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公開番号2025113758
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-04
出願番号2024008078
出願日2024-01-23
発明の名称半導体装置、暗号装置、および電子機器
出願人シャープセミコンダクターイノベーション株式会社
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類G05F 1/56 20060101AFI20250728BHJP(制御;調整)
要約【課題】電力解析攻撃および電磁界解析攻撃の両方に対してセキュリティの高い、暗号回路に対して電力を供給する半導体装置等を実現する。
【解決手段】暗号回路(102)に対して電力を供給する半導体装置(101)であって、シリーズ型レギュレータ(5)およびシャント型レギュレータ(6)を含む電圧生成部(1)と、シャント型レギュレータ(6)のオン状態およびオフ状態をランダムに切り替える制御部(2)と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
暗号回路に対して電力を供給する半導体装置であって、
シリーズ型レギュレータおよびシャント型レギュレータを含む電圧生成部と、
前記シャント型レギュレータのオン状態およびオフ状態をランダムに切り替える制御部と、を備える、半導体装置。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記シャント型レギュレータをオン状態に維持させる第１動作モード、および、前記シャント型レギュレータをオフ状態に維持させる第２動作モードのそれぞれによって、前記シャント型レギュレータを動作させる、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記暗号回路の低セキュリティモードによる動作時に、前記第１動作モードまたは前記第２動作モードによって、前記シャント型レギュレータを動作させ、
前記制御部は、前記暗号回路の高セキュリティモードによる動作時に、前記シャント型レギュレータのオン状態およびオフ状態をランダムに切り替える、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
乱数を生成する乱数生成回路と、
前記乱数に応じたランダムパターンを生成するランダムパターン生成回路と、を備え、
前記制御部は、前記ランダムパターンに応じて、前記シャント型レギュレータのオン状態およびオフ状態を切り替える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ランダムパターン生成回路の動作タイミングは、前記暗号回路の動作タイミングと同期している、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電圧生成部は、前記シャント型レギュレータのオン状態において、前記シリーズ型レギュレータの出力電流に応じた電流を前記シャント型レギュレータに対して流す、電流フィードバック回路を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記シャント型レギュレータは、前記電圧生成部への入力電圧が印加される端子と接続された、抵抗値可変のシャント抵抗を有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記シャント型レギュレータは、前記シリーズ型レギュレータの出力端と接続される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置によって電力が供給される暗号回路と、を備える、暗号装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の暗号装置を備える、電子機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置、暗号装置、および電子機器に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスからの情報漏洩を利用したサイドチャネル攻撃の具体的な方法として、電力解析攻撃および電磁界解析攻撃等が知られている。電力解析攻撃とは、消費電力の変化を解析することによって秘密情報を推定するものである。電磁界解析攻撃とは、ターゲットデバイスから輻射される電磁界の変化を解析することによって秘密情報を推定するものである。
【０００３】
電力解析攻撃では、データの暗号化およびデータの復号の少なくとも一方を行う暗号回路の消費電力が暗号回路の処理内容と相関があることを利用して、回路の動作中に生じる消費電力の時間的変化を測定し、その波形を加工および処理することによって、秘密鍵等の秘密情報を推定する。電力解析攻撃としては、測定した１つまたは複数の電力波形を解析することで暗号鍵等を推定する単純電力解析（ＳＰＡ：Simple Power Analysis）、電力波形の差分を統計処理することで暗号鍵等を推定する差分電力解析（ＤＰＡ：Differential Power Analysis）、および推定鍵とのハミング距離の相関値を計算して暗号鍵等を推定する相関電力解析（ＣＰＡ：Correlation Power Analysis）が知られている。
【０００４】
電磁界解析攻撃は、半導体デバイスの局所的な電力変化を電磁界を通して解析することができるため、近年では電力解析攻撃よりも脅威が増している。電磁界解析攻撃では、電磁界プローブ等によって取得したデータから解析可能である。単純電力解析において電力に替えて電磁界を使用した手法が、単純電磁界解析（ＳＥＭＡ：Simple ElectroMagnetic Analysis）である。差分電力解析において電力に替えて電磁界を使用した手法が、差分電磁界解析（ＤＥＭＡ：Differential ElectroMagnetic Analysis）である。相関電力解析において電力に替えて電磁界を使用した手法が、相関電磁界解析（ＣＥＭＡ：Correlation ElectroMagnetic Analysis）である。
【０００５】
サイドチャネル攻撃への対策方法として、非特許文献１には、暗号回路にシャント型ＬＤＯを接続し、電源ラインから供給される電流を一定にし、サイドチャネル情報の漏洩を抑える技術が開示されている。ＬＤＯとは、Low Drop Outの略称であり、レギュレータの一種である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
STELLAR:A Generic EM Side-Channel Attack Protection through Ground-Up Root-cause Analysis, Debayan Das et al., School of Electrical and Computer Engineering et al., June 21, 2019.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に開示されている技術においては、電磁界解析攻撃に対するセキュリティが低いおそれがある。シャント型ＬＤＯが消費電流を一定に保つために動作する局所的な部分の電流値の変化が、サイドチャネル情報となるおそれがあるためである。局所的な部分および局所的な部分の電流値の変化の組み合わせの一例として、シャント抵抗およびシャント抵抗に流れるシャント電流の組み合わせが挙げられる。
【０００８】
近年では、電磁界プローブの感度も良くなっている。このため、シャント型ＬＤＯによって消費電流値の変化が小さくなっても、電磁界プローブの感度を上げることによって、半導体デバイスの局所的な電磁界の変化から暗号鍵等を推定されるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る半導体装置は、暗号回路に対して電力を供給する半導体装置であって、シリーズ型レギュレータおよびシャント型レギュレータを含む電圧生成部と、前記シャント型レギュレータのオン状態およびオフ状態をランダムに切り替える制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様によれば、電力解析攻撃および電磁界解析攻撃の両方に対してセキュリティの高い、暗号回路に対して電力を供給する半導体装置等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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