加熱され、前述のよう
にして例えば加熱開始からピーク電圧が出力されるまで
の時間τｐが検出される。そして、この時間τｐが各々
のＭ変態合金素子22a ，22b ，22c について測定され、
各々予め定められた範囲内にあればロック解除が行なわ
れる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、Ｍ変態合金等の温度変
化に対する電気抵抗値の変化がヒステリシスループを描
くような材料を暗号システムとして使用したから、暗号
解読のためにはＭ変態合金を加熱または冷却する操作が
必要となり、従来のソフトウエア等による暗号とは異な
り限られた時間内にトライアンドエラーによって暗号解
読を行なうことは全く不可能となる。すなわち、暗号解
読には長時間を要し、実際には解読不可能な暗号回路が
供給され秘密情報の保持が極めて的確に行なわれる。ま
た、本発明に係る暗号回路は基本的には抵抗体のみで構
成されているため、外部の静電気や磁気の影響により暗
号データが破壊され、あるいは誤ってイネーブル信号等
が出力されることがなく極めて信頼性の高い暗号回路お
よびハードロックシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る暗号システム等に使用されるマル
テンサイト変態合金の特性を示すグラフ、 第２図はマルテンサイト変態合金の特性を示す波形図、 第３図は本発明の一実施例に係る暗号システムを示す電
気回路図、 第４図は第３図の回路の動作を示す波形図、 第５図および第６図はそれぞれ本発明の他の実施例に係
る暗号システムを示すブロック回路図、 第７図は本発明の一実施例に係るハードロックシステム
を示すブロック回路図、 第８図は本発明に係る暗号システムをＩＤカードに応用
した他の実施例を示す斜視図、 第９図は第８図に示されるＩＤカードの加熱方法を示す
説明図、 第10図は暗号システムをＩＤカードに応用した他の実施
例を示す斜視図、 そして第11図は暗号システムをキーに応用した実施例を
示す斜視図である。 Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，15，15a ，15b ，15c ，19a ，19b
，19c ，22a ，22b ，22c ……マルテンサイト変態合
金素子、Ｒ1 ，Ｒ2 ……抵抗、１，３，５……電源回
路、４，11……外部ヒータ、６……暗号システム回路、
７……入力電源回路、８……出力検出回路、９……クロ
ック発生回路、10……コントローラ、12，20……カード
本体、13，24……キャラクタ情報、14……端子、16，17
……コア、18……コイル、21……磁気ストライプ、23…
…キー本体。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温度変化に対する電気抵抗値変化がヒステ
   リシスループを描く温度−抵抗変換素子と、この温度−
   抵抗変換素子を温度変化させる手段と、この温度変化に
   よる上記変換素子の電気抵抗変化を検出する手段と、上
   記の温度変化をさせる手段の付勢時間を計時する計時手
   段とを含み、上記温度変化、電気抵抗変化および付勢時
   間のうち１つ以上を単独でまたは複数で暗号とすること
   を特徴とする暗号システム。
2. 【請求項２】上記の温度−抵抗変換素子が熱弾性型マル
   テンサイト変態合金であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の暗号システム。
3. 【請求項３】上記の電気抵抗変化を検出する手段が非接
   触型であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の暗号システム。
4. 【請求項４】上記非接触型の検出手段が渦電流変化を検
   出する手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の暗号システム。
5. 【請求項５】上記の温度を変化させる手段が電気誘導加
   熱装置、抵抗電気炉、ガスおよび／または液体を含む加
   熱媒体、レーザーを含む熱線の少なくとも一つの外部加
   熱装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の暗号システム。
6. 【請求項６】上記の温度−抵抗変換素子を含む電気回路
   を具備し、この電気回路への第１入力電圧（Ｅ１）と、
   この第１入力電圧（Ｅ１）の接続時間（τ）と、上記第
   １入力電圧（Ｅ１）の供給開始時から上記電気回路の出
   力電圧が所定閾値以上に達するまでの時間（τｐ）と、
   上記接続時間（τ）の経過後に上記電気回路へ供給する
   第２入力電圧（Ｅ２）との４つの変数（Ｅ１，τ，τ
   ｐ，Ｅ２）の少なくとも一つを暗号として用いることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の暗号システ
   ム。
7. 【請求項７】上記電気回路が電圧降下法またはブリッジ
   法を用いた抵抗検出回路によって構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載の暗号システム。
8. 【請求項８】支持体と、この支持体上および／または支
   持体中に支持された温度変化に対する電気抵抗値変化が
   ヒステリシスループを描く温度−抵抗変換素子とで構成
   されることを特徴とし、上記温度−抵抗変換素子と、こ
   の温度−抵抗変換素子を温度変化させる手段と、この温
   度変化による上記変換素子の電気抵抗変化を検出する手
   段と、上記の温度変化をさせる手段の付勢時間を計時す
   る計時手段とを含み、上記温度変化、電気抵抗変化およ
   び付勢時間のうち１つ以上を単独でまたは複数で暗号と
   する暗号システムに使用するハードロック用デバイス。
9. 【請求項９】上記支持体がセラミックス、ガラス、金
   属、木、プラスチックの少なくとも一つを含む材料で構
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載のデバイス。