專利名稱：隨機(jī)數(shù)生成裝置、隨機(jī)數(shù)生成方法以及安全芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隨機(jī)數(shù)生成裝置、隨機(jī)數(shù)生成方法以及安全芯片，它們適于應(yīng)用至例 如以下情況，即，將自旋注入電流注入至自旋注入磁化反轉(zhuǎn)元件，從而生成隨機(jī)數(shù)并使該生 成的隨機(jī)數(shù)不易被攻擊者讀取。
背景技術(shù)：
目前已經(jīng)提供了通過使用各種加密方式的數(shù)據(jù)加密以具有較高保密性的安全芯 片。對(duì)于該安全芯片，需要增強(qiáng)防篡改性(tamper resistance)，從而防止攻擊者讀取存儲(chǔ) 在芯片中的加密密鑰。為了滿足該需求，越來越多地采用自旋注入磁化反轉(zhuǎn)作為這樣一種 技術(shù)，其用以生成用于安全芯片中的加密密鑰的隨機(jī)數(shù)，并使該隨機(jī)數(shù)不易被讀出。日本專利公開第2008-310403號(hào)(下文中稱作專利文獻(xiàn)1)提出了一種物理隨機(jī) 數(shù)生成裝置，其利用了通過將自旋注入電流(也稱作自旋極化電流)注入磁性材料而引起 的自旋注入磁化反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(下文中，縮寫為“自旋注入現(xiàn)象”)。該隨機(jī)數(shù)生成裝置利用了這 樣一種特性，即，基于如在J. Z. Sun, Phys. Rev. B, Vol. 62，p. 570，2000 (下文中稱作非專利 文獻(xiàn)1)中所說明的統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，通過注入電流來確定自旋注入現(xiàn)象的發(fā)生概率。在采用自 旋注入磁化反轉(zhuǎn)的隨機(jī)數(shù)生成裝置中，原則上可以利用該物理特性來生成真正的隨機(jī)數(shù)。在關(guān)于由日本經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易和工業(yè)部授權(quán)的“System LSI no kcurityHyouka”調(diào) 查，http://www. meti. go. jp/policy/netsecurity/downloadfiles/lsi. pdf (下文中禾爾作 非專利文獻(xiàn)2)的評(píng)價(jià)研究報(bào)告中，描述了對(duì)系統(tǒng)LSI芯片的安全性要求。

發(fā)明內(nèi)容
然而，如非專利文獻(xiàn)1說明的，提供1/2作為反轉(zhuǎn)概率的自旋注入電流還取決于環(huán) 境溫度和施加的磁場(chǎng)。因此，自旋注入電流需要與實(shí)際使用的環(huán)境相匹配而設(shè)置。
Γ , 1 2βλ a . 2, rr ,,Z1 ItMs ηΛ r, Λ
權(quán)利要求
1.一種隨機(jī)數(shù)生成裝置，包括隨機(jī)數(shù)生成器，被構(gòu)造為具有多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件，所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件響應(yīng)于 自旋注入電流的供給，通過自旋注入現(xiàn)象而使磁化的反轉(zhuǎn)概率設(shè)置為1/2來生成隨機(jī)數(shù)， 所述隨機(jī)數(shù)生成器通過以下處理而使所述隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)執(zhí)行向所述隨 機(jī)數(shù)生成元件提供所述自旋注入電流的第一寫入，其中該自旋注入電流提供1作為寫入概 率，并將所述隨機(jī)數(shù)生成元件的電阻值設(shè)置為高于預(yù)定閾值的第一電阻值；執(zhí)行讀出所述 隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值的第一讀??；以及如果根據(jù)讀出的所述電阻值檢測(cè)到所述隨 機(jī)數(shù)生成元件通過所述第一寫入而被設(shè)置為所述第一電阻值，則執(zhí)行向所述隨機(jī)數(shù)生成元 件提供所述自旋注入電流的第二寫入，其中該自旋注入電流提供1/2作為寫入概率，并將 所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值設(shè)置為低于所述預(yù)定閾值的第二電阻值；以及溫度控制器，被構(gòu)造為基于由所述第一讀取讀出的所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻 值，來獲得所述隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)的環(huán)境的環(huán)境溫度，并使得所述自旋注入 電流的大小跟隨所述環(huán)境溫度而變化，以使所述隨機(jī)數(shù)生成器執(zhí)行所述第二寫入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)生成裝置，其中，所述隨機(jī)數(shù)生成器基于磁場(chǎng)角度以及電阻差的比，來確定從所述隨機(jī)數(shù)生成元件讀出 的電阻值是所述第一電阻值還是所述第二電阻值，所述磁場(chǎng)角度是從包括在所述隨機(jī)數(shù)生 成元件中的信號(hào)檢測(cè)層和磁化固定層的角度來獲得的，并且所述電阻差的比是從作為所述 第一電阻值和所述第二電阻值之間的差的電阻差來獲得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)生成裝置，其中，所述隨機(jī)數(shù)生成器通過使用預(yù)先存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中、并提供1/2作為所述隨機(jī) 數(shù)生成元件的反轉(zhuǎn)概率的所述自旋注入電流的值，而向所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件提供將所 述隨機(jī)數(shù)生成元件的反轉(zhuǎn)概率統(tǒng)一為約1/2的自旋注入電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)生成裝置，其中，如果通過所述第一讀取檢測(cè)到在所述隨機(jī)數(shù)生成元件中發(fā)生復(fù)位失敗，則所述隨機(jī)數(shù) 生成器再次執(zhí)行所述第一寫入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)生成裝置，其中，如果所述環(huán)境溫度超出了預(yù)定的溫度范圍，則所述溫度控制器使所述隨機(jī)數(shù)生成器停 止隨機(jī)數(shù)的生成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)生成裝置，還包括存儲(chǔ)器，被構(gòu)造為具有用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)存儲(chǔ)元件，其中，所述存儲(chǔ)元件和所述隨機(jī)數(shù)生成元件隨機(jī)地設(shè)置在所述存儲(chǔ)器的內(nèi)部。
7.一種隨機(jī)數(shù)生成方法，包括以下步驟制備多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件，所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件響應(yīng)于自旋注入電流的供給，通 過自旋注入現(xiàn)象而使磁化的反轉(zhuǎn)概率設(shè)置為1/2來生成隨機(jī)數(shù)，并且通過以下處理使所述 隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)執(zhí)行向所述隨機(jī)數(shù)生成元件提供所述自旋注入電流的第 一寫入，其中該自旋注入電流提供1作為寫入概率，并將所述隨機(jī)數(shù)生成元件的電阻值設(shè) 置為高于預(yù)定閾值的第一電阻值；執(zhí)行讀出所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值的第一讀 ??；以及如果根據(jù)讀出的所述電阻值檢測(cè)到所述隨機(jī)數(shù)生成元件通過所述第一寫入而被設(shè) 置為所述第一電阻值，則執(zhí)行向所述隨機(jī)數(shù)生成元件提供所述自旋注入電流的第二寫入，其中該自旋注入電流提供1/2作為寫入概率，并將所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值設(shè)置 為低于所述預(yù)定閾值的第二電阻；以及基于由所述第一讀取讀出的所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值，來獲得所述隨機(jī)數(shù)生 成元件生成所述隨機(jī)數(shù)的環(huán)境的環(huán)境溫度，并使得所述自旋注入電流的大小跟隨所述環(huán)境 溫度而變化，以使所述隨機(jī)數(shù)生成器執(zhí)行所述第二寫入。
8.一種安全芯片，包括隨機(jī)數(shù)生成器，被構(gòu)造為具有多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件，所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件響應(yīng)于 自旋注入電流的供給，通過自旋注入現(xiàn)象而使磁化的反轉(zhuǎn)概率設(shè)置為1/2來生成隨機(jī)數(shù)， 所述隨機(jī)數(shù)生成器通過以下處理使所述隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)執(zhí)行向所述隨 機(jī)數(shù)生成元件提供所述自旋注入電流的第一寫入，其中該自旋注入電流提供1作為寫入概 率，并將所述隨機(jī)數(shù)生成元件的電阻值設(shè)置為高于預(yù)定閾值的第一電阻值；執(zhí)行讀出所述 隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值的第一讀??；如果根據(jù)讀出的所述電阻值檢測(cè)到所述隨機(jī)數(shù) 生成元件通過所述第一寫入而被設(shè)置為所述第一電阻值，則執(zhí)行向所述隨機(jī)數(shù)生成元件提 供所述自旋注入電流的第二寫入，其中該自旋注入電流提供1/2作為寫入概率，并將所述 隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值設(shè)置為低于所述預(yù)定閾值的第二電阻值；以及溫度控制器，被構(gòu)造為基于由所述第一讀取讀出的所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻 值，來獲得所述隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)的環(huán)境的環(huán)境溫度，并使得所述自旋注入 電流的大小跟隨所述環(huán)境溫度而變化，以使所述隨機(jī)數(shù)生成器執(zhí)行所述第二寫入。密碼處理器，被構(gòu)造為使用由所述隨機(jī)數(shù)生成器生成的所述隨機(jī)數(shù)作為偽隨機(jī)數(shù)，并 基于預(yù)定的加密方式而由所述偽隨機(jī)數(shù)來加密數(shù)據(jù)；以及存儲(chǔ)器，被構(gòu)造為具有用于存儲(chǔ)加密的所述數(shù)據(jù)的多個(gè)存儲(chǔ)元件。
9.一種隨機(jī)數(shù)生成裝置，包括隨機(jī)數(shù)發(fā)生裝置，具有多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件，所述多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件響應(yīng)于自旋注 入電流的供給，通過自旋注入現(xiàn)象而使磁化的反轉(zhuǎn)概率設(shè)置為1/2來生成隨機(jī)數(shù)，所述隨 機(jī)數(shù)發(fā)生裝置通過以下處理使所述隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)執(zhí)行向所述隨機(jī)數(shù)生 成元件提供所述自旋注入電流的第一寫入，其中該自旋注入電流提供1作為寫入概率，并 將所述隨機(jī)數(shù)生成元件的電阻值設(shè)置為高于預(yù)定閾值的第一電阻值；執(zhí)行讀出所述隨機(jī)數(shù) 生成元件的所述電阻值的第一讀取；如果根據(jù)讀出的所述電阻值檢測(cè)到所述隨機(jī)數(shù)生成元 件通過所述第一寫入而被設(shè)置為所述第一電阻值，則執(zhí)行向所述隨機(jī)數(shù)生成元件提供所述 自旋注入電流的第二寫入，其中該自旋注入電流提供1/2作為寫入概率，并將所述隨機(jī)數(shù) 生成元件的所述電阻值設(shè)置為低于所述預(yù)定閾值的第二電阻值；以及溫度控制裝置，用于基于由所述第一讀取讀出的所述隨機(jī)數(shù)生成元件的所述電阻值， 來獲得所述隨機(jī)數(shù)生成元件生成所述隨機(jī)數(shù)的環(huán)境的環(huán)境溫度，并使得所述自旋注入電流 的大小跟隨所述環(huán)境溫度而變化，以使所述隨機(jī)數(shù)發(fā)生裝置執(zhí)行所述第二寫入。
全文摘要
本發(fā)明提供了隨機(jī)數(shù)生成裝置、隨機(jī)數(shù)生成方法以及安全芯片，該隨機(jī)數(shù)生成裝置包括隨機(jī)數(shù)生成器，被構(gòu)造為具有多個(gè)隨機(jī)數(shù)生成元件，這些隨機(jī)數(shù)生成元件響應(yīng)于自旋注入電流的供給而生成隨機(jī)數(shù)；以及溫度控制器。
文檔編號(hào)G06F7/58GK102073476SQ201010549078
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者別所和宏, 大森廣之, 大石雄紀(jì), 山根一陽, 細(xì)見政功, 肥后豐, 鹿野博司 申請(qǐng)人:索尼公司