CN114815952B - 能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路(简称IC)，包含一监控电路、至少一电源电压产生电路及一电压调整电路。该监控电路监控一安全引擎的至少一安全检查结果以判断是否发生至少一安全事件。该至少一电源电压产生电路依据接收自IC的外部的至少一输入电压于IC中产生至少一内部电源电压，以将它提供给IC的至少一内部元件。因应该至少一安全事件的发生，该电压调整电路控制该至少一电源电压产生电路动态地调整该至少一内部电源电压，使该至少一内部电源电压随机性地超出其预定电压范围，借此进行该系统保护。

Description

能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路

技术领域

本发明涉及系统保护，特别涉及一种能应用于(applicable to)通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路。

背景技术

一电子装置可能遭遇某些类型的攻击。例如，一黑客(hacker)可能将该电子装置的一非易失性存储器诸如一快闪存储器(尤其，其内的原始固件码)取代为另一非易失性存储器诸如另一快闪存储器(尤其，其内的恶意固件码)、或将恶意软件码下载到该电子装置的一内部存储器诸如一随机存取存储器，以进行不法的勾当。依据相关技术，该电子装置可具备某些保护机制诸如硬件接口(interface)的有意错接、封包(packet)内容相对于随机数的变化、加密/解密等，以对抗上述攻击及保护该电子装置的系统。然而，可能发生某些问题。举例来说，由于这样的保护机制是典型地基于复杂的组合，故该黑客可能通过对应于各种不同组合的试误(try and error)来尝试破解(crack)，这表示他/她可能有破解成功的一天。因此，需要一种新颖的方法及相关架构，以在没有副作用或较不可能带来副作用的状况下实现具有可靠的保护机制的电子装置。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路，以解决上述问题。

本发明的另一目的在于提供一种能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路，以确保电子装置的正常运行。

本发明的至少一实施例提供一种集成电路，其能应用于通过动态电压改变来进行系统保护。该集成电路可包含一监控电路(monitoring circuit)、至少一电源电压产生电路、以及耦接至该监控电路以及该至少一电源电压产生电路的一电压调整电路。例如，该监控电路可用来监控一安全引擎(security engine)的至少一安全检查结果以判断是否发生至少一安全事件(security event)；该至少一电源电压产生电路可用来依据接收自该集成电路的外部的至少一输入电压于该集成电路中产生至少一内部电源电压，以提供该至少一内部电源电压给该集成电路的至少一内部元件；以及该电压调整电路可用来因应该至少一安全事件的发生，控制该至少一电源电压产生电路动态地调整该至少一内部电源电压，使该至少一内部电源电压随机性地(randomly)超出其预定电压范围，借此扰乱该至少一安全事件的发生以进行该系统保护。

本发明的好处之一是，通过仔细设计的电源电压调整机制，本发明能因应上述攻击产生黑客所无法预期的电压改变，尤其，通过改变某一元件诸如一存储器(例如：位于该集成电路以外的一非易失性存储器，诸如一快闪存储器；或该集成电路的一内部存储器)的一或多个端子的一或多个电压，使黑客执行其恶意程序码产生不一致的执行结果，难以判断攻击成功与否，从而使黑客失去继续攻击的意志力。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的一种能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路的示意图，其中该集成电路可位于一电子装置中。

图2依据本发明一实施例示出一种通过动态电压改变来进行系统保护的方法的一第一控制方案，其中该方法能应用于图1所示的集成电路。

图3依据本发明一实施例示出该方法的一第二控制方案。

图4依据本发明一实施例示出该方法的一第三控制方案。

图5依据本发明一实施例示出该方法的一第四控制方案。

图6依据本发明一实施例示出动态电压改变的例子。

符号说明

10：电子装置

100：IC

102、202、502：处理电路

104：安全引擎

110、210：调整控制模块

112、212：安全检查及敏感位址监控电路

114、214：电压调整电路

120：电压调整暂存器

130：内部电源宏模块

Vin1～Vin3：输入端子

Vout1～Vout3：输出端子

Output_adjust1～Output_adjust3：输出调整端子

t0～t28：时间点

具体实施方式

图1为依据本发明一实施例的一种能应用于通过动态电压改变来进行系统保护的集成电路(integrated circuit，后简称为IC)100的示意图，其中该IC 100可位于一电子装置10中，尤其，可被安装(mount)于电子装置10的一主电路板(例如印刷电路板)上，但本发明不限于此。该IC 100可包含一处理电路102、一安全引擎104以及一调整控制模块110，且包含至少一电压调整暂存器(例如一或多个电压调整暂存器)，其可统称为电压调整暂存器120，且还包含与上述至少一电压调整暂存器相对应的至少一电源电压产生电路(例如一或多个电源电压产生电路)，诸如至少一内部电源宏(internal power macro)模块(例如一或多个内部电源宏模块)，其可统称为内部电源宏模块130，其中调整控制模块110可包含一监控电路诸如一安全检查及敏感位址监控电路112以及一电压调整电路114。处理电路102可被配置成控制电子装置10的操作，安全引擎104可被配置成进行安全检查，而调整控制模块110可被配置成进行电源电压调整控制，尤其，通过上述至少一电压调整暂存器诸如电压调整暂存器120来控制上述至少一电源电压产生电路诸如内部电源宏模块130进行电源电压调整。

于图1所示架构中，该监控电路诸如安全检查及敏感位址监控电路112可监控该IC100中的安全引擎(engine)104的至少一安全检查结果以判断是否发生至少一安全事件(例如恶意(malicious)程序码所导致的安全事件)。举例来说，安全引擎104可对该IC 100(例如处理电路102)所处理的信息，诸如该IC 100(例如处理电路102)于一存储装置(例如一存储器，图中未示)中存取(access)的指令、数据等，进行至少一安全检查操作以产生该至少一安全检查结果。安全引擎104的输出信号可载有该至少一安全检查结果，而该监控电路诸如安全检查及敏感位址监控电路112可通过安全引擎104的输出信号取得该至少一安全检查结果，尤其，于该至少一安全检查结果中的任何安全检查结果指出安全检查失败时，判断该至少一安全事件发生，但本发明不限于此。于某些实施例中，该监控电路诸如安全检查及敏感位址监控电路112可被整合至安全引擎104中。此情况下，该监控电路可直接取得该至少一安全检查结果，而不需要通过上述输出信号来取得该至少一安全检查结果。在一些实施例中，安全引擎104可通过领域中可应用的针对各种安全事件进行检查操作、报告操作、反制操作等的软件/硬件/固件所实施，但不以此为限。

在该监控电路被实施为安全检查及敏感位址监控电路112的情况下，该监控电路诸如安全检查及敏感位址监控电路112可还被配置成监控一或多个敏感位址(sensitiveaddress)，诸如该存储装置(例如该存储器)中的一或多个受保护存储区的一或多个位址，以判断是否发生该至少一安全事件。该一或多个受保护存储区的例子可包含(但不限于)：用来存储该IC100的系统信息的一系统区。当该一或多个敏感位址中的任何敏感位址被存取(例如读取或写入)时，安全检查及敏感位址监控电路112可判断该至少一安全事件发生。

另外，上述至少一电源电压产生电路诸如内部电源宏模块130可依据接收自该IC100的外部的至少一输入电压于该IC 100中产生至少一内部电源电压，以提供电源给该IC100的至少一内部元件(例如存储装置或处理电路102)。因应该至少一安全事件的发生，电压调整电路114可控制该至少一电源电压产生电路诸如内部电源宏模块130动态地调整该至少一内部电源电压，使该至少一内部电源电压随机性地(randomly)超出其预定电压范围，借此进行该系统保护。例如，因应该至少一安全事件的发生，该监控电路诸如安全检查及敏感位址监控电路112可触发电压调整电路114开始进行该系统保护，尤其，动态地调整该至少一内部电源电压。由于该至少一内部电源电压随机性地超出其预定电压范围，故整个系统变得不稳定，这可造成黑客极大的困扰。

举例来说，该IC 100可具备一或多个类型的保护机制，诸如硬件接口的有意错接、封包内容相对于随机数的变化、加密/解密等中的一者或其组合，以进行基本的保护。在本发明架构中的电源电压调整机制随机性地使整个系统变得不稳定的情况下，会造成黑客的恶意程序码(例如包含攻击或操控指令的恶意固件(malicious firmware)码或恶意软件(malicious software；或malware)码)反馈的数值不稳定，黑客可能在某些时间点误以为他/她已攻击成功，但在某个时间点可能又发生错误，最终黑客会发现执行其恶意程序码的结果是对错交替的(例如以相同的恶意程序码有时候的执行结果符合黑客所预期，而有时候的执行结果不符合黑客所预期)，执行结果并不一致且错误发生的时间及数值无特定规律(因为随机性)。于是，黑客或其恶意程序码被迫处于一个无法辨认攻击成效的困境(例如：针对基于复杂的组合的保护机制，黑客可通过对应于各种不同组合的试误来尝试破解系统保护，但因为系统保护的随机性，黑客难以预期结果)，从而降低黑客继续攻击的意愿。

于上述实施例中，处理电路102可通过一或多个处理器(例如中央处理器、微处理器等)、逻辑电路等方式来实施，而安全引擎104可通过安全引擎电路等方式来实施。另外，内部电源宏模块130可通过电压调节器(regulator)、低压降调节器(low dropoutregulator，LDO regulator)等方式来实施。例如，上述至少一电源电压产生电路(诸如内部电源宏模块130)中的任一电源电压产生电路(诸如任一内部电源宏模块)可包含一或多个电压调节器、及/或一或多个低压降调节器。此外，上述至少一电压调整暂存器诸如电压调整暂存器120可存储至少一暂存器值，以控制上述至少一电源电压产生电路诸如内部电源宏模块130产生对应于该至少一暂存器值的该至少一内部电源电压。因此，因应该至少一安全事件的发生，电压调整电路114可通过调整该至少一暂存器值来控制该至少一电源电压产生电路诸如内部电源宏模块130，以动态地调整该至少一内部电源电压，使该至少一内部电源电压随机性地超出其预定电压范围，借此进行该系统保护。

表1

暂存器值	电压(V)
		4’d15	1.96
4’d14	1.94
		4’d13	1.92
4’d12	1.90
		4’d11	1.88
4’d10	1.86
		4’d9	1.84
4’d8	1.82
		4’d7	1.80
4’d6	1.78
		4’d5	1.76
4’d4	1.74
		4’d3	1.72
4’d2	1.70
		4’d1	1.68
4’d0	1.66

表1展示该至少一暂存器值中的任一暂存器值(例如每一暂存器值)及对应于所述任一暂存器值的内部电源电压(于表1中标示“电压”以求简明)之间的关系的例子，其中这个暂存器值可用四个位元(标示“4’”以求简明)来表示且可为区间[0、15]中的整数(例如数值d0、d1…及d15中的任一者，其字头d代表十进位)，以及这个内部电源电压可用伏特(volt，V)为单位来表示且可于从1.66(V)至1.96(V)的范围中变化(即电压随机性)，但本发明不限于此。依据某些实施例，用来表示该暂存器值的位元数(bit count)、该暂存器值的范围、该内部电源电压的单位、及/或该内部电源电压的范围可予以变化。

为了便于理解，该内部电源电压的预定电压范围可代表该IC 100的工作电压范围，诸如区间[Vmin、Vmax]的范围。例如，Vmin＝1.72(V)且Vmax＝1.88(V)。此情况下，表1中的斜体字的电压，诸如1.66(V)至1.70(V)以及1.90(V)至1.96(V)，可代表超出该预定电压范围的电压位准的例子，而表1中的粗体字的电压，诸如1.78(V)至1.82(V)，可代表较佳工作电压，其中1.80(V)可代表最佳工作电压。应理解，较佳工作电压并非限定IC 100仅能在此电压范围内工作，且内部电源电压本就可能因各种因素(例如温度等)变动。在一些实施例中，该内部电源电压的预定电压范围的数值皆为IC 100可容忍的工作电压值，不影响IC100的工作，但电压值不以实施例中的数值为限。

依据某些实施例，上述任一电源电压产生电路诸如上述任一内部电源宏模块(例如内部电源宏模块130中的某一内部电源宏模块)可包含一组调节器及一或多个切换电路(例如开关)，以供产生对应于上述任一暂存器值的该内部电源电压。该组调节器可分别产生多个候选内部电源电压，诸如表1中的分别对应于多个候选暂存器值4’d0-4’d15的候选内部电源电压1.66-1.96(V)，并且，依据一目前暂存器值(例如多个候选暂存器值4’d0-4’d15中的某一候选暂存器值)，该一或多个切换电路可选择该组调节器中的某一调节器所输出的对应的候选内部电源电压(例如候选内部电源电压1.66-1.96(V)中的某一候选内部电源电压)，以作为对应于上述任一暂存器值的该内部电源电压，其中该组调节器可通过电压调节器、低压降调节器等方式来实施，但本发明不限于此。

图2依据本发明一实施例示出一种通过动态电压改变来进行系统保护的方法的一第一控制方案，其中该方法能应用于图1所示的IC 100。为了便于理解，一垂直虚线的两侧分别标示“IC内部”及“IC外部”以指出电子装置10中的该IC 100的内部及外部，而从标示着“恶意软件”(malware)的框指向IC内部的箭头代表来自黑客的恶意软件触发该至少一安全事件的发生。处理电路202可作为上述处理电路102的例子，尤其，处理电路202可包含至少一处理器、多个逻辑单元(logic cells)等。另外，调整控制模块210及其内的安全检查及敏感位址监控电路212与电压调整电路214可分别作为调整控制模块110及其内的安全检查及敏感位址监控电路112与电压调整电路114的例子，电压调整暂存器#1、#2等可作为上述至少一电压调整暂存器(诸如电压调整暂存器120)的例子，而内部电源宏模块#1、#2等可作为上述至少一内部电源宏模块(诸如内部电源宏模块130)的例子。

依据本实施例，调整控制模块210可包含至少一计时器诸如计时器#1、#2等，用以依据安全检查及敏感位址监控电路212的设定，选择性地启用(enable)或停用(disable)电压调整(标示“启用/停用”以求简明)，尤其，启用/停用从电压调整电路214至电压调整暂存器#1、#2等的控制路径以持续/暂停电压调整电路214对电压调整暂存器#1、#2等的各自的暂存器值的改变，其中启用或停用的时间可以规则或不规则(即，时间随机性)，以增加动态电压改变的复杂度，但本发明不限于此。于某些实施例中，上述至少一计时器可被整合至电压调整电路214中。另外，在调整控制模块210(例如其中的电压调整电路214)的控制下，电压调整暂存器#1、#2等的各自的暂存器值可于该多个候选暂存器值4’d0-4’d15的范围中变化(标示“4’d0-4’d15”以求简明)，且内部电源宏模块#1、#2等可分别通过其输出调整端子Output_adjust1、Output_adjust2等接收电压调整暂存器#1、#2等的各自的暂存器值，以依据于输入端子Vin1、Vin2等的上述至少一输入电压(标示“电压输入”以求简明)产生分别对应于这些暂存器值的内部电源电压(标示“电压输出”以求简明)，以供分别通过输出端子Vout1、Vout2等来输出。于某些实施例中，电压调整电路214可通过计时器及/或其他随机性控制逻辑的协同运行来切换电压调整暂存器#1、#2的暂存器值的改变，以实现电压调整电路214进行电压控制的随机性。

如图2所示，该至少一内部电源电压可包含被传送朝向(toward)该IC 100内部(例如处理电路202)的一能调整核心电源(core power)电压(标示“往IC内部的能调整核心电源”以求简明)、被传送朝向位于该IC100内的至少一输入输出垫片(input/output pad，简称“IO垫片”)诸如IO垫片#0、#1、#2及#3的一能调整核心电源电压(标示“往IO垫片的能调整核心电源”以求简明)以及被传送朝向位于该IC 100内的至少一IO垫片诸如IO垫片#0、#1、#2及#3的一能调整输入输出电源(IO power，简称“IO电源”)电压(标示“往IO垫片的能调整IO电源”以求简明)，尤其，可还包含被传送朝向该存储装置(例如该存储器)的至少一IO垫片诸如IO垫片#10、#11、#12及#13(例如：被传送至一电源电压垫片诸如紧邻于(next to)IO垫片#10、#11、#12及#13的VCC垫片)的一能调整输入输出电源电压(标示“往IO垫片的能调整IO电源”以求简明)。在一些实施例中，核心电源的电压值大致上低于IO电源的电压值。为了简明起见，于本实施例中类似的内容在此不重复赘述。

图3依据本发明一实施例示出该方法的一第二控制方案。相较于图2所示架构，被传送至存储装置的VCC垫片的能调整输入输出电源电压的线路被黑客窜改了(属于一种常见的攻击模式，但本发明不以此为限)。例如，黑客可能使用外部电源诸如一外部电源宏模块来取代内部电源以提供电压至存储装置的VCC垫片。如图3所示，由于该至少一内部电源电压可包含多个能调整电源电压(例如，传送至IO垫片#0、#1、#2及#3的“往IO垫片的能调整核心电源”以及“往IO垫片的能调整核心电源”…等)。因此，黑客仅控制VCC垫片的电压并无法成功破解系统的保护机制。为了简明起见，于本实施例中类似的内容在此不重复赘述。

图4依据本发明一实施例示出该方法的一第三控制方案。相较于图3所示架构，该存储装置(例如该存储器)的位置改变，尤其，被设置于该IC 100外部，例如安装在该主电路板(例如该印刷电路板)上。如图4所示，同样地，该至少一内部电源电压包含多个能调整电源电压。因此，黑客仅控制VCC垫片的电压并无法成功破解系统的保护机制。为了简明起见，于本实施例中类似的内容在此不重复赘述。

图5依据本发明一实施例示出该方法的一第四控制方案。处理电路502可作为上述处理电路102的例子，也可以作为上述处理电路202的例子，且调整控制模块210可包含上述至少一计时器诸如计时器#1、#2、#3等，尤其，电压调整暂存器#1、#2、#3等可作为上述至少一电压调整暂存器(诸如电压调整暂存器120)的例子，而内部电源宏模块#1、#2、#3等可作为上述至少一内部电源宏模块(诸如内部电源宏模块130)的例子，其中图1所示架构可依据图2至图4所示实施例的至少一实施例以及图5所示实施例来实现。处理电路502可包含上述至少一处理器、该多个逻辑单元(未示于图5中)以及一静态随机存取存储器(StaticRandom Access Memory，简称SRAM)，而上述至少一处理器可包含内部SRAM或快取(cache)存储器(标示“内部SRAM或快取”以求简明)。

依据本实施例，上述至少一计时器中的计时器#3可依据安全检查及敏感位址监控电路212的设定，选择性地启用或停用电压调整(标示“启用/停用”以求简明)，尤其，启用/停用从电压调整电路214至电压调整暂存器#3的控制路径以持续/暂停电压调整电路214对电压调整暂存器#3的暂存器值的改变，其中启用或停用的时间可以规则或不规则，以增加动态电压改变的复杂度，但本发明不限于此。另外，在调整控制模块210(例如电压调整电路214)的控制下，电压调整暂存器#3的暂存器值可于该多个候选暂存器值4’d0-4’d15的范围中变化(标示“4’d0-4’d15”以求简明)，且内部电源宏模块#3可通过其输出调整端子Output_adjust3接收电压调整暂存器#3的暂存器值，以依据于输入端子Vin3的输入电压(标示“电压输入”以求简明)产生对应于这个暂存器值的内部电源电压(标示“电压输出”以求简明)，以供通过输出端子Vout3来输出。为了简明起见，于本实施例中类似的内容在此不重复赘述。

图6依据本发明一实施例示出动态电压改变的例子。横轴可代表时间，而纵轴可代表对应于所述任一暂存器值的该内部电源电压(标示“电压”以求简明)，其中时间点{t0、t2、…、t28、…}可代表取样时间点，但本发明不限于此。在处理电路102(例如其内的处理器)正运行着正常程序(例如该IC 100的制造商所提供的程序、该制造商的客户所提供的程序、该IC 100的使用者程序等)的情况下，该IC 100可控制该内部电源电压维持平稳的电压位准，例如表1中的较佳工作电压，诸如1.78(V)至1.82(V)。在处理电路102(例如其内的处理器)正运行着恶意程序(例如该恶意软件)的情况(例如安全引擎104判断该至少一安全事件发生时)下，该IC 100可控制该内部电源电压随机性地超出其预定电压范围，借此进行该系统保护，前述的用以实现电压随机性以及时间随机性的实施例皆为示例而非用以限制本发明。为了简明起见，于本实施例中类似的内容在此不重复赘述。

承前所述，一般而言，IC 100可在较佳工作电压的范围内工作，但电压值因各种因素(例如温度等)有些微飘动，但在本发明的一些实施例中，在安全事件发生时，IC 100的工作电压范围会有随机性的较大变动(但大致上不影响IC 100的工作)，意在使黑客的恶意程序码产生无法预期的反馈，从而瓦解其攻击意愿，是一种用以保护IC 100的机制。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种集成电路，能应用于通过动态电压改变来进行系统保护，该集成电路包含：

一监控电路，用来监控一安全引擎的至少一安全检查结果以判断是否发生至少一安全事件；

至少一电源电压产生电路，用来依据接收自该集成电路的外部的至少一输入电压于该集成电路中产生至少一内部电源电压，以提供该至少一内部电源电压给该集成电路的至少一内部元件；以及

一电压调整电路，耦接至该监控电路以及该至少一电源电压产生电路，用来因应该至少一安全事件的发生，控制该至少一电源电压产生电路动态地调整该至少一内部电源电压，使该至少一内部电源电压随机性地超出其预定电压范围，借此扰乱该至少一安全事件的发生以进行该系统保护。

2.如权利要求1所述的集成电路，还包含：

至少一电压调整暂存器，耦接于该电压调整电路以及该至少一电源电压产生电路之间，用来存储至少一暂存器值，以控制该至少一电源电压产生电路产生对应于该至少一暂存器值的该至少一内部电源电压。

3.如权利要求2所述的集成电路，其中，因应该至少一安全事件的发生，该电压调整电路通过调整该至少一暂存器值来控制该至少一电源电压产生电路，以动态地调整该至少一内部电源电压，使该至少一内部电源电压随机性地超出其预定电压范围。

4.如权利要求1所述的集成电路，其中该至少一电源电压产生电路中的任一电源电压产生电路包含一或多个电压调节器。

5.如权利要求1所述的集成电路，其中该至少一电源电压产生电路中的任一电源电压产生电路包含一或多个低压降调节器。

6.如权利要求1所述的集成电路，其中该至少一内部电源电压包含被传送朝向该集成电路内部的一能调整核心电源电压。

7.如权利要求1所述的集成电路，其中该至少一内部电源电压包含被传送朝向位于该集成电路内的至少一输入输出垫片的一能调整核心电源电压。

8.如权利要求1所述的集成电路，其中该至少一内部电源电压包含被传送朝向位于该集成电路内的至少一输入输出垫片的一能调整输入输出电源电压。

9.如权利要求1所述的集成电路，其中该监控电路被整合至该安全引擎中。

10.如权利要求1所述的集成电路，其中该监控电路被实施成一安全检查及敏感位址监控电路，且还被配置成监控一或多个敏感位址以判断是否发生该至少一安全事件，其中当该一或多个敏感位址中的任何敏感位址被存取时，该安全检查及敏感位址监控电路判断发生该至少一安全事件。