秘密を守る：暗号とセキュリティのための半導体

情報を守るための半導体の役割を説明する。暗号の計算を行う回路、秘密の鍵を守る専用の領域、乱数の発生、外から鍵を盗もうとする攻撃への備え、機器の正しさを確かめる起動の手順を扱う。

なぜ、半導体で守るのか

通信や決済、機器の認証など、情報を守る場面では、暗号が使われる。暗号は、秘密の鍵を使って、情報を読めない形に変える。鍵が漏れれば、暗号の意味がなくなる。

ソフトウェアだけで鍵を守ろうとすると、ソフトウェアの弱点を突かれて、鍵が盗まれるおそれがある。そこで、鍵の保管や暗号の計算を、専用の半導体の回路で行う方法がある。このページでは、その考え方を見ていく。

暗号の計算を行う回路

暗号の計算は、決まった手順を、何度も繰り返す。汎用のプロセッサーでも行えるが、専用の回路で行うほうが、速く、電力も少ない。通信を暗号化する機器や、記憶装置の中身を暗号化する機器では、暗号の計算を行う専用の回路が組み込まれていることが多い。

乱数を作る

暗号では、予測できない数（乱数）が必要になる。鍵を作るときなどである。乱数が予測できると、鍵も推測できてしまう。

コンピューターの計算は、決まった手順で動くので、本当に予測できない数を作るのは難しい。そこで、半導体の回路の中に、物理的な雑音（電気の揺らぎなど）を利用して、予測しにくい数を作る回路を入れることがある。

鍵を守る専用の領域

秘密の鍵は、チップの中の、専用の領域に保管される。この領域は、外から読み出せないようにする。鍵を使った計算は、チップの中で完結し、鍵そのものは、外に出さない。

このような、鍵の保管と暗号の計算を、一つの小さなチップにまとめた部品もある。決済のカードや、機器の認証などで使われる。

外から調べる攻撃への備え

攻撃する側は、鍵を直接読めなくても、別の手がかりから鍵を推測しようとする。たとえば、暗号の計算をしているときの、消費する電力や、出る電波の変化を、細かく測るやり方がある。また、チップを物理的に開いて、中を調べるやり方もある。

そのため、チップには、守りの工夫が組み込まれる。計算の電力の変化を目立たなくする、チップの表面に仕掛けをして、開けられると鍵を消す、などである。

機器の正しさを確かめる

機器を起動するとき、書き換えられていない正しいソフトウェアかを、確かめる手順がある。チップの中の、書き換えられない部分から確認を始めて、段階的に、次のソフトウェアが正しいかを確かめていく。この手順で、不正に書き換えられた機器の起動を防ぐ。

作る段階での注意

鍵を機器に書き込む作業は、チップの製造やテストの工程で行われることがある。この段階での情報の取り扱いも、守りの一部であり、管理された環境で行われる。

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