KR20160141813A - 양자 물리적으로 복제불가능한 기능의 활용 방법 - Google Patents

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Abstract

고유한 식별자. 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 방법으로서, 상기 양자역학적 구속에 기인한 상기 디바이스의 고유 양자역학적 효과를 측정하는 단계; 및 상기 측정을 사용하여 상기 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.

Description

양자 물리적으로 복제불가능한 기능의 활용 방법{QUANTUM PHYSICAL UNCLONABLE FUNCTION}
본 발명은 일반적으로 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 것에 관한 것이다.
무선 센서로부터 모바일 SIM(subscriber identity module) 및 차량 내의 ECU(engine control unit)를 포함하는 많은 시스템들은 통상적으로 국지적으로 저장되는 암호 키에 기초해서 통신 등을 수행한다. 보안이 견실하기 위해서는, 이러한 암호 키가 높은 수준의 고유성(uniqueness)을 가지는 것이 물론 중요한데, 고유성이란 당업계에서 사용되는 용어이다. 뿐만 아니라, 암호를 깨려는 잠재적인 공격자가 암호 키를 복제하는 것이 어려워야 한다는 것도 역시 중요하다. 좀 더 사실적으로 살펴보면, 암호 키를 제공하는 디바이스가 낮은 제작 비용과 함께 물리적이고 가장 낮은 전력 소비 발자국을 가지는 것도 필요하다. 암호 키는 고유 식별자라고 달리 또는 추가적으로 정의되거나 기술된다.
제작자 등에서 발매하는 제품의 고유 식별은, 특히 쉽고 반복적으로 판독될 수 있는, 고유하고 복제(물리적)하기 어려운 기능을 포함시킴으로써, 그러한 제품에 태그를 붙이거나 핑거프린팅을 함으로써 관리될 수 있다. 물리적으로 복제불가능한 기능(physically unclonable function; PUF)('physical unclonable function' 이라고도 불림)이 이러한 식별이 이루어지게 할 수 있다.
통상적으로, 물리적으로 복제불가능한 기능은 일반적으로 거시적 물리 법칙이라고 공통적으로 간주되는 원리에 기초하여 제공된다. 예를 들면, 물리적으로 복제불가능한 기능은, 상이한 결정들에서의 석영 결정 발진 주파수의 작은 차이, 또는 상이한 디바이스를 구성하는 층들의 상이한 두께로 인해 생기는 상이한 디바이스들의 상이한 커패시턴스, 또는 메모리 셀의 어레이 내의 이상치(예를 들어, 데드 셀)의 식별에 기초할 수 있다. 이러한 접근법이 실무에도 적용된다는 것에는 의심의 여지가 거의 없다. 하지만, 이러한 접근법들은 단점도 가지고 있다. 이러한 단점들이 생기는 주된 이유가, 고유 식별자를 생성할 때 거시적 효과를 이용하기 때문이라는 것이 밝혀진 바 있다. 예를 들면, 이러한 이유 때문에 식별자의 고유성이 한정될 수 있고, 고유 식별자를 어떠한 방식으로 측정, 인코딩 또는 정의하는 것이 더 어려워질 수 있다. 또한, 고유 식별자를 결정하거나 생성할 때에 거시적 효과, 반복가능성 및 일관성을 사용하는 것이 곤란할 수도 있고, 식별자를 제공하는 디바이스 내에 공간이 많이 필요하거나 전력 소비가 늘어나게 될 수도 있다.
본 발명의 실시예의 예시적인 목적은, 본 명세서 또는 다른 문헌에서 식별되는 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 적어도 부분적으로 없애거나 완화시키는 것 또는 적어도 종래 기술에 대한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 청구항에 기술되는 장치와 방법이 제공된다. 본 발명의 다른 피쳐는 종속항과 후술되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 방법으로서, 상기 양자역학적 구속에 기인한 상기 디바이스의 고유 양자역학적 효과를 측정(예를 들어 전기적으로)하는 단계; 및 상기 측정을 사용하여 상기 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.
상기 측정은 상기 디바이스의 고유 양자역학적 스펙트럼을 측정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 측정을 사용하여 고유 식별자를 생성하는 것은, 고유 식별자로서 측정 결과를 인코딩 및/또는 저장하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 디바이스의 고유 양자역학적 효과를 변경시키도록, 그리고 상기 디바이스에 대한 새로운 고유 식별자가 제공되게 하도록 상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가열하는 것은 전용 히터를 사용함으로써, 및/또는 상기 디바이스에 전류가 통하게 함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 방법의 적어도 일부는, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스를 포함하고 및/또는 이와 연결되는(예를 들어 전기적 및/또는 광학적으로) 다른 디바이스에 의하여 수행될 수 있다.
상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 고유 식별자를 사용하여, 적어도 사용 중에, 상기 효과는 상기 다른 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하기 위하여, 상기 효과는 상기 다른 디바이스에 의하여 측정가능하도록 구현될 수 있다.
다른 디바이스는 고유 식별자를 인코딩 및/또는 저장할 수 있다.
본 발명의 방법은 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 결정되거나 생성된 고유 식별자를, 다른 디바이스에 의하여 및/또는 다른 디바이스에 저장된 하나 이상의 식별자와 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방법은, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 결정되거나 생성된 고유 식별자와 하나 이상의 저장된 식별자가 동일한 경우(즉 매칭이 일어나는 경우) 다른 디바이스의 특정 기능을 금지하거나 허용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는, 적어도 1 차원, 적어도 2 차원, 또는 적어도 3 차원에서 상기 양자역학적 구속을 나타낼 수 있다.
양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는: 하나 이상의 터널링 장벽; 공진 터널링 다이오드; 쇼트키 장벽; 그래핀 나노리본; 층 내의 양자역학적 구속; 링 내의 양자역학적 구속; 도트 내의 양자역학적 구속 중 하나 이상이고 및/또는 하나 이상을 포함 및/또는 제공할 수 있다.
상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는: 도핑된 GaAs 구조 내의 GaSb 양자(역학적) 링; 또는 도핑된 GaAs 구조 내의, AlGaAs 터널링 장벽을 가진 GaSb(역학적) 양자 링을 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 용법으로서, 상기 양자역학적 구속에 인하여 생기는, 상기 디바이스의 측정가능한, 예를 들어 전기적인 고유 양자역학적 효과(즉, 예를 들어 전기적으로 측정가능한 고유 양자역학적 효과)로부터 유도되거나 유도가능한 고유 식별자를 결정하거나 생성하도록 상기 디바이스를 사용하는 단계를 포함하는, 디바이스의 용법이 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 장치로서, 제 2 디바이스를 포함하는 및/또는 제 2 디바이스와 연결(예를 들어, 전기적 및/또는 광학적으로)되는 제 1 디바이스를 포함하고, 상기 제 2 디바이스는 양자역학적 구속을 나타내는 것이며, 상기 제 2 디바이스는 상기 양자역학적 구속에 인하여 생기는, 측정가능한, 예를 들어 전기적인, 고유 양자역학적 효과(즉, 전기적으로 측정가능한 고유 양자역학적 효과)를 가지고; 적어도 사용 중에, 상기 효과는, 제 2 디바이스에 대한 고유 식별자 그리고 제 1 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하도록, 상기 제 1 디바이스에 의하여 측정가능하도록(예를 들어, 전기적으로) 구현되어 있는, 장치가 제공된다.
상기 제 1 디바이스는 집적 회로일 수 있고, 상기 제 2 디바이스는 상기 집적 회로의 일부를 형성할 수 있으며, 및/또는 상기 제 2 디바이스는 상기 집적 회로의 하나의 핀을 상기 집적 회로의 다른 핀에 연결할 수 있다.
의심의 여지없이, 본 발명의 임의의 하나의 양태에 대해 설명된 하나 이상의 피쳐는, 본 명세서를 파악한 결과 대체하거나 조합하는 것이 서로 배타적이라고 당업자에게 이해되는 경우를 제외하고는, 본 발명의 다른 양태의 임의의 하나 이상의 피쳐와 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 그리고 좀더 자세히 말하자면, 본 발명의 방법의 양태에 대하여 기술된 임의의 피쳐는, 본 발명의 용법 또는 장치 양태에 대하여 기술된 임의의 피쳐 대신에 또는 이와 함께 쉽게 사용될 수 있다.
본 발명을 더 잘 이해하고 어떻게 본 발명이 실시되는지를 보여주기 위하여, 예를 통하여 첨부된 개략적인 도면들을 참조할 것이다.
도 1 은 예시적인 일 실시예에 따른, 공진 터널링 다이오드의 밴드 구조 및 모드 동작을 개략적으로 도시한다;
도 2 는 도 1 의 디바이스의 이상적인 양자역학적 스펙트럼을 개략적으로 도시한다;
도 3 은 두 개의 상이한 실제 디바이스로부터 얻은 양자역학적 스펙트럼들을 도시한다;
도 4 는 일 실시예에 따른, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 선-프레임 사시도를 개략적으로 도시한다;
도 5 및 도 6 은 도 4 에 도시된 것보다 더 일반적인 개념의 다른 구현 형태들을 개략적으로 도시한다;
도 7 및 도 8 은 다른 실시예에 따른 다른 디바이스를 각각 사시도와 평면도로 개략적으로 도시한다;
도 9 는 예시적인 일 실시예에 따른 또 다른 디바이스의 평면도를 개략적으로 도시한다; 그리고
도 10 은 다른 실시예에 따른, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스를 포함하는 집적 회로를 개략적으로 도시한다.
전술된 바와 같이, 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 현재의 방법들에 존재하는 문제점 중 많은 것들은, 이러한 방법이 거시적인 물리적 효과에 기인한다. 본 발명의 일 실시예에서, 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정 및/또는 생성함으로써 종래 기술의 문제점들 중 적어도 일부가 극복될 수 있다는 것이 밝혀졌는데, 디바이스는 특히 양자역학적 구속을 나타내는 것이다. 이러한 방법은 양자역학적 구속에 기인한 디바이스의 고유 양자역학적 효과를 측정하는 단계를 포함한다. 또한, 이러한 측정은 이제 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하기 위하여 사용된다.
이러한 방법에서는 양자역학적 성질을 사용하기 때문에 이러한 방법에서 사용되는 디바이스가 소형화되고 저전력이 될 수 있다. 디바이스 제조 비용도 유사한 거시적 방법에서 사용되는 디바이스에 비하여 일반적으로 더 저렴해질 수 있다. 아마도 가장 중요한 것은, 이러한 방법에서 사용되는 디바이스의 양자역학적 성질에 의하여 식별자가 더욱 고유하게 된다는 사실일 것이다. 이것은 특히, 측정되는 양자역학적 효과가 스펙트럼 또는 스펙트럼들(예를 들어 두 개 이상의 스펙트럼, 또는 측정 또는 두 개 이상의 별개의 스펙트럼의 조합 또는 콘볼루션)인 경우에 그러하다. 예를 들면, 특히 2 차원 이상의 차원에서 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는, 그러한 구속을 나타내는 디바이스(또는 그것의 일부)의 구조에 있는 전자 또는 정공의 특정 구속 에너지 레벨의 고유한 측정가능 스펙트럼을 제공할 수 있다. 통상적으로, 구조의 이러한 부분은, 해당 시스템 내의 전자의 드브로이 파장에 대응하는 길이 스케일 이하인 공간 치수를 가지는 층, 링, 도트, 또는 다른 구조의 형태인 나노-구조일 수 있다. 구조 전체의 이러한 원자 배치, 크기 및 조성, 및 필드의 정확한 형태(예를 들어 스트레인(strain), 자기식 및 전자식)를 포함하는, 이러한 나노-구조의 물리적 성질은, 모두 해당 시스템의 슈레딩거 방정식의 해에 따라 전하 캐리어가 어떤 에너지에서 구속되는지에 대해 영향을 줄 수 있다. 두 디바이스들이 이러한 성질들(더 많은 성질들도 가능함)을 공유하도록 제작하는 것은 실질적으로 불가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이고, 따라서 어떠한 디바이스들 두 개도 정확하게 동일한 수는 없을 것이다. 그러므로, 구속의 성질이 동일하지 않을 것이고, 따라서 이러한 구속의 결과인 두 개의 측정가능한 양자역학적 효과들도 동일하지 않을 것이다. 그러므로, 이러한 디바이스에 대한 측정가능한 양자역학적 효과는 해당 디바이스에 대한 고유 식별자로서 사용될 수 있다. 다르게 말하면, 구속하는 구조(confining structure)(또는, 일반적으로 구속 구조(confinement structure))가 효율적이고 효과적인 물리적으로 복제불가능한 기능(PUF)(물리적 복제불가능 기능이라고도 불림)을 제공한다는 것이 밝혀졌다.
본 발명과 본 발명의 예시적인 구현 형태의 원리가 도 1 내지 도 10 을 참조하여 오직 예시적으로 이하 설명될 것이다. 도면은 임의의 특정 스케일에 맞춰 그려진 것이 아니고, 본 발명, 및/또는 본 발명의 응용예의 원리를 이해하는 것을 개념적으로 돕기 위해서 제공된 것일 뿐이다.
도 1 은 일 예시적인 실시예에 따르는, 양자역학적 구속을 나타내고 고유 식별자를 제공할 수 있는 공진 터널링 다이오드의 밴드 구조를 개략적으로 도시한다.
공진 터널링 다이오드는 그 안에 터널링 장벽(4)을 형성하는 절연 재료(4)가 제공된 도핑된 재료(2)를 포함한다. 터널링 장벽(4)은 나노-구조(6)의 양 측에 위치하여 전자(8)의 양자역학적 구속을 나타내거나 가능하게 한다. 사용 시에, 전자(4)는 나노-구조(6)의 일측에 있는 전압 조절형 통전 대역(10)으로부터 나노-구조(6)의 타측에 있는 통전 대역(12)으로 장벽(4)을 통과해서 터널링한다. 이러한 디바이스를 통한 전하 수송은 특정한 입력 조건, 즉 디바이스의 공진 성질에서 발생한다.
전술된 바와 같이, 나노-구조(6)는 링, 또는 도트 등과 같은 특유한 전용 구조일 수 있다. 그러나, 추가적으로 및/또는 대안적으로, 나노-구조는, 예를 들어 특정한 에너지 레벨(14)에서 디바이스의 이러한 특정 부분이 양자역학적 구속을 야기하는 하나 이상의 치수이거나 치수를 가진다는 것을 단지 암시할 수도 있다. 즉, 나노-구조(6)는 나노-스케일 두께를 가지는 층일 수 있다.
하나의 특정 예에서, 도 1 의 디바이스(또는, 다른 실시예들에서는 임의의 다른 적합한 디바이스)의 나노-구조(6)는 AlGaAs 터널링 장벽이 도핑된 GaSb 구조 내에 임베딩되고, 금속 게이트가 있는 GaSb 정공-구속 양자(역학적) 링일 수 있다. GaAs 내의 GaSb 양자(역학적) 링이 정공에 대해 매우 깊은 구속 포텐셜을 가져서, 이러한 디바이스에 대한 수송 스펙트럼 내에 뚜렷한(well-defined) 피크들이 많이 생기게 된다는 것이 최근에 밝혀졌다.
도 2 앞의 문단에서 참조된 이상적 수송 스펙트럼의 일 예를 도시한다. 전압에 대한 전류의 미분이 증가하는 전압에 대해 도시된다. 뚜렷한 일련의 피크들이 스펙트럼(20)을 형성한다는 것을 알 수 있다. dI/dV의 피크가 측정되는 전압들이 도 1 의 디바이스의 나노-구조에서의 구속된 에너지 레벨과 직접적으로 관련된다. 그러면, 이러한 에너지 레벨들은 이러한 나노-구조의 원자 조성에서의 고유한 성질에 직접적으로 관련된다. 그러므로, 고유한 구조는 고유한 스펙트럼을 제공하고, 이것은 이제 해당 디바이스에 대한 고유 식별자로서 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 임의의 특정 디바이스에 대한 스펙트럼은 인코딩되고(즉, 디지털화되거나 다른 식으로 기록되고) 고유하게 식별되는 키로 전환될 수 있으며, 이것이 암호화 등을 위해 채용될 수 있다.
도 2 에 도시되는 예에서, 디바이스의 또는 디바이스에 대한 고유 식별자를 생성하거나 결정하기 위한 측정에서 전하 수송이 사용되었다. 그러나, 양자역학적인 구속된 에너지 레벨을 측정할 수 있는 다른 방법들에는 커패시턴스-전압 측정, 및 광학적 측정이 포함된다. 예를 들면, 광학적 측정의 경우, 방출 세기가 광자 에너지의 함수이다. 전하 수송 측정 방법, 또는 어느 정도 전하 수송에 의존하는 방법의 경우에, 캐리어는 전자 또는 정공일 수 있다.
정공을 전하 캐리어로 사용하는 것이 더 유리할 수도 있다. 거의 모든 III-V 족 반도체에서, 최저 에너지 원자가 대역은 '무거운 정공(heavy hole)' 대역이라고 알려지는데, 그 이유는 이러한 대역 안에서 정공의 유효 질량이 크기 때문이다. 양자역학적 구속에서는 속박 상태(bound state)의 위치가 질량에 반비례하기 때문에, 이처럼 질량이 크면 주어진 포텐셜 우물에 대해서 더 많은 속박 상태가 생기게 된다. GaAs 내의 GaSb 링/도트의 경우에, 이러한 무거운 정공에 대한 포텐셜 우물은 매우 깊고, 질량이 매우 크며, 이것은 구속된 에너지 레벨이 많이 존재하게 된다는 것을 의미한다. 이것은 매우 복잡하고 특징이 다양한 스펙트럼- 즉, 매우 고유한 스펙트럼 -이 생기게 한다. 그래핀을 채용하는 것과 같은 다른 시스템에서는 전자가 아니라 정공을 사용하는 것이 유리하지 않거나 전자를 사용하는 것이 더 유리할 수도 있다.
도 3 은 두 개의 상이한 실제 디바이스인 제 1 디바이스(30) 및 제 2 디바이스(32)에 대한 광학적으로 측정된 스펙트럼들을 보여준다. 이러한 예에서 스펙트럼들(30, 32)은 입력 에너지 E의 함수로서 임의의 신호 레벨 S(광출력을 나타냄)에 대해서 도시된다. 각각의 디바이스(30, 32)는 하나 이상의 양자역학적 도트의 형태인 적어도 하나의 나노-구조를 가진다. 도 2 에 도시되는 스펙트럼들(30, 32)은 각각의 디바이스의 각각의 양자역학적 도트로부터 얻어진 스펙트럼들을 콘볼루션한 결과이다. 상이한 스펙트럼들을 콘볼루션하면, 예를 들어 단일 스펙트럼보다 결과적으로 얻어지는 식별자가 더욱 고유하게(예를 들어 복제하기 어렵게 하거나 더 높은 수준의 암호와 등가가 되게)한다.
도 4 는 실시예에 따라서 사용될 수 있는 디바이스 구조(40)의 선-프레임(wire-frame)의 사시도를 개략적으로 도시한다. 이러한 특정한 예에서, 디바이스 구조(40)는 3-차원의 양자역학적 구속을 나타내는 나노-구조(44)의 양측에 위치한 터널링 장벽(42)을 포함한다. 구조(40)의 다른 부분들은 이러한 3-차원의 양자 구속을 나타내지 않는다는 것에 주의한다. 다른 예들에서, 나노-구조(44)는 양자역학적 구속을 오직 2차원, 또는 1차원에서만 나타낼 수 있다. 하지만, 양자역학적 구속의 차원이 더 많아지면 결과적으로 얻어지는 스펙트럼 또는 스펙트럼들이 더 고유하게 될 것이고(예를 들어 복제하기 어렵거나 더 높은 수준의 암호화와 균등함), 생성될 수 있는 식별자의 고유성이 증가된다. 이러한 예에서, 나노-구조(44)는, 예를 들어 양자역학적 도트 등의 형태를 가질 수 있다.
도 4 의 개략도의 더 구체적이고 실용적인 구현형태는, 예를 들어 도 5 및 도 6 의 다른 예들에서 도시된 것과 같은 다양한 형태를 가질 수 있다.
도 5 에서, 디바이스는 양의 콘택 및 음의(통상적으로 금속) 콘택(50, 52)을 포함하는 것으로 도시된다. 더 상세한 디바이스 구조에는 도핑된 재료(56) 내에 위치하는 나노-구조(54)가 포함된다. 나노-구조(54)의 양측, 그리고 도핑된 재료(56)에도 절연 재료(58)의 형태인 터널링 장벽이 위치한다.
도 6 은 역시 양의 콘택 및 음의 금속 콘택(60, 62)을 포함하는, 다른 예를 도시한다. 이러한 예에서, 나노-구조(64)는 터널링 장벽을 형성하는 절연 재료(66) 내에 위치한다. 이러한 절연 재료(66) 양측에는 도핑된 재료(68)가 위치한다.
도 7 및 도 8 은 다른 디바이스의 사시도 및 평면도를 각각 도시한다. 이러한 디바이스에서, 전술된 GaSb 양자역학적 링과 같은 양자역학적 링의 형태를 선택적으로 가질 수 있는 나노-구조(70)는 반-절연성이고 도핑된 반도체(72)의 표면에 또는 표면에 가깝게 위치한다. 금속 게이트(74)가 쇼트키 장벽을 형성한다. 구속의 성질과 결과적으로 얻어지는 스펙트럼은, 이론상 도 2 및 도 3 에 이미 나타난 스펙트럼들과 동일할 수 있다.
도 9 는 다른 디바이스를 개략적으로 도시한다. 이러한 디바이스에서, 나노-구조는 절연 기판(82) 상의 그래핀(나노)리본(80)의 형태를 가진다. 리본(80)은 금속 콘택들(84)을 서로 연결한다. 이러한 예에서, 양자역학적 구속은, 리본(80)의 에지의 정확한 형상에 의하여, 및/또는 리본이 얼마나 평평한지에 의해, 및/또는 리본에 결합되게 된 임의의 불순물 원자의 존재에 의하여 규정된다. 역시, 성질들의 이러한 조합은 구성되는 각각의 디바이스에 대하여 거의 틀림없이 고유해질 것이고, 이것은 구성된 각각의 디바이스가, 예를 들어 전술된 스펙트럼들의 종류에 의하여 식별되거나 그로부터 추출되는 것과 같은, 자신과 연관된 고유 식별자(즉 지문)를 가질 것이라는 것을 의미한다.
도 10 은 고유 식별자의 용법에 대한 응용예를 보여준다. 도 10 은 집적 회로(90)의 형태인 제 1 디바이스를 도시한다. 집적 회로(90)는, 예를 들어 회로의 다른 부분으로 연결되기 위한 핀(92)을 포함한다. 도 10 은 두 개의 특정 핀(94, 96)의 확대도도 보여준다. 그러한 핀(94, 96)들은, 예를 들어 전술된 바와 같은 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스(98) 또는 구조에 의하여 연결된다. 핀(94, 96)은 정확한 구현 세부사항에 따라서, 디바이스(98)의 일부를 형성하거나 디바이스와 별개일 수 있다.
사용 시에, 제 1 디바이스(90)는, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스(98)의 고유한 피쳐를 통해서 스스로 고유 식별자를 생성하도록 사용될 수 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 제 1 디바이스(90)에는 하나 이상의 식별자가 제공되거나 이들을 포함할 수 있으며, 또한 이러한 하나 이상의 저장된 식별자를 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스(98)의 결정된 고유 식별자와 비교할 수 있다(즉, 체크할 수 있음). 이러한 방식으로, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스(98)의 고유 식별자의 고유한 성질이, 고유 식별자를 제 2 디바이스(98)를 포함하는 제 1 디바이스(90)로 제공하건, 및/또는 교차-체크를 하는 등과 같이 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 제 1 디바이스의 특정 기능은 교차-체크가 성공적인지 또는 그렇지 않은지에 따라 허용되거나 금지될 수 있다.
물론, 도 10 에 도시되는 디바이스는 단지 하나의 예일 뿐이고 유용한 응용예를 강조하기 위한 것에 지나지 않는다. 예를 들면, 다른 예에서는 제 1 디바이스 및 제 2 디바이스가 다른 장치, 예를 들어 보안 및/또는 암호화를 위해서 고유 식별자를 사용하는 것이 중요한 모바일 폰 또는 다른 디바이스(예를 들어 통신 디바이스, 스토리지 디바이스, 또는 임의의 다른 적합한 디바이스)의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 도 10 은, 집적 회로의 연결하거나 브릿징하는 핀들 사이에 위치하는 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스 또는 구조를 보여준다. 다른 예에서, 디바이스는 단지 다른 기능을 가질 수 있는 다른 회로의 일부인 것으로 좀 더 일반적으로 기술될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 단일 층 등의 훨씬 간단한 상황에 비하여, 양자 구속이 이차원 이상에 존재하거나 및/또는 구속이 예를 들어 다수의 양자역학적 도트, 또는 양자역학적 링과 같이 더 복잡한 나노-구조에 기인하는 경우, 양자역학적 구속에 기인한 양자역학적 효과는 '더 고유(more unique)'해 질 것이다(예를 들어 복제하기 힘들고 더 높은 암호화 수준과 등가가 될 것이다). 그러나, 구속의 고유성과 결과적으로 얻어지는 양자역학적 스펙트럼들 또는 다른 측정가능 효과는, 측정이 이루어지는 방법 및/또는 결과가 기록되는 방법에 의하여 적어도 부분적으로 타협될 수도 있다. 예를 들면, 측정의 분해능 또는 세부 사항이 충분하지 않다면, 이것은 두 개의 동일하지 않은 디바이스를 구별할 수 없다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 생성되는 '고유한' 식별자(즉 지문)의 관점에서, 이것은 측정/기록이 어떻게 이루어지느냐에 따라서 상이한 고유 디바이스들에 대해서 동일할 수도 있다. 그러므로, 측정 및 기록하는 방법도 고유 식별자를 생성하는 데에 중요한 역할을 담당할 수 있다. 예를 들면, 요구되는 보안 수준에 따라서, 측정은 더 높거나 낮은 정확도로 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 간단한 예로서, 낮은 수준의 보안 식별자는 8-비트 이하로 인코딩될 수 있는 반면에, 더 높은 수준의 보안 식별자는 128-비트 정도로 인코딩될 수 있다.
인코딩은 다수 개의 피쳐들에 개별적으로 또는 이들의 조합에 기초하여 수행될 수 있고, 특정 임계, 피크 또는 트로프(trough), 및 더 나아가 플롯 또는 피크 형상, 구배 또는 경향에 따라 수행될 수 있다.
고유 식별자를 생성(예를 들어 구축) 또는 결정(예를 들어 체크)하는 것이 보안 및 암호 기법 등에서 중요하다는 것은 명백할 것이다. 또한, 이러한 고유 식별자는 일정하게 유지되어 보안이 유지되게 하는 것이 중요하다. 그러나, 예를 들어 보안 요건에 변동이 있는 경우, 고유 식별자를 가끔 변경하는 것이 유용할 수 있다. 고유 식별자를 생성하기 위하여 거시적인 물리적 효과를 이용하는 경우, 거시적인 물리적 피쳐의 고유한 성질을 용이하게 변경하는 것은 매우 어렵고 심지어 불가능할 것이다. 그러나, 양자역학적 효과를 사용하면 그렇지 않다. 예를 들면, 디바이스의 양자역학적 구속을 나타내는 부분을 특정 온도 이상으로 가열(예를 들어 어닐링)하기만 하면, 디바이스의 해당 부분의 고유한 구속 성질과 결과적으로 얻어지는 측정가능 양자역학적 효과(예를 들어 스펙트럼)를 변경하기에 충분한 정도까지 하부 원자(subatomic) 구조를 변경하기에 충분할 수도 있다. 예를 들어, 약 400℃의 온도가 GaSb의 경우에 필요할 수 있는데, 이것은 구조가 나노-스케일인 경우에 쉽게 얻을 수 있는 온도이다. 그러나 고유 식별자/지문을 초래하는 조건들의 고유한 세트는 비-휘발성이고 반-영구적이라는 것에 주의하는 것이 중요하다 - 해당 조건 및 식별자/지문은 그러한 정도까지 안정하지만 변경가능하다.
가열은 전용 히터(예를 들어 디바이스에 설치되거나 관통하는 와이어 또는 트레이서)를 사용하거나, 및/또는 전류를 디바이스 또는 양자역학적 구속을 나타내는 일부에 통과시킴으로써 수행될 수 있다.
실무적인 예에서, 식별자를 저장하거나 식별자가 제공되는 제 1 디바이스는, 이러한 식별자를, 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스, 및 그러한 양자역학적 디바이스에 연결된(예를 들어 통신 연결 및/또는 측정가능 연결) 디바이스를 사용하여 생성되거나 결정된 식별자와 교차-체크할 수 있다. 이러한 교차-체크가 성공적인 경우, 제 1 디바이스는 모든 기능을 수행하거나 거의 모든 기능을 수행할 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 교차-체크는 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스를 가열함으로써 고의로 실패하게 될 수 있다. 그러면, 제 1 디바이스가 동작하지 않거나, 부분적으로 동작하지 않게 할 수 있다. 이것은 디바이스가 위험에 빠지거나 분실된 경우에 유용할 수 있다. 디바이스/양자역학적 구속을 나타내는 일부를 가열하는 것을 트리거링하기 위하여 신호 등이 제 1 또는 양자역학적 디바이스로 전송됨으로써, 해당 디바이스를 사용하여 생성되거나 결정될 수 있는 고유 식별자를 변경할 수 있다. 그러면 양자역학적 디바이스를 포함하거나 이와 연결된 제 1 디바이스가 정상 작동하지 못하게 하거나 아예 작동하지 않게 할 것이다.
측정가능한 전기적 양자역학적 효과를 사용하거나, 고유한 양자역학적 효과(다른 관점에 의해서는 동일한 기능이라고 규정될 수도 있음)를 측정하면, 예를 들어, 광학적 성질 및/또는 측정보다 더 유리할 수 있다. 전기적 방식에 기초한 접근법을 사용하면, 예를 들어 칩 상에, 또는 전기 회로 또는 디바이스 내에 또는 그 일부로서 고유 식별자를 간단하고 식속하며 효과적으로 결정 및/또는 생성할 수 있다. 이에 반해, 광학적 기법은 더 복잡한 장비, 또는 더 많은 개수의 컴포넌트들을 요구할 것이고, 이에 따라 비용, 복잡도, 무게 등이 증가할 수 있다.
비록 몇 가지 바람직한 실시예들만이 도시되고 설명되었지만, 당업자라면 첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 많은 변형 또는 변경이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 출원에 관하여 본 명세서와 동시에 또는 그 이전에 제출된, 그리고 본 명세서와 함께 공중 심사를 위해 공개된 모든 논문과 문서에 주의하여야 하고, 이러한 모든 논문과 문서의 내용은 원용에 의하여 본 명세서에 포함된다.
본 명세서(첨부된 모든 청구항, 요약서 및 도면을 포함)에서 개시되는 피쳐들 모두 및/또는 개시되는 바에 따르는 임의의 방법 또는 프로세스의 단계들 모두는, 이러한 피쳐 및/또는 단계들 중 적어도 일부가 상호 배타적인 조합들을 제외하고는 임의의 조합으로 결합될 수 있다.
본 명세서(첨부된 모든 청구항, 요약서 및 도면 포함)에 개시된 각 피쳐는 그렇지 않다고 명시되지 않으면 동일하거나 균등하거나 유사한 목적을 수행하는 다른 피쳐들에 의하여 대체될 수 있다. 따라서, 그렇지 않다고 명시되지 않는 한, 각각의 피쳐는 균등하거나 유사한 피쳐들의 총괄적인 시리즈의 오직 하나의 예일 뿐이다.
본 발명은 전술된 실시예(들)의 세부사항으로 한정되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(첨부된 모든 청구항, 요약서 및 도면을 포함)에서 개시되는 피쳐들의 임의의 신규한 하나 또는 임의의 신규한 조합으로, 또는 개시된 바와 같은 임의의 방법 또는 프로세스의 임의의 신규한 하나 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다.

Claims (16)

  1. 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 방법으로서,
    상기 양자역학적 구속에 기인한 상기 디바이스의 고유 양자역학적 효과를 전기적으로 측정하는 단계; 및
    상기 측정을 사용하여 상기 고유 식별자를 결정하거나 생성하는 단계를 포함하는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정은 상기 디바이스의 고유 양자역학적 스펙트럼을 측정하는 것을 포함하는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정을 사용하여 고유 식별자를 생성하는 것은, 고유 식별자로서 측정 결과를 인코딩 및/또는 저장하는 것을 포함하는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 디바이스의 고유 양자역학적 효과를 변경시키도록, 그리고 상기 디바이스에 대한 새로운 고유 식별자가 제공되게 하도록, 상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스를 가열하는 단계를 포함하는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가열하는 것은 전용 히터를 사용함으로써, 및/또는 상기 디바이스에 전류가 통하게 함으로써 수행되는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법의 적어도 일부는, 상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스를 포함하는 및/또는 상기 디바이스와 연결된 다른 디바이스에 의하여 수행되는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 고유 식별자를 사용하여, 적어도 사용 중에, 상기 효과는 상기 다른 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하도록, 상기 다른 디바이스에 의하여 측정가능하도록 구현되어 있는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 다른 디바이스는 상기 고유 식별자를 인코딩 및/또는 저장하는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 결정되거나 생성된 고유 식별자를, 다른 디바이스에 의하여 및/또는 상기 디바이스에 저장된 하나 이상의 식별자와 비교하는 단계, 및
    상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 결정되거나 생성된 고유 식별자와 저장된 상기 하나 이상의 식별자가 동일한 경우, 상기 다른 디바이스의 특정 기능을 허용하거나 금지시키는 단계를 포함하는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는, 적어도 1 차원, 적어도 2 차원, 또는 적어도 3 차원에서 상기 양자역학적 구속을 나타내는, 고유 식별자 결정 또는 생성 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스로서,
    양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는:
    하나 이상의 터널링 장벽;
    공진 터널링 다이오드;
    쇼트키 장벽;
    그래핀 나노리본;
    층 내의 양자역학적 구속;
    링 내의 양자역학적 구속;
    도트 내의 양자역학적 구속 중 하나 이상이고 및/또는 하나 이상을 포함 및/또는 제공하는, 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스로서,
    상기 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스는:
    도핑된 GaAs 구조 내의 GaSb 양자 링; 또는
    도핑된 GaAs 구조 내의, AlGaAs 터널링 장벽을 가진 GaSb 양자 링을 포함하는, 디바이스.
  13. 양자역학적 구속을 나타내는 디바이스의 용법으로서,
    상기 양자역학적 구속에 인하여 생기는, 상기 디바이스의 측정가능한 전기적 고유 양자역학적 효과로부터 유도되거나 유도가능한 고유 식별자를 결정하거나 생성하도록 상기 디바이스를 사용하는 단계를 포함하는, 디바이스의 용법.
  14. 장치로서,
    제 2 디바이스를 포함하는 및/또는 제 2 디바이스와 연결되는 제 1 디바이스를 포함하고,
    상기 제 2 디바이스는 양자역학적 구속을 나타내는 것이며,
    상기 제 2 디바이스는 상기 양자역학적 구속에 인하여 생기는 측정가능한 전기적 고유 양자역학적 효과를 가지고;
    적어도 사용 중에, 상기 효과는, 제 2 디바이스에 대한 고유 식별자, 그리고 제 1 디바이스에 대한 고유 식별자를 결정하거나 생성하도록, 상기 제 1 디바이스에 의하여 전기적으로 측정가능하도록 구현되는, 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 디바이스는 집적 회로이고,
    상기 제 2 디바이스는 상기 집적 회로의 일부를 형성하며, 및/또는
    상기 제 2 디바이스는 상기 집적 회로의 하나의 핀을 상기 집적 회로의 다른 핀에 연결하는, 장치.
  16. 실질적으로 본 명세서에서 설명된 바와 같거나, 실질적으로 첨부 도면을 참고하여 본 명세서에서 설명된 바와 같거나, 또는 실질적으로 첨부 도면에 도시된 바와 같은, 방법, 용법, 또는 장치.
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