專利名稱：被認證裝置和個體認證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及被認證裝置和個體(individual)認證系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著這個以信息為導向的社會已經(jīng)迅速變得復雜并且日益增加的信息正在被數(shù)字化，強烈要求可靠的個體認證系統(tǒng)。“個體認證系統(tǒng)”是一種機制，包括至少存儲了個體所獨有(unique)的信息(如ID號碼)的被認證裝置；以及用于讀取該信息并且對個體進行認證的認證裝置。例如，在信用卡或移動電話的情況下，需要在提供服務之前，根據(jù)ID信息，對信用卡或移動電話進行認證。由于需要讀出ID信息，因此ID信息不能保密。但是，如果ID信息容易被復制，則難以保證被認證裝置的可信性。因此，需要開發(fā)一種個體認證系統(tǒng)，利用它能夠保證可信性并且關(guān)于個體的信息不能被復制。
考慮到這樣的背景，舉例來說，在“IC Identification Circuit usingDevice Mismatch，K.Lofstrom等，Tech.Dig.ISSCC 2000，WP 22.6，p372(2000)”，“An Artificial Fingerprint Device(AFD)Module usingPoly-Si Thin Film Transistors with Logic LSI Compatible Process forBuilt-in Security，S.Maeda等，Tech.Dig.IEDM 2001，34.5.1，p759(2001)”以及已經(jīng)公開的日本專利公報No.2001-7290中，披露了將集成在LSI中的晶體管特性的自發(fā)變化(spontaneous variation)用作隨機數(shù)ID信息的個體認證系統(tǒng)。
在上述三個參考文獻中，利用了晶體管閾值在制造時的自發(fā)變化。將數(shù)字信息“1”和“0”分配給閾值信息，以便隨機地為每個設備設定一個數(shù)字值。更確切地說，用信息“1”和“0”表示晶體管在理想工作條件下運行中得到的電流值是否大于某個值。
在參考文獻中，由于用“1”或“0”代表每個晶體管元件的特性，因此該信息實際上容易被復制。如果“1”和“0”的內(nèi)部信息被直接輸出，或者，能夠利用某種手段讀出每個晶體管的特性，則對數(shù)字信息進行復制，從而生產(chǎn)出“欺騙”裝置，當從外面看時，這個“欺騙”裝置能夠被識別為與原物相同的個體。從技術(shù)角度講，復制數(shù)字信息并不很難，因為可以使用通用ROM如閃存存儲器來復制數(shù)字信息。
此外，在參考文獻中，個體中的信息被用于進行識別。當要通過網(wǎng)絡如因特網(wǎng)進行認證時，數(shù)據(jù)會沿著這個途徑被盜。為了防止“欺騙”，需要將數(shù)據(jù)中的位數(shù)增加為很大的數(shù)。這導致了認證方的信息管理成本大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠防止“欺騙”并且盡可能有效地不引起附加管理成本的被認證裝置和個體認證系統(tǒng)。
按照本發(fā)明第一方面的被認證裝置包括至少一個被認證元件，用于相對于連續(xù)的輸入信號生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號，被認證元件的特性被用作個體所獨有的信息。
被認證元件至少可以是肖特基(Schottky)二極管、單電子晶體管、肖特基晶體管、具有柵極的肖特基二極管以及具有絕緣膜的隧道二極管中的一個。
按照本發(fā)明第二方面的具有被認證元件的裝置包括一個陣列，其中以矩陣的形式排列了多個上述被認證元件；以及選擇電路，用于從陣列中選擇至少一個被認證元件。
按照本發(fā)明第三方面的個體認證系統(tǒng)包括被認證裝置，包括至少一個被認證元件，用于相對于連續(xù)的輸入信號生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號，被認證元件的特性被用作個體所獨有的信息；以及認證裝置，用于將作為輸入信號的可變認證信號輸入到被認證裝置的被認證元件，并且根據(jù)來自被認證元件的輸出信號，對被認證裝置進行個體認證。
認證裝置可以包括信號生成電路，用于生成認證信號；以及比較器電路，用于對來自被認證元件的輸出信號與參考信號進行比較，并且，根據(jù)比較器電路的輸出，對被認證設備進行個體認證。
比較器電路的輸出是被認證元件所獨有的數(shù)字數(shù)據(jù)，按照來自被認證元件的輸出信號和參考信號對數(shù)字數(shù)據(jù)進行設定。
被認證裝置可以包括多個被認證元件；并且，認證裝置發(fā)送一個信號，以便從多個被認證元件中選擇至少一個被認證元件，并且，認證裝置包括一個單元，用于根據(jù)比較器電路響應于被選擇的被認證元件的輸出信號的輸出，對被認證裝置進行個體認證。
可以從被認證元件中選擇兩個或多個被認證元件。
認證設備可以包括產(chǎn)生參考信號的參考信號生成電路。
按照本發(fā)明第四方面的個體認證系統(tǒng)包括第一被認證單元，包括第一陣列，其中，以矩陣的形式排列了被認證元件，被認證元件響應于連續(xù)輸入信號，生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號，以及，第一選擇電路，用于從第一陣列中選擇至少一個被認證元件；第二被認證單元，包括第二陣列，其中，以矩陣的形式排列了被認證元件，被認證元件響應于連續(xù)輸入信號，生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號，以及，第二選擇電路，用于從第二陣列中選擇至少一個被認證元件；運算單元，用于向第一選擇電路發(fā)送第一元件指定信號，以在第一陣列中指定一個被認證元件，并且，向第二選擇電路發(fā)送第二元件指定信號，以在第二陣列中指定一個被認證元件，由此從第一陣列和第二陣列中選擇被認證元件；第一認證信號生成電路，用于生成并且向從第一陣列中選擇的被認證元件發(fā)送第一認證信號；第二認證信號生成電路，用于生成并且向從第二陣列中選擇的被認證元件發(fā)送第二認證信號；以及，比較器電路，用于對從第一陣列選擇的被認證元件的第一輸出與從第二陣列選擇的被認證元件的第二輸出進行比較，第一輸出是響應于第一認證信號產(chǎn)生的，第二輸出是響應于第二認證信號產(chǎn)生的。


圖1為示出了按照本發(fā)明第一實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2示出了在肖特基二極管中，電流隨偏壓的變化；圖3示出了在肖特基二極管中，電流隨雜質(zhì)濃度的變化；圖4(a)到4(d)示出了肖特基二極管的特性在制造時自發(fā)變化的原理；圖5(a)到5(c)示出了肖特基勢壘的微厚度(micro thickness)；圖6為示出了按照本發(fā)明第二實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖7示出了肖特基二極管的電流-電壓特性，用于說明由按照第二實施例的個體認證系統(tǒng)執(zhí)行的認證操作；圖8示出了由第二實施例的個體認證系統(tǒng)進行的認證操作，其中使用了與圖7所示的電流和電壓等級(step)不同的電流和電壓等級；圖9示出了由按照第二實施例的個體認證系統(tǒng)執(zhí)行的另一個認證操作；圖10為示出了按照第二實施例的個體認證系統(tǒng)的具體例子的電路圖；圖11為示出了按照本發(fā)明第三實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖12示出了按照第三實施例的個體認證系統(tǒng)的被認證裝置的具體例子的結(jié)構(gòu)；并且圖13為示出了按照本發(fā)明第四實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式
在對本發(fā)明的個體認證系統(tǒng)進行描述之前，先對在本發(fā)明的每個實施例中使用的認證原理進行描述。
在本發(fā)明的每個實施例中，將肖特基二極管的電流-電壓特性用于個體認證。圖2示出了在晶片上制作的57個肖特基二極管的電流-電壓特性。如從圖2中所能見到的，當對這些肖特基二極管加正向偏壓時，電流變化范圍不寬，但是，當加反向偏壓時，電流變化范圍很寬。這些肖特基二極管的電流變化是自發(fā)出現(xiàn)的。如下所述，對肖特基二極管的濃度和結(jié)尺寸進行選擇，以便自發(fā)地實現(xiàn)器件特性的寬范圍變化。這種自發(fā)變化被用于提高個體認證的安全性。
為了使在個體認證中使用肖特基二極管的效果最大化，需要對半導體中的結(jié)面積和雜質(zhì)濃度進行適當調(diào)節(jié)。隨著結(jié)面積變小，特性變化變寬。因此，最好使用結(jié)面積小的器件。但是，電流與結(jié)面積成比例地變小，并且，需要根據(jù)認證系統(tǒng)的精度對器件進行適當選擇。特性變化對雜質(zhì)濃度的影響很大。圖3示出了變化與雜質(zhì)濃度之間的關(guān)系。圖3是通過使電流變化標準化形成的，其中，生產(chǎn)具有不同的半導體雜質(zhì)濃度的肖特基二極管，并且對給這些肖特基二極管加正向偏壓時流過肖特基二極管的電流以及給這些肖特基二極管加反向偏壓時流過肖特基二極管的電流進行測量。如從圖3所能見到的，為了實現(xiàn)可能的最寬變化，應該給濃度近似為1018cm-3的肖特基二極管加負偏壓。
下面參照圖4(a)到4(d)，對肖特基二極管的特性在制造時自發(fā)寬范圍變化的原理進行描述。具有圖4(a)所示的、相互結(jié)合在一起的金屬90和n型半導體92的結(jié)單元的肖特基二極管的電流特性由圖4(b)、4(c)和4(d)所示的能帶圖表示。圖4(b)示出了當肖特基二極管處在熱平衡狀態(tài)時觀測到的能帶。圖4(c)示出了當給肖特基二極管加正向偏壓時觀測到的能帶。圖4(d)示出了當給肖特基二極管加反向偏壓時觀測到的能帶。如從圖4(b)、4(c)和4(d)所能見到的，當給肖特基二極管加正向偏壓時，熱電子從n型半導體92流向金屬90(見圖4(c))，而當給肖特基二極管加反向偏壓時，作為電子隧道的電流通過肖特基勢壘，從金屬90流向n型半導體92(見圖4(d))。由于加上了偏壓，作為載流子(圖4(b)、4(c)和4(d)所示的例子中的電子)隧道的電流沿著箭頭所示的方向流過肖特基勢壘。在本說明書中，不對熱電子發(fā)射和隧穿電流(tunneling current)加以區(qū)分，并且將二者都描述為隧穿。因此，流過肖特基二極管的電流取決于載流子隧穿過肖特基勢壘的概率。肖特基勢壘的厚度對隧穿概率具有很大影響。
圖5(a)、5(b)和5(c)示出了沿著接觸面(interface)的深度方向見到的肖特基勢壘的微厚度。圖5(a)為具有彼此結(jié)合在一起的金屬90和n型半導體92的結(jié)單元的肖特基二極管的示意截面圖。圖5(b)和圖5(c)為由圖5(a)中的標號93和94表示的區(qū)域中的肖特基勢壘的能帶圖。
如從圖5(a)、5(b)和5(c)中所能見到的，肖特基勢壘的厚度是不均勻的。更具體地說，在統(tǒng)計上，接觸面91與由肖特基勢壘形成的耗盡層92a中的雜質(zhì)離子92b之間的距離是變化的。例如，即使當微雜質(zhì)濃度以及所加的偏壓相同時，在雜質(zhì)離子92b更靠近接觸面91的區(qū)域93中的隧穿概率也比區(qū)域94中高得多(見圖5(b)和圖5(c))。因此，雜質(zhì)位置的變化反映在電流-電壓特性中。因此，肖特基二極管的電流特性在制造時會自發(fā)地發(fā)生很大變化。
當結(jié)面積具有一定尺寸時，會使特性方面的變化平緩。實際上，對結(jié)面積與雜質(zhì)濃度之間的關(guān)系進行設定，以便達到可能的最寬變化。
(第一實施例)圖1示出了按照本發(fā)明第一實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第一實施例的個體認證系統(tǒng)包括認證裝置10和具有被認證元件的被認證裝置30。例如，被認證裝置30具有作為被認證元件的肖特基二極管。認證裝置10向被認證裝置30的被認證元件發(fā)送可變認證信號50。根據(jù)從被認證裝置30響應于認證信號50而輸出的輸出信號60，認證裝置10對個體進行認證。響應于認證信號50，被認證元件表現(xiàn)出隨個體自發(fā)變化的輸出特性。在本說明書中，“可變”認證信號是代表一個可變值的認證信號。
下面，對如何在本實施例中的個體認證中實現(xiàn)被認證元件進行描述。首先，針對要輸入的認證信號50進行輸出，并且，預先對隨個體自發(fā)變化的被認證元件的輸出特性進行測量。在進行認證時，根據(jù)被認證裝置30響應于從認證裝置10發(fā)送的可變認證信號50的響應特性，判斷被認證裝置30是否是希望的對象。
在本實施例中，被認證裝置30的被認證元件是表現(xiàn)出隨可變認證信號50連續(xù)變化的輸出特性的元件。那么，認證是通過檢測關(guān)于可變認證信號50的、能夠區(qū)分被認證裝置30的元件特性的特性進行的。
在傳統(tǒng)技術(shù)中，將數(shù)字值“0”和“1”分配給輸出特性，因此，容易對裝置特性進行復制。
另一方面，在本實施例中，被認證裝置30的輸出特性隨認證信號50連續(xù)變化。因此，要復制被認證裝置30的特性，需要對全部特性進行復制，這是非常困難的。因此，能夠防止“欺騙”。此外，對個體自發(fā)地表現(xiàn)出不同的輸出特性的元件如肖特基二極管被用作被認證元件。因此，盡可能有效地不包含附加管理成本。
(第二實施例)圖6示出了按照本發(fā)明第二實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實施例的個體認證系統(tǒng)包括認證裝置10和具有作為被認證元件31的肖特基二極管的被認證裝置30。認證裝置10包括認證信號生成電路12，用于根據(jù)參考信號70的參考電流生成要被發(fā)送到被認證裝置30的可變認證信號50；以及比較器電路14，用于對參考信號70的參考電壓與來自被認證裝置30的、響應于認證信號50的輸出信號60進行比較，然后輸出判定信號80。響應于認證信號50，被認證元件31表現(xiàn)出隨個體自發(fā)變化的輸出特性，并且，該輸出特性為模擬特性。
在本實施例中，為了將模擬特性數(shù)字化，將可變電流用作從認證信號生成電路12輸出的認證信號50，而將電壓信號用作從被認證元件31輸出的輸出信號60。然后，比較器電路14將輸出信號60與參考信號70的可變參考電壓進行比較。將通過比較得到的差設定為數(shù)字數(shù)據(jù)。
下面參照圖7，對由本實施例的個體認證系統(tǒng)執(zhí)行的認證操作進行描述。圖7示出了本實施例的個體認證系統(tǒng)的認證操作。在圖7中，由曲線g1和g2代表對電流具有不同電壓響應特性的第一被認證元件和第二被認證元件的特性。
V1到V4和I1到I4表示要被用于認證的數(shù)字化的電壓值和電流值。對數(shù)字化的電流值和電壓值進行編碼，以便得到以下關(guān)于可變電流的認證信號50和可變電壓的參考信號70的2位數(shù)字數(shù)據(jù)可變電流00→I1，01→I2，10→I3，11→I4可變電壓00→V1，01→V2，10→V3，11→V4當作為來自被認證元件31的輸出信號60的值的電壓值超過作為參考信號70的值的另一個電壓值時，比較器電路14輸出作為判定信號的數(shù)字信號“1”。當作為輸出信號60的值的電壓值小于作為參考信號70的值的電壓值時，比較器電路14輸出作為判定信號的數(shù)字信號“0”。
例如，當從認證信號生成電路12將相當于數(shù)字信號“00”的電流I1輸入到第一和第二被認證元件時，電流I1流過第一和第二被認證元件。然后，從第一被認證元件輸出高于V2的電壓，從第二被認證元件輸出低于V2的電壓(見圖7中的曲線g1和g2)。如果此時將相當于數(shù)字信號“01”的電壓V2發(fā)送到比較器電路14作為參考信號的參考電壓，則在第一被認證元件的情況下輸出判定信號“1”，而在第二被認證元件的情況下輸出判定信號“0”。
因此，預先記錄認證信號50和輸出信號60的組合，以便在第一被認證元件與第二被認證元件之間加以區(qū)分。
在本實施例的個體認證系統(tǒng)中，利用一組按照這樣的順序輸入的、作為可變電流和可變電壓的輸入數(shù)字信號，關(guān)于第一和第二被認證元件要輸出的判定信號如下(1)0000→1 1，(2)0100→1 1，(3)1000→1 1，(4)1100→1 1，
(5)0001→1 0，(6)0101→1 ？，(7)1001→1 1，(8)1101→1 1，(9)0010→0 0，(10)0110→？ 0，(11)1010→1 0，(12)1110→1 0，(13)0011→0 0，(14)0111→0 0，(15)1011→0 0，(16)1111→1 0但是，由于比較器電路14能夠可靠確定的電壓范圍受到限制，因此由“？”代表不能判斷的情況。
因此，按照括號中的數(shù)字示出的順序，第一和第二被認證元件具有下列的唯一數(shù)字信息，即ID號碼第一被認證元件111111110？110001第二被認證元件11110？1100000000在進行認證時，不需要引用與ID號碼有關(guān)的所有方面，而是，應該只利用足以識別每個個體的信息進行認證。
在傳統(tǒng)技術(shù)中，雖然僅能夠?qū)?位的信息分配給一個元件，但是，本實施例的每個被認證元件可以擁有內(nèi)在地難以復制的大量數(shù)字信息。可以按照與用于規(guī)則的數(shù)字信息的方式相同的方式，對作為ID號碼的上述器件特性進行處理。但是，在認證期間，每個被認證元件以模擬的方式，對每個模擬輸入信號做出響應。因此，要復制本實施例的僅一個被認證元件的信息，就需要對與理想電流和電壓等級對應的所有二極管的電流-電壓特性進行復制。如果被認證元件的特性自發(fā)改變，則更難對它們進行復制。此外，如果增加用于認證的電流和電壓等級的數(shù)量，或者，如后面所述，如果增加元件的數(shù)量，則可以根據(jù)能夠讀出但不能出于實際目的被復制的數(shù)字信息，進行個體認證。
在第二實施例中，當要對被認證元件31進行認證時，有用于設定電流和電壓等級的不同方法。但是，根據(jù)如何對電流和電壓等級進行選擇，會存在由被認證的ID號碼的作用引起的差異。因此，有必要按照特性和使用被認證裝置30的目的設定電流和電壓等級。例如，在圖7所示的情況下，如果選擇很低的輸入電流，則關(guān)于幾乎所有被認證元件的判定信號為“0”。
為了避免這個問題，應該使用允許任意設定電流和電壓等級的可變電流源和可變電壓源。通過每當進行認證時任意設定電流和電壓等級，能夠方便地消除ID號碼的隨機性。
此外，如圖8所示，通過隨機地設定等級，也能夠減少ID號碼的隨機性。
此外，如圖9所示，在預先確定了要被認證的裝置的情況下，對電流和電壓等級進行設定以便對裝置的特性進行跟蹤。
圖10示出了本實施例的個體認證系統(tǒng)的具體電路圖。在這個具體例子中，認證信號生成電路12是一個包括雙極型晶體管12a、12b和12c的電流鏡像電路(current mirror circuit)。比較器電路14是一個包括電阻器14a和14c以及比較器14b的電壓比較器電路。此外，將用于獲得肖特基二極管31的輸出電壓的電阻器16放在電流鏡像電路與電壓比較器電路之間。將適當?shù)膮⒖茧娏骱瓦m當?shù)膮⒖茧妷鹤鳛閰⒖夹盘?0加到認證信號生成電路12和比較器電路14上，從而得到判定信號80。根據(jù)判定信號80進行認證。
(第三實施例)圖11示出了按照本發(fā)明第三實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實施例的個體認證系統(tǒng)包括認證裝置10和具有被認證元件的被認證裝置30。認證裝置10包括認證信號生成電路12、比較器電路14、運算裝置15和參考信號生成電路17等。在進行認證時，運算裝置15向被認證裝置30發(fā)送元件指定信號52，向認證信號生成電路12發(fā)送認證信號指定信號55，并且向參考信號生成電路17發(fā)送參考信號指定信號75。元件指定信號52用于從被認證裝置30的被認證元件中指定至少一個被認證元件。認證信號指定信號55用于指定要從認證信號生成電路12生成的認證信號。參考信號指定信號75用于指定要從參考信號生成電路17生成的參考信號。
被認證裝置30包括二極管陣列32、行解碼器34和列解碼器36。二極管陣列32包括按照矩陣方式排列的、作為被認證元件的肖特基二極管。行解碼器34對從元件指定信號52得到的行地址信號進行解碼，并且，從矩陣中選擇一行。列解碼器36對從元件指定信號52得到的列地址信號進行解碼，并且，從矩陣中選擇一列。被認證裝置30包括一個解碼器(沒有示出)，用于根據(jù)元件指定信號52得到行地址信號和列地址信號。圖12示出了被認證裝置30的具體例子的電路圖。二極管陣列32用按照矩陣方式排列的肖特基二極管31構(gòu)成。行解碼器34包括行選擇晶體管35，而列解碼器36包括列選擇晶體管37。當行解碼器34對行地址信號進行解碼時，行選擇晶體管35中的一個被選擇并且使其導通。當列解碼器36對列地址信號進行解碼時，列選擇晶體管37中的一個被選擇并且使其導通。位于這樣的點附近的肖特基二極管31被選擇，在該點，連接到被選擇的行選擇晶體管35的行橫跨連接到被選擇的列選擇晶體管37的列。這里，認證信號生成電路12將作為認證信號50的可變電流加在被選擇的肖特基二極管31上。然后，比較器電路14將作為肖特基二極管31的輸出信號60的電壓與參考信號70的參考電壓進行比較。將所得到的作為比較結(jié)果的判定信號80從比較器電路14發(fā)送到運算裝置15，對選擇的、要被認證的元件進行個體認證。
如上所述，在本實施例中，被認證裝置30包括不止一個被認證元件31。因此，能夠在更高可靠性的情況下進行個體認證。
在本實施例中，盡管運算裝置15根據(jù)判定信號80對被認證元件31進行個體認證，但是，可以從本結(jié)構(gòu)中將運算裝置15省略。
(第三實施例的第一修改)在第三實施例中，如果能夠一次任意選擇兩個或多個被認證元件，則可以將該兩個或多個元件的組合特性用于認證。例如，當輸入同時指定兩個或多個被認證元件31的認證信號時，得到作為這兩個或多個被認證元件31的特性組合的輸出信號。當被認證元件31的特性改變時，來自被認證元件31的輸出信號的特性根據(jù)元件指定信號變化。來自被認證元件31的輸出信號也可以被用作唯一的ID號碼。
(第三實施例的第二修改)如在圖11和12所示的第三實施例中，由于使用了大量被認證元件，因此每個被認證元件可以擁有不止一位的信息。因此，通過執(zhí)行以下認證程序，能夠?qū)崿F(xiàn)在傳輸完全數(shù)字化的數(shù)據(jù)的同時能夠防止“欺騙”的、高可靠性的個體認證系統(tǒng)步驟1確定用于認證的位數(shù)；步驟2從認證裝置10提供用于指定地址的種子認證信號以及認證信號等；步驟3從被認證裝置30輸出響應于提供的認證信息的判定信號；步驟4在被認證裝置，利用判定信號和認證信號的信息自動形成下一個認證信號的信息；并且步驟5重復步驟3和4的過程，重復的次數(shù)與在步驟1中確定的位數(shù)相同。
按照上述程序，從認證裝置10僅輸入種子認證信號，響應于種子認證信號，從被認證裝置30得到預定位數(shù)的輸出信號。響應于種子認證信號的輸出信號是一個隨機的位串，并且，只有擁有被認證裝置30的所有信息的認證裝置10能夠僅根據(jù)種子認證信號估計輸出信號。
要在本認證系統(tǒng)中進行“欺騙”，需要記錄響應于所有可能的種子認證信號的所有可能的輸出信號，需要讀出被認證設備30中的信息，或者，需要從認證設備10盜取關(guān)于被認證裝置30的信息。很容易采用預防上述行為中的任何一個的措施。
此外，種子認證信號和輸出信號都是便于處理的數(shù)字數(shù)據(jù)。例如，可以在保持高度安全性的同時，通過因特網(wǎng)進行認證。
有下述這樣一個具體例子。
被認證元件31被排列在15×15的陣列中，并且，響應于4位數(shù)字數(shù)據(jù)，從認證信號生成電路12生成認證信號。種子認證信號的格式被設定為(列地址4位)(行地址4位)(輸入信號信息4位)。
例如，如果提供了種子輸入信號“1101 1010 1100”，則響應于位于被認證設備30中第13列、第10行的被認證元件31的認證信號“1100”的判定信號為第一個輸出，例如，為“0”。
然后，通過將這個判定信號連接到種子認證信號的最后一位，并且從種子認證信號中去除第一位，進行移位運算，從而得到新的認證信號“1011 0101 1000”。響應于新的認證信號，得到判定信號，并且重復進行上述運算。
(第四實施例)圖13示出了按照本發(fā)明第四實施例的個體認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本實施例的個體認證系統(tǒng)包括認證裝置10和被認證裝置30。被認證裝置30包括第一被認證單元30a和第二被認證單元30b。第一被認證單元30a包括二極管陣列32a、行解碼器34a以及列解碼器36a。二極管陣列32a具有按照矩陣排列的、作為被認證元件的肖特基二極管。行解碼器34a對根據(jù)元件指定信號52a得到的行地址信號進行解碼，并且從矩陣中選擇一行。列解碼器36a對根據(jù)元件指定信號52a得到的列地址信號進行解碼，并且從矩陣中選擇一列。第二被認證單元30b包括二極管陣列32b、行解碼器34b以及列解碼器36b。二極管陣列32b具有按照矩陣排列的、作為被認證元件的肖特基二極管。行解碼器34b對根據(jù)元件指定信號52b得到的行地址信號進行解碼，并且從矩陣中選擇一行。列解碼器36b對根據(jù)元件指定信號52b得到的列地址信號進行解碼，并且從矩陣中選擇一列。
認證裝置10包括認證信號生成電路12a和12b、比較器電路14和運算裝置15等。運算裝置15向第一被認證單元30a發(fā)送元件指定信號52a，向第二被認證單元30b發(fā)送元件指定信號52b，向認證信號生成電路12a發(fā)送認證信號指定信號55a，并且向認證信號生成電路12b發(fā)送認證信號指定信號55b。認證信號生成電路12a向第一被認證單元30a發(fā)送認證信號50a。認證信號生成電路12b向第二被認證單元30b發(fā)送認證信號50b。比較器電路14根據(jù)來自第一和第二被認證單元30a和30b的輸出信號60a和60b進行判斷，將判定信號80發(fā)送到運算裝置15。
在本實施例中，比較器電路14在與從認證裝置10輸入的元件指定信號52a和52b以及認證信號50a和50b對應的兩個被認證元件之間，判斷哪個輸出信號更大。然后，比較器電路14輸出比較的結(jié)果。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，輸出信號可以是數(shù)字信號。因此，只要保持輸入信號的精度，就可以預期運行穩(wěn)定。
在第一到第四實施例中，盡管對響應于認證信號生成的每個輸出信號與參考信號進行比較，但是，在某些情況下難以對參考信號進行控制，如被認證元件的特性隨溫度變化的情況，或者，參考信號生成電路與被認證元件安裝在一起的情況。在這樣的情況下，通過將另一個被認證元件的輸出信號用作參考信號，很容易排除這個困難。
例如，在使用肖特基二極管的情況下，可以將電壓V用作輸入信號，而將電流I用作輸出信號。在這種情況下，電流I可以表示為I＝A×exp(-(qV)/(kT))，式中，A代表在元件當中變化的常數(shù)，q代表元電荷，k代表波耳茲曼常數(shù)(Boltzmann constant)，而T代表溫度。
當溫度變化時，參考電壓應該隨之變化。否則，判定信號與估計值不同。但是，在第四實施例中，對兩個元件的輸出進行相互比較。由于兩個輸出之間的關(guān)系不取決于溫度，因此不會引起這個問題。
通過實施第一到第四實施例中的任何一個實施例的個體認證系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)只有已經(jīng)命令了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的個體才能夠用來恢復原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換元件。例如，響應于種子輸入的輸出信號是個體所獨有的隨機位串，因此，無法從外部得到該信息。因此，在利用這些獨有信息對目標數(shù)據(jù)進行了可逆轉(zhuǎn)換之后，只有已經(jīng)命令了該轉(zhuǎn)換的個體能夠恢復原始數(shù)據(jù)。當然，只有當預先從裝置讀取信息時，才能使數(shù)據(jù)恢復原狀。
(將肖特基二極管用作被認證元件的好處)在每個上述實施例中，將肖特基二極管用作要被認證的元件。使用肖特基二極管有如下好處a)與在傳統(tǒng)技術(shù)中使用的元件相比，特性有非常寬的變化，因此，肖特基二極管適合作為被認證元件。
b)與傳統(tǒng)技術(shù)中的被認證元件不同，作為被認證元件的肖特基二極管不包括MOS結(jié)構(gòu)。因此，既不會有由于絕緣薄膜斷裂或BT應力而導致的特性退化，也不會有由于熱載流子等導致的隨時間退化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)廉價而且穩(wěn)定的系統(tǒng)。
c)肖特基二極管的特性表現(xiàn)出對溫度具有很低的相關(guān)性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有很高環(huán)境抵抗力的、廉價而且穩(wěn)定的系統(tǒng)。
具體地說，b)點很重要。在使用包括MOS結(jié)構(gòu)的被認證元件的情況下，由于BT應力而導致的特性退化是不可避免的、隨時間的退化。因此，需要在考慮隨時間退化的情況下，對傳統(tǒng)系統(tǒng)進行設計和運行。這導致了總的運行成本增加。為了解決這個問題，將肖特基二極管用作被認證元件。由于肖特基二極管不包括MOS結(jié)構(gòu)，因此，實際上不需要采取防止隨時間退化的措施。
作為不包括MOS結(jié)構(gòu)的被認證元件的例子，已經(jīng)公開的日本專利公報No.2001-7290披露了使用包括多晶結(jié)構(gòu)和電容器的二極管元件的示例結(jié)構(gòu)。但是，在這個示例結(jié)構(gòu)中，利用體電導率(bulk conductivity)和電容量的變化，測量特性的變化。因此，這個變化比通過在接觸面的變化測量的、肖特基二極管的特性變化窄得多。此外，在這個示例性結(jié)構(gòu)中，即使使變化變寬并且使集成度增加，也不能將元件尺寸做得比晶粒尺寸小。
(除肖特基二極管以外的被認證元件的例子)在第一到第四實施例中，盡管將肖特基二極管用作被認證元件，但是，只要元件具有在制造時自發(fā)變化的特性，則可以使用任何元件。例如，可以利用單電子晶體管(SET)，肖特基晶體管，具有柵極的肖特基二極管以及具有絕緣膜的隧道二極管的特性。當然，可以像傳統(tǒng)技術(shù)中那樣，使用短柵極晶體管和TFT晶體管。
第一到第四實施例中的每個實施例的被認證元件可以通過卡來實施，在這個卡中嵌入了被認證元件和其它元件。
如上所述，在本發(fā)明的每個實施例中，肖特基二極管的特性變化被認為是自發(fā)的響應特性。因此，響應特性的隨機性比傳統(tǒng)技術(shù)中的響應特性的隨機性小得多。此外，防止了用于對變化進行檢測的電路變得復雜。另外，與傳統(tǒng)技術(shù)的情況不同，可以將用于制造常規(guī)半導體器件的工藝用來制造肖特基二極管，因此將不包含額外的生產(chǎn)成本。
對于本領域技術(shù)人員來說，很容易想到另外的優(yōu)點和修改。因此，在本發(fā)明的更寬的方面來說，本發(fā)明不限于這里所示出和描述的具體細節(jié)和典型實施例。因此，在不脫離如所附權(quán)利要求和它們的等價物所限定的基本發(fā)明概念的精神和范圍的情況下，可以進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種被認證裝置，包括至少一個被認證元件，用于相對于連續(xù)的輸入信號生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號，所述被認證元件的特性被用作個體所獨有的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的被認證裝置，其中，所述被認證元件是肖特基二極管、單電子晶體管、肖特基晶體管、具有柵極的肖特基二極管以及具有絕緣膜的隧道二極管中的至少一種。
3.一種裝置，具有被認證元件，該裝置包括一個陣列，其中以矩陣的形式排列了多個如權(quán)利要求1所述的被認證元件；以及選擇電路，用于從所述陣列中選擇至少一個被認證元件。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述被認證元件是多個肖特基二極管、多個單電子晶體管、多個肖特基晶體管、多個具有柵極的肖特基二極管以及多個具有絕緣膜的隧道二極管中的至少一種。
5.一種個體認證系統(tǒng)，包括被認證裝置，包括至少一個被認證元件，用于相對于連續(xù)的輸入信號生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號，所述被認證元件的特性被用作個體所獨有的信息；以及認證裝置，用于將作為輸入信號的可變認證信號輸入到所述被認證裝置的所述被認證元件，并且根據(jù)來自所述被認證元件的輸出信號，對所述被認證裝置進行個體認證。
6.如權(quán)利要求5所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述認證裝置包括信號生成電路，用于生成所述認證信號；以及比較器電路，用于對來自所述被認證元件的輸出信號與參考信號進行比較，并且，根據(jù)所述比較器的輸出對所述被認證裝置進行個體認證。
7.如權(quán)利要求6所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述比較器電路的輸出是所述被認證元件所獨有的數(shù)字數(shù)據(jù)，所述數(shù)字數(shù)據(jù)是按照來自所述被認證元件的輸出信號和所述參考信號設定的。
8.如權(quán)利要求6所述的個體認證系統(tǒng)，其中所述被認證裝置包括多個所述被認證元件；并且，所述認證裝置發(fā)送一個信號，以便從所述多個被認證元件中選擇至少一個被認證元件，并且，所述認證裝置包括一個單元，該單元根據(jù)所述比較器電路響應于被選擇的被認證元件的輸出信號的輸出，對所述被認證裝置進行個體認證。
9.如權(quán)利要求8所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述比較器電路的輸出是所述被選擇的被認證元件所獨有的數(shù)字數(shù)據(jù)，所述數(shù)字數(shù)據(jù)是按照來自所述被認證元件的輸出信號和所述參考信號設定的。
10.如權(quán)利要求8所述的個體認證系統(tǒng)，其中，從所述被認證元件中選擇兩個或多個被認證元件。
11.如權(quán)利要求6所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述認證設備包括參考信號生成電路，用于生成所述參考信號。
12.如權(quán)利要求5所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述被認證元件是肖特基二極管、單電子晶體管、肖特基晶體管、具有柵極的肖特基二極管以及具有絕緣膜的隧道二極管中的至少一種。
13.如權(quán)利要求5所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述被認證裝置包括一個陣列，其中，以矩陣的方式排列了多個所述被認證元件；以及選擇電路，用于從所述陣列中選擇至少一個被認證元件。
14.一種個體認證系統(tǒng)，包括第一被認證單元，包括第一陣列，其中，以矩陣的形式排列了被認證元件，所述被認證元件響應于連續(xù)的輸入信號，生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號；以及，第一選擇電路，用于從所述第一陣列中選擇至少一個被認證元件；第二被認證單元，包括第二陣列，其中，以矩陣的形式排列了被認證元件，所述被認證元件響應于連續(xù)的輸入信號，生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號；以及，第二選擇電路，用于從所述第二陣列中選擇至少一個被認證元件；運算單元，用于向所述第一選擇電路發(fā)送第一元件指定信號，以在所述第一陣列中指定一個被認證元件，并且，向所述第二選擇電路發(fā)送第二元件指定信號，以在所述第二陣列中指定一個被認證元件，由此從所述第一陣列和所述第二陣列中選擇被認證元件；第一認證信號生成電路，用于生成并且向從所述第一陣列中選擇的被認證元件發(fā)送第一認證信號；第二認證信號生成電路，用于生成并且向從所述第二陣列中選擇的被認證元件發(fā)送第二認證信號；以及比較器電路，用于對從所述第一陣列選擇的被認證元件的第一輸出與從所述第二陣列選擇的被認證元件的第二輸出進行比較，所述第一輸出是響應于所述第一認證信號產(chǎn)生的，所述第二輸出是響應于所述第二認證信號產(chǎn)生的。
15.如權(quán)利要求13所述的個體認證系統(tǒng)，其中，所述被認證元件是多個肖特基二極管、多個單電子晶體管、多個肖特基晶體管、多個具有柵極的肖特基二極管以及多個具有絕緣膜的隧道二極管中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明使防止“欺騙，并且盡可能有效地不導致附加管理成本成為可能。被認證裝置包括至少一個被認證元件，用于相對于連續(xù)的輸入信號生成具有在制造時自發(fā)變化的特性的輸出信號。被認證元件的特性被用作個體所獨有的信息。
文檔編號H01L27/02GK1819258SQ20061000458
公開日2006年8月16日 申請日期2006年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月9日
發(fā)明者木下敦寬, 松澤一也 申請人:株式會社東芝