CN103886360A - 一种智能卡芯片中防功耗分析的方法和电路 - Google Patents

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Abstract

本发明针对功耗分析的攻击方式，提供了一种防功耗分析的方法和电路，通过本发明的实施，可以大大提高智能卡芯片的防功耗攻击的能力。本发明电路主要包括几个电路功能模块：电流检测电路、参考电路、比较判别电路、以及电流平衡电路；电流检测电路对VCC流入芯片的总电流进行检测、与来自于参考电路的参考值进行比较、并输出判别信号实时调节电流平衡电路消耗电流的大小，如果判断总电流小于参考值则增加电流平衡电路的电流、如果判断总电流大于参考值则减小电路平衡电路的电流，从而形成负反馈，保证VCC流入芯片的总电流保持恒定。

Description

一种智能卡芯片中防功耗分析的方法和电路
技术领域
本发明涉及一种智能芯片中防功耗分析的方法和电路。
背景技术
随着智能卡的广泛应用，尤其在安全领域的广泛应用，智能卡芯片的安全性能越来越成为芯片性能的一项重要指标；另外国内外各安全实验室、检测机构对于智能卡芯片的分析、攻击手段也层出不穷，其中被普遍应用的功耗分析方法、如SPA(简单功耗分析)、DPA(差分功耗分析)等均是通过智能卡芯片运行期间泄露的规律性功耗信息实施攻击，所以减小芯片运行期间功耗信息的泄露，可以大大提高通过功耗分析方法进行攻击的难度。
发明内容
本发明提出了一种智能卡芯片中防功耗分析的方法和电路。
本发明电路主要包括了图1中介绍的几个电路功能模块：电流检测电路、参考电路、比较判别电路、以及电流平衡电路；电流检测电路对VCC流入芯片的总电流进行检测、与来自于参考电路的参考值进行比较、并输出判别信号实时调节电流平衡电路消耗电流的大小，如果判断总电流小于参考值则增加电流平衡电路的电流、如果判断总电流大于参考值则减小电路平衡电路的电流，从而形成负反馈，保证VCC流入芯片的总电流保持恒定。
电流检测电路：实现对智能卡芯片端口VCC流入芯片的电流大小进行采样，输出电流大小标志信号。
参考电路：提供芯片最终从VCC端口抽取电流的参考值，其中参考值表示了芯片功耗预期恒定值的大小，参考电路输出的参考信号与电流检测电路的输出标志信号共同输入到比较判别电路。
比较判别电路：对电流检测电路的输出标志信号、参考电路输出的参考信号进行比较判别，输出电流平衡电路的控制信号。
电流平衡电路：由比较判别电路的输出信号Vcontrol控制从VCC_IN节点抽取电流的大小。
其中VCC_IN是检测电路的输出节点、芯片消耗的总电流Ivcc均从此节点流过；
本电路中，电流检测电路对智能卡芯片电源端口VCC流入芯片的电流大小进行采样、检测，输出Ivcc电流大小的标志信号；另外参考电路的输出表示了芯片功耗预期恒定值的大小，判别电路对电流检测电路的输出、参考电路的输出进行比较判别，输出控制信号Vcontrol对电流平衡电路抽取电流的大小进行控制，电流平衡电路从VCC_IN抽取电流；如果电流检测电路输出信号小于参考电路输出信号，则控制信号Vcontrol将变大，从而控制电流平衡电路会更多的抽取VCC_IN端的电流，如此则Ivcc将增加，电流检测电路检测到Ivcc增加，则其输出信号将增加，判别电路的输出Vcontrol将减小，如此形成了负反馈回路，从而保证了Ivcc电流达到设定的恒定值。如果芯片内部电路(Analog&logic&Memory)电流I_b1发生变化，则通过如上过程，电流平衡电路的抽取电流I_b2将实时变化、补偿，实现Ivcc的恒定。
附图说明
图1示意了一种智能卡芯片中防功耗电路架构图。
图2示意了一种智能卡芯片中防功耗分析电路的实施图。
具体实施方式
如图2所示，包括了四部分，1：电流检测电路、2：参考电路、3：比较判别电路、4：电流平衡电路。
电流检测电路中M2是VCC与VCC_IN之间的导通器件，其栅极接地，芯片内部电路的电流消耗均来自于VCC_IN，器件M1是对M2的比例镜像，可以通过M1镜像得到M2的电流大小，从而得到芯片内部电路的电流消耗值，M1器件与M2的比例关系为1∶n，其中n的值较大，在M1中流过的电流相对于M2中流过的电流可以忽略；其中器件M4与M3形成的等比例镜像结构，保证了M1、M2的源极、漏极电压相等，从而保证M1能够完全镜像得到M2的电流；电阻R2与R1的比例为n∶1，保证了M3、M4的源极、漏极电压相等，从而保证了M3、M4的完全镜像；如上则M1得到的镜像电流流经R1转换为电压值，此电压与VCC_IN流出的电流值形成比例、其值等于Vs＝R1*Ivcc/n。
另外通过参考电路的电流Iref在R3上形成的参考电压，则与芯片预期的恒定电流值形成对应，其值等于Vref＝Iref*R3。
比较判别电路对如上的电流检测电路的输出Vs、参考电路的输出Vref进行比较，如果Vref小于Vs，则说明Ivcc大于预期的恒定值，则其判别输出信号Vcontrol将减小，电流平衡电路中M5则减小从VCC_IN端抽取电流；如果Vref大于Vs，则说明Ivcc小于预期的恒定值，则比较判别电路的输出Vcontrol将增大，电流平衡电路中M5则增加从VCC_IN端抽取更多电流，从而保证Ivcc电流的恒定。
如上，即实现了通过电流检测电路、参考电路、比较判别电路、电流平衡电路构成反馈回路，即实现了保持智能卡芯片从电源VCC端口抽取电流始终保持恒定的目的，从而减小了芯片运行期间内部功耗信息的泄露，大大增加了功耗分析攻击的难度。
对于以上方法的描述，本领域的技术人员将理解，本发明并不限于上述的实施例，并且不脱离由所附权利要求书定义的本发明的范围，可以做出很多修改和增加。

Claims (4)

1.一种智能卡芯片中防功耗分析的电路，其特征在于：包括电流检测电路、参考电路、比较判别电路、电流平衡电路，其中：
电流检测电路对流入芯片的总电流大小进行采样，输出总电流大小标志信号；
参考电路提供芯片总电流的参考值，参考值表示了芯片功耗预期恒定值的大小；
比较判别电路对电流检测电路输出的总电流大小标志信号、以及参考电路的参考值进行比较判别，输出电流平衡控制信号；
电流平衡电路由比较判别电路输出的电流平衡控制信号控制，如果判断总电流小于参考值，则增加电流平衡电路的电流；如果判断总电流大于参考值，则减小电流平衡电路的电流，实时调节电流平衡电路消耗电流的大小，保证从VCC_IN抽取的总电流保持恒定，其中VCC_IN是电流检测电路的输出节点，芯片消耗的总电流从此节点流过。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于电流平衡电路与电流检测电路、参考电路、比较判别电路形成反馈回路，实时调节流入的总体电流、实现从VCC_IN抽取的总电流的恒定。
3.一种智能卡芯片中防功耗分析的方法，应用于如权利要求1所述的电路中，其特征在于：通过将总电流大小与参考电路输出进行比较判别，通过判别信号对电流平衡电路进行控制，从而实现电源端口流入芯片的总电流保持恒定；具体步骤如下：
1)设置参考电路芯片总电流的参考值；
2)电流检测电路对智能卡芯片电源端口流入芯片的总电流大小进行采样、检测，输出总电流大小的标志信号；
3)比较判别电路对电流检测电路的输出、参考电路的输出进行比较判别，输出控制信号；
4)通过控制信号对电流平衡电路抽取电流的大小进行控制，电流平衡电路从VCC_IN抽取电流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于如果电流检测电路输出标志信号小于参考电路的参考值，则控制信号将变大，从而控制电流平衡电路更多的抽取VCC_IN端的电流，如此则芯片消耗的总电流将增加，电流检测电路检测到芯片消耗的总电流增加，则其输出信号将增加，比较判别电路输出的控制信号将减小，如此形成了负反馈回路，从而保证了芯片总电流达到设定的恒定值。
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