JP2000115156A - 暗復号デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不当な解析や改変が困難な暗復号デバイスを
提供する。 【解決手段】 暗復号デバイス１０は、外囲器１１と、
外囲器１１の内部に設けた鍵データ記憶部１２を備えて
いる。鍵データ記憶部１２は、一方向に磁化した磁区お
よび逆方向に磁化した逆磁区を生じる低保磁力磁性材料
からなる複数の磁性素子と、これら磁性素子の磁区の磁
化方向を検出するための磁電変換素子とを有し、逆磁区
の有無に応じて“０”または“１”の情報を記憶する。
外囲器１１は前記磁性素子の磁区構造を維持するための
磁場を磁性素子に与える磁石１５，１６と、磁性素子を
囲むヨーク１７を有している。磁石１５，１６とヨーク
１７によって形成される外囲器１１内の磁場領域１８に
前記磁性素子が配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばデータの暗
復号機能を有する情報処理装置等に好適に使用される暗
復号デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の暗復号デバイスは、データの暗号
化あるいは復号化に用いる鍵データすなわち秘密データ
を記録するために、デバイス外部から鍵データ記憶部に
電気的な信号を与えたり、鍵データ記憶部の不揮発性メ
モリに鍵データを保持しておくことで、入力データの暗
号化あるいは復号化を行なっている。しかしながら悪意
をもった者が不当にデバイスの鍵データ記憶部を解析し
たり改変したりすることを想定した場合に、従来の暗復
号デバイスはこれら不正行為に対する安全性が十分とは
言いがたいものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、前記デバイス
の鍵データ記憶部を電気的に解析したり、外部からデバ
イスを機械的に削ったり化学的に溶かすことでデバイス
内部を観察するとか、デバイスの電源電圧や動作周波数
などを規定外のものに変えて鍵データ記憶部を解析する
などの方法により、鍵データが不正に読み取られてしま
ったり、データが改変される可能性がある。

【０００４】従って本発明の目的は、不当な解析や改変
が困難な暗復号デバイスを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では、暗復号用
の鍵データを記憶する手段として、低保磁力磁性材料か
らなる磁性素子の磁区の磁化方向、すなわち逆磁区の有
無を利用する。

【０００６】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、低保磁力磁性
材料からなる磁性素子の一例として垂直磁化膜（膜厚方
向に磁化を生じる磁性素子２５）の一例を示している。
この磁性素子２５は、外部磁場が加わっていない状態で
は、図７（Ａ）に示すように互いに磁化の方向が異なる
複数の磁区Ｍ１，Ｍ２に分かれる。この分割の状態すな
わち磁区構造は、磁性素子２５全体の磁気エネルギーの
総和が最小になる条件によって決定される。

【０００７】つまり、図７（Ａ）に示す外部磁場がゼロ
（Ｈ0 ＝０）の状態から外部磁場を徐々に大きくしてゆ
くと、外部磁場がＨ1 の図７（Ｂ）の状態を経て、外部
磁場がＨ2 のときの図７（Ｃ）に示すように、次第に外
部磁場の向きと同じ磁化方向の磁区Ｍ１の面積が大きく
なってゆく。そして最終的に図７（Ｄ）に示すように磁
性素子２５全体が磁場Ｈ3 と同じ磁化方向をもつ単一磁
区Ｍ１となる。

【０００８】ここで単一磁区になる直前の図７（Ｃ）の
状態では、磁場Ｈ2 と反対向きに磁化した磁区（逆磁区
Ｍ２）が孤立して存在する。このとき、孤立した逆磁区
Ｍ２の領域に、Ｈ2 よりも強い部分的な磁場Ｈ3 を与え
ると逆磁区Ｍ２は消失する。そしてこの部分的な磁場Ｈ
3 を取り去っても、外部磁場Ｈ2 のもとでは逆磁区Ｍ２
は発生しない。

【０００９】さらにこの状態で、磁性素子２５の一部の
領域に、前記磁場Ｈ3 とは逆向きの部分磁場−Ｈ3 を与
えると、そこに逆磁区が形成される。そして部分磁場−
Ｈ3を取り去っても、外部磁場Ｈ2 のもとでこの逆磁区
が安定に存在する。このように、ある強さの外部磁場を
与えた状態では、逆磁区の形成と消滅を制御することが
可能で、その磁区構造を保持することができる。

【００１０】上記外部磁場を取り去ってしまった場合に
は、図７（Ａ）に示すような磁区構造に戻ってしまう。
逆に、もっと強い外部磁場が加わると、図７（Ｄ）に示
すような単一磁区となってしまう。すなわち、ある範囲
内の外部磁場が存在している状態のときのみ逆磁区の制
御が可能で、その磁区構造を保持することができるので
ある。従って本発明では、このように制御可能な逆磁区
の有無を“０”“１”の符号として秘密データ（鍵デー
タ）の記憶に利用する。

【００１１】本発明の暗復号デバイスは、外囲器と、こ
の外囲器の内部に設けた鍵データ記憶部とを具備し、前
記鍵データ記憶部は、一方向に磁化した磁区および逆方
向に磁化した逆磁区からなる磁区構造を生じる低保磁力
材料の磁性素子と、前記磁性素子の磁区の磁化方向を検
出するための磁電変換素子とを含み、前記外囲器は、前
記磁性素子にその磁区構造を維持するための磁場を与え
る磁石と、前記磁性素子を囲むヨークとを含み、前記磁
石およびヨークによって形成される磁気回路中に前記磁
性素子を配置するようにした。

【００１２】本発明の暗復号デバイスは、与えた磁場に
応じて磁区および逆磁区を生じる磁性素子と、磁化方向
を検知するための磁電変換素子との組合わせにより、逆
磁区の有無に応じて“０”または“１”の情報を記憶す
る。このような磁性素子と磁電変換素子との組合わせを
複数用いることにより、暗復号化の鍵となる秘密データ
すなわち鍵データを記録する。

【００１３】不正を試みる者がこのデバイスの内部を覗
くために外囲器を壊すと、それまで前記磁性素子に与え
られていた外囲器内部の磁場の強さが変化し、磁性素子
に加わる磁場も変化するようになる。こうして磁性素子
の磁区構造が変化し、磁電変換素子がとらえる磁化方向
も変化するため、それまで記憶されていた秘密データ
（鍵データ）が破壊される。

【００１４】この発明で使用する磁性素子は、低保磁力
磁性材料（例えば保磁力が０．１〜５００エルステッド
程度）からなり、膜厚方向に磁化を生じる（垂直方向磁
化を生じる）薄膜または箔の形態をとるものや、面方向
に沿って磁化を生じる（面内方向磁化を生じる）薄膜ま
たは箔の形態をとるものを含んでいる。また磁性素子
は、一軸方向に磁化を生じる磁性ワイヤであってもよ
い。

【００１５】さらにこの発明は、前記磁性素子の近傍
に、該磁性素子に逆磁区の発生と消去を行なうことので
きる磁場を与えるための電流を流す導電路が形成され、
この導電路の電流を制御するための電気回路を前記外囲
器の内部の磁場領域に設けることを含んでいる。こうす
ることにより、正規のデバイス利用者は、デバイス運用
中に、外部の者に知られることなく鍵データを書き替え
ることが可能となる。

【００１６】本発明の暗復号デバイスは、重要な情報や
データの暗号化および復号化に用いることができるだけ
でなく、例えば各種情報処理を行なう端末装置や通信端
末装置に内蔵しても有効に機能する。例えば、各種端末
装置に設けた暗復号デバイスが正規の暗復号処理を行な
うことができるか否かを判別することにより、その端末
装置自体が真正なものであるか否かを検査する認証用デ
バイスとしての使われ方もある。

【００１７】すなわち、認証する側（真正な認証者）が
発行したデータを、この暗復号デバイスに入力し、前記
鍵データ記憶部に記憶されている鍵データ（磁性素子の
逆磁区の有無に関する０または１の符号）を使って暗号
化した出力を認証者が受け取る。認証者は、この暗復号
デバイスの暗復号化処理方法（アルゴリズム等）と鍵デ
ータを知っているので、受け取った出力データを所定の
暗復号化処理方法に基いて復号化し、発行した入力デー
タとの比較を行なう。そしてこれら２つのデータが互い
に整合すれば、この暗復号デバイスを備えた端末装置が
真正であると判断する。これら２つのデータが不一致で
あれば、不正な暗復号デバイスであると判断し、この端
末装置の使用を拒否する。

【００１８】このように認証用デバイスとして用いる場
合、鍵データ記憶部に記録される鍵データは、認証者が
人為的に書き込んだデータでなくてもよい。つまり、デ
バイス製造時に各磁性素子に偶然生じたランダムな逆磁
区の有無をそのまま鍵データとして用いることもでき
る。その場合、鍵データは各デバイスごとに非人為的な
ランダムなデータとなっているため、認証者も鍵データ
の内容を知ることができない。したがって、認証者は予
め各デバイスに関して、入力データと出力データの対応
を実測し、その結果を記録しておくことにより、デバイ
スの真偽判別のよりどころとする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の第１の実施形態
の暗復号デバイスについて、図１から図５を参照して説
明する。

【００２０】図１に示す暗復号デバイス１０は、後述す
る磁気回路を形成する箱状の外囲器１１と、外囲器１１
の内部に設けた鍵データ記憶部１２などを備えて構成さ
れている。

【００２１】外囲器１１は、互いに実質的に同等の強さ
の磁気エネルギーをもつ共通形状の一対の永久磁石１
５，１６と、ＦｅあるいはＦｅ−Ｓｉ等の磁性材料から
なるヨーク１７を含んでいる。磁石１５，１６は、同一
磁極（例えばＮ極どうし）を対向させた状態でヨーク１
７の内面側に固定され、図２中に模式的に矢印で示す磁
束の流れ（磁界）を生じる磁気回路を形成する。これら
磁石１５，１６から発生する磁束は、磁場領域１８にお
いて、図７（Ｃ）に示したＨ２の大きさの磁場を与え
る。

【００２２】図３に示すように外囲器１１の一端側に入
力端子２０が設けられ、外囲器１１の他端側に出力端子
２１が設けられている。外囲器１１の内部の前記磁場領
域１８に鍵データ記憶部１２が収容されている。鍵デー
タ記憶部１２は図４に示すように、セル状に並ぶ複数の
磁性素子２５と、図５に示すように磁性素子２５に生じ
た逆磁区Ｍ２の有無を検出するために磁性素子２５の一
面側に設けたＭＲ素子あるいはホール素子等に代表され
る磁電変換素子２６と、磁電変換素子２６に電気的に接
続された増幅回路２７と、暗復号化処理部２８（図１に
示す）などを含んでいる。増幅回路２７を構成する回路
パターンは、ベース３０に設けられている。暗復号化処
理部２８は、外囲器１１の内部の磁気回路の磁場領域１
８に設けられている。

【００２３】磁性素子２５の一例は、保磁力が０．１〜
５００エルステッド（Ｏｅ）程度の低保磁力磁性材料か
らなり、膜厚が０．１〜１００μｍ程度の垂直磁化膜、
すなわち厚み方向に磁化する薄膜または箔の形態をとる
ものである。この磁性素子２５の材料としては、Ｇｄ，
Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等の希土類とＦｅ，Ｃｏ等の鉄族遷移
金属を組合わせたアモルファス合金膜や、希土類−鉄系
ガーネット単結晶膜等が適している。

【００２４】この磁性素子２５の磁区の磁化方向（すな
わち逆磁区の有無）は磁電変換素子２６によって検出さ
れ、逆磁区の有無に応じて、“０”または“１”の符号
として使用される。すなわち、１組の磁性素子２５と磁
電変換素子２６によって、１ビットの情報を記録するも
のである。複数組の磁性素子２５と磁電変換素子２６を
ベース３０にセル状に並べて固定し、これら複数組の磁
性素子２５と磁電変換素子２６によって表現される複数
ビットの組合わせにより、暗復号の鍵となる秘密データ
すなわち鍵データを保持するようにしている。

【００２５】このように構成された暗復号デバイス１０
は、入力端子２０から電気的なデータが入力されると、
その入力データに、鍵データ記憶部１２に記録されてい
る前記鍵データの内容が増幅回路２７によって増幅され
たのち付加され、暗復号化処理部２８において所定のア
ルゴリズムに従って暗号化あるいは復号化され、出力端
子２１から出力される。

【００２６】不正を試みる者がこの暗復号デバイス１０
に記録されている鍵データを知ろうとして外囲器１１を
壊すと、磁石１５，１６間の磁場領域１８の磁場の強さ
が変化し、磁性素子２５に加わる外部磁場の大きさすな
わち磁性素子２５の逆磁区を保持している磁気回路も変
化することにより、それまで維持されていた磁区Ｍ１と
逆磁区Ｍ２との磁区構造が変化し、例えば図７（Ａ）あ
るいは図７（Ｄ）に示すような磁区構造になってしまう
ため、磁電変換素子２６が検出する逆磁区Ｍ２の有無も
変化する。このため、それまで鍵データ記憶部１２に記
録されていた逆磁区に関するデータが破壊され、このデ
バイス１０に記録されている鍵データがいかなるもので
あったのかを知ることができなくなる。

【００２７】図６に示した第２の実施形態は、暗復号デ
バイスの用途に応じて、各磁性素子２５の近傍に、磁性
素子２５に磁場を与えるための電流を流すループ状の導
電路４０のパターンを形成したものである。この導電路
４０は、複数の磁性素子２５のそれぞれに設けられ、そ
のうちの所望の磁性素子２５に沿う導電路４０に電流を
流して磁場を発生させることにより、所望の磁性素子２
５に逆磁区を発生させたり逆磁区を消去することを可能
にしている。それ以外の構成と作用は前述の第１の実施
形態の暗復号デバイス１０と同様であるため、両者に共
通の部位に共通の符号を付して説明は省略する。

【００２８】この実施形態（図６）の場合、導電路４０
の電流を制御するための電気回路４１を、前記外囲器１
１の内側すなわち磁場領域１８を含む磁気回路中に設け
ることにより、正規の使用者以外の外部の者に知られる
ことなく、デバイス運用の途中で鍵データを書換えるこ
とが可能となる。

【００２９】なお前記各実施形態では磁性素子の一例と
して、膜厚方向に磁化を生じる磁性素子２５を用いた
が、この発明を実施するにあたって、磁性素子は、面内
磁化を生じる（すなわち面方向に沿って磁化する）磁性
体の薄膜または箔（例えば厚さ数μｍ〜３００μｍ）で
もよい。その磁性素子の材料としては、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ
アモルファス合金やＦｅ−ＮｉあるいはＦｅ−Ｓｉ等が
適している。あるいは一軸方向に磁化するワイヤ状の磁
性素子（磁性ワイヤ）を用いてもよい。磁性ワイヤの一
例は、例えばＦｅ−Ｂ−Ｓｉアモルファス合金やＦｅ−
ＮｉあるいはＦｅ−Ｓｉ等の磁性材料からなり、保磁力
が例えば０．１〜７００エルステッド、線径がφ１０μ
ｍ〜φ２００μｍ程度である。

【００３０】磁気回路を形成するための外囲器１１は前
記実施形態に限るものではないが、磁石１５，１６は磁
性素子が磁化する方向に磁場を与えるように配置する必
要がある。例えば第１の実施形態のように膜厚方向に磁
化する磁性素子２５を用いた場合には、外囲器１１の磁
気回路が壊されたときに磁性素子２５の厚み方向に磁場
を与えるように磁石１５，１６を設ければよい。また、
面方向に磁化する磁性素子の場合には、磁気回路が壊さ
れたときに磁性素子の面方向に磁化を与えるように磁石
を配置すればよい。一軸方向に磁化するワイヤ状の磁性
素子の場合、磁気回路が壊されたときに磁性素子の軸方
向に磁化を与えるように磁石を配置すればよい。磁気回
路を構成する磁石の数は１個もしくは２個以上であって
もよく、要するに外囲器の内部に前記磁区構造を維持す
るための磁場領域を形成できればよい。

【００３１】なお、永久磁石１５，１６の代りに、電流
を流すことによって磁場を生じさせるようなソレノイド
コイル（電磁石）を用いることもできる。このとき磁場
の大きさは磁性素子２５の保磁力の０．２倍〜３倍程度
に設定する。また、個々の暗復号デバイス１０ごとに磁
石１５，１６やヨーク１７の磁気特性にある程度のばら
つきをもたせておけば、暗復号デバイス１０の製造時に
得られる磁性素子の磁区構造のランダム性を高めること
ができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の暗復号デバイスは、磁性素子の
磁区構造（逆磁区の有無）に基く鍵データを外囲器内部
の鍵データ記憶部に記録するため、電気的な解析や測定
によって不当に鍵データが読取られてしまうことを防止
できる。そして暗復号デバイスの外殻を構成する外囲器
によって鍵データを保持するための磁場を発生する磁気
回路を構成し、外囲器内部の磁場領域に磁性素子を配置
したため、外囲器を機械的あるいは化学的処理によって
破壊したときに磁性素子に与える磁場が変化するととも
に磁区構造が変化することになり、鍵データの内容も破
壊される。

【００３３】これらのことから、暗復号デバイスの不当
な解析や改変が困難となり、これらを利用する機器の不
正利用も防止できる。また、箱状の閉空間を形成する外
囲器のヨークの内側に鍵データ記憶部を設けるため、デ
バイス内部への不正なアクセスをより困難なものにする
ことができるとともに、外乱磁界の悪影響を受けにくく
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す暗復号デバイ
スの断面図。

【図２】図１に示された暗復号デバイスに使われる外囲
器と磁場領域を示す断面図。

【図３】図１に示された暗復号デバイスの斜視図。

【図４】図１に示された暗復号デバイスの鍵データ記憶
部の一部の斜視図。

【図５】図４に示された鍵データ記憶部を構成する磁性
素子と磁電変換素子を拡大して示す斜視図。

【図６】本発明の第２の実施形態を示す磁性素子と書込
み用導電路の斜視図。

【図７】垂直磁化膜の磁区構造を模式的に示す斜視図。

【符号の説明】

１０…暗復号デバイス １１…外囲器 １２…鍵データ記憶部 １５，１６…磁石 １７…ヨーク １８…磁場領域 ２５…磁性素子 ２６…磁電変換素子 ４０…導電路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 弘之 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 Ｆターム(参考） 3E041 BA20 BB07 5J104 AA45 NA37 NA43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外囲器と、この外囲器の内部に設けた鍵デ
   ータ記憶部とを具備し、 前記鍵データ記憶部は、 一方向に磁化した磁区および逆方向に磁化した逆磁区か
   らなる磁区構造を生じる低保磁力材料の磁性素子と、 前記磁性素子の磁区の磁化方向を検出するための磁電変
   換素子とを含み、 前記外囲器は、 前記磁性素子にその磁区構造を維持するための磁場を与
   える磁石と、 前記磁性素子を囲むヨークとを含み、 前記磁石およびヨークによって形成される磁気回路中に
   前記磁性素子を配置したことを特徴とする暗復号デバイ
   ス。
2. 【請求項２】前記磁性素子が、厚み方向に磁化を生じる
   薄膜または箔の形態をとるものである請求項１記載の暗
   復号デバイス。
3. 【請求項３】前記磁性素子が、面方向に磁化を生じる薄
   膜または箔の形態をとるものである請求項１記載の暗復
   号デバイス。
4. 【請求項４】前記磁性素子が、一軸方向に磁化を生じる
   磁性ワイヤである請求項１記載の暗復号デバイス。
5. 【請求項５】前記磁性素子の近傍に、該磁性素子に磁場
   を与えるための電流を流すことのできる導電路が形成さ
   れ、この導電路の電流を制御するための電気回路を前記
   外囲器の内部の磁場領域に設けたことを特徴とする請求
   項１記載の暗復号デバイス。