CN108090384B - 一种金属线检测装置及芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属线检测装置及芯片，包括：随机数产生模块，用于产生随机的逻辑值，并输出至金属线的一端；采样模块，用于采集金属线的另一端输出的逻辑值；金属线检测模块，用于比较采样模块采集到的逻辑值与随机数产生模块产生的逻辑值，并输出比较的结果。通过本发明实施例，由于随机数产生模块产生随机的逻辑值，因此非法用户无法预知金属线传输的逻辑值，这样在金属线断开时非法用户无法控制金属线两端的逻辑值保持一致，从而准确地检测出金属线是否断开，以在金属线断开时擦除关键数据，提高了对关键数据的安全保护。

Description

一种金属线检测装置及芯片
技术领域
本发明涉及微电子技术，尤指一种金属线检测装置及芯片。
背景技术
由于随着电子终端的快速发展，针对电子终端的拆机手段层出不穷，因此针对电子终端中关键数据的安全保护就非常重要。在相关技术中，将多条金属线(shell circle)接到电子终端外壳的卡扣上，每条金属线具有固定的逻辑值，若金属线连接完好则可正确传输逻辑值，若金属线两端的逻辑值不等，则表示金属线断开，也就说明电子终端的外壳被破坏。
如图1所示，金属线两端各有一反相器，若金属线两端逻辑值A＝B，则表示金属线完好没有断开，否则表示金属线断开。可见，如果金属线断开，那么金属线两端的逻辑值不相等，则擦除电子终端中的关键数据，从而达到保护关键数据的目的。在相关技术中使用多条金属线来对电子终端中的关键数据进行安全保护，如图2所示，使用n条金属线，对于第i条金属线，判断该金属线两端的值是否相同，即A[i]是否等于B[i](i＝0～n)，根据该判断结果来确定电子终端是否遭遇拆机，如果确定电子终端遭遇拆机会通知电子终端中的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)擦除关键数据，这种方案设计简单，通过增加金属线数量的方式可增大安全性。此方案在电子终端中的应用具体如图3所示，电子终端包括芯片，该芯片包括CPU、系统总线(System Bus)、闪存(Flash Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，Flash EEPROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)和金属绕线检测装置，该金属绕线检测装置包括四个串行数据输入(SerialData In，SDI)的接口，分别是SDI[0]、SDI[1]、SDI[2]和SDI[3]，每个串行数据输入的接口相当于图2中的A[i]端，每个串行数据输入的接口通过金属线连接到固定电压(VDD)端或者接地(GND)端，固定电压端或者接地端相当于图2中的B[i]端。每条金属线接到电子终端外壳的卡扣上，如果电子终端的外壳遭遇拆卸，其中的一根金属线或几根金属线断开，金属绕线检测装置检测到该断掉的金属线的一端的电压与固定电压端或者接地端的电压不相同，即该断掉的金属线两端的逻辑值不同，金属绕线检测装置向CPU发送用于擦除预先设置的关键数据的信号，即intr，CPU将预先设置的关键数据擦除，以保护关键数据被非法用户获取。
但是，相关技术中的方案有以下的缺点：1)由于金属线一端的电压是固定不变的，也就是说金属线一端(即连接VDD或GND的一端)的逻辑值不会发生变化，因此非法用户可以通过探针检测出金属线一端的逻辑值，这样就可以模拟出金属线的另一端的逻辑值，以保持金属线两端的逻辑值相同，导致了非法用户攻破了关键数据的安全保护，给关键数据带来安全隐患。2)通过增加金属线数量的方式来提高关键数据的安全性，这样就增加了金属线检测装置的引脚，也就增加了金属线检测装置的体积和成本。而且多条金属线同时上电，导致金属线检测装置的功耗变大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金属线检测装置及芯片，能够提高对关键数据的安全保护，降低成本和功耗。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种金属线检测装置，包括：
随机数产生模块，用于产生随机的逻辑值，并输出至金属线的一端；
采样模块，用于采集金属线的另一端输出的逻辑值；
金属线检测模块，用于比较采样模块采集到的逻辑值与随机数产生模块产生的逻辑值，并输出比较的结果。
进一步地，还包括：
温度检测模块，用于检测所述金属线检测装置所在环境的温度是否在预先设置的温度范围内，并输出检测的结果；
异常检测模块，用于对所述金属线检测模块输出的结果和温度检测模块输出的结果进行逻辑或运算，并输出逻辑或运算的结果。
进一步地，还包括：
第一驱动模块，连接在所述随机数产生模块和所述金属线之间，用于增大所述金属线的驱动能力；和/或
第二驱动模块，连接在所述金属线与所述采样模块之间，用于增大所述采样模块的驱动能力。
进一步地，所述第一驱动模块包括反相器或者缓冲器，所述第二驱动模块包括反相器或者缓冲器。
进一步地，还包括：
时钟分频模块，用于对时钟信号进行分频，使用分频得到的时钟信号为所述随机数产生模块、所述采样模块和所述金属线检测模块提供时钟信号。
进一步地，所述随机数产生模块包括：随机数发生器和线性反馈移位寄存器；其中，
随机数发生器，用于生成随机数序列；
线性反馈移位寄存器，用于对生成的随机数序列进行异或运算，并输出该异或运算的结果，作为所述产生的逻辑值，将该异或运算的结果反馈到生成的随机数序列中以更新所述产生的随机数序列，对更新后的随机数序列重复执行所述异或运算的步骤。
进一步地，所述随机数发生器为真随机数发生器。
本发明提供了一种芯片，包括上述技术方案中任一项所述的金属线检测装置。
本发明实施例至少包括：随机数产生模块，用于产生随机的逻辑值，并输出至金属线的一端；采样模块，用于采集金属线的另一端输出的逻辑值；金属线检测模块，用于比较采样模块采集到的逻辑值与随机数产生模块产生的逻辑值，并输出比较的结果。从本发明实施例可见，由于随机数产生模块产生随机的逻辑值，因此，非法用户无法预知金属线传输的逻辑值，这样在金属线断开时非法用户无法控制金属线两端的逻辑值保持一致，从而准确地检测出金属线是否断开，并在金属线断开时擦除关键数据，从而提高了对关键数据的安全保护。而且由于避免了增加金属线数量的方式增强安全保护，因此避免了增加用于连接金属线的引脚，从而减少了金属线检测装置的体积和成本，而且避免金属线数量过多而增大功耗。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为相关技术中的金属线与反相器连接的示意图；
图2为相关技术中的金属线与CPU交互的示意图；
图3为相关技术中的芯片的系统结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种金属线检测装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种金属线检测装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种芯片的系统结构示意图；
图7至图10是通过图5所示的金属线检测装置得到的仿真波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供一种金属线检测装置，如图4所示，该金属线检测装置1包括：
随机数产生模块11，用于产生随机的逻辑值，并输出至金属线的一端。
其中，随机数产生模块11产生随机的逻辑值，也就是说该产生的逻辑值是不可预测的。
采样模块12，用于采集金属线的另一端输出的逻辑值。
具体地，金属线的两端分别连接随机数产生模块11和采样模块12，采样模块12采集金属线的另一端的逻辑值。
金属线检测模块13，用于比较采样模块12采集到的逻辑值与随机数产生模块11产生的逻辑值，并输出比较的结果(即图4中的Intr_Det)。
例如，当金属线没有断开时，采样模块12采集到的逻辑值与随机数产生模块11输出的逻辑值相同，金属线检测模块13输出逻辑值0，表示金属线未断开；当金属线断开时，金属线无法传输随机数产生模块11输出的逻辑值，导致采样模块12采集到的逻辑值不变，也就是说采样模块12采集到的逻辑值与随机数产生模块11产生的逻辑值存在不相同的情况，金属线检测模块13输出逻辑值1，表示金属线断开，CPU收到来自金属线检测模块13输出的逻辑值1时擦除预先设置的关键数据，实现了对关键数据的保护。
进一步地，在图4对应实施例的基础上，本发明提供另一种金属线检测装置，如图5所示，该金属线检测装置1还包括：温度检测模块14和异常检测模块15。
温度检测模块14，用于检测金属线检测装置1所在环境的温度是否在预先设置的温度范围内，并输出检测的结果(即图5中的Intr_TD)。
其中，由于金属线检测装置1处于恶劣的环境，该环境下的温度极高或者极低，不在预先设置的温度范围，例如，预先设置的温度范围为大于或等于-40℃且小于或等于85℃。金属线检测装置1不在预先设置的温度范围内，金属线检测装置1会工作不正常，具体表现在当金属线断开时，金属线检测模块13不会向CPU输出用于表示金属线断开的信号，这样就暂时失去了保护关键数据的功能。因此，通过温度检测模块14检测所在环境的温度是否在预先设置的温度范围内，并输出该检测的结果。如果所在环境的温度不在预先设置的温度范围内，输出逻辑值1，表示金属线检测装置1处于恶劣的环境，安全性受到威胁；如果所在环境的温度在预先设置的温度范围内，输出逻辑值0，表示金属线检测装置1处于正常的环境。
异常检测模块15，用于对金属线检测模块13输出的结果和温度检测模块14输出的结果进行逻辑或运算，并输出逻辑或运算的结果(即图5中的Intr)。
具体地，金属线检测模块13输出逻辑值1表示金属线断开，金属线检测模块13输出逻辑值0表示金属线未断开，温度检测模块14输出逻辑值1表示所在环境的温度不在预先设置的温度范围内，即处于恶劣的环境下，温度检测模块14输出逻辑值0表示所在环境的温度在预先设置的温度范围内。异常检测模块15具体用于将金属线检测模块13输出的结果和温度检测模块14输出的结果进行逻辑或运算，在逻辑或运算的结果为1时，说明金属线断开或者金属线检测装置1所在环境的温度不在预先设置的温度范围内，CPU根据该逻辑或运算的结果擦除预先设置的关键数据的信号。通过对金属线检测模块13输出的结果和温度检测模块14输出的结果进行逻辑或运算，使得金属线检测装置1的实现更加简单，没有复杂的逻辑电路。
进一步地，在图5对应实施例的基础上，金属线检测装置1还包括：第一驱动模块16和/或第二驱动模块17。
第一驱动模块16，连接在随机数产生模块11和金属线之间，用于增大金属线的驱动能力。
由于金属线比较长，金属线的电阻比较大，通过设置第一驱动模块16可以增大金属线的驱动能力，保证了随机数产生模块11将其输出的逻辑值传输到金属线的一端，避免出现随机数产生模块11输出的逻辑值为1，由于金属线的损耗导致金属线的另一端的逻辑值为0的情况，从而保证了检测金属线是否断开的准确性。
第二驱动模块17，连接在金属线与采样模块12之间，用于增大采样模块12的驱动能力。
由于金属线到金属线检测模块13之间有损耗，通过设置第二驱动模块17，以使金属线检测模块13准确地获取到金属线的另一端的逻辑值。
进一步地，在图5对应实施例的基础上，第一驱动模块16包括反相器或者缓冲器，第二驱动模块17包括反相器或者缓冲器。
需要说明的是，如果第一驱动模块16和第二驱动模块17中仅有一个驱动模块包括反相器，也就是说该反相器对产生的随机的逻辑值取反，那么当采样模块12每次采集到的逻辑值与随机数产生模块11输出的逻辑值都相反时，才说明金属线未断开，否则说明金属线断开，也就是说采样模块12有一次采集到的逻辑值与随机数产生模块11输出的逻辑值相同时，就说明金属线断开。
进一步地，在图5对应实施例的基础上，金属线检测装置1还包括：
时钟分频模块，用于对时钟信号进行分频，使用分频得到的时钟信号为随机数产生模块11、采样模块12和金属线检测模块13提供时钟信号。
其中，随机数产生模块11、采样模块12和金属线检测模块13在同一频率的时钟信号下工作，随机数产生模块11在工作时的时钟信号的频率越高，随机数产生模块11输出随机的数的频率就越高，采样模块12采样的频率越高，金属线检测模块13对比的频率就越高，使得对关键数据的安全保护就越强。但是当频率越高，功耗就越高。因此，可以根据用户的需求对来自时钟模块的时钟信号进行分频，也就是对来自时钟模块的时钟信号进行分频的分频系数可以预先设置，如果用户即要求安全性又要求功耗不要太高，可以预先设置分频系数为2、3、4、或8。当然，如果用户对安全性要求很高，可以忽略功耗，就不需要分频，就是不需要时钟分频模块。提供时钟信号的时钟模块可以属于金属线检测装置1，也可以不属于金属线检测装置1。时钟分频模块的功能如表1所示：
表1
Figure BDA0001458790130000081
进一步地，在图5对应实施例的基础上，随机数产生模块11包括：随机数发生器111和线性反馈移位寄存器112。
随机数发生器111，用于生成随机数序列。
线性反馈移位寄存器112，用于对生成的随机数序列进行异或运算，并输出该异或运算的结果，作为产生的逻辑值，将该异或运算的结果反馈到生成的随机数序列中以更新产生的随机数序列，对更新后的随机数序列重复执行异或运算的步骤。
具体地，随机数发生器111生成随机数序列，该随机数序列可以是一组二进制序列，例如一组32位的二进制的随机数序列。线性反馈移位寄存器112对生成的随机数序列进行异或运算，具体地，根据预先设置的最长线性反馈移位寄存器112序列(又称M序列)从随机数序列中抽取两个或两个以上的数进行异或运算，将异或运算的结果作为产生的逻辑值。将随机数序列向右移一位，丢弃随机数序列的最右边的数，将异或运算的结果补到丢弃后的随机数序列的最左边，形成更新后的随机数序列。对更新后的随机数序列重复执行上述中的异或运算的步骤，从而连续不断地输出随机的逻辑值。其中，由M序列决定从随机数序列中抽取哪些位的数，例如，M序列的本原多项式为F(x)＝1+x+x21+x31，那么抽取随机数序列中的第0位、第1位、第21位和第31位的数进行异或运算。当然上述M序列的本原多项式仅是一个例子，可以是其他的M序列的本原多项式，例如，F(x)＝1+x+x30；F(x)＝1+x+x2+x5+x19；F(x)＝1+x+x3+x4+x26。
进一步地，在图5对应实施例的基础上，随机数发生器111为真随机数发生器111(True Random Number Generator，TRNG)。
由于真随机数发生器111生成的随机数序列的随机性比较好，也就是生成的随机数序列的质量比较好，保证了输出给金属线的数的不可预测性。
对于真随机数发生器111、温度检测模块14和金属线检测模块13的比特位(Bits)、使能端名称(Name)、操作类型(Type)、复位(Reset)和功能如表2所示。
表2
Figure BDA0001458790130000091
真随机数发生器111的使能端的名称为TRNG_en，对该使能端的操作类型是R/W，就是对真随机数发生器111的使能端可读和可写，通过0x0复位该真随机数发生器111，当该使能端为1时，真随机数发生器111使能，就是真随机数发生器111开始工作，当该使能端为0时，真随机数发生器111不使能，就是真随机数发生器111不工作。温度检测模块14的使能端的名称为TD_en，对该使能端的操作类型是R/W，就是对温度检测模块14的使能端可读和可写，通过0x0复位该温度检测模块14，当该使能端为1时，温度检测模块14使能，就是温度检测模块14开始工作，当该使能端为0时，温度检测模块14不使能，就是温度检测模块14不工作。金属线检测模块13的使能端的名称为Detect_en，对该使能端的操作类型是R/W，就是对金属线检测模块13的使能端可读和可写，通过0x0复位该金属线检测模块13，当该使能端为1时，金属线检测模块13使能，就是金属线检测模块13开始工作，当该使能端为0时，金属线检测模块13不使能，就是金属线检测模块13不工作。
根据本发明实施例的金属线检测装置，随机数产生模块，用于产生随机的逻辑值，并输出至金属线的一端；采样模块，用于采集金属线的另一端输出的逻辑值；金属线检测模块，用于比较采样模块采集到的逻辑值与随机数产生模块产生的逻辑值，并输出比较的结果。从本发明实施例可见，由于随机数产生模块产生随机的逻辑值，因此，非法用户无法预知金属线传输的逻辑值，这样在金属线断开时非法用户无法控制金属线两端的逻辑值保持一致，从而可以准确地检测金属线是否断开，并当金属线断开时及时擦除关键数据，从而提高了对关键数据的安全保护。而且由于避免了增加金属线数量的方式增强安全保护，因此避免了增加用于连接金属线的引脚，从而减少了金属线检测装置的体积和成本，而且避免金属线数量过多而增大功耗。
如图6所示，本发明实施例提供一种芯片，包括上述技术方案中任一项的金属线检测装置，因此，该芯片具有和上述技术方案中任一项的金属线检测装置相同的技术效果，在此不再重复赘述。
该芯片用于电子终端，电子终端包括：金融智能终端，例如销售终端(Point OfSale，POS)。
下面通过仿真波形图来进一步地说明上述中的金属线检测装置。
TRNG_en＝1打开真随机数发生器，TD_en＝1打开温度检测模块，Detect_en＝1打开金属线检测模块。如图6所示，四条金属线：SDO[0]—SDI[0]、SDO[1]—SDI[1]、SDO[2]—SDI[2]和SDO[3]—SDI[3]，当这四条金属线未断开时，每条金属线传输的逻辑值都是动态的，图6中的金属线检测装置相当于图5中的金属线检测装置。
如图7所示，每条金属线两端的逻辑值都是相同，所以intr、TD_H、TD_L均为0。图7仅仅是为了说明在金属线未断开时该金属线两端的逻辑值是一致的，在实际应用中，由于每条金属线传输的逻辑值是随机的，因此SDO[i]和SDI[i]的波形应该是没有规律的，i＝0、1、2或者3，并不是呈现出的图7中所示的呈周期性地变化。其中，intr是异常检测模块输出的信号，intr＝1表示金属线断开或者处于恶劣的环境，intr＝0表示金属线未断开且未处于恶劣的环境。TD_H＝1表示温度检测模块检测出的温度大于预先设置的温度范围的上限值，TD_H＝0表示温度检测模块检测出的温度小于或等于预先设置的温度范围的上限值。TD_L＝1表示温度检测模块检测出的温度小于预先设置的温度范围的下限值，TD_L＝0表示温度检测模块检测出的温度大于或等于预先设置的温度范围的下限值。
如图8所示，SDI[0]＝Z，即SDI[0]呈现出高阻态，SDI[0]端的逻辑值和SDO[0]端的逻辑值不一致，说明SDI[0]和SDO[0]之间的金属线断开，SDI[1]～[3]可正常接收动态的逻辑值并对比一致。在有一条金属线断开时，金属线检测模块输出金属线断开的信号，即输出Intr_Det＝1，然后异常检测模块输出用于擦除预先设置的关键数据的信号，即输出intr＝1，CPU接收到该信号，擦除Flash EEPROM和RAM等存储器中的关键数据。图8仅仅是为了说明在金属线断开时该金属线两端的逻辑值不一致，在实际应用中，由于每条金属线传输的逻辑值是随机的，因此SDO[i]和SDI[i]的波形应该是没有规律的，i＝0、1、2或者3，并不是呈现出的图8中所示的呈周期性地变化。
如图9所示，TD_H＝1，说明金属线检测装置所在环境的温度大于85℃，即处于高温环境，温度检测模块输出检测出的温度异常的信号，即输出Intr_TD＝1，然后异常检测模块输出用于擦除预先设置的关键数据的信号，即输出intr＝1，CPU接收到该信号，擦除FlashEEPROM和RAM等存储器中的关键数据。
如图10所示，TD_L＝1，说明金属线检测装置所在环境的温度小于-40℃，即处于低温环境，温度检测模块输出检测出的温度异常的信号，即输出Intr_TD＝1，然后异常检测模块输出用于擦除预先设置的关键数据的信号，即输出intr＝1，CPU接收到该信号，擦除Flash EEPROM和RAM等存储器中的关键数据。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种金属线检测装置，其特征在于，包括：
随机数产生模块，用于产生随机的逻辑值，并输出至金属线的一端；
采样模块，用于采集金属线的另一端输出的逻辑值；
金属线检测模块，用于比较采样模块采集到的逻辑值与随机数产生模块产生的逻辑值，并输出比较的结果；
还包括：
温度检测模块，用于检测所述金属线检测装置所在环境的温度是否在预先设置的温度范围内，并输出检测的结果；
金属线检测装置不在预先设置的温度范围内，金属线检测装置会工作不正常；金属线检测装置工作不正常包括：在当金属线断开时，金属线检测模块不会输出用于表示金属线断开的信号。
2.根据权利要求1所述的金属线检测装置，其特征在于，还包括：
异常检测模块，用于对所述金属线检测模块输出的结果和温度检测模块输出的结果进行逻辑或运算，并输出逻辑或运算的结果。
3.根据权利要求1所述的金属线检测装置，其特征在于，还包括：
第一驱动模块，连接在所述随机数产生模块和所述金属线之间，用于增大所述金属线的驱动能力；和/或
第二驱动模块，连接在所述金属线与所述采样模块之间，用于增大所述采样模块的驱动能力。
4.根据权利要求3所述的金属线检测装置，其特征在于，所述第一驱动模块包括反相器或者缓冲器，所述第二驱动模块包括反相器或者缓冲器。
5.根据权利要求1所述的金属线检测装置，其特征在于，还包括：
时钟分频模块，用于对时钟信号进行分频，使用分频得到的时钟信号为所述随机数产生模块、所述采样模块和所述金属线检测模块提供时钟信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的金属线检测装置，其特征在于，所述随机数产生模块包括：随机数发生器和线性反馈移位寄存器；其中，
随机数发生器，用于生成随机数序列；
线性反馈移位寄存器，用于对生成的随机数序列进行异或运算，并输出该异或运算的结果，作为所述产生的逻辑值，将该异或运算的结果反馈到生成的随机数序列中以更新所述产生的随机数序列，对更新后的随机数序列重复执行所述异或运算的步骤。
7.根据权利要求6所述的金属线检测装置，其特征在于，所述随机数发生器为真随机数发生器。
8.一种芯片，其特征在于，包括：如权利要求1至7中任一项所述的金属线检测装置。
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