トランジスタの絶縁膜欠陥に起因するノイズを利用した新たなチップ個体認証技術を開発

摘要

(株)東芝は、IoT機器のセキュリティ技術「physical unclonable function(PUF)」において、トランジスタの絶縁膜欠陥に起因した「ランダムテレグラフノイズ(RTN)」を利用した新技術を開発した。PUFは、電子回路を構成する個々のデバイスのばらつきを、チップ固有のID「チップ指紋」として利用することで、暗号·認証を実現するセキュリティ技術で、複製困難性が高く、低コストで実現できるため、注目を集めている。従来、PUFにはメモリ型と遅延型がある。メモリ型PUFは電源を入れた直後のメモリセルの初期状態の個体差を利用するものである。遅延型PUFは回路内の配線遅延の差を利用している。これらの方式は、主にトランジスタの電源ON/OFFを決定する閾値電圧のばらつきをチップ固有のIDとして利用する。閾値電圧のばらつきは、トランジスタが劣化に伴い変化するため、初期に設定したIDが識別できなくなることが懸念されている。PUFの信頼性を高めるためには初期に設定したIDの変化を低減することが求められている。本開発にあたっては、RTNと呼ばれる現象に注目。RTNは、CMOSイメージセンサの画質劣化、トランジスタやメモリの情報反転を引き起こす原因となるので、より低減しょうとする技術的努力がなされているが、完全に消滅させることは難しいとされている。このRTNを詳細に評価·解析する中で、RTNの複製困難性、固有性や電気ストレスに対する安定性に着目し、RTNをPUFに応用した。また、短時間でRTNを検出するアルゴリズムを新たに考案し、100万回以上利用しても「チップ指紋」を識別できることを確認した。