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

Research Project

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 2023)
Budget Amount *help	¥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。初年度は、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った。今年度はポストレイアウトシミュレーションから電流変動1次モデルの簡略式を構築した。構築した簡易モデル式は概ね測定結果と一致しているものの、より良いモデルを構築することで他の集積回路にも応用できるものを目指すこととした。そこで、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した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 導入した計測機材(フェムトアンペアメータ)を用いて集積回路の測定を行い、電流変動の様子を観測し、電流変動1次モデルを導出するに至った。そのモデルの精度は概ね合っているものの、更に精度を高めるために2次集積回路試作を行ったため、計画通り概ね進行している。
Strategy for Future Research Activity	今後は、2次集積回路試作の測定を行い、その結果を用いて電流変動モデルのさらなる精度化を達成する予定である。