JP2014528195A - 事物知能通信でｐｕｆに基づいた装置間セキュリティ認証装置及び方法 - Google Patents

Abstract

事物知能通信を行う端末がＰＵＦを用いて自体的に外部に流出しないＰＩＮ値を生成し、パスワード認証を端末自体が行う。事物知能通信を行う端末装置は、前記端末装置に埋めこまれて前記端末装置に関するパスワード認証のための認証キーを生成するＰＵＦと、前記ＰＵＦが生成した前記認証キーを用いて前記端末装置に関する知識ベース認証を行う認証部とを備える。

Description

事物知能通信（Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｔｏ−Ｍａｃｈｉｎｅ、Ｍ２Ｍ）技術分野に関し、より特定すると、事物知能通信のために装置間セキュリティ認証を行う方法に関する。

事物知能通信（Ｍ２Ｍ）は埋め込みシステムまたはコンピュータが周辺情報を収集することのできるセンサと情報を伝達できる通信装備を搭載し、自ら必要な情報を収集・加工し、さらに、システムに必要な意思を決定して自体を制御する技術である。

必要に応じて、管理者またはユーザに加工される情報を報告するだけで人の干渉を最小化することができ、人が直接行うことが危険であるか、長時間費やされる仕事、または、セキュリティ上人よりも機械が適する分野において事物知能通信の活用度は大きい。

過去の情報収集体系はセンサの発達によって順次自動化されたが、収集された情報を処理したり、これを用いて直接意思決定する役割は長い間人に依存してきた。

しかし、社会システムと技術の発展につれて時間や場所にかかわらない意思決定が求められ、処理する情報量も極めて膨大になり、また、情報が途切れることなく常にアップデートされることで、人が情報を直接処理して意思決定するには制約が大きくなっている。

このような現実で実生活の中に氾濫するデータを高い価値で効率よく活用するためには事物知能通信という概念が登場するようになった。ただし、１９９０年に登場した事物知能通信は、初期は単なる遠隔調整、車両無線通信サービスなど、適用範囲が限定して関連市場や産業が制限的であった。

しかし、最近、有無線通信技術が急速に発展するにつれてインターネット生態系が大きく拡大している。特に、最近のＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、ＺｉｇＢｅｅ、ブルートゥースなどの新規で安価な通信技術の登場により事物知能通信を実現するためのシステムや装備の費用が低下している。

また、市場現象を見ても既存の通信市場の中心であった移動電話サービスは現在加入者の飽和によって市場成長の限界に至り、事物知能通信産業は新しい未来市場として浮び上がっている。

一方、事物知能通信産業の安定した成長には安全なネットワーク環境が保障されなければならず、通信経路を設定する前に装置同士が正当な個体であるかを確認する認証手続が求められる。しかし、従来のシステムで用いるセキュリティ認証方法をそのまま事物知能通信に適用することは困難であり、事物知能通信のため適切なセキュリティ認証装置及び方法が要求される。

人が介入しない環境で装置間の情報処理や意思決定がなされる環境において、不正した目的のセキュリティ威嚇は事物知能通信技術に大きい障害になるからである。

一般的なセキュリティ認証にはＴｗｏ−ｆａｃｔｏｒ認証が用いられてもよい。Ｔｗｏ−ｆａｃｔｏｒ認証は、知識ベース（Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ−ｂａｓｅｄ）認証と所有ベース（Ｐｏｓｓｅｓｓｉｏｎ−ｂａｓｅｄ）認証を全て行う。すなわち、二種類の異なる認証を行うことで安全性を高めるためのものである。

知識ベース認証はパスワードまたはＰＩＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｎｕｍｂｅｒ）に基づいた認証システムを意味し、所有ベース認証は住民表コードのように自身を証明する有／無形のオブジェクトを所有するものによる認証を意味する。

例えば、ウェブサイトにログインする場合、知識ベース認証方法であるパスワード認証のみが行われてもよい。しかし、金融取引のときには知識ベース認証のパスワードだけではなく、公認認証書、セキュリティカードまたはＯＴＰ（Ｏｎｅ−Ｔｉｍｅ Ｐａｓｓｗｏｒｄ）のような所有ベースの認証が全て行われる必要がある。

このような例示のように、必要に応じて所有ベース認証は省略されるものの、大部分の場合に知識ベース認証は必須に行われる。

前記事物知能通信でも高いセキュリティを取得するためにはＴｗｏ−ｆａｃｔｏｒ認証が必要である。そのためには人でない装置そのものが知識ベース認証を行わなければならない。

ところが、装置そのもので知識ベース認証を行うためには装置そのものでパスワードを生成しなければならない。従来の技術では装置そのものでパスワードを生成することが難しい技術であった。

さらに、事物知能通信装置のほとんどが小型の携帯可能な装置であり、使用環境で室外に露出されていることで、装置そのものが物理的に奪取される危険がある。

したがって、事物知能通信装置そのものの知識ベース認証を行いつつ、外部のセキュリティ攻撃、例えば、装置に対するレイアウト分析、バスプロービング（Ｂｕｓ ｐｒｏｂｉｎｇ）、メモリスキャン攻撃などにも安全なセキュリティ認証方法が求められる。

事物知能通信の分野において、ＰＵＦという新しい技術により装置が自らパスワードを生成しこれを認証に用いることで、装置間に互いを識別して正当な個体であるかを確認するためのセキュリティ認証を信頼することのできるレベルで行う装置及び方法を提供する。

暗号化の復号化を用いるセキュリティ通信が事物知能通信を行う装置やシステムに適用されることにおいて、装置のセキュリティ認証システムに対する物理的な攻撃や印加されないアクセスに強いセキュリティ認証装置及び方法を提供する。

一側面によると、事物知能通信を行う端末装置において、前記端末装置に埋め込みされ、前記端末装置に関するパスワード認証のための認証キーを生成するＰＵＦと、前記ＰＵＦが生成した前記認証キーを用いて前記端末装置に関するパスワード認証を行う認証部とを含むセキュリティ認証端末装置が提供される。

一実施形態によると、前記ＰＵＦは、前記セキュリティ認証端末装置の外部と物理的に隔離して前記認証キーは前記セキュリティ認証端末装置の外部に流出されない。

他の実施形態によると、事物知能通信を行う端末装置において、前記端末装置が公開キー暗号化方式で通信するための公開キーを暗証キー暗号化方式で伝達するための暗証キーを提供する暗証キーモジュールと、前記公開キーを生成するための個人キーを提供するモジュールとを含み、前記暗証キーモジュール及び前記個人キーモジュールのうち少なくとも１つはＰＵＦを含んで実現されるセキュリティ認証端末装置が提供される。

一実施形態によると、セキュリティ認証端末装置は、過電流印加により遮断されて前記暗証キーが抽出される経路を遮断するフューズ部をさらに含んでもよい。

この場合、前記フューズ部は、前記暗証キーが前記端末装置から最初抽出された後に前記経路を遮断してもよい。

一方、一実施形態に係るセキュリティ認証端末装置は、前記端末装置のシリアル番号を格納するシリアル番号格納部と、前記シリアル番号が前記シリアル番号格納部に格納されて前記暗証キーが抽出された後に前記暗証キーが抽出される経路を遮断するフューズ部とをさらに含んでもよい。

一実施形態によると、前記個人キーを用いて前記公開キーを生成する公開キー生成部をさらに含んでもよい。

一方、セキュリティ認証端末装置は、前記セキュリティ認証端末装置は、外部装置が前記公開キー暗号化方式で通信するための外部装置の公開キーを保管してもよい。この場合、前記外部装置からメッセージを受信すると、前記メッセージを前記外部装置の公開キーを用いて復号化してもよい。

一実施形態によると、前記セキュリティ認証端末装置は、前記復号化した場合に前記セキュリティ認証端末装置のシリアル番号の同一性が認められるか否かに応じて前記外部装置の正当性を確認してもよい。

他の実施形態によると、事物知能通信を行うセキュリティ認証端末装置を管理するための認証機関装置において、前記セキュリティ認証端末装置の暗証キー及び前記セキュリティ認証端末のシリアル番号を保管するＰＩＮリストを含み、前記認証機関装置は、前記セキュリティ認証端末が公開キー暗号化方式で通信するための公開キー及び前記セキュリティ認証端末のシリアル番号を前記暗証キーに暗号化したメッセージを送信する場合、これを前記暗証キーを用いて復号化して前記復号化した場合、前記セキュリティ認証端末装置のシリアル番号の同一性が認められるか否かに応じて前記セキュリティ認証端末装置の正当性を確認する認証機関装置が提供される。

他の実施形態によると、端末装置が事物知能通信を行うためにセキュリティ認証を行う方法において、前記端末装置が前記端末装置内に埋め込みされた第１ＰＵＦを用いて前記端末装置個人キーを生成するステップと、前記端末装置が前記個人キーを用いて前記端末装置がパスワード認証を行うための公開キーを生成するステップと、前記公開キーを用いて前記端末装置とは異なる外部端末または外部認証機関とパスワード認証を行うステップとを含むセキュリティ認証方法が提供される。

一実施形態によると、前記公開キーを暗証キー暗号化方式で外部に伝達するための暗証キーを前記第１ＰＵＦと異なる第２ＰＵＦを用いて生成するステップと、前記暗証キーを用いた暗証キー暗号化方式で前記公開キーを前記外部認証機関とやり取りするステップとをさらに含む方法が提供される。

一実施形態によると、セキュリティ認証方法は、前記外部認証機関から公開キー暗号化方式を用いて暗号化されたメッセージを受信するステップと、前記暗号化されたメッセージを予め格納されていた前記外部認証機関の公開キーを用いて復号化するステップと、前記復号化したメッセージで前記端末装置のシリアル番号が確認される場合、前記外部認証機関とのセキュリティ認証を完了するステップとをさらに含んでもよい。

一実施形態によると、セキュリティ認証方法は、前記端末装置のシリアル番号を格納するシリアル番号格納部に前記シリアル番号が格納され、前記暗証キーが最初抽出された後に前記暗証キーが抽出される経路にあるフューズを遮断するステップをさらに含んでもよい。

他の実施形態によると、認証機関装置が第１端末装置と第２端末装置の事物知能通信のための公開キー交換を中継する方法において、第２端末装置から前記第１端末装置の公開キーが要求されるステップと、前記第１端末装置の公開キーを前記第２端末装置のシリアル番号と共に前記認証機関装置の個人キーを用いて暗号化して第１暗号化メッセージを生成するステップと、前記第１暗号化メッセージを前記第２端末装置に送信するステップとを含むセキュリティ認証方法が提供される。

一実施形態によると、前記第２端末装置の公開キーを前記第１端末装置のシリアル番号と共に前記認証機関装置の個人キーを用いて暗号化して第２暗号化メッセージを生成するステップと、前記第２暗号化メッセージを前記第１端末装置に送信するステップとをさらに含むセキュリティ認証方法が提供される。

この場合、前記第２端末装置は、前記認証機関装置の個人キーに対応する前記認証機関装置の公開キーを用いて前記第１メッセージを復号化し、前記復号化した第１メッセージで前記第２端末装置のシリアル番号が確認される場合に前記送信された第１端末装置の公開キーを信頼してもよい。

一方、前記第１端末装置は、前記認証機関装置の個人キーに対応する前記認証機関装置の公開キーを用いて前記第２メッセージを復号化し、前記復号化した第２メッセージで前記第１端末装置のシリアル番号が確認される場合に前記送信された第２端末装置の公開キーを信頼してもよい。

事物知能通信において、装置間、装置とシステムとの間の安全なセキュリティ認証が可能になる。

したがって、事物知能通信を行う機器間に互いを識別して正当な個体であるかを確認する過程の信頼性を保障することができる。

また、暗号化の復号化を用いた従来の技術が事物知能通信を行う装置またはシステムに適用され得る。

一実施形態に係るセキュリティ認証装置を示すブロック図である。 一実施形態に係るセキュリティ認証装置を示すブロック図である。 一実施形態に係る図２の暗証キーモジュールまたは個人キーモジュールの実現に用いられる例示的なＰＵＦ構造を説明するための概念図である。 一実施形態に係るセキュリティ認証装置にシリアル番号を登録してＰＩＮを抽出し、ＰＩＮリストに登録する過程を説明するための概念図である。 一実施形態に係るセキュリティ認証装置が工場から配布されてＰＩＮリストが認証機関ＣＡに伝えられて登録される過程を説明するための概念図である。 一実施形態により装置とＣＡとの間に公開キーを登録する過程を示すフローチャートである。 一実施形態に係る装置の正当性確認過程を示すフローチャートである。 一実施形態によりＣＡ以外の装置間にセキュリティ認証を行うためＣＡを用いて装置が相互の公開キーを交換する過程を示すフローチャートである。

以下、実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。以下は一部の実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明が実施形態によって制限されたり、限定されることはない。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

図１は、一実施形態に係るセキュリティ認証装置１００を示すブロック図である。

一実施形態によると、装置間の事物知能通信の実行において、事物知能通信を行う装置１００そのものが安全なＰＩＮまたはパスワードを自体的に生成して保有し知識ベースの認証を行ってもよい。

このような知識ベース認証のため、装置１００には外部のセキュリティ攻撃に強いながらも無作為の固有なＰＩＮを生成するＰＵＦ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）１１０を含んでもよい。

一実施形態によると、ＰＵＦ１１０は、知識ベース認証のための認証キーとして用いられるＰＩＮを生成する。該ＰＩＮは、ＰＵＦ１１０の製造工程上に発生する工程偏差によって生成される無作為なデジタル値であってもよい。

また、該ＰＩＮは、１回生成された後にその値が周辺環境によって変更されない時不変（Ｔｉｍｅ−ｉｎｖａｒｉａｎｔ）デジタル値であってもよい。このようなＰＩＮは外部に露出しないため、一実施形態によると、装置１００の認証体系に対するセキュリティ威嚇から防止することができる。

装置１００が通信インタフェース１３０を介して他の装置（図示せず）と事物知能通信を行う場合、認証部１２０は、ＰＵＦ１１０によって自体的に生成される前記ＰＩＮを受信して知識ベース認証を行ってもよい。

このような装置１００の具体的な例示構成を図２を参照して説明する。

図２は、一実施形態に係るセキュリティ認証装置２００を示すブロック図である。

一実施形態に係るセキュリティ認証において、装置２００は、暗証キーモジュール２２０と個人キーモジュール２５０を含んでもよい。ここで、暗証キーモジュール２２０及び個人キーモジュール２５０のうち少なくとも１つはＰＵＦを含んでもよい。

一実施形態によると、暗証キーモジュール２２０及び個人キーモジュール２５０のそれぞれは自身の固有なＰＵＦを有し、それぞれのＰＵＦは物理的特性そのものから暗証キー（ｓｅｃｒｅｔ ｋｅｙ）と個人キー（ｐｒｉｖａｔｅ ｋｅｙ）を有する。以下、このような暗証キー及び／または個人キーをＰＩＮのように表現するため、ＰＩＮは装置２００のセキュリティ認証のために用いられる暗証キー、個人キーなどいずれのものも排除することなく全てを含む概念として理解される。

ＰＵＦは、工程変移により発生する特性偏差を用いて同じ設計図面に製作しても互いに異なる関数値を発生する回路として、一部の実施形態では事物知能通信装置のＰＩＮを生成して提供する。厳しくは、ＰＵＦの物理的な特性に応じて生成されたデジタル値そのものではなく、これを用いてＰＩＮが生成されるものと見なしてもよい。

例えば、外部の信頼できるソースから与えられる値をシード（Ｓｅｅｄ）とし、前記ＰＵＦが生成したオリジナルデジタル値を暗号化した結果値を前記ＰＩＮにしてもよい。

このような過程で一実施形態によると、ＰＵＦが提供するデジタル値Ｖ_ＰＵＦを前記シードとハッシュ関数に入れる方式を用いる。したがって、最終的に用いられるＰＩＮ値はＨａｓｈ（Ｖ_ＰＵＦ｜｜Ｓｅｅｄ）であってもよい。

このような実施形態によると、いずれの経路で個人キーが流出されても、前記シード値のみを変更することによってＰＩＮを容易に変更できるため、安全性及び便宜性が改善され得る。

ただし、このようなＰＩＮ値の生成は一実施形態に過ぎず、実施形態はＰＵＦが生成したデジタル値そのものをＰＩＮとして用いる場合と、前記ＰＵＦを別に処理した値をＰＩＮとして用いる場合の全て含む。以下は、ＰＵＦが生成したデジタル値を処理して新しいＰＩＮを作り出す過程を詳細に言及しなくても、このような実施形態が全て含まれた内容を理解しなければならない。

一方、ＰＵＦは、予測不可能なランダム値を有するため装置のＰＩＮを決定するとき使用してもよく、これを使用すると、外部で生成及び注入してメモリに格納するとき発生するＰＩＮの事前漏れの問題を防止することができる。

また、ＰＵＦは物理的に複製できない特徴があるため、装置２００のＰＩＮ番号が事後的に流出または複製される可能性も除去できる。

また、ＰＵＦが生成するＰＩＮ値はランダム性が優れ、実施形態では１回生成した値は時間につれて変化しない信頼できるものである。ＰＵＦの実現に関しては図３を参照して詳細に後述する。

一実施形態によると、シリアル番号格納部２１０には装置２００の製造工程で工場が提供する機器の固有値にはシリアル番号（Ｓｅｒｉａｌ ｎｕｍｂｅｒ）が格納され、工場から装置２００の固有シリアル番号がＩ／Ｏインタフェース２３１を介して装置２００に入力され、最初の１回（政策により必ず１回である必要はないが、セキュリティの維持上１回と指定する）に限って暗証キーモジュール２２０から暗証キーが工場または管理権限を有する外部に抽出されてもよい。

そして、一実施形態によると、装置２００はフューズ部２３０を含んでもよい。このような実施形態では、前記最初１回の暗証キー抽出後にフューズ部２３０が暗証キーモジュール２２０とＩ／Ｏインタフェース２３１との間の接続を物理的に遮断し、これは非可逆的である。

すると、最初の１回抽出された暗証キーのみを管理権限のある主体が安全に管理することができ、フューズ部２３０の前記遮断後に新しく装置２００の暗証キーが抽出されることは不可能である。暗証キーモジュール２２０は、ＰＵＦによって具現されて物理的に複製することができず、電力分析の攻撃などをはじめとする様々な逆工学（Ｒｅｖｅｒｓｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による暗証キー抽出が不可能であるか、極めて難しい。

一実施形態によると、装置２００は、公開キー暗号化／復号化通信方式に用いられる個人キーを生成する個人キーモジュール２５０を含み、個人キーモジュール２５０は、前記暗証キーモジュール２２０とは別個のＰＵＦによって個人キーを提供してもよい。

この個人キーモジュール２５０が生成及び提供する個人キーは外部と物理的に孤立し、装置２００の製造から流通及び使用に至るまで外部に抽出されることはない。もちろん、前述した暗証キーモジュール２２０のような理由により物理的な攻撃による人為的な個人キー流出も不可能である。

したがって、個人キーモジュール２５０が提供した個人キーの外部流出は発生しないため、事物知能通信（Ｍ２Ｍ）で装置２００そのもので生成したＰＩＮを通した機器認証を行うことができる。

一実施形態によると、個人キーモジュール２５０が生成した個人キーを用いて公開キー生成部２４０は前記公開キー暗号／復号化通信方式により装置２００が用いる公開キー（ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ）を生成し、これは公開キー格納部２６０に格納される。公開キー格納部２６０は生成された公開キーを格納する手段として、一実施形態によると不揮発性メモリであってもよい。

もちろん、公開キー格納部２６０は選択的に採用可能な構成であり、他の実施形態では公開キー格納部２６０なしに認証が求められるときごとに公開キー生成部２４０が生成した公開キーを読み出すことも可能である。

暗復号化プロセッサ２７０は、通常のデータ暗号化と復号化を行うＣｒｙｐｔｏ−ｃｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒなどとして理解してもよく、実際に暗号化されたデータを通信ネットワークで外部とやり取りする構成は通信インタフェース２８０である。

実施形態によると、前記最初の１回抽出された暗証キーは、装置２００とセキュリティ通信を行う正当な権限のある管理主体である認証機関（Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ、ＣＡ）と公開キーを交換する場合に相互が正当な個体であることを確認する手段としてのみ使用される。

すなわち、最初１回であるが、すでに抽出されたことのある暗証キーが直接暗復号化に使用されることではなく、暗証キーは暗証キー暗号化方式で公開キーを外部に送信する過程でのみ使用され、二重セキュリティを保障する。したがって、実際に機器認証に用いられる個人キーは外部に露出されることはない。

以下、工場で装置２００を製造する過程、装置２００が流通または配布される過程、実際に使用しながら暗証キー通信方式で公開キーを交換する過程、実際に装置２００がＣＡや他の装置と互いの正当性を確認して通信する過程について図３以下を参照して具体的に説明する。

図３は、一実施形態に係る図２の暗証キーモジュールまたは個人キーモジュールの実現に使用される例示的なＰＵＦ構造を説明するための概念図である。

まず、ＰＵＦの実現について実施形態で採択される差異を従来のＰＵＦ実現と比較説明した後、具体的な実現の一例を図３を参照して説明する。

ＰＵＦ（Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は予測できないデジタル値を提供する。個々のＰＵＦは正確な製造工程が与えられ、同じ工程で製造されても前記個々のＰＵＦが提供するデジタル値は異なる。

したがって、ＰＵＦは、複製不可能なＰＯＷＦ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｎｅ−Ｗａｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｂｅ ｄｕｐｌｉｃａｔｅｄ）に自称されてもよく、また、ＰＲＦ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に自称されてもよい。

このようなＰＵＦは、セキュリティ及び／または認証のための暗号キー生成に用いられてもよい。例えば、デバイスを他のデバイスと区別するためのユニークキー（Ｕｎｉｑｕｅ ｋｅｙ ｔｏ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｒｏｍ ｏｎｅ ａｎｏｔｈｅｒ）を提供するためにＰＵＦが用いられてもよい。

従来にはこのようなＰＵＦを実現するためにＩＣの最上位レイヤへ任意にドーピングされた粒子を用いてコーティングＰＵＦを実現したり、ラッチのようなハードウェアチップに一般的に用いられるＣＭＯＳ素子内の工程変移を用いてＦＰＧＡでも実現可能な最近のバタフライ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ）ＰＵＦなどを実現した。

ところが、ＰＵＦをＰＩＮ生成に活用する応用が商用化されるよう信頼可能になるためには、ＰＵＦ回路自体の物理的な複製不可能性、生成されたＰＩＮ値のランダム性、及び１回生成されたＰＩＮの値が時間の流れについて変化しない時不変性を全て保障しなければならない。

しかし、従来における大部分のＰＵＦ回路は、ＰＵＦまたはＰＲＦとして充足させなければならないランダム性と値の時不変性の少なくとも１つが高いレベルに保障されなかったため商用化に困難があった。

実施形態で用いられるＰＵＦは、従来の問題点を解決して時不変性とランダム性を信頼することのできるレベルに保障しながらも半導体の製作過程において低い単価で生成することができる。

一実施形態によると、ＰＵＦが生成したＰＩＮのランダム性と時不変性を同時に満足するために半導体工程で存在するノード間の短絡有無などによる無作為性を用いてランダム値を生成する。

図３に示す一実施形態に係るＰＵＦは、半導体チップ内の導電レイヤ（ｍｅｔａｌ）間を電気的に接続するために用いられるコンタクトまたはビアの大きさを工程において接続有無が確実な大きさ、すなわち、デザインルールよりも小さい形態に実現し、その短絡有無をランダムに決定する。すなわち、意図的にデザインルールを違反してランダムなＰＩＮ値を生成する。

このような新しいＰＵＦ回路は極めて簡単な短絡回路に構成されるため、別途の追加的な回路や工程上の過程がなく、特別な測定装置も必要としないため容易に実現できる。そして、工程の特性を用いるため値のランダム性を保持しながら安定性を充足させ得る。

図３を参照して実施形態に係るＰＵＦ生成を具体的に説明する。

半導体製造工程でメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１との間にビアが形成された形状を図示している。

ビアサイズをデザインルールに応じて十分大きくした１グループ３１０では全てのビアがメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１を短絡させ、短絡有無をデジタル値に表現すると全て０となる。

一方、ビアサイズを小さくしたグループ３３０では全てのビアがメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１を短絡させていない。したがって、短絡有無をデジタル値に表現すると、全て１となる。

そして、ビアサイズをグループ３１０とグループ３３０との間のグループ３２０では、一部のビアはメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１を短絡させ、他の一部のビアはメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１を短絡させていない。

一実施形態に係る識別キー生成部２１０は、グループ３２０のように、一部のビアはメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１を短絡させ、他の一部のビアはメタル１レイヤ３０２とメタル２レイヤ３０１を短絡させないようビアサイズを設定して構成する。

ビアサイズに対するデザインルールは半導体製造工程によって異なるが、例えば、０．１８ミクロン（ｕｍ）のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）工程でビアのデザインルールが０．２５ミクロンと設定すれば、前記一実施形態に係る識別キー生成部２１０でビアサイズを０．１９ミクロンに設定することで、メタルレイヤ間の短絡有無を確率的に分布するようにする。

このような短絡有無の確率分布は５０％の短絡確率を有することが理想的であり、一実施形態に係る暗証キーモジュール２２０と個人キーモジュール２５０は前記確率分布が最大限５０％に近くビアサイズを設定して構成される。このようなビアサイズの設定は、具体的な特定半導体工程により実験によって行われる。

このような実施形態によりＰＵＦが暗証キーまたは個人キーをランダム性と時不変性が保障されるよう提供することで、物理的な攻撃に対応するためのタンパ抵抗（ｔａｍｐｅｒ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は必要としない。

ジパッケージング、レイアウト分析、メモリ攻撃などの物理的な攻撃に対応するために暗号化モジュールに主に用いられるタンパ抵抗は、装置の解除を試みるとき記憶装置の内容消去などによって装置の機能を正常に動作できないようにし、内部の内容を保護する。しかし、付加的な保護装置を必要としたり実現手段が複雑になるにつれて費用が増加するだけではなく、ユーザのミスまたは故障によってデータ消去などの意図しない装備損傷の可能性を有する。ところが、上記のように図３を参照して説明した原理に基づいてＰＵＦを実現することで上記問題は解決される。

また、実施形態によるＰＵＦは内部の各セルを分離して観察することが極めて難しいため、数万個〜数十万個のゲートのチップ内でＰＵＦセルを選択し、その値を観察することはほぼ不可能に近い。

また、一部のＰＵＦは、電源が入った状態で動作する時のみに値が決定されるため、物理的な攻撃のためのジパッケージングなどの過程でチップの一部が損傷する場合、平常時の値と異なる値になるため本来の値を推測することが極めて難しい。

したがって、本発明がＰＵＦを使用すると、タンパ抵抗のような追加費用が要求されないながらも、物理的な攻撃に強い構成を有しつつ、ランダム性と時不変性が維持される暗証キーと個人キーを提供することができる。

図４は、一実施形態に係る装置４０２にシリアル番号を登録して暗証キーであるＰＩＮを抽出してＰＩＮリスト４０３に登録する過程を説明するための概念図である。

工場４０２で装置４０２が製造される過程において、このようなシリアル番号の登録ないしＰＩＮ値の抽出などが行われる。

ステップ４１０では、装置４０２を生産する工場４０２が固有ＩＤであるＳＮ（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｕｍｂｅｒ）を装置に挿入する。

そして、ステップ４２０において工場４０２が装置４０２の暗証キーであるＰＩＮを抽出し、ステップ４３０においてＰＩＮリスト４０３にＳＮと暗証キーであるＰＩＮを対にして格納する。前記のように、装置４０２の暗証キーであるＰＩＮは、図２に示すように暗証キーモジュール２２０のＰＵＦが生成したデジタル値であってもよいが、他の実施形態では前記デジタル値をハッシュ関数などにより処理した結果として生成される値であってもよい。

このようにＰＩＮ−Ｌｉｓｔの装置４０２に対応する部分が記録されると、ステップ４４０で暗証キーであるＰＩＮを抽出する経路を遮断するが、一実施形態に係る上記過程は抽出回路に過電流を流してフューズを切断するものであってもよい。したがって、上記のように暗証キーはただ１回抽出され、これ以上暗証キーであるＰＩＮにアクセスしたり流出することが不可能である。

以下で説明する事物知能通信において、セキュリティ認証を説明するための各要素を簡単に説明することにする。

以下の事物知能通信のネットワークモデルでは個別装置、サーバ、ＣＡが含まれてもよい。

事物知能通信装置は、事物知能通信ネットワークのターミナルでセンサを用いて情報を収集するなど、主にデータを生産してサーバに送信する役割を果たす。時々周辺の同じ形態の装置とデータを交換したりもする。

事物知能通信サーバは事物知能通信サービスプラットフォームがベースになり、ネットワークで装置が生産したデータを収集及び加工してユーザに提供する。サービスプラットフォームには、開放型ＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を活用して様々な応用が実行される。互いに異なる目的のために動作する各応用は装置とデータのやり取りを行い、これを有用な情報に加工してパソコン、スマートフォンのような端末を介してユーザに提供する。

ＣＡは、各装置が正当なユーザであるかを判断するための認証過程を行って装置と装置が通信する場合、相互の公開キーを自身の個人キーに暗号化して送信することで、各装置が通信を所望する他装置の公開キーの正当性を信頼して使用できるようにする。

場合に応じて、ＣＡとサーバは統合されてもよい。サーバがＣＡと結合された場合に各装置に対する認証の役割も行う。以下は説明の便宜のために別のサーバを表示することなく、サーバがＣＡに統合されたものとして仮定してＣＡのみを図示して説明する。

実施形態に係るセキュリティ認証方法の実行において、プロトコルは認証のために事物知能通信装置の情報（ＰＩＮ、公開キー）を収集するステップが必須に先行しなければならず、この過程で収集した情報は事物知能通信ネットワークで各装置の正当性を判断する基準情報となる。

一方、実施形態に係るセキュリティ認証方法を実行する全体過程は、１）個別装置にＳＮを入れてＰＩＮを抽出しＰＩＮリストを作成するステップ、２）ＰＩＮリストをＣＡに登録するステップ、３）端末とＣＡとの間に公開キーを交換して登録するステップ、及び４）通信開示の前に相互を認証するためにＰＩＮを認証するステップといった４種類に分類して行われる。

上記の１）は図４を参照して説明した通りであり、上記の２）は図５を参照して後述し、上記の３）は図６を参照して後述し、上記の４）は図７を参照して後述する。

図５は、一実施形態に係るセキュリティ認証装置５００が工場５０１から配布されてＰＩＮリスト４０３が認証機関ＣＡ５０２に伝えられて登録される過程を説明するための概念図である。

ステップ５１０において、装置５００が用いられる各自用いられる位置に配布される。この配布過程は、装置５００の製造後に販売や流通に関する一般的な過程を意味する。

ステップ５２０において、ＣＡ５０２はＰＩＮ−ｌｉｓｔ４０３を安全なオフライン経路を介して伝達される。

そして、ステップ５３０において、伝達されたＰＩＮ−ｌｉｓｔを登録する。

図６は、一実施形態により装置６０１とＣＡ６０２との間に公開キーを登録する過程を示すフローチャートである。

まず、ステップ６１０において、ＣＡ６０２が装置６０１に公開キーを要求するメッセージを送信する。

それで、ステップ６２０において、装置６０１は自身のＳＮと公開キーを自身の暗証キーであるＰＩＮに暗号化してメッセージＰを生成する。

そして、ステップ６３０において、装置６０１はメッセージＰをＣＡ６０２に送信する。すなわち、装置６０１がＣＡ６０２に自身の公開キーを送信する方式は、暗証キー暗号化アルゴリズムを用いるものである。

そして、ステップ６４０において、ＣＡ６０２が該Ｐを受信して当該装置６０１の暗証キーＰＩＮを用いて復号化すると、装置６０１の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄが取得される。

ここで、ステップ６５０において、ＣＡ６０２は、復号化されたＳＮが認証を実行中である装置６０１のＳＮであるかの同一性を比較する。

そして、同一性が確認された場合のみ正当性が確認されたものと見なし、ステップ６６０において、装置６０１の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＤをＣＡ６０２自身のＰＩＮリストに登録する。

ステップ６７０において、ＣＡ６０２は、前記ＳＮと自身の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＣＡを装置６０１の暗証キーＰＩＮに暗号化してメッセージＱを生成し、ステップ６８０において該Ｑを装置６０１に伝達する。

それで、装置６０１が該Ｑを暗証キーアルゴリズムで復号化してＳＮとＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＣＡを取得する。

そして、ステップ６９１において、装置６０１がＳＮの同一性を比較して正当性を確認し、ＳＮの同一性が確認されると、ステップ６９２でＣＡ６０２の公開キーであるＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＣＡを自身の不揮発性メモリに格納しておく。

以上の過程を介して装置６０１とＣＡ６０２との間に相互の公開キーを交換し、これからデータ通信は各自が有する相手側の公開キーを用いて行う。

図７を参照すると、装置７０１とＣＡ７０２は相互間の通信開示前の相互の正当性を確認する。

このような正当性確認のための認証過程は２種類が存在し得る。１つはサーバとＣＡが同じであり、ＣＡが装置と直接通信する場合である。そして、他の１つはサーバとＣＡが異なり、個別装置と異なる個別装置が互いに通信する場合である。前者は図７を参照して後述し、後者は図８を参照して後述する。

図７は、一実施形態に係る装置７０１の正当性確認過程を示すフローチャートである。

ステップ７１０において、ＣＡ７０２は、自身の個人キーであるＰＲＩＶ＿ＫＥＹ_ＣＡを用いて装置７０１のＳＮと認証用ランダム数であるｎｏｎｃｅ Ｒを暗号化してメッセージＰを生成する。

そして、ステップ７２０において、Ｐが装置７０１に送信されると、装置７０１は、ステップ７３０においてＣＡ７０２の公開キーであるＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＣＡを用いて該Ｐを復号化する。

すると、ＳＮと前記Ｒが取得され、ステップ７４０ではＳＮの同一性を比較することによって正当性を確認し、正当性が確認された場合にステップ７５０では前記ｎｏｎｃｅ Ｒを再び装置７０１自身の個人キーＰＲＩＶ＿ＫＥＹ_Ｄを用いて暗号化する。

このように暗号化されたメッセージＱがステップ７６０でＣＡ７０２に送信され、ステップ７７０において、ＣＡ７０２は装置７０１の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄを用いてＲを復号化する。ステップ７８０において、Ｒが確認されると、装置７０１とＣＡ７０２との間に通信できる正当性を確認し、その次からは前記公開キー暗号化／復号化方式でデータを互いに交換して通信すればよい。

以上ではサーバとＣＡが同一でありＣＡが装置と通信する場合について説明したが、以下は図８を参考してサーバとＣＡが異なったり装置と装置とが直接に通信する場合について説明する。

ただし、装置と通信しようとするサーバまたは他の装置は前記装置の公開キーを伝達されなければならず、これを中間者であるＣＡが公開キー交換過程でその役割を果たす以外は前記とほぼ類似である。

すなわち、ＣＡのみが個別装置の暗証キーであるＰＩＮを保有するため、公開キーを交換して個別装置と相互の正当性を確認することが可能であったが、装置とデバイスとの間、または、装置とサーバとの間は相互の暗証キーを保有していないことから、公開キーを交換すべき対象であるかの正当性確認や、実際に公開キーを交換する過程でＣＡが中間役割を果たすものである。図８を参照しながらその過程について説明する。

図８は、一実施形態によってＣＡ８０２以外の装置８０１及び８０３間にセキュリティ認証を行うため、ＣＡ８０２を用いて装置８０１及び８０３が相互の公開キーを交換する過程を示すフローチャートである。

第２装置８０３が第１装置８０１と通信するために公開キーを交換しようとする。

すると、ステップ８１０において、第２装置８０３は、ＣＡ８０２に装置１８０１の公開キーであるＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ１を要求する。

ステップ８２０において、ＣＡ８０２は、第１装置８０１のシリアル番号であるＳＮ_Ｄ１を第２装置８０３の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ２と共に、自身の個人キーＰＲＩＶ＿ＫＥＹ_ＣＡを用いて暗号化しメッセージＰを生成する。

そして、ステップ８３０において、ＣＡ８０２は第２装置８０３のシリアル番号であるＳＮ_Ｄ２を第１装置８０１の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ１と共に、自身の個人キーＰＲＩＶ＿ＫＥＹ_ＣＡを用いて暗号化しメッセージＱを生成する。

ステップ８４０において、ＣＡ８０２がメッセージＰを第１装置８０１に伝達すると、第１装置８０１はステップ８５０でＣＡ８０２の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＣＡを用いてＰを復号化し、ＳＮ_Ｄ１と第２装置８０３の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ２を取得する。

そして、ステップ８６０において、シリアル番号ＳＮ_Ｄ１の同一性比較によって正当性が確認されれば、第１装置８０１は第２装置８０３の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ２を保管し、今後第２装置８０３に送信するメッセージを暗号化するために利用する。

一方、ステップ８７０において、ＣＡ８０２が第２装置８０３にメッセージＱを伝達すると、第２装置８０３はステップ８８０において、ＣＡ８０２の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_ＣＡを用いてＱを復号化し、ＳＮ_Ｄ２と第１装置８０１の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ１を取得する。

ステップ８９０において、シリアル番号ＳＮ_Ｄ２の同一性比較によって正当性が確認されれば、第２装置８０３は第１装置８０１の公開キーＰＵＢ＿ＫＥＹ_Ｄ１を保管し、今後第１装置８０１に送信するメッセージを暗号化するために利用する。

このように第１装置８０１と第２装置８０３との間に相互の公開キーが交換された後には、前記ＣＡと装置の通信と同様に、相互の公開キーを用いて相手側に送信するメッセージを暗号化し、第１装置８０１と第２装置８０３とは直接通信することができる（８９１）。

ＣＡとサーバが同一ではないため装置がサーバと通信する場合にも、前記説明において第２装置８０３がサーバである点以外は同一である。

以上の実施形態によってＰＵＦベース暗証キーＰＩＮを知識ベース認証方式に使用することで、流出不可能性、複製不可能性、固有性という要求を全て満足することができる。

このような実施形態によって事物知能通信、例えば、ＲＦＩＤを用いた応用、スマートグリッド応用、クラウド・コンピューティング応用などの様々な応用でセキュリティ認証の信頼性が保障され、このような信頼性を保障する費用は極めて低価である。

一実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの１つまたはその組合せを含んでもよい。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。

上述したように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。

したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

Claims (19)

1. 事物知能通信を行う端末装置において、
   前記端末装置に埋め込みされ、前記端末装置に関するパスワード認証のための認証キーを生成するＰＵＦと、
   前記ＰＵＦが生成した前記認証キーを用いて前記端末装置に関するパスワード認証を行う認証部と、
   を含む、セキュリティ認証端末装置。
2. 前記ＰＵＦは、前記セキュリティ認証端末装置の外部と物理的に隔離して前記認証キーは前記セキュリティ認証端末装置の外部に流出されない、請求項１に記載のセキュリティ認証端末装置。
3. 事物知能通信を行う端末装置において、
   前記端末装置が公開キー暗号化方式で通信するための公開キーを暗証キー暗号化方式で伝達するための暗証キーを提供する暗証キーモジュールと、
   前記公開キーを生成するための個人キーを提供する個人キーモジュールと、
   を含み、
   前記暗証キーモジュール及び前記個人キーモジュールのうち少なくとも１つはＰＵＦを含んで実現される、セキュリティ認証端末装置。
4. 過電流印加により遮断されて前記暗証キーが抽出される経路を遮断するフューズ部をさらに含む、請求項３に記載のセキュリティ認証端末装置。
5. 前記フューズ部は、前記暗証キーが前記端末装置から最初抽出された後に前記経路を遮断する、請求項４に記載のセキュリティ認証端末装置。
6. 前記端末装置のシリアル番号を格納するシリアル番号格納部と、
   前記シリアル番号が前記シリアル番号格納部に格納されて前記暗証キーが抽出された後に前記暗証キーが抽出される経路を遮断するフューズ部と、
   をさらに含む、請求項３に記載のセキュリティ認証端末装置。
7. 前記個人キーを用いて前記公開キーを生成する公開キー生成部をさらに含む、請求項３に記載のセキュリティ認証端末装置。
8. 前記セキュリティ認証端末装置は、外部装置が前記公開キー暗号化方式で通信するための外部装置の公開キーを保管し、
   前記外部装置からメッセージを受信すると、前記メッセージを前記外部装置の公開キーを用いて復号化する、請求項３に記載のセキュリティ認証端末装置。
9. 前記セキュリティ認証端末装置は、前記復号化した場合に前記セキュリティ認証端末装置のシリアル番号の同一性が認められるか否かに応じて前記外部装置の正当性を確認する、請求項８に記載のセキュリティ認証端末装置。
10. 事物知能通信を行うセキュリティ認証端末装置を管理するための認証機関装置において、
    前記セキュリティ認証端末装置の暗証キー及び前記セキュリティ認証端末装置のシリアル番号を保管するＰＩＮリストを含み、
    前記認証機関装置は、前記セキュリティ認証端末装置が公開キー暗号化方式で通信するための公開キー及び前記セキュリティ認証端末装置のシリアル番号を前記暗証キーに暗号化したメッセージを送信する場合、これを前記暗証キーを用いて復号化して前記復号化した場合、前記セキュリティ認証端末装置のシリアル番号の同一性が認められるか否かに応じて前記セキュリティ認証端末装置の正当性を確認する、認証機関装置。
11. 端末装置が事物知能通信を行うためにセキュリティ認証を行う方法において、
    前記端末装置が前記端末装置内に埋め込みされた第１ＰＵＦを用いて前記端末装置の個人キーを生成するステップと、
    前記端末装置が前記個人キーを用いて前記端末装置がパスワード認証を行うための公開キーを生成するステップと、
    前記公開キーを用いて前記端末装置とは異なる外部端末または外部認証機関とパスワード認証を行うステップと、
    を含む、セキュリティ認証方法。
12. 前記公開キーを暗証キー暗号化方式で外部に伝達するための暗証キーを前記第１ＰＵＦと異なる第２ＰＵＦを用いて生成するステップと、
    前記暗証キーを用いた暗証キー暗号化方式で前記公開キーを前記外部認証機関とやり取りするステップと、
    をさらに含む、請求項１１に記載のセキュリティ認証方法。
13. 前記外部認証機関から公開キー暗号化方式を用いて暗号化されたメッセージを受信するステップと、
    前記暗号化されたメッセージを予め格納されていた前記外部認証機関の公開キーを用いて復号化するステップと、
    前記復号化したメッセージで前記端末装置のシリアル番号が確認される場合、前記外部認証機関とのセキュリティ認証を完了するステップと、
    をさらに含む、請求項１１に記載のセキュリティ認証方法。
14. 前記端末装置のシリアル番号を格納するシリアル番号格納部に前記シリアル番号が格納され、前記暗証キーが最初抽出された後に前記暗証キーが抽出される経路にあるフューズを遮断するステップをさらに含む、請求項１２に記載のセキュリティ認証方法。
15. 認証機関装置が第１端末装置と第２端末装置の事物知能通信のための公開キー交換を中継する方法において、
    第２端末装置から前記第１端末装置の公開キーが要求されるステップと、
    前記第１端末装置の公開キーを前記第２端末装置のシリアル番号と共に前記認証機関装置の個人キーを用いて暗号化して第１暗号化メッセージを生成するステップと、
    前記第１暗号化メッセージを前記第２端末装置に送信するステップと、
    を含む、セキュリティ認証方法。
16. 前記第２端末装置の公開キーを前記第１端末装置のシリアル番号と共に前記認証機関装置の個人キーを用いて暗号化して第２暗号化メッセージを生成するステップと、
    前記第２暗号化メッセージを前記第１端末装置に送信するステップと、
    をさらに含む、請求項１５に記載のセキュリティ認証方法。
17. 前記第２端末装置は、前記認証機関装置の個人キーに対応する前記認証機関装置の公開キーを用いて前記第１暗号化メッセージを復号化し、前記復号化した第１暗号化メッセージで前記第２端末装置のシリアル番号が確認される場合に前記送信された第１端末装置の公開キーを信頼する、請求項１５に記載のセキュリティ認証方法。
18. 前記第１端末装置は、前記認証機関装置の個人キーに対応する前記認証機関装置の公開キーを用いて前記第２暗号化メッセージを復号化し、前記復号化した第２暗号化メッセージで前記第１端末装置のシリアル番号が確認される場合に前記送信された第２端末装置の公開キーを信頼する、請求項１６に記載のセキュリティ認証方法。
19. 請求項１１〜請求項１８のいずれか１項に記載の前記セキュリティ認証方法を行うプログラムを収録したコンピュータで読み出し可能な記録媒体。

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