集積回路レイアウトの観点からみた暗号用デジタル断熱的論理回路の電流特性の解明

• Project/Area Number: 22K12025
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60070:Information security-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 高橋 康宏 岐阜大学, 工学部, 准教授 (00402214)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 断熱的論理 / 暗号回路 / 集積回路 / レイアウト設計 / 電流変動 / セキュア / レイアウト / 低消費電力

Outline of Research at the Start

電子商取引などに利用される暗号回路を搭載したICカードは、利用にあたりプライバシーの保護や高信頼性が求められ、情報セキュリティをいかに実現するかが重要となっている。ICカードの脆弱性を攻撃する手法としては、ICチップの消費電力、演算時間などを検出・解析する手法が一般的である。これら攻撃の主要因は、回路の電流変化に大きく関係しているため、申請者は電流変化の小さい暗号用論理回路を提案した。先の提案回路の集積回路試作にあたり、回路レイアウトの差異により電流変動が生じることが明らかとなったが、なぜ生じるかは不明であった。本研究では暗号用回路の設計においてレイアウトの観点からそのメカニズムを解明する。

Outline of Annual Research Achievements

電子商取引などに利用される暗号回路を搭載したICカードは、利用にあたりプライバシーの保護や高信頼性が求められ、情報セキュリティをいかに実現するかが重要となっている。ICカードに用いられる集積回路内の論理回路は入力信号の状況により電流変動が異なるために暗号の平文処理が外部へ漏えいする可能性がある。申請者は入力信号と電流の遷移に相関がない断熱的論理を用いた暗号用論理回路を提案したが、集積回路の設計において、レイアウトの違いにより電流変動に差異が生じることが判明した。そこで、本研究では、今まで存在しなかったデジタル論理回路のレイアウトモデルを示すことで、暗号用の集積回路だけでなく、論理回路を用いる集積回路全般、例えばCPUなどの電流変動、消費電力変動の様子がレイアウトレベルから分かるようにすることを目的とする。
本年度は、デジタル論理回路のレイアウトをいくつか用意して、ポストレウアウトシミュレーションから電流変動の差異を確認した。各種レイアウトの結果から、配線同士が交差せず、かつ、素子上を配線がまたがないようにレイアウトすることで、電流変動が少ないことが明らかとなった。これは、今までにない新しい知見である。
次年度の集積回路試作に向けて、ポストレイアウトシミュレーションから電流変動の1次モデルを構築中である。さらに、論理回路のレイアウト数を増やすことで、電流モデルの精度向上についても実施中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は、年度当初に計測機材(フェムトアンペアメータ)を導入し集積回路の測定を行う予定であったが、コロナ禍による電子回路部品および半導体部品の世界的な不足により、納期に大幅な遅延が生じ、年度末の納期となった。そのために、フェムトアンペアメータによる測定できず、電流モデルの構築に大幅な遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

現在は、次年度の集積回路試作に向けて、被測定対象である論理回路レイアウトを大幅に増やし、測定精度を上げる方策として準備をすすめている。また、導入した機材による測定を行うことで、電流モデルの構築に取り組む予定である。