DE102015121626B4 - Chaotic circle with changeable dynamic states as a safe information store - Google Patents

Chaotic circle with changeable dynamic states as a safe information store Download PDF

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Abstract

Speichervorrichtung, die mindestens ein elektronisches Bauteil umfasst, das einen chaotischen Kreis realisiert, wobei der chaotische Kreis durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises in mindestens eines aus einer Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist, die die in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen repräsentieren, wobei das Ändern der Abhängigkeit als eine oder mehrere punktuelle Änderungen oder als eine oder mehrere Kleinbereichsänderungen der von der mindestens einen Systemvariablen abhängigen mindestens einen Eigenschaft definiert ist.A storage device comprising at least one electronic component that realizes a chaotic circle, wherein the chaotic circle can be converted into at least one of a plurality of chaotic systems by changing a dependency of at least one property of the at least one electronic component on at least one system variable of the chaotic circle represent the information stored in the storage device, the change in dependency being defined as one or more point changes or as one or more small area changes of the at least one property dependent on the at least one system variable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine sichere Speichervorrichtung und ein Verfahren zum Bereitstellen eines sicheren Informationsspeichers. Ferner kann die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung mit einem chaotischen Kreis mit veränderbaren dynamischen Zuständen betreffen, die als sicherer Informationsspeicher verwendet werden kann.The present invention relates to a secure storage device and a method for providing a secure information store. Furthermore, the present invention can relate to a device with a chaotic circle with changeable dynamic states, which can be used as a secure information store.

Tragbare elektronische Vorrichtungen, beispielsweise Smartcards, Smartphones oder Tablets, finden in vielen Bereichen eine breite Anwendung. Oft sind diese Bereiche sicherheitsrelevant, beispielsweise Electronic Banking oder sichere Kommunikation, und erfordern einen sensiblen Umgang mit Daten, welche häufig in einem Speicherbereich der elektronischen Vorrichtung abgelegt und mittels eines als sicher anerkannten Sicherungsmechanismus, beispielsweise eines Verschlüsselungsverfahrens, vor unbefugtem Zugriff geschützt sind.Portable electronic devices, for example smart cards, smartphones or tablets, are widely used in many areas. These areas are often security-relevant, for example electronic banking or secure communication, and require sensitive handling of data, which are often stored in a memory area of the electronic device and are protected against unauthorized access by means of a security mechanism which is recognized as secure, for example an encryption method.

Da der Sicherungsmechanismus jedoch unabhängig von dem Speicherbereich und dem zum Einsatz kommenden Speichermechanismus ist, lassen sich die verschlüsselten Daten auslesen und sind dann nur durch die Verschlüsselung abgesichert. Da zudem zur Ver- und Entschlüsselung oder Authentisierung benötigte Schlüssel oft in demselben Speicherbereich oder einem weiteren Speicher der elektronischen Vorrichtung gespeichert sein müssen, sind diese selbst lohnende Angriffsziele. Sollten die Schlüssel aus dem Speicher extrahiert werden können, ist der Sicherungsmechanismus gebrochen.However, since the security mechanism is independent of the storage area and the storage mechanism used, the encrypted data can be read out and is then only secured by encryption. In addition, since keys required for encryption and decryption or authentication often have to be stored in the same memory area or in a further memory of the electronic device, they are themselves worthwhile targets of attack. If the keys can be extracted from the memory, the security mechanism is broken.

Derartige Angriffe können insbesondere dann erfolgreich durchgeführt werden, wenn die elektronische Vorrichtung direkt, beispielsweise in einem Labor, untersucht werden kann, sodass ein physischer Zugriff auf den Speicher der elektronischen Vorrichtung möglich ist.Such attacks can be carried out successfully, in particular, if the electronic device can be examined directly, for example in a laboratory, so that physical access to the memory of the electronic device is possible.

Da der Inhalt des Speichers nicht weiter geschützt ist, können sowohl die verschlüsselten oder unverschlüsselten Daten als auch der gesamte Speicher der elektronischen Vorrichtung beliebig oft reproduziert oder geklont werden. Derart geklonte Speicher können in einer modifizierten elektronischen Vorrichtung eingesetzt werden und so das Vorliegen eines Originals, beispielsweise zur Authentisierung oder bei einer Replay-Attacke, vortäuschen. Since the content of the memory is no longer protected, both the encrypted or unencrypted data and the entire memory of the electronic device can be reproduced or cloned as often as desired. Memory cloned in this way can be used in a modified electronic device and thus simulate the presence of an original, for example for authentication or in the event of a replay attack.

Um das Auslesen der Inhalte von Speichervorrichtungen zu erschweren, können Speichervorrichtungen durch passive oder aktive physische Barrieren, beispielsweise durch Temperatursensoren oder mittels Shielding, vor unberechtigten Zugriffen geschützt sein. Jedoch können auch solche Sicherungsmechanismen durch dedizierte Angriffe umgangen und letztendlich gebrochen werden. Auch können Angreifer mit ausreichend Zeit für eine Untersuchung der elektronischen Vorrichtung, beispielsweise nach einem Diebstahl, Sicherungsmechanismen durch Modellbildung oder mathematische Charakterisierung umgehen.In order to make it more difficult to read out the contents of storage devices, storage devices can be protected against unauthorized access by passive or active physical barriers, for example by temperature sensors or by means of shielding. However, such security mechanisms can be bypassed by dedicated attacks and ultimately broken. Attackers can also deal with sufficient time for an investigation of the electronic device, for example after theft, to secure mechanisms by means of modeling or mathematical characterization.

DE 10 2014 115 736 A1 offenbart ein Verfahren zum Auslesen einer Speichervorrichtung mit einer Vielzahl chaotischer Systeme, welche derart miteinander gekoppelt sind, dass die Speichervorrichtung ein hyperchaotisches Verhalten aufweist. DE 10 2014 115 736 A1 discloses a method for reading out a storage device with a plurality of chaotic systems which are coupled to one another in such a way that the storage device exhibits hyperchaotic behavior.

J.C. Sprott: „Simple chaotic systems and circuits“, American Journal of Physics, 68(8), 2000 , offenbart chaotische Kreise mit chaotischen Eigenschaften. JC Sprott: "Simple chaotic systems and circuits", American Journal of Physics, 68 (8), 2000 , reveals chaotic circles with chaotic properties.

Chaotische Systeme, welche auf deterministischen Gleichungen beruhen, jedoch eine nicht vorhersagbare zeitliche Entwicklung aufweisen, sind aus Wikipedia: „Chaos Theory“, 2015 , bekannt.Chaotic systems that are based on deterministic equations, but have an unpredictable temporal development, are from Wikipedia: "Chaos Theory", 2015 , known.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speichervorrichtung anzugeben, die oder deren Speichermechanismus selbst die Informationen schützt. Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Speichervorrichtung anzugeben, welche selbst bei einem zeitweisen physischen Zugriff nicht vollständig auslesbar ist und weder geklont noch modelliert werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a storage device which or its storage mechanism itself protects the information. In particular, the object of the present invention is to specify a storage device which, even with occasional physical access, cannot be read completely and can neither be cloned nor modeled.

Die Erfindung, welche die vorgenannten Aufgaben löst, ist durch eine Speichervorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs und durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.The invention, which solves the aforementioned objects, is specified by a storage device with the features of the main claim and by a method according to the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Speichervorrichtung angegeben, die mindestens ein elektronisches Bauteil umfasst, das einen chaotischen Kreis realisiert, wobei der chaotische Kreis durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises in eine Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist, welche die in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen repräsentieren.According to an advantageous embodiment, a storage device is specified which comprises at least one electronic component which realizes a chaotic circle, the chaotic circle by changing a dependency of at least one property of the at least one electronic component on at least one system variable of the chaotic circle can be converted into a multiplicity of chaotic systems which represent the information stored in the storage device.

Ein „chaotisches System“ im Kontext dieser Erfindung ist ein in einen definierten Zustand versetzter chaotischer Kreis. Das chaotische System weist eine chaotische Dynamik (ein chaotisches Verhalten bezogen auf seine Systemvariablen) auf. Das chaotische System kann durch Messung von physikalischen Zustandsgrößen, beispielsweise der Systemvariablen, des chaotischen Systems oder des chaotischen Kreises im jeweiligen Zustand, charakterisiert werden, wodurch eine entsprechende Information durch das chaotische System repräsentiert wird. Der Aufbau und die Konfiguration von chaotischen Systemen sind in S. H. Strogatz: „Nonlinear Dynamics and Chaos“, Westview Press, 1994, beschrieben.A "chaotic system" in the context of this invention is a chaotic circle set in a defined state. The chaotic system exhibits a chaotic dynamic (a chaotic behavior related to its system variables). The chaotic system can be characterized by measuring physical state variables, for example the system variables, the chaotic system or the chaotic circle in the respective state, as a result of which corresponding information is represented by the chaotic system. The structure and configuration of chaotic systems are described in S.H. Strogatz: "Nonlinear Dynamics and Chaos", Westview Press, 1994.

Chaotische Systeme lassen sich zwar mathematisch durch relativ einfache Systeme gewöhnlicher nichtlinearer Differenzialgleichungen beschreiben, die Lösungen dieser Gleichungen hängen aber aufgrund der nichtlinearen Dynamik entscheidend von den Systemparametern und den Anfangsbedingungen ab. Die chaotische Dynamik verhindert somit eine exakte Modellierung durch einen Computer, da hierbei unvermeidlich Rundungsfehler auftreten. Diese Abweichungen vergrößern sich in chaotischen Systemen exponentiell. Chaotische Systeme sind zudem topologisch transitiv und lassen sich daher nicht in mehrere, einfacher zu charakterisierende Teilsysteme zerlegen. Diese Eigenschaft erschwert eine Modellbildung, da der Rechenaufwand exponentiell mit der Anzahl der zu berücksichtigenden Systemparameter ansteigt.Although chaotic systems can be mathematically described by relatively simple systems of ordinary nonlinear differential equations, the solutions to these equations depend crucially on the system parameters and the initial conditions due to the nonlinear dynamics. The chaotic dynamics thus prevent exact modeling by a computer, since rounding errors inevitably occur. These deviations increase exponentially in chaotic systems. Chaotic systems are also topologically transitive and therefore cannot be broken down into several, easier to characterize subsystems. This property makes modeling difficult because the computing effort increases exponentially with the number of system parameters to be taken into account.

Chaotische Systeme weisen ferner eine hohe Empfindlichkeit auf, sodass scheinbar gleich aufgebaute chaotische Systeme aufgrund kleinster Variationen ihrer Bauteileigenschaften eindeutig voneinander unterschieden werden können. Somit kann man ein chaotisches System nicht exakt genug nachbauen, um ein zweites chaotisches System mit identischem Verhalten zu erzeugen. Aufgrund dieser intrinsischen Individualität eignen sich chaotische Systeme besonders zur Verwendung als Sicherheitskomponenten, da sie trotz identischer Bauteile unterscheidbar bleiben und daher schwer kopierbar sind.Chaotic systems are also highly sensitive, so that apparently identical chaotic systems can be clearly distinguished from one another due to the smallest variations in their component properties. This means that you cannot replicate a chaotic system exactly enough to create a second chaotic system with identical behavior. Because of this intrinsic individuality, chaotic systems are particularly suitable for use as security components, since they remain distinguishable despite identical components and are therefore difficult to copy.

Die minimalen Bauteil-Variationen, welche das chaotische Verhalten so einzigartig machen, sind kaum zu messen und auch nicht aus der beobachtbaren Dynamik berechenbar, sodass sie, im Sinne der Sicherheitstechnik, als ein „Geheimnis“ und das chaotische System als ein „intrinsisch sicherer Speicher“ dieses Geheimnisses angesehen werden können. Die Sicherheit wird dadurch gewährleistet, dass das Geheimnis zwar die Dynamik der chaotischen Sicherheitskomponente einzigartig macht, selbst aber stets verborgen bleibt und auch nicht aus der Dynamik rekonstruiert werden kann. Somit kann bereits die gespeicherte Information durch zufällige Schwankungen im Produktionsprozess der elektronischen Bauteile bestimmt sein. Falls diese Schwankungen quantitativ zufällig sind, kann die gespeicherte Information als Basis zur Erzeugung von kryptografischem Schlüsselmaterial genutzt werden. Ferner kann die gespeicherte Information als Authentisierungsinformation verwendet werden, unabhängig von produktionsbedingten Schwankungen. Weitere Anwendungsbereiche sind hierdurch jedoch nicht ausgeschlossen.The minimal component variations, which make the chaotic behavior so unique, can hardly be measured and cannot be calculated from the observable dynamics, so that, in terms of security technology, they are a "secret" and the chaotic system is an "intrinsically safe memory" “This secret can be viewed. Security is guaranteed by the fact that the secret makes the dynamics of the chaotic security component unique, but always remains hidden and cannot be reconstructed from the dynamics. The stored information can thus already be determined by random fluctuations in the production process of the electronic components. If these fluctuations are quantitatively random, the stored information can be used as the basis for generating cryptographic key material. Furthermore, the stored information can be used as authentication information, regardless of production-related fluctuations. However, this does not exclude other areas of application.

Obwohl ein chaotisches System in Hardware praktisch nicht kopiert werden kann, könnte trotzdem die chaotische Dynamik eines einzelnen chaotischen Systems aufgenommen und im Rahmen einer Replay-Attacke präsentiert werden. Dies wird jedoch erfindungsgemäß unterbunden, indem ein einzelner chaotischer Kreis deterministisch in eine Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist. Die Messung sämtlicher Zustandsgrößen für jedes aus der Vielzahl der chaotischen Systeme ist jedoch in einem angemessenen Zeitraum nicht praktikabel.Although a chaotic system can practically not be copied in hardware, the chaotic dynamics of a single chaotic system could still be recorded and presented as part of a replay attack. However, this is prevented according to the invention by a single chaotic circle being deterministically convertible into a large number of chaotic systems. However, the measurement of all state variables for each of the large number of chaotic systems is not practical in a reasonable period of time.

Die vorliegende Erfindung erfordert somit weder eine Integration einer großen Anzahl von chaotischen Kreisen in eine elektronische Vorrichtung noch eine Kopplung einzelner chaotischer Kreise, um eine große Anzahl von resultierenden chaotischen Systemen in einer Speichervorrichtung zu realisieren, welche nicht in einer angemessenen Zeit auslesbar ist. Hierdurch werden die Hardware-Anforderungen und die Komplexität reduziert und die damit zusammenhängende Zuverlässigkeit erhöht.The present invention thus does not require the integration of a large number of chaotic circles into an electronic device or the coupling of individual chaotic circles in order to implement a large number of resulting chaotic systems in a storage device which cannot be read out in a reasonable time. This reduces hardware requirements and complexity and increases the associated reliability.

Bei der Konstruktion chaotischer Kreise zur Realisierung von chaotischen Systemen dürfen Eigenschaften einzelner elektronischer Bauteile sehr enge Intervalle nicht verlassen. Durch Abhängigkeiten der Bauteile untereinander werden diese Intervalle zudem noch weiter eingegrenzt. In der Regel führt somit eine konstante oder globale Änderung einer Eigenschaft eines elektronischen Bauteils, beispielsweise die Erhöhung eines Widerstandswerts um 10 Ω, zu keinem stabilen chaotischen System, da die engen Intervallgrenzen verlassen werden. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass ein chaotischer Kreis, der bereits ein stabiles chaotisches System repräsentieren kann, in ein weiteres stabiles chaotisches System überführbar ist, indem die Abhängigkeit einer Eigenschaft eines Bauteils des chaotischen Kreises von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises geändert wird. Beispielsweise kann ein 1600-Ω-Widerstand so verändert werden, dass er nur in einem Spannungsbereich von 2,1 V bis 2,2 V wie ein 1620-Ω-Widerstand wirkt, sich im übrigen Spannungsbereich jedoch wieder wie ein 1600-Ω-Widerstand verhält. Durch die erfindungsgemäße Veränderung von Eigenschaften durch Änderung der Abhängigkeit von einer Systemvariablen kann ein chaotischer Kreis in weitere chaotische Systeme, die ein anderes, aber immer noch chaotisches dynamisches Verhalten aufweisen, und daher letztendlich in eine große Anzahl von stabilen und unterscheidbaren chaotischen Systemen überführt werden. Der chaotische Kreis stellt somit einen sicheren Informationsspeicher dar, welcher ein gespeichertes Geheimnis über seinen chaotischen Prozess unumkehrbar abbildet, wobei der chaotische Kreis durch Veränderung von Bauteileigenschaften, die auf einer Änderung ihrer Abhängigkeit von Systemvariablen beruhen, in viele voneinander durch Messung unterscheidbare Zustände (chaotische Systeme) versetzt werden kann, welche jeweils durch das Geheimnis individualisiert werden können.When constructing chaotic circles to implement chaotic systems, the properties of individual electronic components must not leave very narrow intervals. These intervals are further limited by the interdependencies of the components. As a rule, a constant or global change in a property of an electronic component, for example an increase in a resistance value by 10 Ω, does not lead to a stable chaotic system, since the narrow interval limits are left. According to the invention, it is now provided that a chaotic circle, which can already represent a stable chaotic system, can be converted into a further stable chaotic system in that the dependency of a property of a component of the chaotic circle on at least one system variable of the chaotic circle is changed. For example, a 1600 Ω resistor can be changed so that it only acts as a 1620 Ω resistor in a voltage range of 2.1 V to 2.2 V, but again acts like a 1600 Ω resistor in the remaining voltage range behaves. By changing properties according to the invention by changing the dependency on a system variable, a chaotic circle can be converted into further chaotic systems which have a different, but still chaotic, dynamic behavior, and therefore ultimately into a large number of stable and distinguishable chaotic systems. The chaotic circle thus represents a secure information store, which irreversibly depicts a stored secret about its chaotic process, whereby the chaotic circle by changing component properties, which are based on a change in their dependence on system variables, into many states that can be distinguished from one another by measurement (chaotic systems ) which can be individualized by the secret.

Der chaotische Kreis kann durch mindestens ein oder eine Vielzahl elektronischer Bauteile realisiert sein, welche in einer Schaltung oder einem Schaltkreis angeordnet sein können. Die elektronischen Bauteile können jeweils ein elektronisches Bauteil der vier elementaren passiven Bauteile (Widerstand, Induktivität, Kondensator und Memristor) in beliebiger Kombination sein, deren Eigenschaften in Abhängigkeit von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises variiert werden können, um den chaotischen Kreis in ein chaotisches System aus der Vielzahl von chaotischen Systemen zu überführen. Ein elektronisches Bauteil kann auch eine komplexe Schaltung definieren, beispielsweise eine Chua-Diode.The chaotic circle can be implemented by at least one or a plurality of electronic components, which can be arranged in a circuit or a circuit. The electronic components can each be an electronic component of the four elementary passive components (resistance, inductance, capacitor and memristor) in any combination, the properties of which can be varied depending on at least one system variable of the chaotic circle in order to transform the chaotic circle into a chaotic system to transfer from the multitude of chaotic systems. An electronic component can also define a complex circuit, for example a Chua diode.

Die vorteilhafte Überführung des chaotischen Kreises in eine Vielzahl von chaotischen Systemen gemäß der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung führt zu einem besonders sicheren Informationsspeicher, welcher weder durch Modellierung nachgebildet noch in einer verhältnismäßigen Zeit von deutlich weniger als einigen Monaten in seiner Gesamtheit ausgelesen werden kann. Ein Auslesen der in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen ist somit auch bei einem direkten physischen Zugriff auf die Speichervorrichtung nur punktuell möglich, was bedeutet, dass die Gesamtheit der gespeicherten Informationen gar nicht oder nur mit einem unverhältnismäßig hohen Zeitaufwand von mehreren Monaten oder sogar Jahren ausgelesen werden kann.The advantageous transfer of the chaotic circle into a multiplicity of chaotic systems in accordance with the storage device according to the invention leads to a particularly secure information store which can neither be reproduced by modeling nor read out in its entirety in a relatively short time of less than a few months. Reading out the information stored in the storage device is therefore only possible at certain points even with direct physical access to the storage device, which means that the entirety of the stored information cannot be read out at all or only with a disproportionately high expenditure of time of several months or even years .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der chaotische Kreis durch eine Vielzahl von Differenzialgleichungen charakterisiert, wobei mindestens ein Term der Vielzahl von Differenzialgleichungen die Abhängigkeit von der mindestens einen Systemvariablen des chaotischen Kreises definiert. Mindestens einer der Terme der den chaotischen Kreis beschreibenden Differenzialgleichung ist vorzugsweise nicht konstant, sondern nimmt als Funktion einer oder mehrerer Systemvariablen unterschiedliche Werte an. Dementsprechend können die Variationen, welche die Veränderung der Bauteileigenschaft widerspiegeln, nicht an den konstanten Termen, sondern an der Form der funktionalen Abhängigkeit angebracht werden.In a preferred embodiment, the chaotic circle is characterized by a multiplicity of differential equations, at least one term of the multiplicity of differential equations defining the dependence on the at least one system variable of the chaotic circle. At least one of the terms of the differential equation describing the chaotic circle is preferably not constant, but takes on different values as a function of one or more system variables. Accordingly, the variations that reflect the change in component property cannot be applied to the constant terms, but to the form of the functional dependency.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft von der mindestens einen Systemvariablen in einer Vielzahl von Wertebereichen der mindestens einen Systemvariablen definiert. Beispielsweise kann eine Variation der Abhängigkeit derart vorgenommen werden, dass eine kontinuierliche Abhängigkeit des Werts der Eigenschaft von der Systemvariablen, beispielsweise eine einfache lineare Abhängigkeit, nur in Wertebereichen der Systemvariablen (stark) verändert wird, die (sehr) klein gegenüber dem Gesamtvariationsbereich der Systemvariablen sind. Vorzugsweise kann die Änderung der Abhängigkeit als eine oder mehrere punktuelle Änderungen oder als eine oder mehrere Kleinbereichsänderungen der von der Systemvariablen abhängigen Eigenschaft definiert sein. Hierdurch können, ausgehend von einem chaotischen System oder einem Ausgangssystem, das durch den chaotischen Kreis in einem aktuellen Zustand realisiert ist, mit hoher Wahrscheinlichkeit neue chaotische Systeme erzeugt werden, da die punktuelle Änderung derart gering ist, dass das chaotische Verhalten erhalten bleibt. Sie reicht jedoch aus, um ein neues chaotisches System zu erzeugen, welches sich in seiner Dynamik messbar von dem Ausgangssystem unterscheidet. Durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer punktueller Änderungen lässt sich durch Variation eines einzelnen Bauteils, beispielsweise einer Chua-Diode, eine extrem hohe Zahl an unterschiedlichen chaotischen Systemen erzeugen.According to a further embodiment, the dependency of the at least one property on the at least one system variable is defined in a large number of value ranges of the at least one system variable. For example, the dependency can be varied such that a continuous dependency of the value of the property on the system variable, for example a simple linear dependency, is only (strongly) changed in value ranges of the system variables that are (very) small compared to the total range of variation of the system variables . The change in the dependency can preferably be defined as one or more point changes or as one or more small area changes of the property dependent on the system variable. As a result, new chaotic systems can be generated with high probability starting from a chaotic system or an output system that is implemented by the chaotic circle in a current state, since the point change is so small that the chaotic behavior is retained. However, it is sufficient to create a new chaotic system that differs in its dynamics from the original system. By using several point changes at the same time, an extremely high number of different chaotic systems can be generated by varying a single component, for example a Chua diode.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abhängigkeit von der mindestens einen Systemvariablen in einer Teilmenge aus der Vielzahl der Wertebereiche der mindestens einen Systemvariablen änderbar. Durch eine Änderung der Abhängigkeit der Eigenschaft in einer Teilmenge aus der Vielzahl von Wertebereichen kann eine extrem große Anzahl an unterschiedlichen chaotischen Systemen erzeugt werden. Ein Gesamtwertebereich, über den der Zustandsparameter der Eigenschaft des Bauteils in Abhängigkeit von einer Systemvariablen variiert, kann beispielsweise in k Wertebereiche unterteilt werden, von denen l zur Änderung ausgewählt sein können. Sind m Veränderungen der entsprechenden Wertebereiche vorgesehen, führt dies zu ( k l ) ( m ) l

Figure DE102015121626B4_0001
möglichen Veränderungen der Systemdynamik, welche zu einem chaotischen System führen können.In a preferred embodiment, the dependency on the at least one system variable can be changed in a subset from the plurality of value ranges of the at least one system variable. An extremely large number of different chaotic systems can be generated by changing the dependency of the property in a subset from the large number of value ranges. A total range of values over which the state parameter of the property of the component varies as a function of a system variable can, for example, be divided into k ranges of values, of which l can be selected for change. If m changes in the corresponding value ranges are provided, this leads to ( k l ) ( m ) l
Figure DE102015121626B4_0001
possible changes in system dynamics, which can lead to a chaotic system.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Speichervorrichtung eine Eingabeeinheit, die eingerichtet ist, als Reaktion auf eine Adresse den chaotischen Kreis durch Ändern der Abhängigkeit in ein chaotisches System aus der Vielzahl chaotischer Systeme zu überführen. Die Adresseingabe kann durch eine Änderung der Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft von der mindestens einen Systemvariablen, vorzugsweise in einer Teilmenge aus der Vielzahl der definierten Wertebereiche, erfolgen.In a further embodiment, the storage device comprises an input unit, which is configured to convert the chaotic circle into a chaotic system from the plurality of chaotic systems in response to an address by changing the dependency. The address can be entered by changing the dependency of the at least one property on the at least one system variable, preferably in a subset from the large number of defined value ranges.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Speichervorrichtung eine Ausgabeeinheit, die eingerichtet ist, einen oder mehrere Werte auszugeben, die die in der Vorrichtung gespeicherten Informationen gemäß einem aktuellen Zustand des chaotischen Kreises charakterisieren. Die die in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen charakterisierenden Werte können durch eine Messung von physikalischen Zustandsgrößen oder Systemvariablen des chaotischen Kreises, beispielsweise Spannungen und/oder Ströme, gemäß einem aktuellen Zustand, der ein einzelnes chaotisches System repräsentiert, ermittelt werden.In a further preferred embodiment, the storage device comprises an output unit which is set up to output one or more values which characterize the information stored in the device in accordance with a current state of the chaotic circle. The values characterizing the information stored in the storage device can be determined by measuring physical state variables or system variables of the chaotic circle, for example voltages and / or currents, according to a current state which represents a single chaotic system.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Speichervorrichtung eine Analyseeinheit, die eingerichtet ist, einen zeitlichen Verlauf von Systemvariablen in einem aktuellen Zustand des chaotischen Kreises zu messen und auszuwerten, um den einen oder die mehreren Werte zu bestimmen. Aufgrund der chaotischen Dynamik des chaotischen Kreises können punktuell gemessene Werte nicht reproduziert werden, da der aktuelle Zustand der Speichervorrichtung und somit die Anfangsbedingungen der Messung nicht hinreichend kontrolliert werden können. Dementsprechend kann der zeitliche Verlauf der gemessenen Systemvariablen über einen vordefinierten Zeitraum analysiert werden, der auf die zu Beginn der Messung herrschenden Anfangsbedingungen weniger empfindlich reagiert.In a further embodiment, the storage device comprises an analysis unit which is set up to measure and evaluate a time profile of system variables in a current state of the chaotic circle in order to determine the one or more values. Due to the chaotic dynamics of the chaotic circle, values measured at specific points cannot be reproduced, since the current state of the storage device and thus the initial conditions of the measurement cannot be adequately controlled. Accordingly, the time course of the measured system variables can be analyzed over a predefined period of time, which is less sensitive to the initial conditions prevailing at the start of the measurement.

Vorzugsweise ist die Analyseeinheit eingerichtet, den zeitlichen Verlauf der Systemvariablen durch Bestimmen von Kenngrößen des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen auszuwerten. Die Kenngrößen können ein oder mehrere statistische Momente im Konfigurationsraum oder im Phasenraum aufweisen. Eine Auswertung basierend auf statistischen Momenten im Konfigurationsraum oder Phasenraum erlaubt eine Analyse des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen, welche im Wesentlichen von den Anfangsbedingungen unabhängig ist. Während der Phasenraum die örtlichen Koordinaten und deren erste zeitliche Ableitung (Impuls) der Variablen als physikalische Größen umfasst, entsteht der Konfigurationsraum aus dem Phasenraum durch Weglassen der Impulsinformationen.The analysis unit is preferably set up to evaluate the time profile of the system variables by determining parameters of the time profile of the system variables. The parameters can have one or more statistical moments in the configuration space or in the phase space. An evaluation based on statistical moments in the configuration space or phase space allows an analysis of the time course of the system variables, which is essentially independent of the initial conditions. While the phase space includes the local coordinates and their first time derivative (pulse) of the variables as physical quantities, the configuration space arises from the phase space by omitting the pulse information.

Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung von Kenngrößen des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen im Phasenraum. Die hierbei entstehenden Gebilde können auch als Attraktoren bezeichnet werden. Da die Form von Attraktoren über einen großen Parameterbereich, beispielsweise über eine Zeitreihe mit einer vordefinierten längeren Zeitdauer, gleich bleibt, kann die Form eines Attraktors herangezogen werden, um reproduzierbare Werte zu erhalten, welche die in der Vorrichtung gespeicherten Informationen charakterisieren können. Andererseits muss zur Bestimmung der Attraktoren und somit zur Bestimmung der in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen zumindest eine Zeitreihe mit einer ausreichenden Anzahl von Messungen vorliegen. Je nach dem Verhalten der einzelnen chaotischen Systeme können 10 bis 100, mehrere Hundert oder mehrere Tausend Umläufe notwendig sein, um die Attraktoren für eine gegebene Adressierung zuverlässig zu ermitteln, wodurch pro Adresse ein Zeitfenster von mehreren Mikrosekunden oder sogar mehreren Millisekunden für die Messung notwendig sein kann. Werden hinreichend viele chaotische Systeme erfindungsgemäß durch Veränderung der Abhängigkeit der Bauteileigenschaften von Systemvariablen erzeugt, kann eine hohe Adresszahl erreicht werden. Um somit den gesamten abgesicherten Speicher mittels eines Brute-Force-Angriffs auszulesen, wäre eine Zeitdauer von mehreren Monaten oder sogar Jahren erforderlich. Dementsprechend können auch bei einem direkten physischen Kontakt mit der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung und unter Laborbedingungen die gespeicherten Informationen nur nach einer unverhältnismäßig langen Zeitdauer ermittelt werden. Daher schützt die erfindungsgemäße Speichervorrichtung die Gesamtheit der darin gespeicherten Informationen bereits aufgrund ihrer erfindungsgemäßen Konfigurierbarkeit.The parameters of the time profile of the system variables are preferably determined in the phase space. The resulting structures can also be called attractors. Since the shape of attractors remains the same over a large parameter range, for example over a time series with a predefined longer time period, the shape of an attractor can be used in order to obtain reproducible values which can characterize the information stored in the device. On the other hand, at least one time series with a sufficient number of measurements must be available to determine the attractors and thus to determine the information stored in the storage device. Depending on the behavior of the individual chaotic systems, 10 to 100, several hundred or several thousand cycles may be necessary to reliably determine the attractors for a given addressing, which means that a time window of several microseconds or even several milliseconds per address is necessary for the measurement can. If a sufficient number of chaotic systems are generated according to the invention by changing the dependency of the component properties on system variables, a high number of addresses can be achieved. In order to read out the entire secured memory using a brute force attack, a period of several months or even years would be required. Accordingly, even in the case of direct physical contact with the storage device according to the invention and under laboratory conditions, the stored information can only be determined after a disproportionately long period of time. The storage device according to the invention therefore already protects the entirety of the information stored therein on the basis of its configurability according to the invention.

Gemäß einer Ausführungsform ist der chaotische Kreis durch ein FPAA realisiert. Vorzugsweise ist die Abhängigkeit durch Ändern von Werten in einer Wertetabelle des FPAA änderbar. Field Programmable Analog Arrays (FPAAs) sind Chips, auf denen analoge Bauteile integriert sind, welche über eine entsprechende Programmierung miteinander verknüpft werden können. Hierdurch können grundlegende und komplexe Funktionen realisiert werden, beispielsweise Addierer, Multiplizierer oder Integrierer, sodass FPAAs zum Lösen von Differenzialgleichungen verwendet werden können, welche einen konfigurierbaren chaotischen Kreis und entsprechende chaotische Systeme beschreiben können. Bei FPAAs handelt es sich somit um programmierbare analoge Systeme, d. h. die Parameter des Systems können ähnlich wie bei Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) beim Start des Systems aus einem nicht flüchtigen Speicher geladen werden. Die Eingabe kann danach über das Laden entsprechender Parameter erfolgen, indem z. B. für einen Widerstand ein bestimmter Wert vom Nutzer vorgegeben sein kann.According to one embodiment, the chaotic circle is implemented by an FPAA. The dependency can preferably be changed by changing values in a value table of the FPAA. Field Programmable Analog Arrays (FPAAs) are chips on which analog components are integrated, which can be linked to one another via appropriate programming. This enables basic and complex functions to be implemented, for example adders, multipliers or integrators, so that FPAAs for solving Differential equations can be used, which can describe a configurable chaotic circle and corresponding chaotic systems. FPAAs are therefore programmable analog systems, ie the system parameters can be loaded from a non-volatile memory when the system is started, similar to field programmable gate arrays (FPGAs). The entry can then be made by loading corresponding parameters, e.g. B. a certain value for a resistor can be specified by the user.

Ein FPAA kann beispielsweise ein Verhalten eines Systems mit chaotischer Dynamik nachbilden. Individuell konfigurierte FPAAs können beispielsweise Komponenten von Chua's Circuits, beispielsweise Chua-Dioden, unterschiedlich implementieren. Hierbei kann das FPAA auf eine Wertetabelle mit Einträgen zugreifen, um ein erwünschtes chaotisches Verhalten oder eine Änderung der Abhängigkeit von einer Systemvariablen in dem chaotischen Kreis zu erzeugen. Zur Erzeugung des chaotischen Verhaltens mittels in FPAAs implementierter chaotischer Systeme können ferner andere Parameter verwendet werden. Beispielsweise kann für die Erzeugung der Kennlinie eines Bauteils eine Wertetabelle implementiert sein und können in dieser Werte gezielt verändert werden, um die Änderung der Abhängigkeit zu realisieren. Da FPAAs analoge Ausgänge haben, können die Ausgaben genauso gewonnen werden wie bei diskret aufgebauten Chua's Circuits, wie es nachfolgend dargelegt ist.For example, an FPAA can emulate a system's behavior with chaotic dynamics. Individually configured FPAAs can, for example, implement components of Chua's Circuits, for example Chua diodes, differently. Here, the FPAA can access a value table with entries in order to generate a desired chaotic behavior or a change in the dependency on a system variable in the chaotic circle. Other parameters can also be used to generate the chaotic behavior by means of chaotic systems implemented in FPAAs. For example, a value table can be implemented for the generation of the characteristic curve of a component and can be specifically changed in these values in order to implement the change in the dependency. Since FPAAs have analog outputs, the outputs can be obtained in exactly the same way as with discrete Chua's Circuits, as explained below.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der chaotische Kreis durch elektronische Bauteile eines Chua's Circuit realisiert. Der Chua's Circuit kann durch diskrete Bauteile oder mittels eines FPAA realisiert sein. Ein „Chua's Circuit“ ist ein elektronischer Schwingkreis, der ein in Hardware realisiertes chaotisches System darstellt, vgl. beispielsweise L. O. Chua: „The Genesis of Chua's Circuit“, Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik, 46(4), S. 250-257, 1992 .In a particularly preferred embodiment, the chaotic circuit is implemented by electronic components of a Chua circuit. The Chua's circuit can be implemented using discrete components or using an FPAA. A "Chua's Circuit" is an electronic resonant circuit that represents a chaotic system implemented in hardware, cf. for example LO Chua: "The Genesis of Chua's Circuit", Archives for Electronics and Transmission Technology, 46 (4), pp. 250-257, 1992 .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Chua's Circuit ein konfigurierbares elektronisches Bauteil, dessen mindestens eine Eigenschaft in Abhängigkeit von der mindestens einen Systemvariablen veränderbar ist. Beispielsweise kann der Chua's Circuit einen nichtlinearen negativen Widerstand umfassen, welcher von einer Systemspannung abhängen kann und entsprechend änderbar ist.According to a further embodiment, the Chua's Circuit comprises a configurable electronic component, the at least one property of which can be changed as a function of the at least one system variable. For example, the Chua's circuit can comprise a non-linear negative resistor, which can depend on a system voltage and can be changed accordingly.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Systemvariablen mindestens eines auf: eine Kondensatorspannung oder einen Strom durch eine Spule in dem Chua's Circuit oder eine beliebige Kombination derselben. Somit kann nach Überführung des chaotischen Kreises in einen bestimmten Zustand, was einer Adressierung der Speichervorrichtung entspricht, durch Abgreifen der Kondensatorspannung und des Stroms durch die Spule des Chua's Circuit der zeitliche Verlauf der Systemvariablen gemessen werden, um die Werte zu bestimmen, welche die in der Vorrichtung gespeicherten Informationen charakterisieren.In another embodiment, the system variables have at least one: a capacitor voltage or a current through a coil in the Chua's circuit, or any combination thereof. Thus, after the chaotic circle has been brought into a specific state, which corresponds to an addressing of the storage device, by tapping the capacitor voltage and the current through the coil of the Chua circuit, the time course of the system variables can be measured in order to determine the values which are used in the Characterize device stored information.

Gemäß einer Ausführungsform ist der chaotische Kreis in einem Modul angeordnet. Die Vorrichtung kann daher vorzugsweise eine Vielzahl von Modulen umfassen, welche jeweils einen durch mindestens ein elektronisches Bauteil realisierten chaotischen Kreis aufweisen, der durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises in eine Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist, die die in dem jeweiligen Modul gespeicherten Informationen repräsentieren. Hierdurch kann eine Speichervorrichtung mit mehreren unabhängigen sicheren Informationsspeichern bereitgestellt sein, welche in ihrer Gesamtheit nicht ausgelesen werden kann. Ein derart konfigurierter Informationsspeicher weist einen erhöhten Informationsumfang auf und erhöht damit den Aufwand für einen Angreifer. Es sollte jedoch klar sein, dass die Sicherheit des Informationsspeichers nicht auf einer Kopplung der einzelnen Module beruhen muss, sondern bereits durch die Überführbarkeit jedes einzelnen Moduls in eine Vielzahl chaotischer Systeme gegeben ist.According to one embodiment, the chaotic circle is arranged in a module. The device can therefore preferably comprise a plurality of modules, each of which has a chaotic circle implemented by at least one electronic component, which can be converted into a plurality of chaotic systems by changing a dependency of at least one property of the at least one electronic component on at least one system variable of the chaotic circle which represent the information stored in the respective module. As a result, a storage device can be provided with a plurality of independent, secure information stores which cannot be read out in their entirety. An information store configured in this way has an increased amount of information and thus increases the effort for an attacker. However, it should be clear that the security of the information store does not have to be based on a coupling of the individual modules, but is already ensured by the convertibility of each individual module into a large number of chaotic systems.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Speichervorrichtung auf einer elektronischen Vorrichtung angeordnet, vorzugsweise als Sicherheitskomponente, umfassend mindestens eines: ein digitales hoheitliches Dokument, ein Zahlungsmittel, einen Prozessor oder einen abgesicherten Speicher oder eine beliebige Kombination derselben. Die erfindungsgemäße Speichervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann somit ein Teil einer weiteren elektronischen Vorrichtung oder einer nicht elektronischen Vorrichtung sein, welche Mittel aufweisen kann, um auf die Speichervorrichtung zuzugreifen.In a preferred embodiment, the storage device is arranged on an electronic device, preferably as a security component, comprising at least one: a digital sovereign document, a means of payment, a processor or a secured memory or any combination thereof. The storage device according to the invention in accordance with embodiments of the present invention can thus be part of a further electronic device or a non-electronic device, which can have means for accessing the storage device.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines sicheren Informationsspeichers definiert, das ein Realisieren eines chaotischen Kreises durch mindestens ein elektronisches Bauteil, ein Überführen des chaotischen Kreises in eine Vielzahl chaotischer Systeme durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises und ein Repräsentieren der in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen durch die Vielzahl der chaotischen Systeme umfasst.According to a further aspect of the present invention, a method for providing a secure information store is defined which comprises realizing a chaotic circle by at least one electronic component, converting the chaotic circle into a plurality of chaotic systems by changing a dependency on at least one property of the at least one electronic component Component of comprises at least one system variable of the chaotic circle and a representation of the information stored in the storage device by the plurality of chaotic systems.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Verfahrensschritte umfassen, welche eine Funktionalität von Merkmalen der Vorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung definieren. Ferner können Ausführungsformen der Vorrichtung eine Funktionalität der strukturellen Merkmale der Vorrichtung gemäß Verfahrensschritten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung definieren.According to further embodiments, the method according to one aspect of the present invention can comprise method steps which define a functionality of features of the device according to one or more embodiments of the present invention. Furthermore, embodiments of the device can define a functionality of the structural features of the device according to method steps of embodiments of the present invention.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbarer Datenträger oder ein computerlesbares Medium angegeben, der oder das Befehle aufweist, die, wenn sie auf einer Rechenvorrichtung installiert und von dieser ausgeführt werden, die Rechenvorrichtung dazu veranlassen, ein Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchzuführen.According to one aspect of the present invention, there is provided a computer readable medium or media that includes commands that, when installed and executed by a computing device, cause the computing device to perform a method in accordance with embodiments of the present invention.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung und des Verfahrens ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Darin zeigen:

  • 1 ein schematisches Diagramm eines Chua's Circuit nach dem Stand der Technik, welcher in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist,
  • 2 eine Darstellung einer geänderten Abhängigkeit einer Bauteileigenschaft von einer Systemvariablen einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 eine Darstellung einer Auswertung von Attraktoren eines chaotischen Systems einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 4a und 4b eine Kennlinie einer nichtlinearen Funktion und einen Attraktor eines entsprechenden chaotischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 5a und 5b eine punktuell veränderte Kennlinie und einen Attraktor eines entsprechenden chaotischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 6a und 6b Darstellungen von Ergebnissen einer Veränderung einer Kennlinie eines chaotischen Systems einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 7a und 7b Darstellungen von Vergleichen von baugleichen und unterschiedlichen Chips mit Speichervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung,
  • 8 ein Diagramm eines Vergleichs unterschiedlicher chaotischer Systeme, welche durch einen chaotischen Kreis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung realisiert sind,
  • 9a und 9b einen Schaltplan eines konfigurierbaren elektronischen Bauteils, das in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist, bzw. dessen Kennlinie,
  • 10a und 10b einen Schaltplan eines Chua's Circuit für eine Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. einen resultierenden Attraktor,
  • 11 ein Verfahren zum Auslesen einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 12 ein Verfahren zum Bestimmen der Authentizität einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further advantages of the storage device according to the invention and of the method result from the following description, in which the invention is explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. In it show:
  • 1 1 shows a schematic diagram of a Chua circuit according to the prior art, which can be used in a storage device according to an embodiment of the present invention,
  • 2nd 1 shows a representation of a changed dependency of a component property on a system variable of a memory device according to an embodiment of the present invention,
  • 3rd 2 shows an illustration of an evaluation of attractors of a chaotic system of a storage device according to an embodiment of the present invention,
  • 4a and 4b a characteristic of a non-linear function and an attractor of a corresponding chaotic system according to an embodiment of the present invention,
  • 5a and 5b a point-modified characteristic curve and an attractor of a corresponding chaotic system according to an embodiment of the present invention,
  • 6a and 6b Representations of results of a change in a characteristic curve of a chaotic system of a storage device according to an embodiment of the present invention,
  • 7a and 7b Representations of comparisons of identical and different chips with memory devices according to embodiments of the present invention,
  • 8th 1 shows a diagram of a comparison of different chaotic systems which are implemented by a chaotic circle according to an embodiment of the present invention,
  • 9a and 9b 1 shows a circuit diagram of a configurable electronic component that can be used in a storage device according to an embodiment of the present invention, or its characteristic curve,
  • 10a and 10b 1 shows a circuit diagram of a Chua circuit for a storage device according to an embodiment of the present invention or a resulting attractor,
  • 11 a method for reading a memory device according to an embodiment of the present invention and
  • 12th a method for determining the authenticity of a storage device according to an embodiment of the present invention.

In dieser Beschreibung wird die Konjunktion „oder“ als eine nicht ausschließende Disjunktion verstanden, sodass der Ausdruck „A oder B“ entweder „A“ oder „B“ oder „A und B“ bedeuten kann. Beispielsweise können die Kenngrößen ein oder mehrere statistische Momente im Konfigurationsraum und/oder im Phasenraum aufweisen.In this description, the conjunction "or" is understood as a non-exclusive disjunction, so that the expression " A or B "Either" A "Or" B "Or" A and B "can mean. For example, the parameters can have one or more statistical moments in the configuration space and / or in the phase space.

1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Chua's Circuit nach dem Stand der Technik, welcher in einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist, um einen chaotischen Kreis zu realisieren, der ein chaotisches System darstellt. Chaotische Systeme sind im Stand der Technik auch als nichtlineare dynamische Systeme bekannt. Die zeitliche Entwicklung chaotischer Systeme erscheint unvorhersagbar, obwohl die zugrunde liegenden Gleichungen deterministisch sind. Dieses Verhalten wird auch als deterministisches Chaos bezeichnet und entsteht, wenn derartige Systeme empfindlich von den Anfangsbedingungen abhängen. Vermeintlich identische Wiederholungen eines Experiments führen somit zu höchst unterschiedlichen Messergebnissen. Ein chaotisches System weist jedoch die Eigenschaft auf, dass es für unterschiedliche Anfangsbedingungen ein ähnliches Verhaltensmuster der Systemvariablen zeigt, was in einer Konvergenz der zugehörigen Bahnen (Trajektorien) zu einem bestimmten Unterraum im Phasenraum ausgedrückt sein kann, der als Attraktor bezeichnet werden kann. Insbesondere kann die Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung der Trajektorien charakteristisch für das chaotische System sein. 1 shows a schematic diagram of a chua circuit according to the prior art, which can be used in a memory device according to an embodiment of the present invention in order to implement a chaotic circle which represents a chaotic system. Chaotic systems are also known in the art as nonlinear dynamic systems. The development of chaotic systems over time seems unpredictable, although the underlying equations are deterministic. This behavior is also known as deterministic chaos and arises when such systems are sensitive to the Depend on initial conditions. Supposedly identical repetitions of an experiment thus lead to very different measurement results. However, a chaotic system has the property that it shows a similar behavioral pattern of the system variables for different initial conditions, which can be expressed in a convergence of the associated trajectories to a specific subspace in the phase space, which can be called an attractor. In particular, the probability distribution of the trajectories can be characteristic of the chaotic system.

Der Chua's Circuit 100 ist ein elektronischer Schwingkreis mit einem chaotischen Verhalten. Der Chua's Circuit 100 kann zwei Teile umfassen: einen RLC-Schwingkreis, der aus einer Parallelschaltung eines Kondensators C2 mit einer Reihenschaltung aus einer Spule L und einem Widerstand R0 besteht, und einen Teil, der für das chaotische Verhalten verantwortlich ist und sich aus einer weiteren Parallelschaltung zusammensetzt, umfassend einen Kondensator C1 und einen negativen Widerstand NR . Beide Teile sind über einen linearen Widerstand R miteinander verbunden. Das chaotische Verhalten des Chua's Circuit 100 spiegelt sich im zeitlichen Verlauf seiner Variablen, den Spannungen V1 und V2 an den Kondensatoren C1 bzw. C2 sowie dem Strom I3 an der Spule L wider. Eine bestimmte Abfolge von Schwingungen in einem Zeitraum tritt in späteren Zeiträumen nicht noch einmal auf. Auch die Vorhersage des zukünftigen Verlaufs der Schwingungen ist, ausgehend von der Beobachtung des vorhergehenden Verhaltens, nicht oder nicht ohne Weiteres möglich. Ferner reagiert der Chua's Circuit 100 empfindlich auf Änderungen seiner Umgebungsparameter. Mehrere Spannungskurven zu V1 oder V2 desselben Systems mit vermeintlich gleichen Randbedingungen können völlig unterschiedlich verlaufen, da beispielsweise bei jeder Messung unterschiedliche Restspannungen an den Kondensatoren C1, C2 vorliegen können.The Chua's Circuit 100 is an electronic resonant circuit with a chaotic behavior. The Chua's Circuit 100 can comprise two parts: an RLC resonant circuit, which consists of a capacitor connected in parallel C2 with a series connection from a coil L and a resistance R0 consists, and a part that is responsible for the chaotic behavior and is composed of a further parallel connection, comprising a capacitor C1 and a negative resistance N R . Both parts are over a linear resistor R connected with each other. The chaotic behavior of the Chua's Circuit 100 is reflected in the time course of its variables, the tensions V 1 and V 2 on the capacitors C1 respectively. C2 as well as the current I 3 on the coil L contrary. A certain sequence of vibrations in a period does not occur again in later periods. The prediction of the future course of the vibrations, based on the observation of the previous behavior, is also not possible or not readily possible. The Chua's Circuit also responds 100 sensitive to changes in its environmental parameters. Multiple voltage curves too V 1 or V 2 The same system with supposedly the same boundary conditions can run completely differently, for example because different residual voltages at the capacitors for each measurement C1 , C2 can be present.

Ein chaotisches System mit einem chaotischen Verhalten oder einer chaotischen Dynamik ist vorzugsweise dann gegeben, wenn das System über mindestens zwei instabile Gleichgewichtspunkte verfügt. Hierfür können die Komponenten des Schwingkreises des Chua's Circuit 100 und ihre Kennwerte in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, insbesondere die linearen Bauteile, die Kondensatoren C1, C2, die Spule L und die Widerstände R, R0. Ferner kann der negative Widerstand NR , der auch als Chua-Diode bezeichnet werden kann, für das Auftreten des chaotischen Verhaltens grundlegend sein.A chaotic system with chaotic behavior or dynamics is preferably given if the system has at least two unstable equilibrium points. The components of the Chua's Circuit 100 and their characteristics are in a certain relationship to each other, in particular the linear components, the capacitors C1 , C2 , the sink L and the resistors R , R0 . Furthermore, the negative resistance N R , which can also be called a Chua diode, are fundamental for the occurrence of the chaotic behavior.

Der chaotische Kreis und die damit realisierten chaotischen Systeme können durch folgendes Gleichungssystem modelliert sein: V ˙ 1 = 1 C 1 ( G ( V 2 V 1 ) f ( V 1 ) ) V ˙ 2 = 1 C 2 ( I 3 G ( V 2 V 1 ) ) I ˙ 3 = 1 L ( V 2 + R 0 I 3 )

Figure DE102015121626B4_0002
The chaotic circle and the chaotic systems realized with it can be modeled by the following system of equations: V ˙ 1 = 1 C. 1 ( G ( V 2nd - V 1 ) - f ( V 1 ) ) V ˙ 2nd = 1 C. 2nd ( I. 3rd - G ( V 2nd - V 1 ) ) I. ˙ 3rd = - 1 L ( V 2nd + R 0 I. 3rd )
Figure DE102015121626B4_0002

Im Gleichungssystem (1) bezeichnet G den Kehrwert des linearen Widerstands R und f(V1) eine spezielle nichtlineare Funktion, die das chaotische Verhalten des Kreises ermöglicht. Diese Funktion wird im Schaltplan des Chua's Circuit 100 durch das Element NR umgesetzt und kann als abschnittsweise lineare Funktion mit zwei unterschiedlichen negativen Steigungen, die mit a bzw. b bezeichnet werden können, implementiert sein. Ein chaotisches Verhalten des Kreises kann beispielsweise mit folgenden Bauteilwerten erzielt werden: C1 = 10 nF, C2 = 100 nF, L = 18 mH, R0 = 12,5 Ω, R = 1600 Ω (bzw. G = 625 µS); die negativen Steigungen der Funktion f(V1) sollten vorzugsweise den Leitwerten Ga = -455 µS und Gb = -758 µS entsprechen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Konfiguration des Chua's Circuit 100 beschränkt.In the system of equations (1), G denotes the reciprocal of the linear resistance R and f (V 1 ) a special non-linear function that enables the chaotic behavior of the circle. This function is shown in the circuit diagram of the Chua's Circuit 100 through the element N R implemented and can be implemented as a sectionally linear function with two different negative slopes, which can be denoted by a or b. A chaotic behavior of the circle can be achieved, for example, with the following component values: C1 = 10 nF, C2 = 100 nF, L = 18 mH, R0 = 12.5 Ω, R = 1600 Ω (or G = 625 µS); the negative slopes of the function f (V 1 ) should preferably correspond to the guide values G a = -455 µS and G b = -758 µS. However, the present invention is not limited to any particular configuration of the Chua's Circuit 100 limited.

2 zeigt eine Darstellung einer geänderten Abhängigkeit einer Bauteileigenschaft von einer Systemvariablen einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß einer Ausführungsform kann die Speichervorrichtung, beispielsweise eine Speichervorrichtung basierend auf dem Chua's Circuit 100, wie er in 1 gezeigt ist, oder basierend auf einem anders konfigurierten chaotischen Kreis, über eine Änderung der Abhängigkeit der Bauteileigenschaft von einer Systemvariablen in ein weiteres chaotisches System überführt und so adressiert werden. Die Adresseingabe kann bei dem Chua's Circuit 100 beispielsweise über eine Modifikation einer Kennlinie des linearen Widerstands R erfolgen. Dies kann zu einer modifizierten Kennlinie 200 eines linearen Leitwerts G gemäß Gleichungssystem (1) führen. Auf der x-Achse ist die am Widerstand R anliegende Spannung in Volt aufgetragen, auf der y-Achse der sich einstellende Strom in Ampere. 2 stellt in einem U-I-Diagramm die modifizierte Kennlinie 200 für einen Widerstandswert von 1600 Ω (625 µS) dar, der im Bereich zwischen 2,1 V und 2,2 V auf 1620 Ω (617,3 µS) geändert wurde, wie es im vergrößerten Ausschnitt 210 der Kennlinie 200 gezeigt ist. Da die Kennlinie 200 dem Leitwert G entspricht, sinkt dieser bei einer Erhöhung von R entsprechend ab. 2nd FIG. 12 shows a representation of a changed dependency of a component property on a system variable of a memory device according to an embodiment of the present invention. According to one embodiment, the storage device, for example a storage device based on the Chua's circuit 100 as he is in 1 is shown, or based on a differently configured chaotic circle, by changing the dependency of the component property of a system variable into another chaotic system and thus addressed. The address can be entered at the Chua's Circuit 100 for example by modifying a characteristic curve of the linear resistance R respectively. This can lead to a modified characteristic curve 200 of a linear conductance G according to the system of equations (1). On the x axis it is at the resistor R applied voltage in volts, on the y-axis the current in amperes. 2nd presents the modified characteristic in a UI diagram 200 for a resistance value of 1600 Ω (625 µS), which was changed in the range between 2.1 V and 2.2 V to 1620 Ω (617.3 µS) as it was in the enlarged section 210 the characteristic 200 is shown. Because the characteristic 200 corresponds to the conductance G, this decreases with an increase of R accordingly.

Zur Erzeugung unterschiedlicher chaotischer Systeme kann in einem oder mehreren Wertebereichen, beispielsweise in dem in 2 dargestellten Wertebereich zwischen 2,1 V und 2,2 V, die Bauteileigenschaft weiter verändert werden, beispielsweise im Bereich von 1600 Ω bis 1660 Ω, wobei die Veränderung schrittweise erfolgen kann, beispielsweise in 10-Ω-Schritten.To generate different chaotic systems, one or more value ranges, for example in the 2nd shown range of values between 2.1 V and 2.2 V, the component property can be changed further, for example in the range from 1600 Ω to 1660 Ω, the change being able to take place in steps, for example in 10 Ω steps.

3 zeigt eine Darstellung einer Auswertung von Attraktoren eines chaotischen Systems einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3rd FIG. 4 shows an illustration of an evaluation of attractors of a chaotic system of a storage device according to an embodiment of the present invention.

Zur Charakterisierung des chaotischen Kreises, um also die Information zu einer gegebenen Adresse auszulesen, welche den chaotischen Kreis in eines aus einer Vielzahl von chaotischen Systemen überführt, können einzelne Systemvariablen gemessen und statistische Eigenschaften der Attraktoren untersucht werden. Beispielsweise kann eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Attraktors in einem zweidimensionalen Unterraum des Phasenraums analysiert werden. Hierzu kann der Phasenraum mit einem imaginären Gitter in kleinere Bereiche unterteilt und die Verteilung des Attraktors auf die einzelnen Gitterzellen untersucht werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine bestimmte Auswertung beschränkt.To characterize the chaotic circle, i.e. to read out the information about a given address, which converts the chaotic circle into one of a large number of chaotic systems, individual system variables can be measured and statistical properties of the attractors can be examined. For example, a probability of residence of an attractor in a two-dimensional subspace of the phase space can be analyzed. For this purpose, the phase space can be divided into smaller areas with an imaginary grid and the distribution of the attractor over the individual grid cells can be examined. However, the present invention is not limited to a specific evaluation.

Allgemein können zur Bestimmung der gespeicherten Informationen statistische Momente des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen untersucht werden, beispielsweise Mittelwert, Standardabweichung, Schiefe oder Wölbung aller Systemvariablen für eine gegebene Adresse. Diese können berechnet oder kombiniert werden, wodurch ein Wert erhalten wird, der die in der Speichervorrichtung gespeicherte Information charakterisiert.In general, statistical moments of the temporal course of the system variables can be examined to determine the stored information, for example mean value, standard deviation, skew or curvature of all system variables for a given address. These can be calculated or combined, thereby obtaining a value that characterizes the information stored in the storage device.

Ferner können zusätzlich oder alternativ statistische Momente der Abstände der Messpunkte im Konfigurationsraum betrachtet werden, wobei ein Mittelpunkt eines jeweiligen Attraktors bestimmt werden kann und im Anschluss ein Abstand jedes Messwerts zu diesem Mittelpunkt berechnet werden kann. Die berechneten Abstände können wiederum statistisch analysiert werden, indem auch hier statistische Momente, wie z. B. Mittelwert, Standardabweichung, Schiefe oder Wölbung, berechnet und geeignet kombiniert werden können, um so die in der Speichervorrichtung gespeicherte Information zu charakterisieren.Furthermore, in addition or as an alternative, statistical moments of the distances between the measurement points in the configuration space can be considered, it being possible to determine a center point of a respective attractor and then to calculate a distance between each measurement value and this center point. The calculated distances can in turn be statistically analyzed by using statistical moments such as B. mean, standard deviation, skewness or curvature, can be calculated and suitably combined so as to characterize the information stored in the storage device.

Vorzugsweise erfolgt die Analyse des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen im Phasenraum, indem die Attraktoren in einem vorzugsweise zweidimensionalen Unterraum eines höherdimensionalen Phasenraums des Gesamtsystems untersucht werden. Hierzu kann der Phasenraum in diskrete Bereiche unterteilt sein. Beispielsweise kann hierzu ein reguläres oder irrreguläres Gitter oder jede andere Partitionierung des Unterraums gewählt sein. Die Verteilung des Attraktors auf die einzelnen Bereiche, beispielsweise Gitterzellen, kann untersucht werden. Eine beispielhafte Partitionierung eines zweidimensionalen Unterraums 302 mit aufgetragenen Werten eines Attraktors, der auf der Grundlage einer Speichervorrichtung mit einem Chua's Circuit abgeleitet worden ist, beispielsweise dem Chua's Circuit 100 aus 1, ist im Diagramm 300 in 3 dargestellt. Die Spannungen an den Kondensatoren des Chua's Circuit bilden einen sogenannten Doppelspiralattraktor. Die Punkte im Gitter entsprechen den beiden Spannungswerten zum jeweils gleichen Zeitpunkt. Zur Auswertung von Datensätzen kann ferner die Anzahl der Punkte pro Gitterzelle berechnet werden.The analysis of the temporal course of the system variables in the phase space is preferably carried out by examining the attractors in a preferably two-dimensional subspace of a higher-dimensional phase space of the overall system. For this purpose, the phase space can be divided into discrete areas. For example, a regular or irregular grid or any other partitioning of the subspace can be selected for this. The distribution of the attractor over the individual areas, for example grid cells, can be examined. An example of a partitioning of a two-dimensional subspace 302 with plotted values of an attractor that has been derived on the basis of a storage device with a Chua's Circuit, for example the Chua's Circuit 100 out 1 , is in the diagram 300 in 3rd shown. The voltages on the capacitors of the Chua's Circuit form a so-called double spiral tractor. The points in the grid correspond to the two voltage values at the same time. The number of points per grid cell can also be calculated for evaluating data sets.

Der Unterschied zwischen zwei Attraktoren, der bei verschiedenen Systemkonfigurationen, d. h. einer anderen Änderung der Abhängigkeit einer Bauteileigenschaft von einer Systemvariablen, bezüglich ihrer räumlichen Lage oder Ausdehnung auftritt, kann quantifiziert werden, indem die Differenzen der Verteilung der jeweiligen Attraktoren auf die diskreten Bereiche ermittelt und quantisiert werden. Vorzugsweise können die Absolutwerte der Differenzen zwischen den Gittern aufsummiert werden, um eine Kennzahl für den Unterschied zwischen zwei Attraktoren, die bei verschiedenen Systemkonfigurationen auftreten, zu erhalten.The difference between two attractors that occurs in different system configurations, i. H. Another change in the dependency of a component property on a system variable, with regard to its spatial position or extent, can be quantified by determining and quantizing the differences in the distribution of the respective attractors over the discrete areas. Preferably, the absolute values of the differences between the grids can be summed up in order to obtain a key figure for the difference between two attractors which occur in different system configurations.

Die vorgenannten direkten statistischen Analyseverfahren reduzieren die Informationen, die in dem Verhalten der Systemvariablen enthalten sind, auf einen, zwei oder mehr skalare Werte. Jedoch unterscheiden die direkten statistischen Analyseverfahren nicht zwischen einzelnen Effekten, die zu einer Modifizierung der Quantitäten, also zu einer Veränderung der aus den Daten abgeleiteten Werte, führen. Dies kann durch die letztgenannte Methode erreicht werden, in der der Unterraum diskretisiert wird, beispielsweise mit einem Gitter mit einer anpassbaren Anzahl von Zellen über dem Attraktor, das durch eine Matrix A darstellbar ist.The aforementioned direct statistical analysis methods reduce the information contained in the behavior of the system variables to one, two or more scalar values. However, the direct statistical analysis methods do not differentiate between individual effects that lead to a modification of the quantities, i.e. to a change in the values derived from the data. This can be achieved by the latter method, in which the subspace is discretized, for example with a grid with an adjustable number of cells above the attractor, which can be represented by a matrix A.

Eine beispielhafte Auswertung des diskretisierten Unterraums kann erfolgen, indem die Inhalte der einzelnen Zellen, welche die Häufigkeit der in diese Zellen fallenden Abtastpunkte des Attraktors darstellen, als Graustufenbild interpretiert werden, wobei aus den Graustufenbildern für zwei Attraktoren ein Differenzbild gebildet werden kann. Die Graustufenbilder können Informationen über die lokale Verteilung des Attraktors im Phasenraum bereitstellen. Zur Analyse des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen können einer oder mehrere der folgenden Verfahrensschritte vorgesehen sein:

  1. 1. Initialisieren. Das Verfahren kann initialisiert werden, indem zwei Systemvariablen, beispielsweise Spannungen, die den Attraktor definieren, und eine Auflösung der Matrix A bestimmt werden.
  2. 2. Suchen nach Minimal- und Maximalwerten. Das Verfahren kann die ausgewählten Werte isolieren und nach Minimal- und Maximalwerten der jeweiligen Systemvariablen, beispielsweise V1 und V2 , suchen.
  3. 3. Skalieren von Werten. Der Bereich von dem größten Maximalwert zu dem kleinsten Minimalwert der entsprechenden Dimension wird als das Intervall gewählt, auf das alle Daten skaliert werden.
  4. 4. Abbilden der Punkte auf die Matrix. Die skalierten Werte können auf die Gitterbereiche des Gitters abgebildet werden und es kann ermittelt werden, wie oft eine Trajektorie durch die entsprechende Zelle führt. Wenn die Trajektorie auf eine Zelle aij von A abgebildet ist, wird der Inhalt von aij um 1 inkrementiert. Hierdurch wird eine Matrix A erzeugt, die die Verteilung des Attraktors in einem zweidimensionalen Unterraum des Phasenraums darstellt.
  5. 5. Berechnen von Unterschieden. Die Analyse kann für zwei oder mehr unterschiedliche Attraktoren durchgeführt werden, sodass mindestens zwei Matrizen, A und B, gemäß den vorhergehenden Schritten berechnet werden können, von denen jede die Werte eines Attraktors umfasst. Die Unterschiede können zwischen sich entsprechenden Zellen der Matrizen berechnet werden, beispielsweise mittels eines Absolutwerts der Unterschiede, und in einer dritten Matrix, C, gespeichert werden, C =|A-B|.
  6. 6. Aufsummieren der Unterschiede. Die Inhalte der Zellen der Matrix C entsprechen dem Unterschied zwischen zwei Attraktoren bezüglich ihrer Form, Ausdehnung und Position sowie der Aufenthaltswahrscheinlichkeitsverteilung der Trajektorien im Phasenraum. Die Gesamtsumme aller Einträge bestimmt die Größe dieses Unterschieds, somit ergibt die Summation aller Einträge von C eine dimensionslose Maßzahl für den Unterschied zwischen zwei Attraktoren.
  7. 7. Berechnen der Maßzahlen. Die Schritte 1-6 werden mit einem Datensatz in mehreren Zeitfenstern beliebiger Länge, z. B. 10 s, durchgeführt. Der Mittelwert der Werte aller Fenster kann dann als die Maßzahl betrachtet werden. Ferner kann die Standardabweichung bzw. der Standardfehler dieses Mittelwerts betrachtet werden.
An exemplary evaluation of the discretized subspace can be done by the contents of the individual cells, which represent the frequency of the sampling points of the attractor falling into these cells, can be interpreted as a grayscale image, wherein a difference image can be formed from the grayscale images for two attractors. The grayscale images can provide information about the local distribution of the attractor in the phase space. One or more of the following method steps can be provided to analyze the time course of the system variables:
  1. 1. Initialize. The method can be initialized by determining two system variables, for example voltages that define the attractor, and a resolution of the matrix A.
  2. 2. Search for minimum and maximum values. The method can isolate the selected values and according to minimum and maximum values of the respective system variables, for example V 1 and V 2 , search.
  3. 3. Scaling values. The range from the largest maximum value to the smallest minimum value of the corresponding dimension is chosen as the interval to which all data is scaled.
  4. 4. Map the points on the matrix. The scaled values can be mapped onto the grid areas of the grid and it can be determined how often a trajectory leads through the corresponding cell. If the trajectory to a cell a ij of A is shown, the content of a ij incremented by 1. This creates a matrix A generated, which represents the distribution of the attractor in a two-dimensional subspace of the phase space.
  5. 5. Calculate differences. The analysis can be performed for two or more different attractors so that at least two matrices, A and B, can be calculated according to the previous steps, each of which comprises the values of an attractor. The differences can be calculated between corresponding cells of the matrices, for example by means of an absolute value of the differences, and in a third matrix, C. , are saved, C = | AB |.
  6. 6. Sum up the differences. The contents of the cells of matrix C correspond to the difference between two attractors in terms of their shape, extent and position as well as the probability distribution of the trajectories in the phase space. The total of all entries determines the size of this difference, so the summation of all entries of C gives a dimensionless measure for the difference between two attractors.
  7. 7. Calculate the dimensions. Steps 1-6 are performed with a data record in several time windows of any length, e.g. B. 10 s performed. The mean of the values of all windows can then be regarded as the measure. The standard deviation or the standard error of this mean value can also be considered.

Eine Auswertung kann beispielsweise mittels folgender Tests erfolgen, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf ein bestimmtes Testverfahren beschränkt ist.

  1. 1. Ein „Selbstvergleich“, bei dem die Stabilität eines Attraktors über die Messdauer untersucht wird. In diesem Fall wird ein Intervall aus der Messreihe herausgenommen und mit anderen, gleichlangen Zeitintervallen derselben Messreihe verglichen. Auf diesen Vergleich wird im Folgenden und in den Figuren als SDA-Selbst Bezug genommen.
  2. 2. Ein „Differenzvergleich“, bei dem Intervalle einer Messreihe mit den entsprechenden Intervallen einer zweiten Messreihe verglichen werden. Diese Methode wird im Folgenden und in den Figuren als SDA-Diff bezeichnet.
An evaluation can be carried out, for example, using the following tests, the present invention not being limited to a specific test method.
  1. 1. A "self-comparison" in which the stability of an attractor is examined over the duration of the measurement. In this case, an interval is taken out of the series of measurements and compared with other, equally long time intervals of the same series of measurements. This comparison is referred to below and in the figures as an SDA self.
  2. 2. A “difference comparison”, in which the intervals of a series of measurements are compared with the corresponding intervals of a second series of measurements. This method is referred to below and in the figures as SDA diff.

Da im ersten Testverfahren jeder Datensatz dem gleichen chaotischen System entstammt, sollten die Unterschiede zwischen diesen Zeitintervallen kleiner sein, als wenn (wie im zweiten Testverfahren) Daten unterschiedlicher Systeme miteinander verglichen werden.Since each data set originates from the same chaotic system in the first test method, the differences between these time intervals should be smaller than when (as in the second test method) data from different systems are compared with one another.

Ergebnisse einer Konfiguration eines chaotischen Kreises in eine Vielzahl chaotischer Systeme sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Da Vergleiche über mehrere Zeitintervalle durchgeführt wurden, erfolgt die Angabe der Ergebnisse in der Form: „Mittelwert der Intervalle ± Standardabweichung“. Die Widerstandswerte beziehen sich auf eine Modifikation einer Kennlinie, beispielsweise der modifizierten Kennlinie 200 aus 2. Tabelle 1: Analyse von Konfigurationen eines chaotischen Kreises. In der Hauptdiagonalen sind die Ergebnisse des Selbstvergleichs eingetragen, in der oberen Dreiecksmatrix die jeweiligen Differenzvergleiche. R/Ω 1600 1610 1620 1630 1640 1650 1660 1600 69.450 ± 394 78.004 ± 931 86.121 ± 546 100.252 ± 694 112.287 ± 512 130.296 ± 738 184.623 ± 1.236 1610 72.685 ± 735 80.498 ± 881 95.167 ± 1.130 107.213 ± 1.139 126.622 ± 1.336 180.177 ± 1.298 1620 68.598 ± 543 81.744 ± 686 96.825 ± 862 117.667 ± 668 173.923 ± 1.274 1630 71.157 ± 766 87.106 ± 684 106.461 ± 864 164.868 ± 1.316 1640 71.342 ± 470 90.598 ± 558 144.279 ± 1.057 1650 69.919 ± 426 121.190 ± 1.575 1660 67.619 ± 637 Results of a configuration of a chaotic circle in a variety of chaotic systems are summarized in Table 1. Since comparisons were carried out over several time intervals, the results are given in the form: "mean value of the intervals ± standard deviation". The resistance values relate to a modification of a characteristic curve, for example the modified characteristic curve 200 out 2nd . Table 1: Analysis of configurations of a chaotic circle. The results of the self-comparison are entered in the main diagonal, and the respective difference comparisons in the upper triangular matrix. R / Ω 1600 1610 1620 1630 1640 1650 1660 1600 69,450 ± 394 78,004 ± 931 86,121 ± 546 100,252 ± 694 112,287 ± 512 130,296 ± 738 184,623 ± 1,236 1610 72,685 ± 735 80,498 ± 881 95,167 ± 1,130 107,213 ± 1,139 126,622 ± 1,336 180,177 ± 1,298 1620 68,598 ± 543 81,744 ± 686 96,825 ± 862 117,667 ± 668 173,923 ± 1,274 1630 71,157 ± 766 87.106 ± 684 106,461 ± 864 164,868 ± 1,316 1640 71,342 ± 470 90,598 ± 558 144,279 ± 1,057 1650 69,919 ± 426 121,190 ± 1,575 1660 67,619 ± 637

Die Einträge in der Hauptdiagonalen von Tabelle 1 entsprechen Ergebnissen des Vergleichs der Attraktoren zu verschiedenen Zeiten mit sich selbst. Die Werte sind stabil und liegen im gleichen Wertebereich. Bei dem Vergleich von Attraktoren aus unterschiedlichen chaotischen Systemen (obere Dreiecksmatrix) sind die Differenzen signifikant größer.The entries in the main diagonal of Table 1 correspond to results of the comparison of the attractors with themselves at different times. The values are stable and lie in the same range of values. When comparing attractors from different chaotic systems (upper triangular matrix), the differences are significantly larger.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine erfindungsgemäße Speichervorrichtung mittels einer FPAA-Implementation eines Chua's Circuit mit veränderbarer Kennlinie einer Nichtlinearität f(x) realisiert sein. Hierzu kann ein chaotischer Kreis auf speziellen ICs, sogenannten Field Programmable Analog Arrays (FPAAs), implementiert sein.In a preferred embodiment, a memory device according to the invention can be implemented by means of an FPAA implementation of a chua circuit with a variable characteristic of a non-linearity f (x). For this purpose, a chaotic circle can be implemented on special ICs, so-called field programmable analog arrays (FPAAs).

FPAAs sind integrierte Schaltkreise, auf denen analoge Baugruppen rekonfigurierbar miteinander verbunden werden können, ähnlich wie bei FPGAs im digitalen Bereich. Typische Komponenten auf FPAAs sind z. B. Summierer, Multiplizierer und Integrierer, also Baugruppen, welche zum Lösen von Differenzialgleichungen genutzt werden können, wie sie auch chaotische Systeme beschreiben. Diese Technologie erfordert keine weiteren Integrationsschritte und ist dynamisch rekonfigurierbar, wodurch mehrere Systeme mit nur einem Chip realisiert werden können. Ferner können beliebige chaotische Systeme einfach implementiert werden, da nur die das System beschreibenden Gleichungen an das FPAA übergeben werden. Solche Systeme sind beispielsweise beschrieben in E.N. Lorenz: „Deterministic Nonperiodic Flow“, Journal of the Atmospheric Sciences, 1963 , oder O.E. Rössler: „An Equation for Continuous Chaos“, Physics Letters, 1976 .FPAAs are integrated circuits on which analog modules can be reconfigurably connected to one another, similar to FPGAs in the digital field. Typical components on FPAAs are e.g. B. summers, multipliers and integrators, i.e. assemblies, which can be used to solve differential equations, as they also describe chaotic systems. This technology does not require any further integration steps and is dynamically reconfigurable, which means that multiple systems can be implemented with just one chip. Furthermore, any chaotic systems can be easily implemented, since only the equations describing the system are transferred to the FPAA. Such systems are described for example in EN Lorenz: "Deterministic Nonperiodic Flow", Journal of the Atmospheric Sciences, 1963 , or OE Rössler: "An Equation for Continuous Chaos", Physics Letters, 1976 .

Um einen Chua's Circuit auf einem FPAA zu implementieren, kann das Gleichungssystem (1) in eine dimensionslose Form gebracht werden: x ˙ = α ( y x f ( x ) ) y ˙ = x y + z z ˙ = β y + γ z

Figure DE102015121626B4_0003
To implement a Chua's circuit on an FPAA, the system of equations (1) can be brought into a dimensionless form: x ˙ = α ( y - x - f ( x ) ) y ˙ = x - y + e.g. e.g. ˙ = - β y + γ e.g.
Figure DE102015121626B4_0003

Für f(x) kann, wie bereits für f(V1) beschrieben, eine abschnittsweise lineare Parametrisierung verwendet werden: f ( x ) = b x + 0.5 ( a b ) ( | x + 1 | | x 1 | )

Figure DE102015121626B4_0004
wobei a und b Steigungswerte in einzelnen Abschnitten bezeichnen.For f (x), as for f (V 1 ) described, a section-wise linear parameterization can be used: f ( x ) = b x + 0.5 ( a - b ) ( | x + 1 | - | x - 1 | )
Figure DE102015121626B4_0004
where a and b denote slope values in individual sections.

Gemäß weiteren Ausführungsformen sind andere Realisierungsmöglichkeiten für eine Chua-Diode eines Chua's Circuit möglich. Beispielsweise kann im Falle von FPAAs eine Implementation mittels einer LUT, wodurch eine abschnittsweise lineare Kennlinie erzeugt wird, durch einen Aufbau mit zwei Multiplizierern ersetzt werden, der dann eine kubische Kennlinie erzeugen kann. Beispielsweise kann eine der folgenden Gleichungen implementiert sein, die die erforderliche Kennlinie der Chua-Diode erzeugen:

  1. a) f(x)=bx+0.5(a-b)(|x+c|-|x-c|) mit a=-1.27,b=-0.68,c=1
  2. b) f(x) =h1x-h2x3 mit h1 =-1.27, h2=-0.0157
  3. c) f(x) =-atanh(bx) mit a= 2, b=0.38
  4. d) f(x) = d1x + d2x|x| mit d 1 = 8 7 ,   d 2 = 4 63
    Figure DE102015121626B4_0005
According to further embodiments, other implementation options for a Chua diode of a Chua circuit are possible. For example, in the case of FPAAs, an implementation using a LUT , whereby a segmentally linear characteristic is generated, is replaced by a structure with two multipliers, which can then generate a cubic characteristic. For example, one of the following equations can be implemented that generate the required characteristic of the Chua diode:
  1. a) f (x) = bx + 0.5 (ab) (| x + c | - | xc |) with a = -1.27, b = -0.68, c = 1
  2. b) f (x) = h 1 xh 2 x 3 with h 1 = -1.27, h 2 = -0.0157
  3. c) f (x) = -atanh (bx) with a = 2, b = 0.38
  4. d) f (x) = d 1 x + d 2 x | x | With d 1 = - 8th 7 , d 2nd = 4th 63
    Figure DE102015121626B4_0005

Durch jede dieser Gleichungen kann ein individuelles Systemverhalten erzeugt werden, auch wenn der Rest der Schaltung unverändert bleibt. Dies kann vorteilhaft mittels FPAAs umgesetzt werden, wobei andere Implementierungen denkbar sind.An individual system behavior can be generated by each of these equations, even if the rest of the circuit remains unchanged. This can advantageously be implemented using FPAAs, although other implementations are conceivable.

4a und 4b stellen eine Kennlinie einer nichtlinearen Funktion und einen Attraktor eines entsprechenden chaotischen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das zugrunde liegende chaotische Verhalten eines durch ein FPAA realisierten Chua's Circuit kann beispielsweise mit Parameterwerten von α = 10, β = -14.87, γ = 0, a = - 1.27 und b =-0.687 erzielt werden, wobei einzelne Werte aufgrund von Bauteilschwankungen an das jeweilige FPAA angepasst werden können. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf diese Werte nicht beschränkt. Eine Adresseingabe erfolgt über eine Modifikation der Systemparameter bei der Konfiguration des FPAA. Die nichtlineare Funktion kann mit einer Wertetabelle, einer sogenannten Lookup-Table (LUT), realisiert werden. 4a and 4b represent a characteristic of a nonlinear function and an attractor of a corresponding chaotic system according to an embodiment of the present invention. The underlying chaotic behavior of a Chua circuit implemented by an FPAA can be, for example, with parameter values of α = 10, β = -14.87, γ = 0 , a = - 1.27 and b = -0.687 can be achieved, whereby individual values can be adapted to the respective FPAA due to component fluctuations. However, the present invention is not limited to these values. An address is entered by modifying the system parameters when configuring the FPAA. The nonlinear function can be used with a value table, a so-called lookup table ( LUT ), will be realized.

4a zeigt die entsprechende Kennlinie 400 der nichtlinearen Funktion. Die LUT kann einen Ausgang eines Analog-Digital-Konverters (ADC) mit einem Eingang eines Digital-Analog-Konverters (DAC) des FPAA verbinden. Somit kann das analoge System an dieser Stelle eine digitale Komponente enthalten, denn es werden Spannungen, die am Eingang des ADC anliegen, quantisiert und der resultierende Wert dann mit den Einträgen der LUT verglichen. Anschließend erzeugt der DAC die an der entsprechenden Adresse hinterlegte Ausgangsspannung. In 4a sind die 256 Wertebereiche des ADC auf der x-Achse aufgetragen. Der den jeweiligen Punkten zugeordnete DAC-Wert im Bereich von -2 V bis +2 V ist auf der y-Achse aufgetragen. 4a shows the corresponding characteristic 400 the nonlinear function. The LUT can connect an output of an analog-to-digital converter (ADC) to an input of a digital-to-analog converter (DAC) of the FPAA. This means that the analog system can contain a digital component at this point, because voltages that are present at the input of the ADC are quantized and the resulting value then with the entries of the LUT compared. The DAC then generates the output voltage stored at the corresponding address. In 4a are the 256 ADC value ranges plotted on the x-axis. The DAC value assigned to the respective points in the range from -2 V to +2 V is plotted on the y-axis.

4b zeigt einen Attraktor eines chaotischen Systems eines mit der Kennlinie 400 aus 4a konfigurierten chaotischen Kreises. 4b shows an attractor of a chaotic system one with the characteristic 400 out 4a configured chaotic circle.

Wird über die LUT Einfluss auf die Form der Kennlinie 400 genommen, erfolgt ein entscheidender Eingriff in die Dynamik des chaotischen Kreises, der in ein weiteres chaotisches System überführt wird. Man kann also die nach einer Veränderung der Kennlinie entstehenden Systeme jeweils als neue, eigenständige chaotische Systeme oder Chua's Circuits mit einer individuellen nichtlinearen Kennlinie betrachten. Hierzu können die Einträge der Wertetabelle verändert werden.Will over the LUT Influence on the shape of the characteristic 400 taken, there is a decisive intervention in the dynamics of the chaotic circle, which is transferred into another chaotic system. The systems created after changing the characteristic curve can therefore be viewed as new, independent chaotic systems or Chua's Circuits with an individual nonlinear characteristic curve. For this, the entries in the value table can be changed.

In einer beispielhaften Umsetzung in Hardware kann ein Chua's Circuit mit FPAA-ICs implementiert sein, beispielsweise Chips der Firma ANADIGM, z. B. einem AN221E04 integriert auf dem Entwicklungsboard AN221K04. Diese stellen eine LUT mit 256 Einträgen bereit, an denen wiederum 256 verschiedene Ausgangswerte möglich sind.In an exemplary implementation in hardware, a Chua circuit with FPAA ICs can be implemented, for example chips from the company ANADIGM, e.g. B. an AN221E04 integrated on the development board AN221K04. These represent one LUT With 256 Entries ready, in turn 256 different initial values are possible.

5a zeigt eine veränderte abschnittsweise lineare Kennlinie, welche ausgehend von der in 4a gezeigten Basiskonfiguration erstellt wurde. Hierzu wurden jeweils 10 Punkte der LUT in ihrer Amplitude um jeweils 10 bis 256 Wertigkeiten verschoben, wodurch die Abhängigkeit von Bauteileigenschaften von Systemvariablen geändert werden kann. Ein Attraktor des entstehenden chaotischen Systems ist in 5b gezeigt. 5a shows a modified linear characteristic curve, which is based on the in 4a shown basic configuration was created. For this, 10 points each were awarded LUT in amplitude by each 10th to 256 Values moved, whereby the dependency of component properties on system variables can be changed. An attractor of the chaotic system is in 5b shown.

Der Effekt einer solchen Modifikation wird deutlich, wenn man den Attraktor aus 4b mit dem Attraktor aus 5b vergleicht, der mit der Kennlinie aus 5a erzeugt wurde.The effect of such a modification becomes clear when you look at the attractor 4b with the attractor 5b compares that with the characteristic curve 5a was generated.

6a, 6b, 7a, 7b und 8 zeigen Ergebnisse beispielhafter Untersuchungen von je 150 verschiedenen Systemen auf zwei baugleichen Chips, deren chaotische Kreise über eine Änderung der Abhängigkeit von Bauteileigenschaften von Systemvariablen in eine Vielzahl chaotischer Systeme überführt wurden. 6a , 6b , 7a , 7b and 8th show results of exemplary studies of each 150 different systems on two structurally identical chips, the chaotic circles of which were converted into a large number of chaotic systems by changing the dependency of component properties on system variables.

Die Analyse der Attraktoren wurde mit den oben beschriebenen Analyseverfahren durchgeführt, wie sie in Zusammenhang mit Tabelle 1 und den zugehörigen Figuren beschrieben sind. The analysis of the attractors was carried out using the analysis methods described above, as described in connection with Table 1 and the associated figures.

Als Grundlage für die Bewertung dient ein Selbstvergleich. Wie bereits oben beschrieben, sollten die Vergleiche verschiedener Systeme miteinander höhere Kennzahlen ergeben als der Vergleich eines Systems mit sich selbst.A self-comparison serves as the basis for the assessment. As already described above, comparing different systems with each other should result in higher key figures than comparing one system with itself.

Den nachfolgend beschriebenen 7a und 8 kann entnommen werden, dass die Selbstvergleiche der chaotischen Systeme alle in einem abgegrenzten Bereich mit hinreichend kleiner Standardabweichung liegen, sodass Differenzvergleiche von verschiedenen chaotischen Systemen diese Werte übertreffen sollten.The one described below 7a and 8th it can be seen that the self-comparisons of the chaotic systems are all in a defined area with a sufficiently small standard deviation, so that comparative comparisons of different chaotic systems should exceed these values.

Ergebnisse der Untersuchung eines einzelnen Chips sind in 6a und 6b gezeigt. Hierbei wurde untersucht, wie stark die Veränderung einer Kennlinie vorteilhafterweise sein sollte, damit unterscheidbare chaotische Systeme erhalten werden.Results of examining a single chip are shown in 6a and 6b shown. Here it was examined how strongly the change in a characteristic curve should advantageously be so that distinguishable chaotic systems are obtained.

6a zeigt die Veränderung der Amplituden an den 10 Punkten der modifizierten Kennlinie aus 5a. Auf der x-Achse ist aufgetragen, um wie viele Schritte die Amplituden an den 10 Punkten verschoben wurden, auf der y-Achse ist der Unterschied der dadurch entstehenden Systeme zum System gemäß 5a gezeigt. 6b stellt die Verschiebung der 10 Punkte der modifizierten Kennlinie nach 5a dar, wobei auf der x-Achse die Anzahl der Schritte, um die die Punkte verschoben wurden, und auf der y-Achse der Unterschied der dadurch entstehenden Systeme zum System aus 5a aufgetragen sind. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die resultierenden chaotischen Systeme statistisch signifikant voneinander abgrenzen lassen, und zwar sowohl dann, wenn die Amplituden an identischen Punkten nur um einen Schritt in der Wertigkeit verändert werden, wie es in 6a gezeigt ist, als auch dann, wenn alle Punkte, ohne die Wertigkeiten zu verändern, nur um eine Stelle verschoben werden, wie es in 6b gezeigt ist. 6a shows the change in the amplitudes at the 10 points of the modified characteristic 5a . The x-axis shows the number of steps by which the amplitudes at the 10 points have been shifted. The y-axis shows the difference between the resulting systems and the system 5a shown. 6b adjusts the shift of the 10 points of the modified characteristic 5a represents, on the x-axis the number of steps by which the points were shifted, and on the y-axis the difference between the resulting systems and the system 5a are applied. The results show that the resulting chaotic systems can be distinguished from each other in a statistically significant manner, both when the amplitudes at identical points are only changed by one step in terms of value, as described in 6a is shown, as well as if all points are shifted by one position without changing the valences, as is shown in 6b is shown.

Die in 7a und 7b dargestellten Ergebnisse beruhen auf einer Vermessung und Konfiguration eines weiteren, baugleichen Chips, wobei bei jeweils gleichen Konfigurationen statistisch signifikant andere Ergebnisse gemessen werden konnten.In the 7a and 7b The results shown are based on a measurement and configuration of a further chip of identical construction, with statistically significantly different results being able to be measured with the same configurations.

7a zeigt den Vergleich von jeweils gleichen Adressen auf zwei baugleichen Chips. Auf der x-Achse ist die Kennung (Adresse) des jeweiligen chaotischen Systems aufgetragen, auf der y-Achse die für den Unterschied zwischen den Systemen ermittelte Kennzahl. Im unteren „Band“ wird der Vergleich des jeweiligen Systems auf jedem der beiden Chips mit sich selbst gezeigt, im oberen sind die Differenzen der jeweils gleichen Adressen auf den beiden Chips zu sehen. 7a shows the comparison of identical addresses on two identical chips. The identification (address) of the respective chaotic system is plotted on the x-axis, and the identification number determined for the difference between the systems is plotted on the y-axis. In the lower "band" the comparison of the respective system on each of the two chips with itself is shown, in the upper one the differences of the same addresses on the two chips are shown.

7b zeigt einen Vergleich der Basiskonfiguration nach 5a von Chip 1 mit jeweils 150 modifizierten Systemen beider Chips. Auf der x-Achse ist die Kennung des jeweiligen Systems aufgetragen, wobei Kennungen 0 bis 150 Chip 1 entsprechen und Kennungen 151 bis 300 chaotische Systeme von Chip 2 bezeichnen. Auf der y-Achse ist die als Unterschied des jeweiligen Systems zur Basiskonfiguration nach 5a ermittelte Kennzahl aufgetragen. Die Ergebnisse zeigen, dass jeweils gleich konfigurierte chaotische Kreise auf den beiden Chips unterschiedliche Abweichungen hervorrufen. 7b shows a comparison of the basic configuration 5a from chip 1 with each 150 modified systems of both chips. The identifier of the respective system is plotted on the x-axis, with identifiers 0 to 150 chip 1 match and identifiers 151 to 300 chaotic systems from Chip 2nd describe. On the y-axis is the difference between the respective system and the basic configuration 5a determined key figure plotted. The results show that equally configured chaotic circles on the two chips cause different deviations.

Dies ist auf herstellungsbedingte Schwankungen bei der Produktion der Chips zurückzuführen, die zwar immer so gering wie möglich gehalten werden sollen, bei der Vermessung der chaotischen Dynamik der jeweiligen chaotischen Systeme jedoch trotzdem zu hinreichend großen Abweichungen führen und hiermit die chaotischen Systeme und die dadurch repräsentierte gespeicherte Information unterscheidbar machen. Ferner kann auch durch Verwendung eines baugleichen Chips der Informationsgehalt eines ursprünglichen Chips nicht reproduziert werden, sodass die den Chip umfassende erfindungsgemäße Speichervorrichtung nicht geklont werden kann.This is due to manufacturing-related fluctuations in the production of the chips, which should always be kept as low as possible, but nevertheless lead to sufficiently large deviations when measuring the chaotic dynamics of the respective chaotic systems and thus the chaotic systems and the stored ones represented thereby Make information distinguishable. Furthermore, the information content of an original chip cannot be reproduced by using an identical chip, so that the memory device according to the invention comprising the chip cannot be cloned.

8 stellt eine Erweiterung von 7b auf alle 150 untersuchten Systeme dar. 8 zeigt den Vergleich der jeweils 150 Systeme auf 2 Chips miteinander. Wie in 7b sind auf der x-Achse die Bezeichnung der jeweiligen Adresse und auf der y-Achse die sich ergebende Kennzahl aufgetragen. 8 kann entnommen werden, dass die erfindungsgemäße Änderung der Abhängigkeit von Eigenschaften des chaotischen Kreises in Abhängigkeit von Systemvariablen zu einer großen Anzahl chaotischer Systeme führt. Bis auf nicht chaotische Systeme im untersten Band von 8, welche auf einen stabilen Gleichgewichtspunkt zulaufen und sich daher nicht chaotisch verhalten, und wenige instabile Systeme in einem mittleren Band weisen die weiteren Systeme ein chaotisches Verhalten auf. Aus 8 ist ersichtlich, dass die jeweiligen Selbstvergleiche in einem Bereich von etwa 70.000 bis 130.000 auftreten, während die Differenzvergleiche in dem Bereich von ca. 220.000 bis 650.000 liegen. Die Standardabweichung der jeweiligen Werte ist so klein, dass eine Überschneidung der Bereiche fast nie auftritt. 8th represents an extension of 7b to all 150 examined systems. 8th shows the comparison of each 150 Systems on 2nd Chips with each other. As in 7b the designation of the respective address is plotted on the x-axis and the resulting key figure is plotted on the y-axis. 8th it can be seen that the change according to the invention of the dependence on properties of the chaotic circle as a function of system variables leads to a large number of chaotic systems. Except for non-chaotic systems in the lowest band of 8th , which run towards a stable equilibrium point and therefore do not behave chaotically, and few unstable systems in a medium band show the other systems a chaotic behavior. Out 8th it can be seen that the respective self-comparisons occur in a range of approximately 70,000 to 130,000, while the difference comparisons occur in the range of approx. 220,000 to 650,000. The standard deviation of the respective values is so small that an overlap of the ranges almost never occurs.

Eine Veränderung von Eigenschaften des chaotischen Kreises überführt den chaotischen Kreis mit einer hohen Wahrscheinlichkeit in chaotische Systeme mit chaotischem Verhalten dann, wenn Veränderungen in begrenzten Bereichen oder an Punkten in einer begrenzten Anzahl, ausgehend von einer Basiskonfiguration, vorgenommen werden. Die Anzahl der so erzeugten chaotischen Systeme ist wesentlich höher als bei einer direkten Veränderung einzelner Komponenten.A change in the properties of the chaotic circle converts the chaotic circle with a high probability into chaotic systems with chaotic behavior when changes are made in limited areas or at points in a limited number, based on a basic configuration. The number of chaotic systems generated in this way is significantly higher than if individual components were changed directly.

Ausgehend von dem in 5a gezeigten Ansatz einer Veränderung an 10 Punkten, die gleichzeitig um mindestens 10 Wertigkeiten verändert wurden, kann die resultierende Zahl von Systemen mit etwa ( 256 10 ) * 246 10 2.3 * 10 41

Figure DE102015121626B4_0006
abgeschätzt werden. Selbst wenn es nötig sein sollte, sich auf 128 der 256 Punkte zu beschränken und die Veränderung der Wertigkeiten auf 50 zu begrenzen, beliefe sich die Zahl der Systeme immer noch auf ca. ( 128 10 ) * 50 10 2.2 * 10 31 .
Figure DE102015121626B4_0007
Da für eine Charakterisierung eines chaotischen Systems mindestens ein kompletter Umlauf des Attraktors benötigt wird und dieser eine Grundfrequenz von etwa 3 kHz aufweist, würde ein Brute-Force-Angriff auf eine solche Speichervorrichtung ca. 2.2 * 10 31 3000 7.3 * 10 27
Figure DE102015121626B4_0008
Sekunden dauern, was ungefähr 2.3 * 1020 Jahren entspricht, was die Speichervorrichtung gegen diese Art von Angriffen immun macht.Starting from the in 5a shown approach of a change at 10 points, which were simultaneously changed by at least 10 values, the resulting number of systems can be approx ( 256 10th ) * 246 10th 2.3 * 10th 41
Figure DE102015121626B4_0006
can be estimated. Even if it should be necessary to limit yourself to 128 of the 256 points and change the weights 50 limit, the number of systems would still be approx. ( 128 10th ) * 50 10th 2.2 * 10th 31 .
Figure DE102015121626B4_0007
Since at least one complete revolution of the attractor is required to characterize a chaotic system and this has a basic frequency of approximately 3 kHz, a brute force attack on such a memory device would approx. 2.2 * 10th 31 3000 7.3 * 10th 27
Figure DE102015121626B4_0008
It takes seconds, which is approximately 2.3 * 10 20 years, which makes the storage device immune to this type of attack.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können als Bauteile ein oder mehrere digitale Potenziometer vorgesehen sein, um Widerstandswerte zu verändern. Digitale Potenziometer sind integrierte Bausteine (IC), die in einem bestimmten Widerstandsbereich, z. B. 10 Ω bis 1 MΩ, und mit einer bestimmten Auflösung, z. B. 256 Schritten, auf einen Widerstandswert programmierbar sind. Dies kann durch eine Verschaltung diskreter Widerstände mittels analoger Schalter erreicht werden. In einem Aufbau, der einen solchen IC enthält, kann bei jedem Start des chaotischen Kreises ein bestimmter Widerstandswert ausgewählt werden, was dann ein individuelles Systemverhalten zur Folge hat. Im Chua's Circuit können mehrere lineare Widerstände vorgesehen sein. So kann die Chua-Diode durch einen Aufbau mit 2 Operationsverstärkern und 6 diskreten Widerständen realisiert sein. Außerdem kann der lineare Widerstand R als freier Parameter zur Einstellung des Systemverhaltens genutzt werden. Werden diese Widerstände durch digitale Potenziometer ersetzt, führt dies zu einem chaotischen Kreis, der in eine Vielzahl von Zuständen (chaotische Systeme) versetzt werden kann.According to a further embodiment, one or more digital potentiometers can be provided as components in order to change resistance values. Digital potentiometers are integrated components (IC) that operate in a specific resistance range, e.g. B. 10 Ω to 1 MΩ, and with a certain resolution, for. B. 256 Steps that can be programmed to a resistance value. This can be achieved by connecting discrete resistors using analog switches. In a structure that contains such an IC, a certain resistance value can be selected each time the chaotic circuit is started, which then results in an individual system behavior. Several linear resistors can be provided in the Chua's circuit. So the Chua diode can be built using 2nd Operational amplifiers and 6 discrete resistors. In addition, the linear resistance R can be used as a free parameter for setting the system behavior. If these resistors are replaced by digital potentiometers, this leads to a chaotic circle that can be set in a variety of states (chaotic systems).

9a zeigt eine Ausführungsform eines konfigurierbaren elektronischen Bauteils für einen Chua's Circuit, dessen mindestens eine Eigenschaft in Abhängigkeit von mindestens einer Systemvariablen veränderbar ist. Durch einen spannungsgesteuerten Schalter kann ein weiterer Widerstand, R2, in einem bestimmten Wertebereich einer Systemvariablen, beispielsweise einer Spannung V1, parallel zu einem vorhandenen linearen Widerstand R1 geschaltet werden. Dadurch wird der Gesamtwiderstand in diesem Spannungsbereich verringert. Das in 9a gezeigte Bauteil kann spannungsgesteuerte Schalter S1 und S2 und Schmitt-Trigger A1 und A2 umfassen. Die linearen Widerstände R1 und R2 können jeweils 1620 Ω betragen. Die spannungsgesteuerten Schalter S1 und S2 werden über die Schmitt-Trigger A1 und A2 angesprochen, wobei S2 über den invertierten Ausgang von A2 gesteuert wird. Die Spannungsquelle V1 kann eine Dreiecksspannung im Bereich von -9 V bis +9 V erzeugen. Die Schmitt-Trigger A1, A2 können so eingestellt sein, dass im Bereich von 2,1 V bis 2,2 V beide Schalter geschlossen sind und somit der Gesamtwiderstand nur noch 810 Ω beträgt, da in diesem Fall R1 parallel zu R2 liegt. 9a shows an embodiment of a configurable electronic component for a Chua's circuit, the at least one property of which can be changed as a function of at least one system variable. With a voltage controlled switch, another resistor, R2 , in a certain value range of a system variable, for example a voltage V1 , parallel to an existing linear resistance R1 be switched. This reduces the total resistance in this voltage range. This in 9a Component shown can be voltage controlled switches S1 and S2 and Schmitt trigger A1 and A2 include. The linear resistors R1 and R2 can each be 1620 Ω. The voltage controlled switches S1 and S2 are about the Schmitt trigger A1 and A2 addressed, whereby S2 via the inverted output of A2 is controlled. The voltage source V1 can generate a triangular voltage in the range of -9 V to +9 V. The Schmitt trigger A1 , A2 can be set so that in the range from 2.1 V to 2.2 V both switches are closed and the total resistance is only 810 Ω because in this case R1 parallel to R2 lies.

9b zeigt ein Spannungs-Strom-Diagramm eines resultierenden Gesamtwiderstands, beispielsweise des in 9a gezeigten Bauteils. Im U-I-Diagramm ist der Strom durch R1 und R2, also R_gesamt, gegen Spannung V1 aufgetragen. 9b shows a voltage-current diagram of a resulting total resistance, for example that in FIG 9a shown component. In the UI diagram, the current is through R1 and R2 , so R_otal, against tension V1 applied.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein konfigurierbares elektronisches Bauteil zur Verwendung in einem chaotischen Kreis einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Schaltern realisiert sein, welche im Grundzustand geschlossen sein können und sich in einem gewählten Wertebereich öffnen. In diesem Fall kann ein Widerstand beispielsweise von 810 Ω auf 1620 Ω erhöht werden. 10a zeigt eine Integration einer Schaltung gemäß der Ausführungsform in einen Chua's Circuit. Die Schaltung umfasst spannungsgesteuerte Schalter S1 und S2, welche einen Parallelwiderstand von 129,6 kΩ zuschalten können, der einen Widerstand R mit 1620 Ω auf R=1600 Ω herabsetzt.According to a further embodiment, a configurable electronic component for use in a chaotic circuit of a device according to an embodiment of the present invention can be implemented with switches which can be closed in the basic state and open in a selected range of values. In this case, a resistance can be increased from 810 Ω to 1620 Ω, for example. 10a shows an integration of a circuit according to the embodiment in a Chua's circuit. The circuit includes voltage controlled switches S1 and S2 , which can connect a parallel resistance of 129.6 kΩ, the one resistor R with 1620 Ω reduced to R = 1600 Ω.

Der durch einen in 10a gezeigten chaotischen Kreis erzeugte Attraktor ist in 10b dargestellt. Der in 10b gezeigte Doppelspiralattraktor (Simulationsdauer 50 ms) weist eine visuelle Ähnlichkeit zu Attraktoren aus chaotischen Kreisen mit konstanten Widerständen auf. The one in one 10a shown chaotic circle generated attractor is in 10b shown. The in 10b The double spiral attractor shown (simulation duration 50 ms) has a visual similarity to attractors from chaotic circles with constant resistances.

Werden Chua-Dioden von Chua's Circuits gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit 2 Operationsverstärkern und 6 linearen Widerständen realisiert, so können diese Widerstände durch die in 10a gezeigte Schaltung und Widerstände mit passenden Werten ersetzt werden, wodurch eine Kennlinie der Chua-Diode derart beeinflusst werden kann, dass eine Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft der Chua-Diode von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises geändert wird. Hierdurch kann der chaotische Kreis in eine Vielzahl chaotischer Systeme mit voneinander unterscheidbaren Systemdynamiken überführt werden.If Chua diodes from Chua's Circuits are implemented in accordance with embodiments of the present invention with 2 operational amplifiers and 6 linear resistors, these resistors can be implemented by the in FIG 10a The circuit and resistors shown are replaced with suitable values, as a result of which a characteristic curve of the Chua diode can be influenced in such a way that a dependency of at least one property of the Chua diode on at least one system variable of the chaotic circuit is changed. As a result, the chaotic circle can be converted into a large number of chaotic systems with distinguishable system dynamics.

11 stellt ein Verfahren zum Auslesen einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 11 FIG. 5 illustrates a method of reading a memory device in accordance with an embodiment of the present invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Auslesen der Speichervorrichtung ein Empfangen einer Adresse, ein Abbilden der Adresse auf eine Änderung einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft eines chaotischen Kreises der Speichervorrichtung von einer Systemvariablen, ein Verändern der Eigenschaft gemäß der geänderten Abhängigkeit, wodurch der chaotische Kreis in eines aus einer Vielzahl chaotischer Systeme überführt wird, und ein Ausgeben eines oder mehrerer Werte, die die in der Vorrichtung gespeicherten Informationen gemäß dem chaotischen System charakterisieren.According to a preferred embodiment, the method for reading out the memory device comprises receiving an address, mapping the address to a change in a dependency of at least one property of a chaotic circle of the memory device on a system variable, changing the property in accordance with the changed dependency, as a result of which the chaotic circle is converted into one of a plurality of chaotic systems, and outputting one or more values which characterize the information stored in the device according to the chaotic system.

Vorzugsweise kann das Verfahren zum Auslesen einer Speichervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Speichervorrichtung kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Chua's Circuits oder FPAAs realisiert sein, welche einen einzelnen chaotischen Kreis darstellen können, der über eine Änderung der Abhängigkeit von Eigenschaften des chaotischen Kreises von Systemvariablen in eine Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist. Dementsprechend kann das Abbilden einer Adresse ein Ändern von Werten der Abhängigkeit in einem oder mehreren Wertebereichen aufweisen. Ferner kann das Ausgeben des einen oder der mehreren Werte ein Messen von Kondensatorspannungen und Strömen durch Spulen in den Chua's Circuits oder von Systemvariablen der FPAAs aufweisen.The method for reading out a memory device according to embodiments of the present invention can preferably be used. The storage device can be implemented, for example, by means of one or more Chua's Circuits or FPAAs, which can represent a single chaotic circle, which can be converted into a large number of chaotic systems by changing the dependency of properties of the chaotic circle on system variables. Accordingly, mapping an address may include changing dependency values in one or more ranges of values. Furthermore, outputting the one or more values may include measuring capacitor voltages and currents through coils in the Chua's Circuits or system variables of the FPAAs.

Das Verfahren 800 kann in Schritt 802 beginnen, sobald die Speichervorrichtung ausgelesen werden soll, beispielsweise wenn die Speichervorrichtung an ein Lesegerät angelegt oder mit diesem Lesegerät drahtlos oder drahtgebunden verbunden wird. Die Speichervorrichtung kann einen konfigurierbaren chaotischen Kreis umfassen. Ein Eingabemodul der Speichervorrichtung kann in Schritt 804, beispielsweise von dem Lesegerät, eine Adresse empfangen. Beispielsweise kann die Adresse von einer Entität, beispielsweise einem vertrauenswürdigen Server, empfangen werden, der extern zu der Speichervorrichtung angeordnet ist. Die Adresse kann auf einen Zustand der Speichervorrichtung abgebildet werden. So kann in Schritt 806 das Verfahren beispielsweise damit fortfahren, die Adresse auf eine funktionale Abhängigkeit von Eigenschaften des chaotischen Kreises von Systemvariablen abzubilden. Einzelne Wertebereiche der funktionalen Abhängigkeit können beispielsweise um einen oder mehrere Werte geändert werden, was durch eine binäre Form der Adresse gesteuert werden kann. Hierbei können beliebige Abbildungsfunktionen verwendet werden, um einen Adressraum auf die verfügbaren Änderungsbereiche abzubilden.The procedure 800 can in step 802 begin as soon as the storage device is to be read out, for example when the storage device is placed on a reading device or is connected to this reading device in a wireless or wired manner. The storage device may include a configurable chaotic circle. An input module of the storage device can in step 804 receive an address, for example from the reader. For example, the address may be received from an entity, such as a trusted server, that is external to the storage device. The address can be mapped to a state of the storage device. So in step 806 the method may continue, for example, to map the address to a functional dependency of properties of the chaotic circle on system variables. Individual value ranges of the functional dependency can, for example, be changed by one or more values, which can be controlled by a binary form of the address. Any mapping functions can be used to map an address space to the available change areas.

Nach der Abbildung der Adresse auf den Zustand der Speichervorrichtung können entsprechende Zustandswerte der Speichervorrichtung ermittelt werden. So können nach der Abbildung der Adressen in Schritt 806 und nach der Änderung der Abhängigkeit der Eigenschaften die Systemvariablen des chaotischen Kreises ermittelt und analysiert werden. Basierend auf der Analyse eines zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen, beispielsweise in einem Konfigurationsraum oder Phasenraum, können aus der Analyse Kennwerte abgeleitet werden, welche in Schritt 808 ausgegeben werden, vorzugsweise über ein Ausgabemodul der Speichervorrichtung.After mapping the address to the state of the memory device, corresponding state values of the memory device can be determined. So after mapping the addresses in step 806 and after changing the dependency of the properties, the system variables of the chaotic circle are determined and analyzed. Based on the analysis of a time course of the system variables, for example in a configuration space or phase space, characteristic values can be derived from the analysis, which in step 808 are output, preferably via an output module of the memory device.

Das Verfahren kann in Schritt 810 überprüfen, ob die Speichervorrichtung weiter aktiv abgefragt wird, beispielsweise indem sie weiterhin an ein Lesegerät angelegt oder mit diesem drahtlos oder drahtgebunden verbunden ist. Ist dies der Fall, fährt das Verfahren mit Schritt 804 fort. Falls die Speichervorrichtung inaktiv ist, kann das Verfahren in Schritt 812 enden.The process can be done in step 810 check whether the storage device is actively queried, for example by continuing to apply it to a reading device or to connect it to it wirelessly or by wire. If this is the case, the method continues with step 804 away. If the storage device is inactive, the method may proceed in step 812 end up.

12 stellt ein Verfahren zur Authentisierung einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 12th illustrates a method for authenticating a storage device according to an embodiment of the present invention.

Gemäß einer Ausführungsform kann ein verteiltes System angegeben sein, das einen abgesicherten Speicher und mindestens einen vertrauenswürdigen Server umfasst. Der abgesicherte Speicher speichert zu einer Vielzahl von Speichervorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils einen Satz von Adressen. Der mindestens eine vertrauenswürde Server ist an den abgesicherten Speicher gekoppelt und eingerichtet, entsprechende Adressen zum Auslesen einer Speichervorrichtung aus der Vielzahl von Speichervorrichtungen bereitzustellen. According to one embodiment, a distributed system can be specified, which comprises secure storage and at least one trustworthy server. The secured memory stores a set of addresses for a plurality of memory devices according to an embodiment of the present invention. The at least one trustworthy server is coupled to the secured memory and is set up to provide corresponding addresses for reading out a memory device from the plurality of memory devices.

Erfindungsgemäß kann somit ein Bereitstellen von physikalisch gespeicherten Informationen in einer oder mehreren Speichervorrichtungen oder einem entsprechenden Modul vorgesehen sein, die nur ausgelesen werden können, wenn Adressen extern zu der Speichervorrichtung oder dem Modul bekannt sind, was bedeutet, dass diese Adressen nicht auf der Speichervorrichtung oder dem Modul gespeichert sind. Dazu soll es einem Angreifer mit Zugriff auf die Speichervorrichtung oder das Modul sowohl unmöglich sein, die gesamte in der Speichervorrichtung oder dem Modul gespeicherte Information in verhältnismäßiger Zeit auszulesen (Brute-Force-Angriff), als auch die Speichervorrichtung oder das Modul so zu simulieren oder zu klonen, dass es dem Angreifer auch ohne Zugriff auf die Speichervorrichtung oder das Modul möglich wäre, die gespeicherte Information zu ermitteln, sobald ihm die Adresse bekannt ist. Die Unkenntnis der externen Adressen schützt somit die physikalisch gespeicherte Information genauso, wie die Unkenntnis kryptografischer Schlüssel ein Kryptogramm schützt.According to the invention, provision of physically stored information in one or more storage devices or a corresponding module can thus be provided, which can only be read out if addresses are known externally to the storage device or the module, which means that these addresses are not on the storage device or stored in the module. For this purpose, an attacker with access to the storage device or the module should both be impossible to read out all of the information stored in the storage device or the module in a relative time (brute force attack), and also to simulate the storage device or the module in this way or to clone that the attacker would be able to determine the stored information as soon as the address is known, even without access to the storage device or module. Ignorance of the external addresses thus protects the physically stored information in the same way that ignorance of cryptographic keys protects a cryptogram.

In einer Ausführungsform umfasst das System ferner mindestens eine Authentisierungskomponente, die an den mindestens einen vertrauenswürdigen Server gekoppelt ist. Der abgesicherte Speicher kann zu jeder Speichervorrichtung jeweils einen Satz von Wertepaaren speichern, wobei jedes Wertepaar eine Adresse und einen zu dieser Adresse in der jeweiligen Speichervorrichtung gespeicherten Wert aufweist, wobei der mindestens eine vertrauenswürdige Server eingerichtet ist, die Authentizität einer an die mindestens eine Authentisierungskomponente gekoppelten Speichervorrichtung aus der Vielzahl von Speichervorrichtungen zu prüfen. Vorzugsweise kann die sichere Speichervorrichtung eine Speichervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sein.In one embodiment, the system further comprises at least one authentication component that is coupled to the at least one trustworthy server. The secured memory can store a set of pairs of values for each storage device, each pair of values having an address and a value stored for this address in the respective storage device, the at least one trustworthy server being set up to ensure the authenticity of one coupled to the at least one authentication component Check storage device from the plurality of storage devices. Preferably, the secure storage device may be a storage device according to embodiments of the present invention.

Hierdurch kann vorteilhaft ein vertrauenswürdiges Netzwerk aufgebaut sein, in dem die Authentizität über sichere Speichervorrichtungen überprüfbar ist.In this way, a trustworthy network can advantageously be set up, in which the authenticity can be checked via secure storage devices.

In einer bevorzugten Ausführungsform prüft der mindestens eine vertrauenswürdige Server die Authentizität einer Speichervorrichtung, indem auf eine Anfrage der Authentisierungskomponente eine in dem abgesicherten Speicher zu der Speichervorrichtung gespeicherte Adresse gesendet und die Antwort mit dem zugehörigen, in dem abgesicherten Speicher gespeicherten Wert verglichen wird. Dadurch, dass jede sichere Speichervorrichtung einen konfigurierbaren chaotischen Kreis umfasst, können die darin gespeicherten Informationen nicht oder nicht vollständig innerhalb eines praktikablen Zeitrahmens ausgelesen werden, sodass die sichere Speichervorrichtung nicht kopiert oder geklont werden kann. Dementsprechend kann durch eine erfolgreiche Abfrage mit hoher Zuverlässigkeit sichergestellt sein, dass die sichere Speichervorrichtung das Original ist.In a preferred embodiment, the at least one trustworthy server checks the authenticity of a storage device by sending an address stored in the secure memory to the storage device upon a request from the authentication component and comparing the response with the associated value stored in the secured memory. Because each secure storage device comprises a configurable chaotic circle, the information stored therein cannot be read out, or cannot be read out completely within a practical time frame, so that the secure storage device cannot be copied or cloned. Accordingly, a successful query with high reliability can ensure that the secure storage device is the original.

Vorzugsweise kann nach einer Verwendung eines Wertepaars zur Authentisierung dieses als verbraucht gekennzeichnet sein, sodass es bei einer erneuten Anfrage nicht mehr herangezogen wird. Hierdurch kann noch zuverlässiger sichergestellt sein, dass eine richtige Antwort nur aus einer sicheren Speichervorrichtung stammen kann, die das Original und daher authentisch ist.After a value pair has been used for authentication, it can preferably be identified as used, so that it is no longer used in the case of a renewed request. This can ensure even more reliably that a correct answer can only come from a secure storage device that is the original and therefore authentic.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Authentizitätsprüfung einer Vielzahl von Speichervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angegeben, das ein Empfangen einer Anfrage von einer Authentisierungskomponente eines verteilten Systems nach einer Authentisierung einer Speichervorrichtung, ein Senden einer in einem abgesicherten Speicher zu der Speichervorrichtung gespeicherten Adresse an die Authentisierungskomponente, ein Empfangen einer Antwort von der Authentisierungskomponente und ein Vergleichen der Antwort von der Authentisierungskomponente mit dem in dem abgesicherten Speicher zu der Adresse gespeicherten Wert umfasst.According to yet another embodiment, a method for checking the authenticity of a plurality of storage devices according to embodiments of the present invention is specified, which comprises receiving a request from an authentication component of a distributed system for authentication of a storage device, sending an address stored in secure memory to the storage device to the authentication component, receiving a response from the authentication component and comparing the response from the authentication component with the value stored in the secure memory for the address.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner ein Senden einer Bestätigung der Authentizität an die Authentisierungskomponente, wenn der Vergleich erfolgreich ist, und ein Senden einer Ablehnung an die Authentisierungskomponente, wenn der Vergleich nicht erfolgreich ist.Preferably, the method further comprises sending an authentication confirmation to the authentication component if the comparison is successful and sending a rejection to the authentication component if the comparison is not successful.

So kann das Verfahren 900 aus 12 beispielsweise in einem vertrauenswürdigen verteilten System verwendet werden, in dem eine Vielzahl von Speichervorrichtungen mit konfigurierbaren chaotischen Kreisen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von einer vertrauenswürdigen Instanz ausgegeben wird, die dann bei der Prüfung der Authentizität der Speichervorrichtungen herangezogen werden kann.So can the procedure 900 out 12th for example, used in a trusted distributed system in which a variety of storage devices with configurable chaotic circles According to embodiments of the present invention, is issued by a trustworthy entity, which can then be used in checking the authenticity of the storage devices.

Das Verfahren 900 kann in Schritt 902 beispielsweise dann beginnen, wenn eine sichere Speichervorrichtung an ein Lesegerät angelegt oder mit diesem drahtlos oder drahtgebunden verbunden wird und das Lesegerät die Authentizität der Speichervorrichtung überprüfen möchte. Hierzu kann die Lesevorrichtung oder das daran angeschlossene Rechensystem eine Anfrage an einen vertrauenswürdigen Server senden, der sie in Schritt 904 empfangen kann. Der vertrauenswürdige Server kann aus Daten, die in der Anfrage übermittelt werden, beispielsweise eine Identität der Speichervorrichtung, oder durch jedes andere zur Identifikation geeignete Verfahren die sichere Speichervorrichtung in Schritt 906 identifizieren. Basierend auf dem Ergebnis der Identifikation kann der vertrauenswürdige Server in Schritt 908 eine Datenbank 910 abfragen.The procedure 900 can in step 902 begin, for example, when a secure storage device is attached to a reader or is connected to it wirelessly or by wire and the reader wants to check the authenticity of the storage device. For this purpose, the reading device or the computer system connected to it can send a request to a trustworthy server, which in step 904 can receive. The trustworthy server can step from data that are transmitted in the request, for example an identity of the storage device, or by any other method suitable for identification, the secure storage device 906 identify. Based on the result of the identification, the trusted server can step 908 a database 910 Interrogate.

Die Datenbank 910 kann zu der Vielzahl von sicheren Speichervorrichtungen, die von der vertrauenswürdigen Instanz ausgegeben worden sind, jeweils einen Satz von Wertepaaren speichern, wobei jedes Wertepaar eine Adresse und einen zu der Adresse in der jeweiligen Speichervorrichtung gespeicherten Wert aufweist.Database 910 can each store a set of pairs of values for the plurality of secure storage devices that have been issued by the trustworthy entity, each pair of values having an address and a value stored for the address in the respective storage device.

Der Satz von Wertepaaren für jede Speichervorrichtung kann alle in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen umfassen. Die Sicherheit kann ferner dadurch erhöht werden, dass von den Wertepaaren lediglich eine Untermenge benutzt wird. Diese Wertepaare oder die Untermenge kann bei der Auslieferung der Speichervorrichtung oder dem „Enrollment“ bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Untermenge von 104 Adressen oder eine beliebige andere Untermenge festgelegt sein. In einer sicheren Umgebung können die gewählten Adressen angelegt und die entsprechenden Antworten gemessen werden, die dann in der Datenbank 910 gespeichert werden. Nach Benutzung können die verwendeten Adressen als ungültig markiert werden.The set of pairs of values for each storage device may include all of the information stored in the storage device. Security can also be increased by using only a subset of the value pairs. These pairs of values or the subset can be determined when the storage device is delivered or during the “enrollment”. For example, a subset of 10 4 addresses or any other subset can be specified. The selected addresses can be created in a secure environment and the corresponding responses measured, which are then stored in the database 910 get saved. After use, the addresses used can be marked as invalid.

Ist ein Eintrag zu der in Schritt 906 identifizierten sicheren Speichervorrichtung in der Datenbank 910 enthalten, so liefert die Datenbank 910 als Antwort auf die Anfrage in Schritt 908 eine Adresse 912 und den darin gespeicherten Wert 914. Die Datenbank 910 kann derart konfiguriert sein, dass pseudozufällig eine in der Datenbank zu der identifizierten sicheren Speichervorrichtung gespeicherte Adresse ausgewählt wird und der zugehörige Datensatz, umfassend die Adresse 912 und den Wert 914, zurückgeliefert wird. Ferner kann bereits die Auswahl der Adresse 912 in der Anfrage in Schritt 908 beeinflusst werden, beispielsweise durch geeignete Parameter oder durch eine Angabe der gewünschten Adresse 912 selbst. Die Datenbank 910 kann überprüfen, welche der Adressen oder ob die gewünschte Adresse 912 verfügbar ist. Beispielsweise können die Adressen nach einer Verwendung als ungültig markiert sein, wodurch die Sicherheit weiter erhöht werden kann. Die Adressen können jedoch auch wiederverwendet werden, wobei die Anzahl der Wiederverwendungen markiert werden kann und nur eine Maximalanzahl an wiederholten Verwendungen zugelassen sein kann. Die Datenbank 910 kann ferner eingerichtet sein, ein Wertepaar aus dem gespeicherten Datensatz zu löschen, sobald dieses einmal verwendet worden ist.Is an entry to that in step 906 identified secure storage device in the database 910 included, so the database delivers 910 in response to the request in step 908 an address 912 and the value stored in it 914 . Database 910 can be configured such that an address stored in the database for the identified secure storage device is selected pseudorandomly and the associated data record, including the address 912 and the value 914 , is returned. Furthermore, the selection of the address 912 in the request in step 908 can be influenced, for example by suitable parameters or by specifying the desired address 912 itself. The database 910 can check which of the addresses or whether the desired address 912 is available. For example, the addresses can be marked as invalid after use, which can further increase security. However, the addresses can also be reused, whereby the number of reuses can be marked and only a maximum number of repeated uses can be permitted. Database 910 can also be set up to delete a pair of values from the stored data set as soon as it has been used once.

Das Verfahren 900 kann in Schritt 916 damit fortfahren, die Adresse 912 an die Lesevorrichtung zu übermitteln. Die Lesevorrichtung kann die übertragene Adresse an die sichere Speichervorrichtung übergeben, die gemäß dem Verfahren in 11 ausgelesen werden kann. Das Lesegerät liest den in der sicheren Speichervorrichtung zu der Adresse gespeicherten Wert aus und sendet diesen an den vertrauenswürdigen Server zurück, der in Schritt 918 die Antwort mit dem Wert 914 vergleichen kann.The procedure 900 can in step 916 proceed to the address 912 to be transmitted to the reading device. The reading device can transfer the transmitted address to the secure storage device, which according to the method in 11 can be read out. The reader reads the value stored in the secure storage device for the address and sends it back to the trusted server, which in step 918 the answer with the value 914 can compare.

Bei Übereinstimmung kann in Schritt 920 eine Bestätigung der Authentizität übertragen werden. Stimmen die Werte jedoch nicht überein, kann einerseits gar keine Antwort oder Bestätigung gesendet werden, oder es kann eine negative Bestätigung oder eine Ablehnung an die Lesevorrichtung gesendet werden, die dann eine erneute Anfrage in Schritt 904 an den vertrauenswürdigen Server senden kann oder die Verwendung der sicheren Speichervorrichtung und beispielsweise einer daran gekoppelten Vorrichtung oder elektronischen Vorrichtung ablehnen kann.If there is agreement, step 920 a confirmation of authenticity can be transmitted. However, if the values do not match, on the one hand no response or confirmation can be sent, or a negative confirmation or a rejection can be sent to the reading device, which then requests a new step 904 may send to the trusted server or may refuse to use the secure storage device and, for example, a device or electronic device coupled to it.

Unabhängig von dem Vergleich und der gesendeten Bestätigung in den Schritten 918 und 920 kann das Verfahren 900 mit Schritt 904 fortfahren und auf weitere Anfragen warten.
Dementsprechend kann ein Challenge-Response-Authentifizierungsverfahren angegeben sein, wobei basierend auf einer Challenge, welche der Adresse 912 entsprechen kann, eine Antwort (Response) generiert werden kann, welche einem aktuellen Zustand oder einem aktuellen chaotischen System des chaotischen Kreises entspricht, die dann mit dem hinterlegten Wert 914 verglichen wird. Es sollte verständlich sein, dass der Wert 914 auch durch einen Hash repräsentiert sein kann, sodass der Wert 914 nicht in Klartext übermittelt werden muss.
Regardless of the comparison and the confirmation sent in the steps 918 and 920 can the procedure 900 with step 904 continue and wait for further inquiries.
Accordingly, a challenge-response authentication method can be specified, based on a challenge, which of the address 912 can correspond, a response can be generated, which corresponds to a current state or a current chaotic system of the chaotic circle, which then with the stored value 914 is compared. It should be understandable that the value 914 can also be represented by a hash, so the value 914 does not have to be transmitted in plain text.

Speichervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können somit verwendet werden, um die Authentizität der Speichervorrichtung selbst und einer an sie gekoppelten Vorrichtung oder elektronischen Vorrichtung zu prüfen. Beispielsweise können Speichervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf hoheitlichen Dokumenten, beispielsweise einem elektronischen Personalausweis oder Reisepass, vorgesehen sein, wodurch eine Fälschung des hoheitlichen Dokuments deutlich erschwert wird, da die Speichervorrichtung nicht geklont werden kann. Ferner können derartige Speichervorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an besonders wertvollen oder sicherheitskritischen Vorrichtungen oder elektronischen Vorrichtungen angebracht sein, beispielsweise Medikamenten, Smartcards, tragbaren Rechenvorrichtungen, Hochleistungsrechenvorrichtungen u. a., um einen Herkunftsnachweis oder eine Authentizität der Vorrichtung oder der elektronischen Vorrichtung zu ermöglichen. Da zudem lediglich ein einzelner chaotischer Kreis in der Speichervorrichtung realisiert werden muss, sind die Hardware-Anforderungen gering. Überdies lassen sich derartige Speichervorrichtungen in Massenfertigung herstellen, ohne dass hierdurch die Individualität der einzelnen Speichervorrichtungen berührt wäre.Storage devices according to embodiments of the present invention can thus be used to check the authenticity of the storage device itself and a device or electronic device coupled to it. For example, storage devices according to embodiments of the present invention can be provided on official documents, for example an electronic identity card or passport, which makes it significantly more difficult to forge the official document since the storage device cannot be cloned. Furthermore, such storage devices according to embodiments of the present invention can be attached to particularly valuable or security-critical devices or electronic devices, for example medicines, smart cards, portable computing devices, high-performance computing devices and the like. a. to enable proof of origin or authenticity of the device or the electronic device. In addition, since only a single chaotic circle has to be implemented in the storage device, the hardware requirements are low. In addition, such storage devices can be mass-produced without affecting the individuality of the individual storage devices.

Es sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine konkrete Ausgestaltung eines chaotischen Kreises beschränkt ist. Zudem können die einzelnen Verfahrensschritte der in den 11 und 12 dargestellten Verfahren in einer anderen als der gezeigten Reihenfolge ausgeführt sein und können einzelne Schritte ausgelassen, ergänzt, wiederholt, permutiert oder insbesondere parallel ausgeführt werden. So kann das Verfahren 900 beispielsweise für jede einzelne sichere Speichervorrichtung parallel auf die Datenbank 910 zugreifen und die nachfolgende Prüfung durchführen. Ferner können die dargestellten Verfahren und weitere Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung computergestützt auf einer oder mehreren Recheneinheiten oder Datenverarbeitungseinheiten ausgeführt werden oder als Programmcode auf Datenträgern gespeichert sein, der, wenn er auf einer Recheneinrichtung installiert und/oder ausgeführt wird, die Recheneinrichtung dazu veranlasst, das entsprechende Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen.It should be understood that the present invention is not limited to the specific configuration of a chaotic circle. In addition, the individual process steps in the 11 and 12th The methods shown can be carried out in a different order than the order shown and individual steps can be omitted, supplemented, repeated, permuted or in particular carried out in parallel. So can the procedure 900 for example, for each individual secure storage device in parallel to the database 910 access and carry out the subsequent check. Furthermore, the illustrated methods and further methods according to embodiments of the present invention can be carried out in a computer-assisted manner on one or more computing units or data processing units or can be stored as program code on data carriers which, when installed and / or executed on a computing device, causes the computing device to perform the corresponding method according to an embodiment of the present invention.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the claims and figures can be of importance both individually and in any combination for realizing the invention in its various embodiments.

Claims (18)

Speichervorrichtung, die mindestens ein elektronisches Bauteil umfasst, das einen chaotischen Kreis realisiert, wobei der chaotische Kreis durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises in mindestens eines aus einer Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist, die die in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen repräsentieren, wobei das Ändern der Abhängigkeit als eine oder mehrere punktuelle Änderungen oder als eine oder mehrere Kleinbereichsänderungen der von der mindestens einen Systemvariablen abhängigen mindestens einen Eigenschaft definiert ist.A storage device comprising at least one electronic component that realizes a chaotic circle, wherein the chaotic circle can be converted into at least one of a plurality of chaotic systems by changing a dependency of at least one property of the at least one electronic component on at least one system variable of the chaotic circle represent the information stored in the storage device, the change in dependency being defined as one or more point changes or as one or more small area changes of the at least one property dependent on the at least one system variable. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der chaotische Kreis durch eine Vielzahl von Differentialgleichungen charakterisiert ist, wobei mindestens ein Term der Vielzahl von Differentialgleichungen die Abhängigkeit von der mindestens einen Systemvariablen des chaotischen Kreises definiert.Device after Claim 1 , wherein the chaotic circle is characterized by a multiplicity of differential equations, at least one term of the multiplicity of differential equations defining the dependence on the at least one system variable of the chaotic circle. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abhängigkeit der mindestens einen Eigenschaft von der mindestens einen Systemvariablen in einer Vielzahl von Wertebereichen der mindestens einen Systemvariablen definiert ist.Device after Claim 1 or 2nd , wherein the dependency of the at least one property on the at least one system variable is defined in a plurality of value ranges of the at least one system variable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abhängigkeit von der mindestens einen Systemvariablen in einer Teilmenge aus der Vielzahl der Wertebereiche der mindestens einen Systemvariablen änderbar ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the dependency on the at least one system variable can be changed in a subset from the plurality of value ranges of the at least one system variable. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Eingabeeinheit, die eingerichtet ist, basierend auf einer Adresse den chaotischen Kreis durch Ändern der Abhängigkeit in ein chaotisches System aus der Vielzahl chaotischer Systeme zu überführen. Device according to one of the preceding claims, further comprising an input unit, which is configured to convert the chaotic circle based on an address into a chaotic system from the plurality of chaotic systems by changing the dependency. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Ausgabeeinheit, die eingerichtet ist, einen oder mehrere Werte auszugeben, die die in der Vorrichtung gespeicherten Informationen gemäß einem aktuellen Zustand des chaotischen Kreises charakterisieren.Device according to one of the preceding claims, further comprising an output unit that is configured to output one or more values that characterize the information stored in the device according to a current state of the chaotic circle. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend eine Analyseeinheit, die eingerichtet ist, einen zeitlichen Verlauf von Systemvariablen in einem aktuellen Zustand des chaotischen Kreises zu messen und auszuwerten, um den einen oder die mehreren Werte zu bestimmen.Device after Claim 6 , further comprising an analysis unit which is set up to measure and evaluate a time profile of system variables in a current state of the chaotic circle in order to determine the one or more values. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Analyseeinheit ferner eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf der Systemvariablen durch Bestimmen von Kenngrößen des zeitlichen Verlaufs der Systemvariablen auszuwerten.Device after Claim 7 , wherein the analysis unit is also set up to evaluate the time profile of the system variables by determining parameters of the time profile of the system variables. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Kenngrößen einen oder mehrere statistische Momente im Konfigurationsraum oder Phasenraum aufweisen.Device after Claim 8 , wherein the parameters have one or more statistical moments in the configuration space or phase space. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der chaotische Kreis durch ein FPAA realisiert ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the chaotic circle is realized by an FPAA. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine Eigenschaft durch Ändern von Werten in einer Wertetabelle des FPAA veränderbar ist.Device after Claim 10 , wherein the at least one property can be changed by changing values in a value table of the FPAA. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der chaotische Kreis durch elektronische Bauteile eines Chua's Circuit (100) realisiert ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the chaotic circuit is realized by electronic components of a Chua circuit (100). Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Chua's Circuit (100) ein konfigurierbares elektronisches Bauteil umfasst, dessen mindestens eine Eigenschaft in Abhängigkeit von der mindestens einen Systemvariablen veränderbar ist.Device after Claim 12 , The Chua's circuit (100) comprising a configurable electronic component, the at least one property of which can be changed as a function of the at least one system variable. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Systemvariablen mindestens eines aufweisen: eine Kondensatorspannung oder einen Strom durch eine Spule in dem Chua's Circuit (100).Device after Claim 12 or 13 wherein the system variables include at least one: a capacitor voltage or a current through a coil in the Chua's circuit (100). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der chaotische Kreis in einem Modul angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the chaotic circle is arranged in a module. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Vielzahl von Modulen umfasst, die jeweils einen durch mindestens ein elektronisches Bauteil realisierten chaotischen Kreis aufweisen, der durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises in eine Vielzahl chaotischer Systeme überführbar ist, die die in dem jeweiligen Modul gespeicherten Informationen repräsentieren.Device according to one of the preceding claims, comprising a plurality of modules, each having a chaotic circle realized by at least one electronic component, which by changing a dependency of at least one property of the at least one electronic component on at least one system variable of the chaotic circle into a plurality chaotic systems can be converted, which represent the information stored in the respective module. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speichervorrichtung auf einer elektronischen Vorrichtung angeordnet ist, umfassend mindestens eines: ein digitales hoheitliches Dokument, ein Zahlungsmittel, einen Prozessor oder einen abgesicherten Speicher.Device according to one of the preceding claims, wherein the storage device is arranged on an electronic device, comprising at least one: a digital official document, a means of payment, a processor or a secured memory. Verfahren zum Bereitstellen eines sicheren Informationsspeichers, umfassend: Realisieren eines chaotischen Kreises durch mindestens ein elektronisches Bauteil; Überführen des chaotischen Kreises in mindestens eines aus einer Vielzahl chaotischer Systeme durch Ändern einer Abhängigkeit mindestens einer Eigenschaft des mindestens einen elektronischen Bauteils von mindestens einer Systemvariablen des chaotischen Kreises, wobei das Ändern der Abhängigkeit als eine oder mehrere punktuelle Änderungen oder als eine oder mehrere Kleinbereichsänderungen der von der mindestens einen Systemvariablen abhängigen mindestens einen Eigenschaft definiert ist; und Repräsentieren der in der Speichervorrichtung gespeicherten Informationen durch die Vielzahl chaotischer Systeme.A method of providing a secure information store comprising: Realization of a chaotic circle by at least one electronic component; Converting the chaotic circle into at least one of a plurality of chaotic systems by changing a dependency of at least one property of the at least one electronic component on at least one system variable of the chaotic circle, the changing of the dependency as one or more point changes or as one or more small area changes of the at least one property is defined dependent on the at least one system variable; and Represent the information stored in the storage device through the plurality of chaotic systems.
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