包括改进的物理不可克隆功能块的令牌的制作方法

专利名称：包括改进的物理不可克隆功能块的令牌的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括改进的物理不可克隆功能块的令牌(token)。本发明还涉及 一种包括所述令牌的集成电路、一种对所述令牌进行随机化的方法、以及一种用于对所述 令牌进行随机化的系统。本发明还涉及一种计算机程序产品，用于使得处理器执行对所述 令牌进行随机化的方法。
背景技术：
令牌是一种物理元件，其具有唯一特性，使得令牌能够用于标识和认证目的，并且 用于生成加密/解密密钥。这些令牌是本领域已知的，并且典型地包括包含唯一物理元件 的物理对象，其使得探测器件能够探测唯一物理元件，并且从该唯一物理元件获得通过探 测而产生的唯一响应。唯一物理元件一般指代为物理不可克隆功能块或物理随机功能块或 物理单向功能块。来自物理不可克隆功能块的这种唯一响应可以由探测器件用于生成特定 比特串，其可以指示令牌是可信的。或者，比特串可以用于例如对数据进行加密或者解密。 物理不可克隆功能块的很多不同示例是本领域已知的，例如包括随机分布并且当例如以激 光照射时生成唯一散射分布的散射元件的三维光学介质。物理不可克隆功能块也可以由电容器构成，电容器包括电介质，布置在电容器 的各电极之间，其中，电介质包括导电粒子的分布。这些物理不可克隆功能块例如从WO 2007/069190得知。因为电介质中的导电粒子的分布以及各个导电粒子的形状皆实质上是 随机的，所以从作为物理不可克隆功能块的电容器测量的电容也实质上是随机的。当使用 电容器所构成的物理不可克隆功能块时的好处在于，其使得物理不可克隆功能块能够相对 容易地嵌入芯片(例如在智能卡上)，并且用于例如安全交易中。这种已知的由电容器构成的物理不可克隆功能块的问题在于，电容变化的随机性 的带宽相对有限。

发明内容
本发明的目的在于提供一种令牌，其包括基于电容的物理不可克隆功能块，其中， 电容改变的随机性的带宽得以增加。本发明由独立权利要求所定义。从属权利要求定义了有利的实施例。在第一方面中，本发明涉及一种令牌，其包括物理不可克隆功能块，并且包括探测 装置，用于探测所述物理不可克隆功能块以响应于所述探测而获得唯一响应，所述物理不可克隆功能块包括电容器，其包括电介质，至少部分地被布置在所述 电容器的各电极之间，并且被配置为贡献所述电容器的电容值，所述电介质包括导电粒子， 其实质上随机分散在所述电介质中，所述导电粒子包括相变材料，其在第一结构状态与第 二结构状态之间可改变，所述第一结构状态具有第一导电性，所述第二结构状态具有第二 导电性，所述第二导电性不同于所述第一导电性。如前所述，令牌是一种物理元件，其具有唯一特性，使得令牌能够用于标识和认证目的，并且用于生成加密/解密密钥。令牌一般也指典型地充当电子密钥的安全令牌、硬 件令牌、认证令牌、加密令牌、以及软件令牌，并且可以例如附加或者替代密码而使用，以证 明某人就是他所号称的那个人。唯一特性可以例如是令牌中所集成的电容器的随机化电容 值。通过经由读出电路来扫描电容器，该唯一特性可以被捕获并且用于标识。令牌的示例 是例如银行卡、智能卡、或包括特定于器件、或特定于器件上的集成电路、或特定于电容器 读出电路的随机化物理参数的器件。相变材料是在触发时可以将其结构状态例如从结晶态改动到非晶态的一种材料。 相变材料被配置为在保持分散在电介质中的同时改动结构状态。为了改动结构状态，相变 材料可以例如被加热到使得相变材料熔化的阈值温度以上。典型地，熔化之后的冷却速率 确定相变材料的所得结构状态。冷却速率可以贯穿介电材料而强烈变化，并且典型地贯 穿介电材料随机变化，这使得在加热到阈值温度以上之后的相变材料的相态改变变得在电 介质内实质上是随机的。这种相变材料例如包括硫属化物材料，其也常用在可重写致密 盘(CD)和可重写数字视频盘(DVD)中。硫属化物材料包括例如Ge2Sb2I^5以及很多其它 GekIn1SbmTen组合，其中，k、l、m和η可以范围在0至100之间。根据本发明的令牌的效果在于复杂的附加元件得以添加到电容器所构成的物理 不可克隆功能块。归因于导电性的差异并且归因于导电性的这种差异的可变性，物理不可 克隆功能块的电容的随机性实质上得以增强。当将相变材料加热到大于阈值温度的温度 时，后续冷却速率主要通过包括相变材料的导电粒子的周围环境而得以确定。例如，电介质 中的第一导电粒子的位置包括第一导电粒子的周围环境，这可以例如增强第一导电粒子的 冷却速度，导致在已经通过加热以及冷却相态阶段之后，在所述第一导电粒子中的相变材 料呈现相对低导电性的非晶态。第二导电粒子具有不同的周围环境，从而例如，热能量可以 不易流动远离所述第二导电粒子，这产生降低的冷却速度，并且因而产生具有相对高导电 性的结晶态。由于各个导电粒子的周围环境几乎不可能被主动影响，因此变得实质上不可 预测包括相变材料的哪些导电粒子将从结晶态改变为非晶态，反之亦然。作为个体导电粒 子的结构状态的改变的结果，所述个体粒子的导电性改变，这改动了物理不可克隆功能块 的整个电容。在已知的基于电容器的物理不可克隆功能块中，电容仅基于电容器的各电极之间 的电介质中分散的导电粒子的分布的随机性。然而，已知物理不可克隆功能块的电介质中 的粒子的分布是固定的，并且因为电介质中的粒子的分布与芯片上的其它三维电容器的电 容分布有关，所以冰雪聪明的黑客可以发现芯片的电容分布，并且可以获取其中存储的数 据。在根据本发明的物理不可克隆功能块中，与已知物理不可克隆功能块相比，导电粒子的 分布实质上是随机的，但此外，各个导电粒子的导电特性可以被改动，并且各个导电粒子的 导电特性的这种改动可以是实质上随机地执行的。在已经将相变材料加热到阈值温度以上 之后，相变材料所返回的结构状态主要取决于各个导电粒子的局部周围环境，这使得相变 材料的改变实质上不可预测，实质上增加了物理不可克隆功能块的随机性，并且增强了物 理不可克隆功能块的安全性。此外，因为不同相态典型地也具有不同的导电特性，因此构成 物理不可克隆功能块的电容器的电容的变化范围增加。在所述令牌的实施例中，第一导电性与第二导电性之间的差异是至少一个量级、 和/或至少两个量级、和/或至少三个量级。当第一导电性大于第二导电性至少一个量级时，第一结构状态的导电性至少比第二结构状态的导电性好10倍(=IO1)。导电性的这种 改变相对有限，这需要良好的测量技术以及相对大的电容器来产生电容器的介电常数的显 著差异。当第一导电性大于第二导电性至少两个量级时，第一结构状态的导电性至少比第 二结构状态的导电性好100倍(=IO2)。至少两个量级的这种改变使得能够在获得电容器 的介电常数的显著改变的同时减少构成物理不可克隆功能块的电容器的尺寸。当第一导电 性大于第二导电性至少三个量级时，第一结构状态的导电性至少比第二结构状态的导电性 好1000倍(=IO3)。至少三个量级的这种改变在使得电容器的尺寸依然有限的同时增加 电容器的随机性和带宽。第一导电性与第二导电性之间的差异可以产生介电常数的整体改 变，从而确定电容器的电容值可以变化的范围，因而确定电容器的电容值中可以期待的随 机性的范围和带宽。电容器的随机定义的电容值的相对较大的带宽生成令牌中的电容值的 随机性的较大范围，因而得到更安全的令牌。在所述令牌的实施例中，所述相变材料在所述第一结构状态下构成导电材料，而 在所述第二结构状态下构成介电材料。从导电材料改变为介电材料(并且反之亦然)的相 变材料具有比前述三个量级更高的第一导电性与第二导电性之间的差异，因为介电材料实 质上表现为绝缘体。这种材料例如已知为可重写致密盘和DVD中所使用的硫属化物。第一 结构状态和第二结构状态下的相变材料的导电性的这种巨大差异使得能够在电容器可以 仍然集成在集成电路中的同时显著增加物理不可克隆功能块的随机性和带宽。其中第二结 构状态包括介电材料的实施例的另一效果在于电容器的介电常数改变。如果相变材料转变 到非导电状态(例如介电材料)，则相变材料将表现得类似绝缘体，强烈影响了电容器的介 电常数。在所述令牌的实施例中，第一结构状态是相变材料的结晶态，第二结构状态是相 变材料的非晶态。这种相变材料可以例如是硫属化物材料，其也常用在可重写致密盘(CD) 和可重写数字视频盘(DVD)中。硫族元素是周期表的16族中的化学元素。术语硫属化物更 一般地预备用于硫化物、硒化物、以及碲化物，例如Ge2Sb2I^5以及很多其它Ge1Jn1SbmTi5n组 合，其中，k、l、m和η可以范围在0至100之间。相变材料可以例如也包括％，并且备选地 包括％。此外，比如AghSbTe的材料也可以适于作为相变材料。此外，可以使用其它不太 常用的材料(例如 h%、SbSe, SbTe, InSbSe, InSbTe, GeSbSe, GeSbTeSe 和 AghS^eiTe)。在所述令牌的实施例中，导电粒子周围的电介质被配置为当从第一结构状态改 变为第二结构状态时，允许相变材料也改变相变材料的形状，并且/或者反之亦然。电介质 可以例如包括A1203、TiO2, SiO2, ZrO2, HfO2粒子，其将使得整个电介质在加热和冷却周期期 间根据电介质中出现的不同材料的热延展系数而伸展以及收缩。这样确定当电介质冷却时 的最终状态，其为“冻结”。在加热和冷却期间，粒子的某种重新布置方式和/或聚合可以产 生，改变整个介电性质。此外，在混合物中，将总是存在某些空间/颗粒边界，其允许相变材 料的重塑/重构。典型地，当从晶体相态到无定形相态改变并且/或者相反时，不仅相变材料的导 电性改变，而且还——如果可能——相变材料所构成的粒子的形状也改变。在电容器的各 电极之间传输的电场非常取决于电介质中分散的各个导电粒子的形状。例如，导电粒子的 相对尖锐的角典型地包括相对高的通量密度。每次导电粒子的形状改变时，电容器的寄生 电容值中的附加不确定性和/或随机性出现，这进一步增强了电容器所构成的物理不可克隆功能块的电容值的随机性。或者，电介质可以包括聚合体矩阵，其可以是可变形的，并且 其可以例如允许导电粒子在第一结构状态与第二结构状态之间改变它们的形状或者外形。在所述令牌的实施例中，保护层覆盖电容器的各电极，所述保护层包括电介质。这 种保护层可以例如包括可变形抗蚀层(resist layer)，具有分散在所述抗蚀层中的导电粒 子。这些导电粒子包括相变材料。所述保护层可以旋转涂覆在包括电容器的各电极的表面 上。在所述令牌的实施例中，也可以将保护介电层应用在各电极上，从而如果例如金属/相 变加载相对较大，则避免各电极之间的较大电接触。在所述令牌的实施例中，导电粒子的至少一部分和/或电介质的至少一部分还包 括吸收材料，被配置为吸收预定范围的电磁辐射，用于加热所述导电粒子。吸收材料可以增 强导电粒子和/或电介质的加热，以更容易地将包括相变材料的导电粒子加热到大于阈值 温度的温度，使得导电粒子中的相变材料熔化，并且随后，在冷却下来的同时，产生第一结 构状态和第二结构状态之一。所述吸收材料可以例如出现在所有导电粒子中，以在确保电 介质不被加热太多的同时增强导电粒子的局部加热。或者，吸收材料可以仅出现在可以例 如与没有吸收材料的导电粒子混合的导电粒子中的一部分中。两种不同导电粒子的这种混 合进一步增强了令牌的物理不可克隆功能块的随机性。甚至进而备选地，吸收材料可以出 现在电介质中。此外，通过凭借电磁辐射改变并且/或者控制基于电容器的物理不可克隆 功能块的辐射的功率和/或持续时间，另外的变化和不确定性被添加到基于电容器的物理 不可克隆功能块的电容，进一步改进了物理不可克隆功能块的随机性，并且因而改进了令 牌的安全性。在所述令牌的实施例中，导电粒子的至少一部分和/或电介质的至少一部分还包 括热提取材料，被配置为增强从导电粒子提取热量。热提取材料的存在可以局部改变电介 质中的各个导电粒子的冷却速率，这极大地改动了相变材料的最终状态。在所述令牌的实施例中，导电粒子包括大小分布，用于吸收预定范围的电磁辐射， 以加热导电粒子。包括相变材料的导电粒子的粒子大小分布导致电磁辐射吸收的变化。对 于宽阔的粒子大小分布，加热和冷却速率在照射、物理加热和高电流条件下将是不同的。此 外，小的粒子趋向于当熔化时聚合，这将增加随机性。在所述令牌的实施例中，令牌包括改动装置，用于改动电介质中的导电粒子的至 少一部分的结构状态，以改动电容器的电容值。这些改动装置可以包括例如加热引线，布置 在电介质附近，用于至少加热电介质的一部分，并且因而加热在电介质中分散的导电粒子 的一部分。这些改动装置也可以包括用于通过电容器强加相对高电流的装置，其产生电击 穿，这可以修改相变材料的结构状态，这样改变了整个电容。该改动装置可以看作安全规 则，其可以例如用作令牌的自毁元件。当令牌因例如大面积探测以发现令牌中的粒子分布 中的规律而被篡改时，令牌可以激活改动装置，以改动导电粒子的一部分中的相变材料的 一部分的结构状态，这产生了物理不可克隆功能块的不同电容值。当通过探测器件被探测 以验证其可信性时，令牌将感测不同的电容，并且故此将不再接受令牌作为可信的。当例 如物理不可克隆功能块是银行卡的一部分时，黑客可能尝试篡改电容来窃取其秘密及其代 码，从而滥用银行卡。电容值连同代码(例如银行账户号码)可以是使得主人能够存取他 /她的银行账户的唯一组合。只要令牌激活改动装置，令牌就改变其电容，这产生电容值与 银行账户号码之间的唯一组合的改变，并且因而销毁令牌的可信性，这使得银行卡对于黑客不可用。因而，可以防止滥用银行卡。在所述令牌的实施例中，改动装置包括局部加热装置，用于将导电粒子的至少一 部分的温度局部增加到阈值温度以上，以改动导电粒子的至少一部分的结构状态。这些局 部加热装置可以例如位于电容器以上或以下。或者，导电加热线路可以布置在电容器的梳 结构之间，或者导电加热线路可以包括多条线路，以例如经由从所述多条线路随机选取加 热线路在局部加热中创建随机改变。在所述令牌的实施例中，改动装置包括用于通过电容器施加相对高电流的改动装 置，用于至少部分地产生电击穿，以修改相变材料的结构状态的至少一部分。在所述令牌的实施例中，所述改动装置包括局部冷却装置，用于局部改变导电粒 子的冷却速率，以改动导电粒子的至少一部分的结构状态。局部冷却装置可以通过包括 Peltier元件而得以构成。或者，局部冷却装置(例如金属或介电粒子)可以添加到电介 质，其可以运作为主动导热的局部冷却装置。接近于这些粒子的相变材料将体验到比不接 近于这些热传导的相变材料更大的局部增强的冷却速率。在第二方面中，本发明涉及一种集成电路，其包括根据本发明的令牌。在第三方面中，本发明涉及一种对令牌进行随机化的方法，所述令牌包括物理不 可克隆功能块，其包括电容器，其包括至少部分地布置在所述电容器的各电极之间的电介 质，并且被配置为贡献所述电容器的电容值，所述电介质包括实质上随机地分散在电介质 中的导电粒子，所述导电粒子包括在第一结构状态与第二结构状态之间可改变的相变材 料，所述第一结构状态具有第一导电性，所述第二结构状态具有第二导电性，所述第二导电 性不同于所述第一导电性，所述方法包括步骤改动所述电介质中的导电粒子的至少一部 分的结构状态，以改动所述电容器的电容值。相变材料被配置为在保持分散在电介质中的 同时改动相变材料的结构状态。导电粒子的相态的改变使得该特定导电粒子的导电性改 变，并且也可以改变介电常数。此外，粒子是否从例如晶体相态改变为无定形相态取决于实 质上随机的导电粒子的直接周围环境。在所述方法的实施例中，改动导电粒子的至少一部分的结构状态的步骤包括步 骤将所述导电粒子的至少一部分加热到阈值温度以上，以及将所述导电粒子的至少一部分冷却下来到另一阈值温度以下，以生成所述第一结 构状态和/或所述第二结构状态。所述加热可以通过以下方式完成所有导电粒子吸收足够的热量，以加热到阈值 温度以上，或者仅一些(例如最小的导电粒子)加热到阈值温度以上。在已经加热之后， 冷却下来可以是强制冷却至另一阈值温度以下，或其中加热后的导电粒子主要改变为非晶 态的冷却阈值温度以下。冷却阈值温度可以相似于所述阈值温度，但典型地不同于用于加 热的所述阈值温度。冷却阈值温度是这样的温度在该温度以下，相变材料的状态将不再 改变。因为各个导电粒子的直接周围环境确定冷却速度，并且因而确定在冷却之后的各个 导电粒子的结构状态，所以几乎不可能确保温度超过阈值温度的所有导电粒子将到达非晶 态，进一步增加了电容器的电容的改变的随机性。导电粒子或导电粒子的特定部分可以例 如还包括特定吸收材料，其可以确保所述导电粒子更容易吸收例如可以通过将预定的电磁 辐射范围内的电磁辐射提供给电介质而施加的热量。因而，导电粒子的加热可以受影响，并且与较少吸收导电粒子混合的强烈吸收导电粒子的混合物可以用于进一步增强包括物理 不可克隆功能块的令牌的随机性。或者，导电粒子的加热可以通过使用具有特定范围的粒 子大小的导电粒子而受影响，这均需要在到达阈值温度之前特定量的加热，因此增强了令 牌的随机性。最后，此外，导电粒子的周围介质可以用于影响加热速率和冷却速率，故此，增 强了令牌的随机性。在所述方法的实施例中，加热导电粒子的至少一部分的步骤包括将电磁辐射的 密集束(condensed beam)施加到包括导电粒子的至少一部分的电介质的至少一部分。该 实施例的好处在于，用于发射电磁辐射的密集束的源容易地可用，并且允许加热电介质的 至少一部分相对成本有效的方式。此外，由于可以使得密集束的焦点相对小，因此使用例如 激光器使得能够局部施加电磁辐射的密集束。由于电介质的仅一部分受照射，并且由于可 能哪个部分受照射是不明显的，因此使用电磁辐射的密集束进一步增加了基于电容器的物 理不可克隆功能块中的电容值的随机性。在所述方法的实施例中，加热导电粒子的至少一部分的步骤包括将电磁辐射的 变化密集束施加到包括导电粒子的至少一部分的电介质的至少一部分。变化所施加的功率 或者变化电磁辐射的密集束施加到电介质的时间可以改动基于电容器的物理不可克隆功 能块的电介质从第一结构状态到第二结构状态的改变的速率，进而增强了随机性。在所述方法的实施例中，加热导电粒子的至少一部分的步骤包括施加电磁辐射 的多个密集束，所述多个密集束中的每一个照射包括导电粒子的至少一部分的电介质的对 应部分，所述多个密集束以多个密集束的随机化图案施加到电介质。此外，多个密集束以及 在随机化图案中密集束的施加皆增强了基于电容器的物理不可克隆功能块的电容值的随 机性。此外，多个密集束可以例如包括具有不同波长的电磁辐射。例如，导电粒子的一部分 可以包括吸收材料，吸收第一范围的电磁辐射，导电粒子的另一部分可以包括另一吸收材 料，吸收与第一范围的电磁辐射不同的第二范围的电磁辐射。通过施加其中密集束中的一 个或一些发射具有不同波长的电磁辐射的多个密集束，可以实现随机性的进一步增强。在所述方法的实施例中，加热导电粒子的至少一部分的步骤包括通过包括导电 粒子的至少一部分的电介质的至少一部分附近布置的加热引线施加加热电流。该实施例具 有的优点在于，加热引线可以相对容易地应用。当使用多个加热引线时，所述多个加热引 线之一或者选择这些加热引线可以实质上随机地选取，以增强物理不可克隆功能块的随机 性。在所述方法的实施例中，加热导电粒子的至少一部分的步骤包括通过加热引线 的网格施加加热电流。在该实施例中，可以实质上随机地选择用于施加加热电流的加热引 线的加热引线的网格中的所选加热引线。在所述方法的实施例中，加热导电粒子的至少一部分的步骤包括通过电容器施 加相对高电流，用于至少部分地产生电击穿，以修改相变材料的结构状态的至少一部分。相 对高电流的应用改变了相变材料的状态，这是可重写CD或DVD中使用的相变存储器SET和 RESET周期的基本原理。在所述方法的当前实施例中，电流将实质上仅在晶体相变材料粒子 触碰并且电容器各电极之间的其余介电材料小到产生电击穿的位置流动。电流路径周围的 相变材料将受加热，并且电容的随机化的改变将产生。在所述方法的实施例中，将导电粒子的至少一部分冷却下来的步骤包括施加强制冷却装置，用于增加包括导电粒子的至少一部分的电介质的至少一部分的冷却速度。强 制冷却下来可以使得加热后的导电粒子主要改变为例如无定形结构状态。然而，因为各个 导电粒子的直接周围环境确定冷却速度，并且因而确定冷却之后的各个导电粒子的结构状 态，所以几乎不可能确保温度超过阈值温度的所有导电粒子最后达到非晶态下，进一步增 加了电容器的电容的改变的随机性。同样，使用这种强制冷却可以改变可能电容值的总范 围内的可能电容值的范围，允许使用基于电容器的物理不可克隆功能块的全部范围的可能 电容值。将导热粒子分布在电介质中可以进一步增强导电粒子的至少一部分的强制冷却。 将这种导热粒子施加在实质上随机的分布中进一步增强了令牌的随机性。 在所述方法的实施例中，将导电粒子的至少一部分冷却下来的步骤包括在实质 上随机化图案中施加强制冷却装置，用于增强包括导电粒子的至少一部分的电介质的对应 部分的冷却。局部强制冷却装置可以例如包括Peltier元件，例如布置成Peltier元件的 图案，这允许导电粒子的强制冷却的局部施加。或者，电介质可以与连接到热沉的传导元件 热接触，以用于从与传导元件接触的电介质的对应部分提取热能量。传导元件可以布置在 可以是实质上随机的特定分布中，也经由导电粒子的至少一部分的冷却而增强了随机性。在第四方面中，本发明涉及一种对令牌进行随机化的系统，所述令牌包括物理不 可克隆功能块，其包括电容器，其包括至少部分地布置在所述电容器的各电极之间的电介 质，并且被配置为贡献所述电容器的电容值，所述电介质包括实质上随机地分散在电介质 中的导电粒子，所述导电粒子包括在第一结构状态与第二结构状态之间可改变的相变材 料，所述第一结构状态具有第一导电性，所述第二结构状态具有第二导电性，所述第二导电 性不同于所述第一导电性，所述系统包括随机化装置，用于改动所述电介质中的导电粒子 的至少一部分的结构状态，以改动所述电容器的电容值。在所述系统的实施例中，所述随机化装置包括加热装置，用于将导电粒子的至少 一部分加热到阈值温度以上，所述加热装置包括发射装置，用于将电磁辐射的密集束发射 到包括导电粒子的至少一部分的电介质的至少一部分。在所述系统的实施例中，所述随机化装置包括加热装置，用于将导电粒子的至少 一部分加热到阈值温度以上，所述加热装置包括发射装置，用于发射电磁辐射的多个密集 束，所述多个密集束中的每一个照射包括导电粒子的至少一部分的电介质的对应部分。所 述多个密集束可以包括发射具有与所述多个密集束中的其余密集束相比不同波长的电磁 辐射的密集束。在所述系统的实施例中，所述随机化装置包括加热装置，用于将导电粒子的至少 一部分加热到阈值温度以上，所述加热装置包括发射装置，用于发射电磁辐射的多个密集 束，所述多个密集束中的每一个发射包括导电粒子的至少一部分的电介质的对应部分，所 述发射装置被配置为以多个密集束的随机化图案施加多个密集束。通过在随机化图案中施 加多个密集束，基于电容器的物理不可克隆功能块的电容值进一步得以增强。所述多个密 集束可以包括发射具有与所述多个密集束中的其余密集束相比不同波长的电磁辐射的密 集束ο在所述系统的实施例中，所述随机化装置包括加热装置，用于将导电粒子的至少 一部分加热到阈值温度以上，所述加热装置包括加热引线，布置在包括导电粒子的至少一 部分的电介质的至少一部分附近。所述加热引线可以是令牌的一部分，其中，所述系统可以例如将功率提供给加热引线，以确保电介质的至少一部分受加热。 在所述系统的实施例中，所述随机化装置包括加热装置，用于将导电粒子的至少 一部分加热到阈值温度以上，所述加热装置包括加热引线的网格。在该实施例中，可以实质 上随机地选择用于施加加热电流的加热引线的加热引线的网格中的所选加热引线。在所述系统的实施例中，所述随机化装置还包括冷却装置，用于将导电粒子的加 热后的部分冷却到另一阈值温度以下，所述冷却装置包括Peltier元件，用于施加强制冷 却，以增加包括导电粒子的至少一部分的电介质的至少一部分的冷却速度。当使用Peltier 元件时的好处在于，冷却操作可以容易地受电控，并且可以甚至受控为实质上随机地变化。在所述系统的实施例中，所述随机化装置还包括冷却装置，用于将导电粒子的加 热后的部分冷却到阈值温度以下，所述冷却装置包括可选的Peltier元件的图案，用于施 加强制冷却。可选的Peltier元件的图案可以实质上随机地选取为电介质的对应部分的实 质上随机化的图案，以增加包括导电粒子的至少一部分的电介质的对应部分的冷却速度。在所述系统的实施例中，所述随机化装置还包括冷却装置，用于将导电粒子的加 热后的部分冷却到阈值温度以下，所述冷却装置包括热沉，用于施加强制冷却，以增加包括 冷却粒子的至少一部分的电介质的至少一部分的冷却速度。连同例如电介质中的导热粒子 的分布，导电粒子的至少一部分的强制冷却可以进一步得以增强。将这种导热粒子施加在 实质上随机的分布中进一步增强了令牌的随机性。在所述系统的实施例中，所述随机化装置还包括冷却装置，用于将导电粒子的加 热后的部分冷却到阈值温度以下，所述冷却装置包括与电介质的对应部分以及热沉热接触 的导电元件的图案，用于从电介质的对应部分提取热能量，以用于影响局部化强制冷却。在第五方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其包括用于使得处理器执行根 据本发明的方法的指令。本发明的这些和其它方面从以下所描述的实施例而变得清楚，并且参照以下所描 述的实施例来对其进行阐述。


在附图中图IA至图ID是根据本发明的物理不可克隆功能块的不同实施例，图2是根据本发明的令牌的简化表示，图3是包括根据本发明的令牌的集成电路的智能卡的平面图，以及图4A和图4B是根据本发明的用于对令牌进行随机化的系统的不同实施例的截面 图。标号列表10、12、14、16、18物理不可克隆功能块的实施例20、22 电容器20A、20C ； 22A、22C 电极30,32 电介质40,42 ；40A、40B、40C 导电粒子40A.40C第一结构状态
40B第二结构状态50吸收材料100根据本发明的令牌110探测装置120局部加热装置200集成电路300智能卡500,502根据本发明的用于对令牌进行随机化的系统510,511,512电磁辐射的密集束520加热引线525加热引线的网格530冷却装置/热沉535冷却装置/Peltier元件540用于发射密集束的装置550控制器Tth阈值温度Tfth另一阈值温度
具体实施例方式图IA至图ID是根据本发明的物理不可克隆功能块10、12、14、16的不同实施例。 物理不可克隆功能块10、12、14、16包括电容器20，其包括电介质30、32，电介质30、32至少 部分地布置在电容器20的电极20A、20C之间。电介质30、32对电容器20的电容值有贡献。 电介质30、32包括导电粒子40、42 ；40A、40B、40C，其实质上随机地分散在电介质30、32中。 导电粒子40、42 ；40A、40B、40C包括相变材料，其在第一结构状态40A、40C与第二结构状态 40B之间可改变，第一结构状态40A、40C具有第一导电性，第二结构状态40B具有第二导电 性，所述第二导电性不同于所述第一导电性。
根据本发明的令牌100(见图2)中的物理不可克隆功能块10、12、14、16的效果在 于，复杂的附加元件得以添加到电容器20所构成的物理不可克隆功能块10、12、14、16，这 增强了物理不可克隆功能块10、12、14、16的电容的随机性。当将相变材料加热到大于阈值 温度Tth的温度时，后续冷却速率强烈依赖于包括相变材料的导电粒子40、42 ；40A、40B、40C 的周围环境。由于各个导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的周围环境几乎不可能被主动地影 响，因此实质上不可预测导电粒子40、42 ；40A、40B、40C中哪个相变材料将从结晶态改变为 非晶态，反之亦然。作为各个导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的结构状态的改变的结果，所述 各个粒子的导电性改变，这改动了物理不可克隆功能块10、12、14、16的整体电容。在图IA 中，示出物理不可克隆功能块10的第一实施例，其中，两个导体20A、20C形成电容器20的 电极20A、20B。环绕这两个电极20A、20B的电介质30确定电容器20的电容值。在图IA的 示意性布置方式中，仅示出电极20A、20B的一部分，并且电容器可以由具有任何可能形状 (甚至具有特定三维形状)的电极20A、20B构成。电介质30贡献电容器的电容值。电介质 包括导电粒子40，导电粒子40包括相变材料。相变材料包括例如第一结构状态和第二结构状态，所述第一结构状态是相变材料的结晶态，所述第二结构状态是相变材料的非晶态。这 种相变材料可以例如是硫属化物材料，其也常用在可重写致密盘(CD)和可重写数字视频 盘(DVD)中。硫元素是周期表的16族中的化学元素。术语硫属化物更一般地预备用于硫 化物、硒化物、以及碲化物，例如Ge2Sb2Te5以 及很多其它GekIn1SbmTen组合，其中，k、l、m和 η可以范围在O至100之间。相变材料可以例如也包括Se，并且备选地包括Se。此外，比 如AgInSbTe的材料也可以适于作为相变材料。此外，可以使用其它不太常用的材料(例如 InSe、SbSe、SbTe、InSbSe、InSbTe、GeSbSe、GeSbTeSe，AgInSbSeTe)。在图 IA 中，虚线箭头 指示电容器20的电极20A、20B之间的可能路径。通过改动导电粒子40的导电特性，可以改 变电极20A、20B之间的可能路径，这改动了电容器20的电容值。图IB示出该情况，其中， 导电粒子40中的相变材料的一部分包括第一结构状态40A，导电粒子中的相变材料的一部 分包括第二结构状态40B。第一结构状态40A是例如具有相对高导电性的相变材料的结晶 态40A。第二结构状态40B是例如具有相对低导电性的相变材料的非晶态40B。各个导电 粒子40A、40B的冷却速率确定各个导电粒子40A、40B在已经加热到大于阈值温度Tth之后 在哪个结构状态下被冻结。该冷却速率是例如通过实质上随机的各个导电粒子40A、40B的 直接周围环境而确定的。故此，在已经加热到大于阈值温度Tth之后的各个导电粒子40A、 40B的结构状态的改变也是实质上随机的。图IC是物理不可克隆功能块14的实施例，其中，环绕导电粒子40B、40C的电介质 32被配置为当从第一结构状态改变为第二结构状态时，并且/或者从第二结构状态改变 为第一结构状态时，允许相变材料也改变相变材料的形状。电介质32可以例如包括A1203、 Ti02、Si02、Zr02、HfO2S子，其将使得电介质32在加热和冷却周期期间根据电介质32中出 现的不同材料的热延展系数而伸展以及收缩。所述加热和冷却周期不仅确定导电粒子40B、 40C的最终结构状态，而且还确定相变材料的具体形状，故此，确定当电介质32冷却时被冻 结的导电粒子40C的具体形状。在加热和冷却期间，粒子40B、40C的某种重新布置和/或聚 合可以产生，改变整个介电性质。此外，某些存在的空间/颗粒边界可以允许导电粒子40B、 40C中的相变材料的重塑和/或重构。在图IC中，以标号40B所指示的导电粒子40B被指 示为具有无定形结构状态，以标号40C所指示的导电粒子40C被指示为具有结晶结构状态。 如以虚线箭头所示的那样，电介质32中的导电粒子40C的结构和/或形状的改变使得两个 电极20A、20B之间的路径改变，这随后改变电容器20的电容值。例如，导电粒子40C的相 对尖锐的角典型地包括相对高的通量密度。每次导电粒子40B、40C的形状改变时，电容器 20的寄生电容值中的附加不确定性和/或随机性出现，这进一步增强了电容器20所构成的 物理不可克隆功能块14的电容值的随机性。电介质可以备选地包括聚合体矩阵32，其可以是可变形的，并且其可以例如允许 导电粒子40B、40C在第一结构状态与第二结构状态之间改变它们的形状或者外形。图ID是物理不可克隆功能块16的实施例，其中，电介质30包括吸收材料50 (未 示出)，并且/或者其中，导电粒子的至少一部分包括吸收材料50。吸收材料50可以混合 在构成导电粒子42的材料中，并且/或者吸收材料50可以应用作为在导电粒子42的外表 面处的层。吸收材料50被配置为吸收预定范围的电磁辐射，以用于加热导电粒子42。吸收 材料50可以用于局部增强导电粒子42和/或电介质30的加热，以更容易地将包括相变材 料的导电粒子42加热到大于阈值温度Tth的温度，使得导电粒子42中的相变材料熔化，并且随后，在冷却下来的同时，产生第一结构状态和第二结构状态之一。图ID的实施例包括 不含吸收材料50的第一类型的导电粒子40以及确实含有吸收材料50的第二类型的导电 粒子42。通过将第一类型的导电粒子40与第二类型的导电粒子42混合，这两种不同导电 粒子的混合物进一步增强了令牌的物理不可克隆功能块16中的随机性。 或者，电介质30可以还包括热提取材料(未示出)，被配置为增强从导电粒子 40,42的热量的提取。热提取材料的存在性可以局部改变电介质30中的各个导电粒子40、 42的冷却速率，这极大地改动了相变材料的最终状态。在图ID的实施例中，导电粒子40、42还包括大小分布。导电粒子40、42的这种大 小分布还产生电磁辐射的预定吸收范围，用于加热导电粒子40、42。包括相变材料的导电粒 子40、42的粒子大小分布在各个导电粒子40、42的电磁辐射吸收中产生变化。例如，当将 预定量的热量施加到电介质30时，具有例如最大尺寸的粒子可能未吸收足够的加热能量 来实现阈值温度Tth。因此，对于特定粒子大小分布，加热和冷却速率将根据各个导电粒子 40,42的粒子大小以及周围导电粒子40、42的粒子大小而不同。增强大小分布的随机性的 另一效果在于，当熔化时，相对小的导电粒子40、42势必聚合，这将增加随机性。图2是根据本发明的令牌100的简化表示。令牌100包括根据本发明的物理不可 克隆功能块18，其包括具有两个电极22A、22C的电容器22，二者均具有彼此相对而布置的 类似梳状的结构。这种类似梳状的结构增强了两个电极22A、22C之间的交互表面，这提高 了电容器22的电容值。电介质30可以应用在间隔开的两个电极22A、22C上。电介质30 的一部分将位于电极22A、22C之间，以确定电容器22的电容值。令牌100还包括探测装置 110，其为接触盘(contact pad)，可以由感测器件用于感测构成物理不可克隆功能块18的 电容器22的电容值。在图2所示的令牌100的实施例中，令牌100包括改动装置120，用于改动电介质 40中的导电粒子40的至少一部分的结构状态，以改动电容器22的电容值。图2所示的改 动装置120包括加热引线120，布置在电介质30附近，用于至少加热电介质30的一部分。 从而，电介质30中分散的导电粒子40的一部分将被加热到例如阈值温度Tth以上，这使得 加热后的导电粒子40能够根据电介质30中的局部冷却速率改动其结构状态。或者，导电加热线路120可以布置在电容器22的梳结构22A、22C之间，或者导电 加热线路可以包括多条线路(未示出)，以例如经由从所述多条线路随机选取加热线路在 局部加热中创建随机改变。进而或者，改动装置120可以包括用于通过电容器22强加相对 高电流的装置(未示出)，其可以产生部分电击穿，这可以修改相变材料的结构状态，这改 变电容器22的整个电容值。甚至进而或者，改动装置120可以包括局部冷却装置，用于局 部改变导电粒子的冷却速率，以改动导电粒子的至少一部分的结构状态。改动装置120可以用于安全规则，其可以例如用作令牌100的自毁元件。当令牌 100因例如大范围探测以发现令牌100中的粒子分布中的规律而被篡改时，令牌100可以激 活改动装置120，以改动导电粒子40的一部分中的相变材料的一部分的结构状态，这产生 了物理不可克隆功能块18的不同电容值。当令牌100通过探测器件被探测以验证其可信 性时，将感测不同的电容，并且故此将不再接受令牌100作为可信的。当例如物理不可克隆 功能块100是银行卡300 (见图3)的一部分时，黑客可能尝试篡改电容22来窃取其秘密及 其代码，从而滥用银行卡300。电容值连同代码(例如银行账户号码)可以是使得主人能够存取他/她的银行账户的唯一组合。只要令牌100激活改动装置120，令牌100就改变其物 理不可克隆功能块18的电容值，这产生电容值与银行账户号码之间的唯一组合的改变，并 且因而破坏令牌100的可信性，这使得银行卡300对于黑客不可用。因而，可以防止滥用银 行卡300。图3是包括集成电路200的智能卡300或银行卡300的平面图，其包括根据本发 明的令牌100。图4A和图4B是根据本发明的用于对令牌100进行随机化的系统500、502的不同 实施例的截面图。用于对令牌100进行随机化的系统500、502包括随机化装置520、525、 530、535、540，用于改动电介质30,32中的导电粒子40、42 ；40A、40B、40C(见图IA至图1D) 的至少一部分的结构状态，以改动电容器20、22的电容值。随机化装置520、525、530、535、 540可以包括加热装置520、525、540，用于(可能有选择地经由吸收材料50——见图1D)将 导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的局部温度增加到阈值温度Tth以上，或者可以包括冷却装置 530、535，用于将加热后的导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的局部温度冷却到另一阈值温度 Tfth以下。所述另一阈值温度Tfth可以等于阈值温度Tth，但典型地是不同的。系统500、502 可以还包括控制器550，用于控制令牌100的随机化。控制器550可以驱动加热装置520、 523,540和/或冷却装置530,535o在图4Α中，加热装置540包括装置540，用于将电磁辐射的密集束510、511、512发 射到包括导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的至少一部分的电介质30、32的至少一部分。加 热装置540可以包括激光器或激光二极管，或者可以包括生成电磁辐射的密集束的另一光 源。在图4A的实施例中，激光器540发射电磁辐射的多个密集束510、511、512，多个密集 束510、511、512中的每一个照射包括导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的至少一部分的电介质 30,32的不同部分。多个密集束510、511、512可以包括发射具有与多个密集束中的其余密 集束510、511、512相比不同波长的电磁辐射的密集束。多个密集束510、511、512可以应用 在多个密集束510、511、512的随机化图案中，进一步增强了令牌100中的物理不可克隆功 能块10、12、14、16、18的随机性。图4A所示的冷却装置530包括热沉530，用于施加强制冷却，以增加包括导电粒 子40、42 ；40A、40B、40C的至少一部分的电介质30、32的至少一部分的冷却速度。可以施 加冷却流体(未示出)的另外的流，以进一步增强热沉530的强制冷却。可以经由控制器 550所控制的风扇(未示出)来生成冷却流体的所述另外的流。连同例如电介质30、32中 的导热粒子的分布，导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的至少一部分的强制冷却可以进一步得 以增强。将这种导热粒子应用在实质上随机的分布中进一步增强了令牌100的随机性。热 沉530可以还包括导电元件的图案(未示出)，其形成电介质30、32的对应部分与热沉530 之间的导热路径，用于主要从电介质30、32的对应部分提取热能量，以用于影响局部化强 制冷却。 在图4B中，包括加热引线520的加热装置布置在包括导电粒子40、42 ；40A、40B、 40C的至少一部分的电介质30、32的至少一部分附近。加热引线120、520可以是令牌 100 (图2所示)的一部分，其中，系统500可以例如被配置为经由接触盘110 (见图2)接触 加热引线120、520，以将功率提供给加热引线120、520，从而确保电介质30、32的至少一部 分得以加热。随机化装置540可以通过提供加热引线520的网格525而包括加热装置520、525。在该实施例中，可以实质上随机地选择用于施加加热电流的加热引线520的网格525 中的所选加热引线520。图4B所示的冷 却装置535还包括这样的冷却装置，其包括Peltier元件535，用 于施加强制冷却，以增加包括导电粒子40、42 ；40A、40B、40C的至少一部分的电介质30、32 的至少一部分的冷却速度。当使用Peltier元件时的好处在于，冷却操作可以容易地受控 制器550电控，并且可以甚至受控为实质上随机地变化。冷却装置535可以包括可选的 Peltier元件的图案(未单独示出)，用于施加强制冷却。可选的Peltier元件的图案535 可以实质上随机地选取为电介质30、32的对应部分的实质上随机化图案，以增加包括导电 粒子40、42 ；40A、40B、40C的至少一部分的电介质30、32的对应部分的冷却速度。应该注意到，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域的技术人员能够在不 脱离所附权利要求的范围的情况下设计出许多替代的实施例。不同/若干物理不可克隆功 能块的不同元件可以在令牌中组合在一起，其中，例如，每一不同物理不可克隆功能块可以 不同地/随机地对随机化步骤起作用，这进一步增强了令牌的随机性。在权利要求中，任何 置于括号之间的标号不应被解释为对该权利要求进行限制。使用动词“包括”及其变体形 式并不排除除了权利要求中陈述的元件之外的元件或步骤的存在性。在元件之前的数量词 “一个”并不排除多个这样的元件的存在性。本发明可以通过包括一些独特元件的硬件以及 通过合适地编程的计算机来实现。在列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几 个可以由一个以及相同的硬件项目来实施。在相互不同的从属权利要求中陈述特定措施的 事实并非表示这些措施的组合不能被有利地使用。附图中相似或对应特征由相同标号或标 记指示。
权利要求
1.一种令牌(100)，其包括物理不可克隆功能块(10、12、14、16、18)，并且包括探测装 置(110)，用于探测物理不可克隆功能块(10、12、14、16、18)，以响应于所述探测而获得唯 一响应，所述物理不可克隆功能块(10、12、14、16、18)包括电容器Οθ、22)，电容器包括电介质 (30、32)，所述电介质(30、32)至少部分地被布置在所述电容器Οθ、22)的电极Q0A、20C ； 22A、22C)之间，并且被配置为贡献所述电容器O0、22)的电容值，所述电介质(30、32)包括导电粒子00、42 ;40A、40B、40C)，所述导电粒子00、42 ； 40A、40B、40C)实质上随机分散在所述电介质(30、32)中，所述导电粒子00、42 ；40A、40B、 40C)包括相变材料，可在第一结构状态(40A，40C)与第二结构状态(40B)之间改变，所述第 一结构状态(40A，40C)具有第一导电性，所述第二结构状态(40B)具有第二导电性，所述第 二导电性不同于所述第一导电性。
2.如权利要求1中所述的令牌(100)，其中，所述第一导电性与所述第二导电性之间的 差异是至少一个量级、和/或至少两个量级、和/或至少三个量级，并且/或者其中，所述第 一结构状态(40A，40C)的相变材料构成导电材料，所述第二结构状态GOB)的相变材料构 成介电材料。
3.如权利要求1或2中所述的令牌(100)，其中，所述第一结构状态(40A、40C)是所述 相变材料G0、42 ；40A.40B.40C)的结晶态0OA、4OC)，并且其中，所述第二结构状态(40B) 是所述相变材料(40,42 ；40A、40B、40C)的非晶态(40B)。
4.如权利要求1、2或3中所述的令牌(100)，其中，围绕所述导电粒子G0、42;40A、 40B、40C)的电介质(30、32)被配置为当从所述第一结构状态(40C)改变为所述第二结构 状态(40B)时，并且/或者从所述第二结构状态(40B)改变为所述第一结构状态(40C)时， 允许所述相变材料(40、4幻改变所述相变材料(40C)的形状。
5.如权利要求1、2、3或4中所述的令牌(100)，其中，所述导电粒子(40,42；40A、40B、 40C)的至少一部分和/或所述电介质(30、3幻的至少一部分还包括吸收材料(50)，被配置 为吸收预定范围的电磁辐射，以用于加热所述导电粒子G0、42 ;4(^、4( 、400，并且/或 者其中，所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的至少一部分和/或所述电介质(30、32) 的至少一部分还包括热提取材料(50)，被配置为增强从所述导电粒子00、42 ；40A、40B、 40C)的热提取，并且/或者其中，所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)包括大小分布，用于吸收预定范围的电磁 辐射，以用于加热所述导电粒子^)、42 ；40A、40B、40C)。
6.如任何前述权利要求中所述的令牌(100)，其中，所述令牌(100)包括改动装置 (120)，用于改动所述电介质(30、32)中的导电粒子00、42)的至少一部分的结构状态，从 而改动所述电容器00、22)的电容值。
7.如权利要求6中所述的令牌(100)，其中，所述改动装置(120)包括局部加热装置(120)，用于将所述导电粒子00、42 ；40A、40B、40C)的至少一部分的温 度局部增加到阈值温度(Tth)以上，以用于改动所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所 述至少一部分的结构状态，以及/或者用于通过所述电容器(20、22)施加相对高电流的装置，以用于至少部分地产生电击穿，用于修改所述相变材料的结构状态的至少一部分，以及/或者局部冷却装置，用于局部改变所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的冷却速率，以用 于改动所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一部分的结构状态。
8.一种集成电路O00)，包括根据权利要求1至7中任一项的令牌(100)。
9.一种对令牌(100)进行随机化的方法，所述令牌(100)包括物理不可克隆功能块 (10、12、14、16、18)，物理不可克隆功能块包括电容器00、22)，所述电容器Q0、22)包括电 介质(30、32)，所述电介质(30、32)至少部分地布置在所述电容Οθ、22)的电极(20A、20C ； 22A、22C)之间，并且被配置为贡献所述电容器O0、22)的电容值，所述电介质(30、32)包 括导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)，所述导电粒子00、42 ;40A、40B、40C)实质上随机地分 散在所述电介质(30,32)中，所述导电粒子(40,42 ；40A、40B、40C)包括相变材料(40,42 ； 40A、40B、40C)，可在第一结构状态(40A、40C)与第二结构状态(40B)之间改变，所述第一结 构状态(40A、40C)具有第一导电性，所述第二结构状态(40B)具有第二导电性，所述第二导 电性不同于所述第一导电性，所述方法包括步骤改动所述电介质(30、32)中的导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的 至少一部分的结构状态，以改动所述电容器O0、22)的电容值。
10.根据权利要求9的随机化的方法，其中，改动所述导电粒子00、42；40A、40B、40C) 的所述至少一部分的结构状态的步骤包括步骤将所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一部分加热到阈值温度(Tth)以 上，以及将所述导电粒子G0、42 ；40A.40B.40C)的所述至少一部分冷却到另一阈值温度 (Tfth)以下，以生成所述第一结构状态(40A、40C)和/或所述第二结构状态GOB)。
11.根据权利要求10所述的随机化的方法，其中，加热所述导电粒子00、42；40A、40B、 40C)的所述至少一部分的步骤包括将电磁辐射的密集束(510)施加到包括所述导电粒子00、42 ；40A、40B、40C)的所述至 少一部分的至少一部分电介质(30、32)，以及/或者将电磁辐射的变化密集束(510)施加到包括所述导电粒子00、42 ；40A、40B、40C)的所 述至少一部分的至少一部分电介质(30、32)，以及/或者施加电磁辐射的多个密集束(510、511、512)，所述多个密集束(510、511、512)中的每 一个照射包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一部分的对应部分电介质 (30、32)，以及/或者施加电磁辐射的多个密集束(510、511、512)，所述多个密集束(510、511、512)中的每 一个照射包括所述导电粒子G0、42 ；40A.40B.40C)的所述至少一部分的对应部分电介质 (30、32)，所述多个密集束(510、511、512)以所述多个密集束(510、511、512)的随机化图案 而施加到所述电介质(30、3幻，以及/或者通过布置在包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一部分的至少一部 分电介质(30,32)附近的加热引线(520)施加加热电流(H1)，以及/或者通过加热引线(520)的网格(525)施加加热电流(Ih)，通过加热引线(520)的网格(525)施加加热电流( )，加热引线(520)的网格(525) 中的所选加热引线(520)用于施加实质上随机选择的加热电流，以及/或者通过所述电容器(20、22)施加相对高电流，以用于至少部分地产生电击穿，用于修改 所述相变材料的结构状态的至少一部分。
12.根据权利要求10或11所述的随机化的方法，其中，将所述导电粒子00、42；40A、 40B、40C)的至少一部分冷却的步骤包括施加强制冷却装置(530、535)，用于提高包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的 所述至少一部分的所述至少一部分电介质(30、32)的冷却速度，以及/或者以实质上随机化图案来施加强制冷却装置(530、535)，用于增强冷却包括所述导电粒 子00、42 ；40A、40B、40C)的所述至少一部分的所述对应部分电介质(30、32)。
13.一种对令牌(100)进行随机化的系统(500、502)，所述令牌(100)包括物理不可克 隆功能块(10、12、14、16、18)，物理不可克隆功能块包括电容器(20、22)，所述电容器Q0、 22)包括电介质(30、32)，所述电介质(30、3 至少部分地布置在所述电容器(20、2 的电 极Q0A、20C ；22A、22C)之间，并且被配置为贡献所述电容器(20、2幻的电容值，所述电介质 (30,32)包括导电粒子(40,42 ；40A、40B、40C)，所述导电粒子(40,42 ；40A、40B、40C)实质 上随机地分散在所述电介质(30、32)中，所述导电粒子00、42 ；40A、40B、40C)包括相变材 料00、42 ;4(^、4( 、400，可在第一结构状态(40A、40C)与第二结构状态(40B)之间改变， 所述第一结构状态(40A、40C)具有第一导电性，所述第二结构状态(40B)具有第二导电性， 所述第二导电性不同于所述第一导电性，所述系统(500、50幻包括随机化装置(520、525、530、535、540)，用于改动所述电介质 (30,32)中的导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的至少一部分的结构状态，以改动所述电容 器00、22)的电容值。
14.根据权利要求13的用于随机化的系统(500、502)，其中，所述随机化装置(520、 525、530、535、540)包括加热装置(520、525、540)，用于将所述导电粒子(40、42 ;40A、40B、 40C)的所述至少一部分加热到阈值温度(Tth)以上，所述加热装置(520、525540)包括发射装置(540)，用于将电磁辐射的密集束(510)发射到包括所述导电粒子00、42; 40A、40B、40C)的所述至少一部分的至少一部分电介质(30、32)，以及/或者发射装置(540)，用于发射电磁辐射的多个密集束(510、511、512)，所述多个密集束 (510,511,512)中的每一个照射包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一部 分的对应部分电介质(30、3幻，以及/或者发射装置(540)，用于发射电磁辐射的多个密集束(510、511、512)，所述多个密集束 (510,511,512)中的每一个照射包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一 部分的对应部分电介质(30、32)，所述发射装置(MO)被配置为以所述多个密集束(510、 511、512)的随机化图案施加所述多个密集束(510、511、512)，以及/或者加热引线(520)，布置在包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、40C)的所述至少一部分 的至少一部分电介质(30、32)附近，以及/或者加热引线(520)的网格(525)，以及/或者加热引线(520)的网格(525)，加热引线的网格(525)中的所选加热引线(520)用于施 加实质上随机选择的加热电流(Ith)。
15.根据权利要求14的用于随机化的系统(500、502)，其中，所述随机化装置(520、 525、530、535、540)还包括冷却装置(530、535)，用于将所述导电粒子(40,42 ；40A、40B、40C)的加热后的部分冷却到另一阈值温度(Tfth)以下，所述冷却装置(530、535)包括Peltier元件(535)，用于施加强制冷却，以增加包括所述导电粒子^)、42 ;40A、40B、 40C)的所述至少一部分的所述至少一部分电介质(30、32)的冷却速度，以及/或者 可选的Peltier元件的图案(535)，用于施加强制冷却，以及/或者 可选的Peltier元件的图案(535)，实质上随机选择为将强制冷却施加到所述电介 质(30、32)的对应部分的实质上随机化图案，以增加包括所述导电粒子G0、42 ;40A、40B、 40C)的所述至少一部分的所述对应部分电介质(30、32)的冷却速度，以及/或者热沉(530)，用于施加强制冷却，以增加包括所述冷却粒子00、42 ；40A、40B、40C)的所 述至少一部分的所述至少一部分电介质(30、32)的冷却速度，以及/或者导电元件的图案，与所述电介质(30、3幻的对应部分以及热沉(530)热接触，用于从所 述对应部分电介质(30、3幻提取热能量，以影响局部强制冷却。
全文摘要
本发明涉及令牌(100)、包括令牌的集成电路(200)、对令牌进行随机化的方法、用于对令牌进行随机化的系统(500、502)。令牌包括物理不可克隆功能块(10、12、14、16、18)，并且包括用于探测物理不可克隆功能块的探测装置(110)。物理不可克隆功能块包括电容器(20、22)，包括电介质(30、32)，至少部分地布置在电容器的电极(20A、20C；22A、22C)之间。电介质被配置为贡献电容器的电容值，包括实质上随机分散在电介质中的导电粒子(40、42；40A、40B、40C)。导电粒子包括相变材料，在第一结构状态(40A、40C)与第二结构状态(40B)之间可改变，第一结构状态(40A、40C)具有第一导电性，第二结构状态(40B)具有第二导电性，第二导电性不同于第一导电性。
文档编号H04L9/08GK102104480SQ201010597819
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月17日
发明者吉内什·库查普拉克尔, 威廉·贝斯令 申请人:Nxp股份有限公司