DE102004016342B4

DE102004016342B4 - Detection device for detecting manipulative attacks on electrical circuits, especially for chip card use, wherein the characteristic current over a specified time period is recorded and compared with a stored characteristic curve

Info

Publication number: DE102004016342B4
Application number: DE102004016342A
Authority: DE
Inventors: Marcus Janke; Uwe Weder
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Quarterhill Inc
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-04-03
Also published as: DE102004016342A1

Abstract

Device for measuring a manipulative attack on an electrical circuit (22) has a current monitoring arrangement (16) for monitoring the current consumption of the electrical circuit to obtain a monitoring result that describes the current consumption over a specified time perior. A comparator (18) compares this monitoring result with reference data that describe a specified characteristic current consumption of the electrical circuit to yied a comparison result, while an evaluation device determines if there has been a manipulative attack based on the comparison result. - An INDEPENDENT CLAIM is made for a method for detecting a manipulative attack.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf manipulative Angriffe auf elektrische Schaltungen und insbesondere auf die Erfassung solcher manipulativen Angriffe, wobei solche manipulativen Angriffe beispielsweise im Rahmen von Fehlerattacken auf Kryptocontroller, wie z.B. Chipkarten oder Smartcards, vorkommen.The The present invention relates to manipulative attacks electrical circuits and in particular to the detection of such manipulative attacks, such as manipulative attacks in the context of error attacks on cryptocontrollers, such as e.g. smart cards or smart cards, happen.

Fehler in Kryptosystemen können zu einer Kryptoanalyse führen und sogar zu einer Preisgabe des geheimen Schlüssels des Kryptosystems oder anderer geheimer Daten, die vom Kryptosystem verarbeitet werden. Die Entdeckung, dass einige Kryptoalgorithmen auf die Einführung kleiner Fehler in die interne Berechnung hin Eigenschaften zeigten, die erfolgreich zur Ausspähung des den Kryptoalgorithmus implementierenden Kryptosystems ausgenutzt werden konnten, führte zu einer Klasse von Angriffen, die als Fault Attacks bzw. Fehlerattacken bekannt sind. Die übliche Implementierung eines RSA-Algorithmus ist beispielsweise sehr anfällig auf Fehlerattacken. Es konnte gezeigt werden, dass durch Provozieren eines Bitfehlers an einer geeigneten Stelle die Faktorisierung des Moduls für einen Angreifer ausspähbar wird, was wiederum die Ausspähbarkeit des geheimen privaten Schlüssels bedeutet. Auf ähnliche Weise wurden Fehlerattacken auf einen breiten Bereich von anderen Algorithmen und Kryptovorrichtungen angewendet.error in cryptosystems lead to a cryptanalysis and even to reveal the secret key of the cryptosystem or others secret data processed by the cryptosystem. The discovery, that some crypto algorithms on the introduction of small errors in the internal Calculation towards properties that were successful in spying out the exploiting the cryptosystem implementing the crypto algorithm could, led to a class of attacks called Fault Attacks are known. The usual For example, implementing an RSA algorithm is very vulnerable to error attacks. It could be shown that by provoking a bit error factoring the module into a suitable place for a Invisible attacker which, in turn, the sparseability of the secret private key means. On similar Way, bug attacks have been on a wide range of others Algorithms and crypto devices applied.

Fehlerattacken bei Chipkarten, Smartcards oder anderen Kryptocontrollern können ferner daraufhin abgezielt sein, den normalen Programmablauf der dem Kryptocontroller zugrundeliegenden CPU zu stören, um somit beispielsweise in eine sicherheitskritische, da die Bearbeitung von sicherheitskritischen Daten betreffende Unterroutine des von der CPU ausgeführten Programms zu gelangen, wie z.B. in eine Geldauszahlungsfunk tion. Beispielsweise könnte eine störende Beeinflussung eines Befehls-Fetch bzw. des Ladevorganges des nächsten abzuarbeitenden Befehls aus dem Programmspeicher, wie er durch den aktuellen Stand des Programmzählers der CPU angezeigt wird, zu einer Verstümmelung des auszuführenden Befehls führen. Dieser Befehl könnte nun aber genau eine PIN- (PIN = persönliche Identifikationsnummer) Abfrage bzw. einen bedingten Programmsprung im auszuführenden Programm betroffen haben, der vorgesehen ist, um dann in eine Falscheingabe-Unterprogrammroutine zu springen und damit den normalen linearen Programmfluss zu unterbrechen, wenn eine eingegebene zu überprüfende PIN falsch war. Ein Verändern des Befehls durch eine äußere Manipulation könnte in einem solchen Fall dazu führen, dass aus dem Sprungbefehl im Programmspeicher bis zur Abarbeitung durch die CPU ein anderer Befehl wird, wie z.B. ein Ladebefehl, und das Programm weiter linear abgearbeitet wird, wo dann beispielsweise eine Geldauszahlungsfunktion, eine Abbuchung oder dergleichen programmiert ist.error attacks in smart cards, smart cards or other cryptocontrollers may also then be targeted, the normal program flow of the cryptocontroller disrupting the underlying CPU, Thus, for example, in a safety-critical, since the processing of safety critical data subroutine of the executed by the CPU Program, such as into a cash payment function. For example, could a disturbing one Influencing a command fetch or the loading process of the next processed Command from the program memory, as indicated by the current state the program counter the CPU is displayed, to a mutilation of the executed Command. This Command could but now exactly one PIN (PIN = personal identification number) Query or a conditional program jump in the executed Program, which is intended to then enter a false entry subroutine routine to jump and thus interrupt the normal linear program flow, if an entered PIN to be checked was wrong. Changing the Command by an external manipulation could be in cause such a case that from the jump instruction in the program memory to the processing through the CPU becomes another command, such as a load, and the program continues to run linearly, where then, for example programmed a cash payment function, a debit or the like is.

Es ist deshalb notwendig, dass Kryptovorrichtungen gegen sowohl eigene Fehler als auch gegen von außen durch Manipulation hervorgerufene künstlich eingeführte Fehler möglichst resistent sind.It is therefore necessary that crypto devices against both own Mistakes as well as against from outside manipulated artificially induced errors preferably are resistant.

Das Verhindern von internen Fehlern wird wie üblich durch redundante Ausführung von Schaltungsteilen oder dergleichen verhindert. Die erfolgreiche Einfügung von Fehlern durch manipulative Angriffe auf Kryptovorrichtungen versuchte man bisher häufig durch entsprechende Sensoren zu verhindern, die entsprechende manipulative Angriffe erfassten. Manipulative Angriffe, die vorgesehen sind, um Fehler in einer kryptographischen Schaltung hervorzurufen, umfassen beispielsweise das Aussetzen der kryptographischen Schaltung gegenüber geeigneten Strahlen, wie z.B. Ionenstrahlung, Röntgenstrahlung oder Wärme, oder das Einfügen von Stromspitzen bzw. Spikes in die Stromversorgung der kryptographischen Schaltung. Entsprechende Sensoren in den kryptographischen Vorrichtungen er fassten das Auftreten solcher manipulativen Angriffe also indirekt, d.h. sie erfassten den Beschuss mit Ionen, die Temperaturschwankung oder dergleichen, welche Maßnahmen wiederum zu einer Beeinflussung der Schaltung führen könnten.The Preventing internal errors is done as usual by redundant execution of Circuit parts or the like prevented. The successful insertion of Errors caused by manipulative attacks on crypto devices you often so far by appropriate sensors to prevent the corresponding manipulative Detected attacks. Manipulative attacks that are foreseen to cause errors in a cryptographic circuit include for example, exposing the cryptographic circuit to suitable beams, such as. Ion radiation, X-rays or Warmth, or pasting of current spikes or spikes in the power supply of the cryptographic Circuit. Corresponding sensors in the cryptographic devices he thus indirectly understood the occurrence of such manipulative attacks, i. they detected the bombardment with ions, the temperature fluctuation or like, what measures in turn could lead to an influence on the circuit.

Auf die Erfassung eines manipulativen Angriffes hin wurde die kryptographische Vorrichtung gesichert, indem die Schaltung beispielsweise ausgeschaltet wurde, so dass im Rahmen der Kryptoanalyse nicht mehr anhand der Ausgabe der fehlerhaft arbeitenden kryptographischen Vorrichtung auf geheime Daten rückgeschlossen werden konnte.On the detection of a manipulative attack became cryptographic Device secured by the circuit, for example, off so that in the context of cryptanalysis is no longer based on the Output of the malfunctioning cryptographic device inferred to secret data could be.

Vorgehensweisen dieser Art sind darin nachteilhaft, dass eine Vielzahl von Sensoren für die Mannigfaltigkeit von möglichen physikalischen Beeinflussungen bzw. manipulativen Angriffen vorgesehen sein muss. Zudem ist die Sensitivität der Mehrzahl von Sensoren immer auf einen bestimmten Satz von manipulativen Angriffen beschränkt. Eine neue Art von manipulativen Angriffen, für die die Sensoren nicht empfindlich sind, wäre folglich in dem Sinne erfolgreich, dass die kryptographische Vorrichtung bei diesen neuartigen Angriffen trotz fehlerhafter Funktionsweise Daten ausgeben würde. Zudem benötigt die Implementierung der Vielzahl von Sensoren einiges an Platz und insbesondere Chipfläche in den kryptographischen Vorrichtungen, so dass die Herstellungskosten erhöht sind, was sich insbesondere bei Massenprodukten wie Chipkarten und Smartcards als Kryptovorrichtungen empfindlich bemerkbar macht.procedures This type is disadvantageous in that a plurality of sensors for the Variety of possible be provided physical influences or manipulative attacks got to. In addition, the sensitivity The majority of sensors always rely on a specific set of manipulative ones Limited attacks. A new kind of manipulative attack for which the sensors are not sensitive are, would be consequently successful in the sense that the cryptographic device in these novel attacks despite faulty functioning Would spend data. In addition, the required Implementation of the large number of sensors a lot of space and in particular chip area in the cryptographic devices, so that the manufacturing costs elevated are, what in particular with mass products such as smart cards and Smart cards as crypto devices makes sensitive.

Es besteht deshalb ein Bedarf nach einem Erfassungsschema für manipulative Angriffe auf elektrische Schaltungen, das effektiver ist.There is therefore a need for one Detection scheme for manipulative attacks on electrical circuits, which is more effective.

In der US 2002/0124178 A1 wird eine Vorrichtung zum Auswerten der Sicherheit einer kryptographischen Hardware bzw. ein Verfahren zum Analysieren extern erfassbarer Charakteristika einer kryptographischen Schaltung beschrieben. Die Druckschrift beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, die Sicherheit eines Kryptosystems zu bestimmen oder zu bewerten. Dabei werden Signale verwendet, die von der Kryptoschaltung nach außen gelangen, was in der Druckschrift als leakage bezeichnet wird. Außerdem beschäftigt sich dieselbe mit der Verbesserung von Abwehrmaßnahmen für Kryptosysteme. Den vorgeschlagenen Abwehrmaßnahmen ist gemeinsam, dass diese versuchen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verringern, d.h., das Verhältnis zwischen dem extern auswertbaren Signalanteil, der mit den geheimen Informationen korreliert ist, und somit Angreifern potentielle Informationen über diese geheimen Informationen liefert, und einem Rauschanteil, der zu den geheimen Informationen, die in dem Kryposystem verarbeitet werden, unkorreliert ist. Im Wesentlichen werden drei unterschiedliche Vorgehensweisen angeboten, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verringern. Die erste Möglichkeit besteht darin, in einem Kryptosystem zusätzlich zu der normalen Verarbeitung der geheimen Daten eine zufällig gesteuerte Datenverarbeitung vorzunehmen, wodurch beispielsweise dem mit den geheimen Daten korrelierten Stromverbrauch ein zufällig erzeugter Stromverbrauch überlagert wird. Die zweite Möglichkeit von Abwehrmaßnahmen sieht das Verwenden einer Zufallssteuerung vor, um das Taktsignal einer Schaltung zu variieren, nämlich auf zufällige Weise Taktpulse auszublenden. Hierdurch wird der Stromverbrauch ebenfalls auf zufällige Art und Weise beeinflusst, was für den Angreifer das Signal-Rauschverhältnis verschlechtert. Schließlich wird noch eine Alternative vorgeschlagen, bei welcher die Korrelation zwischen Stromverbrauch und geheimen verarbeiteten Daten dadurch reduziert wird, dass beispielsweise ein Programmablauf derart zufällig variiert wird, dass er zwar immer noch zu dem gleichen Ergebnis führt, dass er aber in seinem Programmfluss zufällig variiert wird.In US 2002/0124178 A1 discloses a device for evaluating safety a cryptographic hardware or a method for analyzing externally detectable characteristics of a cryptographic circuit described. The document deals with the possibilities that To determine or evaluate the security of a cryptosystem. there used are signals that come out from the crypto circuit, what in the document referred to as leakage. Besides, it deals same with the improvement of defense mechanisms for cryptosystems. The proposed defensive measures is common that these are trying to increase the signal-to-noise ratio too reduce, that is, the ratio between the externally evaluable signal portion, with the secret Information is correlated, and thus attackers potential information about this provides secret information, and a piece of noise that goes to the secret information processed in the cryptosystem, uncorrelated is. In essence, there are three different approaches offered to reduce the signal-to-noise ratio. The first possibility This is in a cryptosystem in addition to the normal processing the secret data one at random to perform controlled data processing, whereby, for example the power consumption correlated with the secret data is a randomly generated one Power consumption superimposed becomes. The second possibility of defenses For example, using a random control provides for the clock signal to vary a circuit, namely at random Way to hide clock pulses. This will reduce power consumption also at random Way influences what for the attacker degrades the signal-to-noise ratio. Finally it will proposed an alternative in which the correlation between Power consumption and secret processed data thereby reduced is that, for example, a program flow varies so randomly is that he still leads to the same result that but it is randomly varied in its program flow.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein effektiveres Erfassungsschema zu schaffen.The The object of the present invention is therefore to provide a more effective Creation scheme.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.These The object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 15 solved.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen eines manipulativen Angriffes auf eine elektrische Schaltung umfasst eine Einrichtung zum Überwachen eines Stromverbrauches der elektrischen Schaltung, um ein Überwachungsergebnis zu erhalten, das einen Stromverbrauchsverlauf über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg beschreibt, eine Einrichtung zum Vergleichen des Überwachungsergebnisses mit Referenzdaten, die einen vorbestimmten charakteristischen Stromverbrauchsverlauf der elektrischen Schaltung beschreiben, um ein Vergleichsergebnis zu erhalten, sowie eine Einrichtung zum Erfassen des manipulativen Angriffs basierend auf dem Vergleichsergebnis.A inventive device for detecting a manipulative attack on an electrical Circuit includes means for monitoring power consumption the electrical circuit to get a monitoring result, the one power consumption over a predetermined period of time describes a means for comparing the monitoring result with reference data representing a predetermined characteristic power consumption history describe the electrical circuit to a comparison result as well as a device for detecting the manipulative Attack based on the comparison result.

Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass nahezu jede Manipulation bzw. jeder manipulative Angriff an einer elektrischen Schaltung das Stromprofil bzw. den Stromverbrauch der elektrischen Schaltung verändert und somit dementsprechende „Fingerabdrücke" hinterlässt, so dass eine effektivere Erfassung fast aller manipulativen Angriffe dadurch erzielt werden kann, dass der Stromverbrauch der elektrischen Schaltung überwacht wird, und basierend auf dem Überwachungsergebnis mittels eines Vergleichs mit Referenzdaten manipulative Angriffe erfasst werden.The Knowledge of the present invention is that almost any manipulation or manipulative attack on an electrical circuit the current profile or the power consumption of the electrical circuit changed and thus leaves corresponding "fingerprints", so that more effective capture of almost all manipulative attacks can be achieved that the power consumption of the electric Circuit monitored and based on the monitoring result Manipulating attacks by comparison with reference data be recorded.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass als eigentlicher „Fühler" bzw. als eigentliches sensitives Gebiet die elektrische Schaltung selbst verwendet wird, also die elektrische Schaltung, die vor den manipulativen Angriffen zu schützen ist. Der Fühler ist somit eine Schaltung, die nicht eigens zur Erfassung äußerer manipulativer Angriffe vorgesehen ist, sondern eine elektrische Schaltung, die an sich bereits vorgesehen ist, um bestimmte Operationen, Berechnungen, kryptographische Algorithmen, Zertifizierungen, Authentifikationen, Verschlüsselungen, Entschlüsselungen oder dergleichen durchzuführen, und dabei beispielsweise Daten verarbeitet, die geheimer Natur sind, wie z.B. einen geheimen Schlüssel, eine persönliche Identifikationsnummer oder der gleichen. Der Effekt hiervon ist, dass manipulative Angriffe unabhängig von ihrer Ursache, FIB (focused ion beam = Fokus-Ionenstrahl), Licht, Programmsprung usw., anhand ihrer Beeinflussung der elektrischen Schaltung selbst, die Ziel des Angriffes ist, detektiert werden.One Advantage of the present invention is that as the actual "sensor" or as the actual sensitive area the electrical circuit itself is used So the electrical circuit, the before the manipulative attacks to protect is. The feeler is thus a circuit that is not specifically for detecting external manipulative Attacks is provided, but an electrical circuit that in itself is already provided to perform certain operations, calculations, cryptographic algorithms, certifications, authentications, encryptions decryption or the like, while processing, for example, data that is secretive, such as. a secret key, a personal one Identification number or the same. The effect of this is that manipulative attacks independently from their cause, FIB (focused ion beam), light, program jump etc., by their influence on the electrical circuit itself, the target of the attack is to be detected.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Erfassung von manipulativen Angriffen sowohl bei Manipulationen an der gesamten elektrischen Schaltung als auch an Teilen derselben erfolgreich ist, da das Gesamtstromprofil die Summe aller Einzelmodul-Stromprofile, d.h. die Stromprofile aller in der elektrischen Schaltung umfassten Einzelmodule, beinhaltet, so dass Probleme bzw. Stromversorgungsänderungen aufgrund manipulativer Angriffe eines Einzelmoduls anhand der Überwachung des Gesamtstromprofils bzw. des Gesamtstromverbrauchs der elektrischen Schaltung erkannt bzw. gesehen werden können.Another advantage of the present invention is that the inventive detection of manipulative attacks is successful both in manipulations of the entire electrical circuit as well as parts thereof, since the total current profile is the sum of all individual module current profiles, ie the current profiles of all in the electrical circuit includes individual modules, so that problems or power supply changes due to manipulative attacks of a Single module can be detected or seen by monitoring the total current profile or the total power consumption of the electrical circuit.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Stromüberwachungseinrichtungen in kryptographischen Vorrichtungen gegebenenfalls bereits vorhanden sein können, um nämlich abhängig vom aktuellen Stromverbrauch die Taktrate eines Taktes zu variieren bzw. zu verändern. Auf diese vorhandene Ressource kann dann die vorliegende Erfindung gleichsam aufsetzen, indem sie den variierenden Takt als Überwachungsergebnis heranzieht. Dies ist bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Fall.One Another advantage of the present invention is that Power monitoring devices optionally already present in cryptographic devices could be, namely dependent from the current power consumption to vary the clock rate of a clock or change. The present invention can then be applied to this existing resource as it were put on by the varying clock as a monitoring result attracts. This is in a particular embodiment of the present invention Invention of the case.

Nachfolgend werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:following with reference to the accompanying figures preferred embodiments closer to the present invention explained. Show it:

1 Ein Blockschaltbild eines Kryptocontrollers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 A block diagram of a cryptocontroller according to an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Skizze zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Vorrichtung von 1 im Hinblick auf die Erfassung von manipulativen Angriffen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic diagram illustrating the operation of the device of 1 with regard to the detection of manipulative attacks according to an embodiment of the present invention;

3 ein Blockschaltbild eines Kryptocontrollers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 3 a block diagram of a crypto controller according to another embodiment of the present invention; and

4 eine schematische Skizze zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Vorrichtung von 3 im Hinblick auf die Erfassung von manipulativen Angriffen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 a schematic diagram illustrating the operation of the device of 3 with regard to the detection of manipulative attacks according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt einen Kryptocontroller gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kryptocontroller von 1 ist allgemein mit 10 angezeigt und ist beispielsweise Teil einer Chipkarte, einer Smartcard oder dergleichen, und beispielsweise als integrierte elektrische Schaltung in einem einzigen Chip implementiert bzw. integriert. 1 shows a crypto controller according to an embodiment of the present invention. The cryptocontroller of 1 is generally with 10 is shown and is for example part of a smart card, a smartcard or the like, and implemented as an integrated electrical circuit in a single chip or integrated.

Der Kryptocontroller 10 umfasst zwei Schnittstellen nach außen bzw. zur Außenwelt, nämlich einen Stromversorgungseingang 12, an welchem der Kryptocontroller 10 ein Stromversorgungssignal erhält, und einen Ein-/Ausgang 14 zum Austausch von Daten mit einem externen Kommunikationspartner, wie z.B. einem Terminal. Die Schnittstellen 12 und 14 können zur kontaktlosen oder kontaktbehafteten Schnittstellenübertragung ausgebildet sein. Im Kontaktlosen Fall ist beispielsweise am Eingang 12 eine entsprechende Einrichtung vorgesehen, um aus einer elektromagnetischen Welle einen Gleichsignal-Versorgungsstrom zu generieren.The cryptocontroller 10 includes two interfaces to the outside or to the outside world, namely a power supply input 12 at which the cryptocontroller 10 receives a power signal, and an input / output 14 for exchanging data with an external communication partner, such as a terminal. The interfaces 12 and 14 can be designed for contactless or contact-based interface transmission. In contactless case, for example, at the entrance 12 a corresponding device is provided in order to generate a DC signal supply current from an electromagnetic wave.

Intern umfasst der Kryptocontroller 10 eine Stromverbrauchsüberwachung 16, eine Vergleichseinrichtung 18, einen Speicher 20, eine elektrische Schaltung 22 und eine Maßnahmeeinrichtung 24. Die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 ist zwischen den Stromversorgungseingang 12 und einen Stromversorgungsanschluss der elektrischen Schaltung 22 geschaltet, um den Stromverbrauch der elektrischen Schaltung 22 überwachen zu können. Die elektrische Schaltung 22 ist ein Teil des Kryptocontrollers 10, der Funktionen des Kryptocontrollers 10 übernimmt, wie z.B. arithmetische oder kryptographische Berechnungen, die Durchführung kryptographischer Algorithmen oder dergleichen. Daten, die von der elektrischen Schaltung 22 verarbeitet werden, empfängt die elektrische Schaltung vom Ein-/Ausgang 14, mit welchen dieselbe über einen Datenanschluss verbunden ist, und Daten, die sich aus der Verarbeitung dieser Daten durch die elektrische Schaltung 22 ergeben, gibt die elektrische Schaltung 22 an ihrem Datenanschluss über den Ein-/Ausgang 14 an einen externen Kommunikationspartner aus. Die elektrische Schaltung 22 kann dabei der gesamte Funktionsteil des Kryptocontrollers 10 sein, also alle Teile des Kryptocontrollers 10 umfassen, die Funktionen des Kryptocontrollers 10 außerhalb derjenigen der Einrichtungen 16, 18 und 24 übernehmen, oder die elektrische Schaltung 22 ist lediglich ein Teil des Funktionsteils des Kryptocontrollers 10, in welchem Fall der Kryptocontroller 10 weitere in 1 nicht gezeigte elektrische Schaltungsteile 22 umfasste, die mit der Stromversorgung am Eingang 12 verbunden wären.Internally, the cryptocontroller includes 10 a power consumption monitor 16 , a comparison device 18 , a store 20 , an electrical circuit 22 and a measure facility 24 , The power consumption monitoring device 16 is between the power supply input 12 and a power supply terminal of the electric circuit 22 switched to the power consumption of the electrical circuit 22 to be able to monitor. The electrical circuit 22 is part of the cryptocontroller 10 , the functions of the cryptocontroller 10 takes over, such as arithmetic or cryptographic calculations, the implementation of cryptographic algorithms or the like. Data coming from the electrical circuit 22 are processed, receives the electrical circuit from the input / output 14 to which it is connected via a data terminal, and data resulting from the processing of this data by the electrical circuit 22 give, gives the electrical circuit 22 at its data port via the input / output 14 to an external communication partner. The electrical circuit 22 can be the entire functional part of the cryptocontroller 10 be, so all parts of the crypto controller 10 include the functions of the cryptocontroller 10 outside those of the facilities 16 . 18 and 24 take over, or the electrical circuit 22 is only part of the functional part of the cryptocontroller 10 , in which case the cryptocontroller 10 more in 1 not shown electrical circuit parts 22 included with the power supply at the entrance 12 would be connected.

Während die elektrische Schaltung 22 ihre jeweilige Datenverarbeitung vornimmt, wird ihr Stromverbrauch, den sie zur Verarbeitung benötigt, durch die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 überwacht, wie es im Folgenden noch beschrieben wird, um ein Überwachungsergebnis zu erhalten, das die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 an die Vergleichseinrichtung 18 weitergibt. Die Vergleichseinrichtung 18 ist ausgebildet, um das Überwachungsergebnis mit Referenzdaten zu vergleichen, die dieselben aus dem Speicher 20 erhält, wo die Referenzdaten vorzugsweise nicht flüchtig gespeichert sind.While the electrical circuit 22 their respective data processing, their power consumption, which they need for processing, by the power consumption monitoring device 16 monitors, as will be described below, to obtain a monitoring result that the power consumption monitoring device 16 to the comparator 18 passes. The comparison device 18 is configured to compare the monitoring result with reference data that is the same from the memory 20 receives, where the reference data are preferably stored non-volatile.

Der Speicher 20 ist beispielsweise ein EEPROM, ein Flash-Speicher oder aber ein ROM-Speicher.The memory 20 is for example an EEPROM, a flash memory or a ROM memory.

Die Vergleichseinrichtung 18 ist mit der Maßnahmeeinrichtung 24 verbunden, um das Vergleichsergebnis an die Maßnahmeeinrichtung 24 weiterleiten zu können. Die Maßnahmeeinrichtung 24 erfasst bzw. entscheidet basierend auf dem Vergleichsergebnis, ob ein manipulativer Angriff auf die elektrische Schaltung 22 bzw. den Kryptocontroller 10 vorliegt oder nicht, und leitet in dem Fall, dass das Vorliegen eines manipulativen Angriffes erfasst worden ist, eine Maßnahme ein, die geeignet ist, um zu Verhindern, dass der manipulative Angriff bzw. eine hierauf beruhende Kryptoanalyse erfolgreich ist. Die Maßnahmeeinrichtung 24 ist beispielsweise in der Lage, den Kryptocontroller 10 oder die elektrische Schaltung 22 abzuschalten, eine Datenausgabe durch die elektrische Schaltung 22 bzw. den Kryptocontroller 10 zu verhindern, einen Neustart des Kryptocontrollers 10 oder der elektrischen Schaltung 22 zu veranlassen, d.h. das Zurücksetzen derselben auf eine vorbestimmte Vorgabeeinstellung, und/oder geheime Daten, die in dem Kryptocontroller 10, wie z.B. in dem Speicher 20, gespeichert sind, zu löschen.The comparison device 18 is with the measure facility 24 connected to the comparison result to the institution 24 to be able to forward. The measure device 24 detects or decides, based on the comparison result, whether a manipulative attack on the electrical circuit 22 or the cryptocontroller 10 or not, and in the event that the presence of a manipulative attack has been detected, initiates a measure appropriate to prevent the manipulative attack or cryptanalysis based thereon from succeeding. The measure device 24 for example, is capable of the cryptocontroller 10 or the electrical circuit 22 shut off, a data output by the electrical circuit 22 or the cryptocontroller 10 to prevent a reboot of the cryptocontroller 10 or the electrical circuit 22 ie resetting them to a predetermined default setting, and / or secret data stored in the crypto controller 10 , such as in the store 20 , are stored, delete.

Nachdem im Vorhergehenden der Aufbau des Kryptocontrollers 10 von 1 beschrieben worden ist sowie die Funktionsweise der einzelnen Bestandteile, wird im Folgenden die Funktionsweise des Kryptocontrollers 10 im Hinblick auf die Erfassung von bzw. in Hinblick auf die Abwehr gegen manipulative Angriffe beschrieben.After the above, the structure of the cryptocontroller 10 from 1 has been described and the operation of the individual components, the following is the operation of the cryptocontroller 10 with regard to the detection of or against the threat of manipulative attacks.

Bei ihrer normalen Verwendung durchläuft der Kryptocontroller 10 bzw. die elektrische Schaltung 22 vorbestimmte Betriebsphasen, wie z.B. Phasen der Durchführung vorbestimmter kryptographischer Algorithmen, wie z.B. der Durchführung einer Authentifikation, einer Zertifizierung, einer Verschlüsselung, einer Entschlüsselung oder dergleichen. Die Phasen sind durch beispielsweise Teile, Routinen bzw. Unterprogramme ei nes Programmcodes definiert, den eine CPU (nicht gezeigt) des Kryptocontrollers abarbeitet. An zumindest einigen Phasen ist die elektrische Schaltung 22 durch Datenverarbeitung beteiligt. In diesen Phasen führt die elektrische Schaltung 22 eine vorbestimmte oder eine von mehreren vorbestimmten Datenbearbeitungsoperationen durch. Während jeder Datenverarbeitungsoperation, wie z.B. der Durchführung eines RSA-, DES-, AES- oder allgemein eines Blockchiffre-Algorithmus, weist die elektrische Schaltung 22 einen charakteristischen Stromverbrauchsverlauf auf, also einen charakteristischen Verlauf des Stromverbrauches der elektrischen Schaltung 22 über die Zeit während der Datenbearbeitungsoperation, der reproduzierbar ist, solange nicht durch manipulative Angriffe Beeinflussungen der elektrischen Schaltung stattfinden.In its normal use, the cryptocontroller goes through 10 or the electrical circuit 22 predetermined operating phases, such as phases of execution of predetermined cryptographic algorithms, such as the implementation of an authentication, certification, encryption, decryption or the like. The phases are defined by, for example, parts, routines or subroutines of a program code that a CPU (not shown) of the cryptocontroller processes. At least some phases is the electrical circuit 22 involved in data processing. In these phases leads the electrical circuit 22 a predetermined or one of a plurality of predetermined data processing operations. During any data processing operation, such as the performance of an RSA, DES, AES, or generally block cipher algorithm, the electrical circuitry is pointing 22 a characteristic power consumption curve, so a characteristic profile of the power consumption of the electrical circuit 22 over time during the data manipulation operation, which is reproducible unless manipulations of the electrical circuit occur through manipulative attacks.

In dem Speicher 20 sind Referenzdaten gespeichert, die zumindest für eine vorbestimmte Datenbearbeitungsoperation, zu der die elektrische Schaltung 22 fähig ist, das charakteristische Stromprofil der elektrischen Schaltung 22 über einen vorbestimmten Zeitabschnitt während dieser Datenbearbeitungsoperation beschreiben. Zu einer Datenbearbeitungsoperation können aber auch mehrere Referenzdaten in dem Speicher 20 vorgesehen sein, die den charakteristischen Stromverbrauchsverlauf der elektrischen Schaltung 22 während dieser Datenbearbeitungsoperation für unterschiedliche Zeitabschnitte mit gegebenenfalls unterschiedlichen Zeitdauern beschreiben. Ferner können die Referenzdaten in dem Speicher 20 Stromprofile für mehrere Operationen umfassen, zu denen die elektrische Schaltung 22 fähig ist. Genau ausgedrückt, bezieht sich das zumindest eine Stromprofil, das die Referenzdaten in dem Speicher 20 beschreiben, auf einen Stromverbrauchsverlauf, der sich während des Betriebs der elektrischen Schaltung 22 ergibt, wenn dieselbe bzw. der Kryptocontroller 10 in einer sicheren Umgebung betrieben wird, also ohne Manipulation von außen bzw. ohne das Vorhandensein eines manipulativen Angriffes auf die elektrische Schaltung 22.In the store 20 are stored reference data, at least for a predetermined data processing operation, to which the electrical circuit 22 is capable of the characteristic current profile of the electrical circuit 22 over a predetermined period of time during this data handling operation. However, a data processing operation may also have multiple reference data in the memory 20 be provided that the characteristic current consumption curve of the electrical circuit 22 during this data processing operation for different time periods with possibly different durations to describe. Furthermore, the reference data may be in the memory 20 Power profiles for multiple operations, including the electrical circuit 22 is capable. Specifically, the at least one current profile relates the reference data in the memory 20 Describe on a power usage that occurs during the operation of the electrical circuit 22 results if the same or the crypto controller 10 is operated in a secure environment, so without manipulation from the outside or without the presence of a manipulative attack on the electrical circuit 22 ,

Die Referenzdaten in dem Speicher 20 sind beispielsweise unmittelbar nach Herstellung oder unmittelbar vor Chipkarten- bzw. Kryptocontrollerherausgabe fest in den Speicher 20 eingespeichert oder aber eingebrannt worden. Dazu hat beispielsweise die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 in einer sicheren Umgebung über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg zu der bzw. den vorbestimmten Operationen der elektrischen Schaltung 22 den Stromverbrauch der elektrischen Schaltung 22 überwacht, um Überwachungsergebnisdaten zu erzeugen, die dann als die Referenzdaten in den Speicher 20 geschrieben worden sind. Die Referenzdaten in dem Speicher 20 können jedoch ferner im Einsatz aktualisiert werden, wenn sich der Kryptocontroller 10 in einer sicheren Umgebung befindet, wie z.B. in dem Fall eines Chipkarten-Controllers 10 immer dann, wenn die derselbe in einem authentifizierten Terminal befindet. Solche Aktualisierungen könnten dann beispielsweise durch ein Ruthentifizierungssignal von dem Terminal über den Ein-/Ausgang 14 ausgelöst werden.The reference data in the memory 20 are for example immediately after production or immediately before smart card or Kryptocontrollerherausgabe fixed in the memory 20 stored or burned. For example, has the power consumption monitoring device 16 in a safe environment for a predetermined period of time to the predetermined operations of the electrical circuit 22 the power consumption of the electrical circuit 22 monitored to generate monitoring result data, which is then used as the reference data in memory 20 have been written. The reference data in the memory 20 however, may also be updated in use when the cryptocontroller 10 in a secure environment, such as in the case of a smart card controller 10 whenever it is in an authenticated terminal. Such updates could then be made, for example, by a reauthentication signal from the terminal via the input / output 14 to be triggered.

Wenn nun die elektrische Schaltung die zumindest eine Operation durchführt, für deren charakteristisches Stromprofil Referenzdaten in dem Speicher 20 vorhanden sind, überwacht die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 den Stromverbrauch der elektrischen Schaltung 22 über die Zeitdauer hinweg bzw. in dem Zeitabschnitt, die bzw. der demjenigen entspricht, auf die sich die Referenzdaten in dem Speicher 20 beziehen. Diese Überwachung wird entweder jedes Mal durchgeführt, da die elektrische Schaltung 22 diese Operation durchführt, oder gegebenenfalls, nur intermittierend, beispielsweise jedes zweitemal oder dergleichen, oder aber nur an vorbestimmten Malen. Das Ergebnis der Überwachung bzw. das Überwachungsergebnis beschreibt den Stromverbrauchsverlauf der elektrischen Schaltung über den überwachten Zeitraum hinweg. Die Vergleichseinrichtung 18 vergleicht das Überwachungsergebnis mit den Referenzdaten. Idealerweise sollte das Überwachungsergebnis den Referenzdaten exakt entsprechen, wenn die elektrische Schaltung 22 durch keine äußere Manipulation beeinflusst wird, ab gesehen von Schwankungen des Stromverbrauchs der elektrischen Schaltung 22, die durch unterschiedliche zu verarbeitende Eingangsdaten in die jeweilige Operation der elektrischen Schaltung 22 begründet sind. Neben den variierenden Eingangsdaten, die bei der jeweiligen Datenbearbeitungsoperation durch die elektrische Schaltung 22 verarbeitet werden, führen aber auch äußere Umweltparameter wie z.B. eine variierende Temperatur, dazu, dass sich das Überwachungsergebnis und die Referenzdaten auch ohne Vorliegen eines manipulativen Angriffs voneinander unterscheiden können. Die Vergleichseinrichtung 18 vergleicht deshalb das Überwachungsergebnis mit den Referenzdaten und gibt das sich ergebende Vergleichsergebnis an die Maßnahmeeinrichtung 24 aus, die ihrerseits wiederum nur dann auf einen manipulativen Angriff schließt, wenn sich das Überwachungsergebnis und die Referenzdaten um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterschieden, wie es im Folgenden noch anhand von 2 und 4 exemplarisch detaillierter erörtert wird. Das vorbestimmte Maß ist dazu vorgesehen, dass die datenbedingten oder umweltbedingten Stromverbrauchsverlaufsvariationen nicht fälschlicherweise zur Angriffserfassung führen. Gegenmaßnahmen, zu denen die Maßnahmeeinrichtung 24 fähig ist, leitet die Maßnahmeeinrichtung 24 nur dann ein, wenn sie aus dem Vergleichsergebnis auf einen manipulativen Angriff schließt. Ein manipulativer Angriff wird durch die Vorgehensweise wie sie im Vorhergehenden beschrieben wurde, aufgedeckt, weil ziemlich alle, wenn nicht alle, äußeren physikalischen Manipulationen zu einer Änderung des Stromverbrauches der elektrischen Schaltung 22 führen, was sich wiederum in dem Stromverbrauchsverlauf und damit auch in dem denselben beschreibenden Überwachungsergebnis niederschlägt.Now, when the electrical circuit performs the at least one operation, reference data in the memory for its characteristic current profile 20 are present monitors the power consumption monitor 16 the power consumption of the electrical circuit 22 over the period of time corresponding to the reference data in the memory 20 Respectively. This monitoring is done either each time as the electrical circuit 22 performs this operation, or optionally, only intermittently, for example, every other time or the like, or only at predetermined times. The result of the monitoring or the monitoring result be writes the power consumption history of the electrical circuit over the monitored period. The comparison device 18 compares the monitoring result with the reference data. Ideally, the monitoring result should exactly match the reference data when the electrical circuit 22 is influenced by no external manipulation, seen from fluctuations in the power consumption of the electrical circuit 22 , by different input data to be processed in the respective operation of the electrical circuit 22 are justified. In addition to the varying input data, in the respective data processing operation by the electrical circuit 22 However, external environmental parameters, such as a varying temperature, also cause the monitoring result and the reference data to differ from each other even without a manipulative attack. The comparison device 18 therefore compares the monitoring result with the reference data and gives the resulting comparison result to the measure device 24 which, for its part, only concludes a manipulative attack if the monitoring result and the reference data differ from one another by more than a predetermined amount, as described below with reference to FIG 2 and 4 will be discussed in more detail by way of example. The predetermined amount is designed so that the data-related or environmental power consumption variations do not erroneously lead to attack detection. Countermeasures, to which the measure facility 24 capable of managing the measure facility 24 only if it concludes from the comparison result on a manipulative attack. A manipulative attack is uncovered by the procedure described above because almost all, if not all, external physical manipulations result in a change in the power consumption of the electrical circuit 22 lead, which in turn reflected in the power consumption history and thus also in the same descriptive monitoring result.

Nachdem im Vorhergehenden Aufbau- und Funktionsweise der Vorrichtung von 1 allgemein beschrieben worden ist, wird im Folgenden bezugnehmend auf 2 die Funktionsweise des Kryptocontrollers 10 von 1 im Hinblick auf die Erfassung manipulativer Angriffe gemäß eines spezielleren Ausführungs beispiels beschrieben, nämlich einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 als A/D-Wandler mit 1-Bit-Schrittweite bzw. 1-Bit-A/D-Wandler implementiert ist.After in the foregoing construction and operation of the device of 1 has been generally described, reference is made in the following 2 the operation of the cryptocontroller 10 from 1 described with regard to the detection of manipulative attacks according to a more specific embodiment example, namely an embodiment in which the power consumption monitoring device 16 is implemented as an A / D converter with 1-bit step size or 1-bit A / D converter.

2 zeigt in einem Graphen 50, in welchem die Stromstärke I in willkürlichen Einheiten entlang der Y-Achse und die Zeit t in willkürlichen Einheiten entlang der x-Achse aufgetragen sind, einen exemplarischen Zeitausschnitt des Stromverbrauchsverlaufs der elektrischen Schaltung für eine vorbestimmt Operation, den die elektrische Schaltung 22 normalerweise für diese Operation verbraucht, d.h. wenn kein manipulativer Angriff durch FIB oder dergleichen, vorliegt. Dieser charakteristische Stromverbrauchsverlauf ist in 2 mit „normal" beschriftet und mit dem Bezugszeichen 52 versehen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 nun als ein solcher A/D-Wandler ausgebildet, der einen internen digitalen ganzzahligen Wert pro Taktzyklus um 1 inkrementiert oder dekrementiert, um ihn an den aktuellen Wert des Stromverbrauchsverlaufs 52 anzupassen. Genau genommen dekrementiert der so gebildete A/D-Wandler 16 den aktuellen digitalen Wert um 1, wenn der analoge Wert des Stromverbrauchsverlaufs 52 kleiner als der digitale Wert ist, und inkrementiert ihn um Eins, im umgekehrten Fall. Das Ergebnis dieser Analog-/Digital-Umsetzung ist ein um den analogen Stromverbrauchsverlauf 52 schwankendes Hin- und Herwechseln des digitalen Werts, wie es der Verlauf des digitalen Werts in 2 bei 54 zeigt. Unterhalb des Graphen 50 sind zur Verdeutlichung noch einmal in einer Tabelle 56 in einer untersten Zeile die Werte gezeigt, die der digitale Wert in den aufeinander folgenden Taktzyklen annimmt, wenn der normale charakteristische Stromverbrauchsverlauf 52 vorliegt. In der ersten Zeile der Tabelle 56 sind die Taktzyklen exemplarisch durchnummeriert. Wie es zu sehen ist, beginnt der digitale Wert exemplarisch bei 16 und erhöht sich daraufhin im nächsten Taktzyklus 1 um 1 auf 17, weil der Stromverbrauchsverlauf 52 zwischen den beiden Taktzyklen gleich bleibt und oberhalb des aktuellen digitalen Wertes am Taktzyklus 0 liegt. Daraufhin verringert sich wieder der digitale Wert im Taktzyklus 2, weil der Stromverbrauchsverlauf 52 immer noch konstant geblieben ist und diesmal unterhalb des digitalen Werts am Taktzyklus 1 liegt usw. Während der Nachführung des digitalen Wertes gibt die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 bzw. der A/D-Wandler eine Korrekturbitfolge aus, die für den normalen charakteristischen Stromverbrauchsverlauf 52 in der vorletzten Zeile der Tabelle 56 gezeigt ist. Genauer ausgedrückt gibt die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung zu jedem Taktzyklus ein Bit aus, das anzeigt, ob der demselben Taktzyklus angehörende digitale Wert durch Inkrementierung oder Dekrementierung des vorhergehenden Wertes des digitalen Wertes erhalten worden ist, nämlich ein Bit „1" für Inkrementierung und ein Bit „0" für Dekrementierung. Zu den ersten drei Taktzyklen lautet die Korrekturbitfolge folglich 010. Diese Korrekturbitfolge wird nun gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 als Überwachungsergebnis verwendet, das der Vergleichseinrichtung 18 zugeführt wird (1). Die Referenzdaten in dem Speicher 20 entsprechen gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 folglich der Korrekturbitfolge in der vorletzten Zeile der Tabelle 56 für den in 2 gezeigten Zeitausschnitt von 17 Taktzyklen. 2 shows in a graph 50 in which the current intensity I is plotted in arbitrary units along the Y-axis and the time t in arbitrary units along the x-axis, an exemplary time segment of the current consumption curve of the electrical circuit for a predetermined operation, the electric circuit 22 normally consumed for this operation, ie, when there is no manipulative attack by FIB or the like. This characteristic power consumption curve is in 2 labeled with "normal" and with the reference number 52 Mistake. According to this embodiment, the power consumption monitoring device 16 is now designed as such an A / D converter that increments or decrements an internal digital integer value by one per clock cycle by 1 to match the current value of the current consumption profile 52 adapt. Strictly speaking, the thus formed A / D converter decrements 16 the current digital value by 1, if the analog value of the power consumption curve 52 is smaller than the digital value and increments it by one, in the opposite case. The result of this analog / digital conversion is an analogue power consumption curve 52 fluctuating back and forth of the digital value, as the history of the digital value in 2 at 54 shows. Below the graph 50 are again in a table for clarity 56 show in a bottom line the values that the digital value assumes in the successive clock cycles when the normal characteristic power consumption curve 52 is present. In the first line of the table 56 the clock cycles are numbered by way of example. As can be seen, the digital value starts at 16 by way of example and then increases by 1 to 17 in the next clock cycle 1 because of the power consumption curve 52 remains the same between the two clock cycles and is above the current digital value at clock cycle 0. As a result, the digital value in the clock cycle 2 decreases again, because the current consumption curve 52 has remained constant and this time is below the digital value at clock cycle 1, etc. During tracking of the digital value, the power consumption monitor indicates 16 or the A / D converter from a correction bit sequence, for the normal characteristic power consumption curve 52 in the penultimate line of the table 56 is shown. More specifically, the power consumption monitor outputs one bit every clock cycle indicating whether the same clock cycle digital value has been obtained by incrementing or decrementing the previous value of the digital value, namely, a "1" bit for incrementing and a "0" bit. for decrementation. Consequently, for the first three clock cycles, the correction bit sequence is 010. This correction bit sequence will now be according to the embodiment of FIG 2 used as a monitoring result, that of the comparator 18 is fed ( 1 ). The reference data in the memory 20 correspond to according to the embodiment of 2 hence the correction bit sequence in the penultimate one Row of the table 56 for the in 2 shown time interval of 17 clock cycles.

In 2 ist nun zur Veranschaulichung dessen, wie die nach 2 arbeitende Vorrichtung von 1 einen manipulativen Angriff erfasst, neben dem normalen charakteristischen Stromverbrauchsverlauf 52 ein Stromverbrauchsverlauf der elektrischen Schaltung 22 gezeigt, der sich durch die elektrische Schaltung 22 bei Ausführung derselben Operation zum selben Zeitausschnitt innerhalb der Operation allerdings diesmal mit einem manipulativen Angriff ergibt. Dieser „manipulierte Stromverbrauchsverlauf" ist in 2 gestrichelt dargestellt, mit „manipuliert" beschriftet und mit dem Bezugszeichen 58 versehen. Mit dem Bezugszeichen 60 ist in 2 die Abfolge von Werten veranschaulicht, die der digitale Wert des A/D-Wandlers 16 in dem Fall des Stromverbrauchsverlaufs 58 annimmt. Die Folge von Werten des digitalen Werts ist auch noch einmal in der zweiten Zeile der Tabelle 56 dargestellt und die dazu gehörige Korrekturbitfolge, die die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 16 während der Stromüberwachung, durch die der manipulierte Stromverbrauchsverlauf erhalten wird, an die Vergleichseinrichtung 18 ausgibt, ist in der dritten Zeile der Tabelle 56 gezeigt. Wie es zu sehen ist, weicht die Korrekturbitfolge im manipulierten Fall von der Korrekturbitfolge ab, wie sie für die elektrische Schaltung 22 charakteristischerweise in Abwesenheit eines manipulativen Angriffes auftritt und in dem Speicher 20 gespeichert ist. Deshalb erkennt die Vergleichseinrichtung 18 beim Vergleich der Korrekturbitfolgen einen manipulativen Angriff. Insbesondere erkennt die Vergleichseinrichtung 18 durch einen bitweisen Vergleich der Korrekturbitfolgen, dass sich dieselben innerhalb der letzten sieben Bits 62 bzw. 64 unterscheiden, die zu den Taktzyklen 11-17 gehören. Dies sind die Taktzyklen, ab der in dem vorliegenden exemplarischen Fall von 2 eine Manipulation aufgetreten ist, wie sie mit dem Bezugszeichen 66 veranschaulicht sein soll. Durch die Manipulation 66 ist der Stromverbrauchsverlauf 58 im Vergleich zum normalen Fall 52 erhöht, was sich in einer anderen Korrekturbitfolge niederschlägt. Das vorbestimmte Maß, dessen Überschreitung in der Einrichtung 24 zur Angriffserfassung führt, ist im vorliegenden Fall beispielsweise durch einen Minimalwert definiert, den ein Integral über eine Korrelation der beiden Korrekturbitfolge überscheiten muss, damit kein Angriffszenario vorliegt.In 2 is now illustrative of how the after 2 working device of 1 detected a manipulative attack, in addition to the normal characteristic current consumption history 52 a power consumption curve of the electrical circuit 22 shown by the electrical circuit 22 However, if the same operation is performed at the same time within the operation, this time with a manipulative attack. This "manipulated power usage history" is in 2 shown in dashed lines, labeled "manipulated" and with the reference numeral 58 Mistake. With the reference number 60 is in 2 the sequence of values that illustrates the digital value of the A / D converter 16 in the case of the power consumption history 58 accepts. The sequence of values of the digital value is also again in the second line of the table 56 and the associated correction bit string representing the power consumption monitor 16 during the current monitoring, by which the manipulated power consumption curve is obtained, to the comparator 18 is in the third row of the table 56 shown. As can be seen, in the manipulated case, the correction bit sequence deviates from the correction bit sequence, as for the electrical circuit 22 characteristically occurs in the absence of a manipulative attack and in the memory 20 is stored. Therefore, the comparison device recognizes 18 when comparing the correction bit sequences a manipulative attack. In particular, the comparison device recognizes 18 by a bitwise comparison of the correction bit sequences that are within the last seven bits 62 respectively. 64 differ that to the clock cycles 11 - 17 belong. These are the clock cycles starting in the present exemplary case of 2 a manipulation has occurred, as indicated by the reference numeral 66 should be illustrated. Through the manipulation 66 is the electricity consumption history 58 compared to the normal case 52 increases, which is reflected in another correction bit sequence. The predetermined amount, exceeding it in the device 24 leads to attack detection, is defined in the present case, for example, by a minimum value that an integral on a correlation of the two correction bit sequence must pass, so that no attack scenario exists.

Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele von 1 und 2 bezogen sich auf einen Kryptocontroller, bei dem – zumindest im Rahmen der vorhergehenden Beschreibung – die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung eigens zur Erzeugung des Überwachungsergebnisses vorgesehen war. Stromüberwachungen können jedoch auch bereits in einem Kryptocontroller implementiert sein, nämlich beispielsweise im Sinne einer Strombegrenzungs- bzw. CLKSTOP-Funktion, gemäß der abhängig vom aktuellen Stromverbrauch der Takt, mit dem die elektronische Schaltung 22 betrieben wird, beschleunigt und/oder verlangsamt wird. Ein Kryptocontroller, bei dem diese Funktion bereits implementiert ist, liegt den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen von 3 und 4 zugrunde, wobei die Erfassung von manipulativen Angriffen bei diesem Controller auf der Basis des abhängig von dem Stromverbrauch gesteuerten Taktes als dem Überwachungsergebnis durchgeführt wird.The previous embodiments of 1 and 2 referred to a cryptocontroller, in which - at least in the context of the preceding description - the power consumption monitoring device was provided specifically for generating the monitoring result. However, current monitoring can also already be implemented in a cryptocontroller, namely, for example, in the sense of a current limiting or CLKSTOP function, according to which, depending on the current power consumption, the clock with which the electronic circuit 22 is operated, accelerated and / or slowed down. A cryptocontroller, in which this function is already implemented, lies in the exemplary embodiments described below 3 and 4 based, wherein the detection of manipulative attacks in this controller is performed on the basis of depending on the power consumption controlled clock as the monitoring result.

Gemäß 3 umfasst ein Kryptocontroller 100 mit einem Eingang 112 zur Stromversorgung und einem Ein-/Ausgang 114 zur externen Kommunikation eine Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116, eine Vergleichseinrichtung 118, einen Speicher 120, eine elektrische Schaltung 122, eine Maßnahmeeinrichtung 124, einen Taktreduzierer/-beschleuniger 126, einen Oszillator 128 und einen Taktzähler 130. Ebenso wie das Ausführungsbeispiel von 1, kann der Kryptocontroller 100 in Form einer integrierten elektrischen Schaltung in einem Chip gebildet sein.According to 3 includes a cryptocontroller 100 with an entrance 112 for power supply and an input / output 114 for external communication, a power consumption monitoring device 116 , a comparison device 118 , a store 120 , an electrical circuit 122 , a measure facility 124 , a clock reducer / accelerator 126 , an oscillator 128 and a clock counter 130 , As well as the embodiment of 1 , the cryptocontroller can 100 be formed in the form of an integrated electrical circuit in a chip.

Die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 ist zwischen den Stromversorgungseingang 112 und einen Stromversorgungsanschluss der elektrischen Schaltung 122 geschaltet. Ein Datenanschluss der elektrischen Schaltung 122 ist mit dem Ein-/Ausgang 114 verbunden. Die Vergleichseinrichtung 118 ist mit dem Speicher 120 verbunden, um die Referenzdaten zu erhalten, und mit der Maßnahmeeinrichtung 124, um derselben das Vergleichsergebnis weiterzuleiten. Die Maßnahmeeinrichtung 124 weist beispielsweise die bezugnehmend auf 1 aufgezählten Fähigkeiten bzw. Maßnahmenmöglichkeiten zur Vereitelung von Fault-Attack-Kryptoangriffen auf.The power consumption monitoring device 116 is between the power supply input 112 and a power supply terminal of the electric circuit 122 connected. A data connection of the electrical circuit 122 is with the input / output 114 connected. The comparison device 118 is with the store 120 connected to receive the reference data and with the policy device 124 to pass the comparison result to the same. The measure device 124 For example, the reference to 1 enumerated abilities or measures for the prevention of Fault Attack crypto attacks.

Anders als die Stromüberwachungseinrichtung von 1 kümmert sich nun die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 von 3 unmittelbar zunächst nur um die Steuerung der Taktrate des Takts, mit dem die elektrische Schaltung 122 betrieben wird. Abhängig von dem aktuellen Stromverbrauch der elektrischen Schaltung 122 steuert die Einrichtung 116 deshalb mittels eines Steuersignals den Taktreduzierer/-beschleuniger 126, der zwischen einen Oszillator 128 und einen Taktanschluss der elektrischen Schaltung 122 geschaltet ist. Abhängig von dem Steuersignal von der Einrichtung 116 reduziert der Taktreduzierer/-beschleuniger 126 den Oszillatortakt vom Oszillator 128 oder beschleunigt ihn, um den sich ergebenden Takt an die elektrische Schaltung 122 auszugeben. Genau genommen wird der Takt zur Schaltung 122 reduziert, wenn der aktuelle Stromverbrauch hoch ist, um den Stromverbrauch der Schaltung 122 zu begrenzen, und er wird erst wieder erhöht, wenn der Stromverbrauch wieder runtergeht.Unlike the current monitoring device of 1 now takes care of the power consumption monitoring device 116 from 3 Immediately at first only to control the clock rate of the clock, with which the electrical circuit 122 is operated. Depending on the current power consumption of the electrical circuit 122 controls the device 116 therefore by means of a control signal the clock reducer / accelerator 126 that is between an oscillator 128 and a clock terminal of the electric circuit 122 is switched. Depending on the control signal from the device 116 reduces the clock speed reducer / accelerator 126 the oscillator clock from the oscillator 128 or accelerate it to the resulting clock to the electrical circuit 122 issue. Actually, the clock becomes the circuit 122 reduced, if the current power consumption is high, the power consumption of the circuit 122 to limit, and he will only increased again when the power consumption goes down again.

Da der so gesteuerte Takt abhängig von dem aktuellen Stromverbrauch eingestellt ist, beschreibt er stets den aktuellen Stromverbrauch. Ein Ausschnitt aus dem Taktsignal, welches am Taktanschluss der elektrischen Schaltung 122 anliegt und von dem Taktreduzierer/-beschleuniger 126 ausgegeben wird, beschreibt folglich den Stromverbrauch der elektrischen Schaltung 122 über eine gewisse Zeitdauer hinweg. Dieses Taktsignal wird nun nicht nur dem Taktanschluss der elektrischen Schaltung 122 zugeführt, sondern ferner einem Eingang des Taktzählers 130. Dieser zählt die Taktimpulse des Taktsignals, um einen Zählerstand pro Taktimpuls zu inkrementieren. Natürlich wäre es ferner möglich, den Zählerstand lediglich bei jedem zweiten Taktimpuls oder dergleichen zu erhöhen.Since the so controlled clock is set depending on the current power consumption, it always describes the current power consumption. A section of the clock signal, which at the clock connection of the electrical circuit 122 and from the clock reducer / accelerator 126 is therefore described, the power consumption of the electrical circuit 122 over a certain period of time. This clock signal is now not only the clock connection of the electrical circuit 122 supplied but also an input of the clock counter 130 , This counts the clock pulses of the clock signal to increment one count per clock pulse. Of course, it would also be possible to increase the count only every other clock pulse or the like.

Der Taktzähler 130 gibt seinen Zählerstand an die Vergleichseinrichtung 118 aus. Der Zählerstand bildet eine Art komprimierte Version eines Zeitausschnitts des Taktsignals von dem Taktreduzierer/-beschleuniger 126 an die elektrische Schaltung 122. Da der Zeitausschnitt des Taktsignals wiederum beschreibend für einen Zeitausschnitt des Stromverbrauchsverlaufs der elektrischen Schaltung 122 ist, ist der Zählerstand wiederum auch beschreibend für diesen Zeitausschnitt des Stromverbrauchsverlaufs der elektrischen Schaltung 122.The clock counter 130 gives his meter reading to the comparator 118 out. The count forms a kind of compressed version of a timing of the clock signal from the clock reducer / accelerator 126 to the electrical circuit 122 , Since the time excerpt of the clock signal in turn descriptive of a time excerpt of the power consumption curve of the electrical circuit 122 is again, the counter reading is also descriptive of this time excerpt of the power consumption curve of the electrical circuit 122 ,

Dieser Zählerstand wird nun gemäß dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 als Überwachungsergebnis zum Vergleich mit den Referenzdaten durch die Vergleichseinrichtung 118 herangezogen, wie es im Folgenden näher beschrieben werden wird.This count is now according to the embodiment of 3 and 4 as a monitoring result for comparison with the reference data by the comparison device 118 used, as will be described in more detail below.

4 zeigt in einem Graphen 150, bei dem, wie bei dem Graphen von 2, der Strom I gegen die Zeit t in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist, einen exemplarischen Normal-Stromverbrauchsverlauf 152, d.h. den Stromverbrauchsverlauf, wie er sich ohne manipulativen Angriff ergibt, der mit „normal" gekennzeichnet ist, sowie einen gestrichelt dargestellten Stromverbrauchsverlauf 154, wie er sich mit einer exemplarischen manipulativen Beeinflussung der elektrischen Schaltung 122 ergibt, wobei letzterer mit „manipuliert" gekennzeichnet ist. Beide Stromverläufe 152 und 154 betreffen, wie in dem Fall von 2, Stromverbrauchsverläufe, die sich durch die elektrische Schaltung 122 im selben Zeitausschnitt bei der Bearbeitung derselben Operation ergeben. 4 shows in a graph 150 in which, as in the graph of 2 , the current I is plotted against the time t in arbitrary units, an exemplary normal power consumption curve 152 , ie the power consumption curve, as it results without manipulative attack, which is marked "normal", as well as a power consumption curve shown in dashed lines 154 How he deals with an exemplary manipulative influence on the electrical circuit 122 where the latter is labeled "manipulated." Both current waveforms 152 and 154 as in the case of 2 , Electricity consumption, which is due to the electrical circuit 122 in the same time frame when editing the same operation.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 erzeugt nun der Oszillator einen Systemtakt bzw. Oszillatortakt mit einer bestimmten Taktfrequenz, wie z.B. mit 32 MHz, wie es in 4 exemplarisch bei 156 gezeigt ist. Die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 überwacht den aktuellen Stromverbrauch beispielsweise mittels Stromerfassung mittels justierbarer Stromspiegel. Dabei ist die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 beispielsweise zur Unterscheidung von 64 Stromstärken fähig, bzw. sie quantisiert die erfasste Stromstärke auf einen von 64 Quantisierungswerten. Diesen Messwert bzw. Quantisierungswert gibt die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 als Steuersignal an den Taktreduzierer/-beschleuniger 126 weiter. Der Taktreduzierer/-beschleuniger 126 lässt nun abhängig von dem Steuersignal von der Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 alle oder nur ein paar der Taktpulse des Systemtaktes vom Oszillator 128 zu der elektrischen Schaltung 122 passieren. Um dies zu veranschaulichen, zeigt 4 zunächst bei 158 sechs aufeinander folgende Taktzyklen bzw. Taktpulse des ursprünglichen Systemtaktes bzw. Oszillatortaktes. Bei 160 ist der Takt gezeigt, den der Taktreduzierer/-beschleuniger 126 aufgrund der Steuerung durch das Steuersignal durch die Einrichtung 116 an die elektrische Schaltung 122 weiterleitet, wenn der Normalfall 152 vorliegt. Wie es zu sehen ist, hat der Taktreduzierer an Stellen 162A-N Taktimpulse herausgenommen. Damit hat der Taktreduzierer/-beschleuniger 126 den Oszillatortakt quasi ausgedünnt bzw. verlangsamt, und zwar umso mehr, desto größer der Normal-Stromverbrauchsverlauf 152 gerade ist. Bei 164 ist der Zählerstand des Taktzählers 130 gezeigt, wie er sich ergibt, wenn der Taktzähler 130 vor dem in 4 gezeigten Zeitausschnitt auf „0" initialisiert worden ist und daraufhin die Taktimpulse zählt, die sich auf den Normal-Stromverbrauchsverlauf 152 hin in dem Taktsignal ergeben, das der Taktreduzierer/-beschleuniger 126 ausgibt und bei 160 gezeigt ist. Wie es zu sehen ist, ist der Zählerstand am Ende des Zeitausschnittes 20.According to the embodiment of 3 and 4 Now, the oscillator generates a system clock or oscillator clock with a specific clock frequency, such as 32 MHz, as in 4 as an example 156 is shown. The power consumption monitoring device 116 monitors the current power consumption, for example by means of current detection using adjustable current mirrors. Here is the power consumption monitoring device 116 For example, it is capable of distinguishing 64 amperages, or it quantizes the detected amperage to one of 64 Quantization values. This measured value or quantization value is given by the current consumption monitoring device 116 as a control signal to the clock reducer / accelerator 126 further. The clock reducer / accelerator 126 now leaves depending on the control signal from the power consumption monitoring device 116 all or just a few of the clock pulses of the system clock from the oscillator 128 to the electrical circuit 122 happen. To illustrate this, shows 4 initially at 158 six consecutive clock cycles or clock pulses of the original system clock or oscillator clock. at 160 the clock shown is that of the clock reducer / accelerator 126 due to the control by the control signal through the device 116 to the electrical circuit 122 forwards, if the normal case 152 is present. As can be seen, the clock reducer has taken out clock pulses at locations 162A-N. This has the clock reducer / accelerator 126 the oscillator cycle is thinned out or slowed down, and that more so, the greater the normal current consumption curve 152 is straight. at 164 is the count of the clock counter 130 shown how it turns out when the clock counter 130 before the in 4 time segment has been initialized to "0" and then counts the clock pulses, which are based on the normal power consumption curve 152 result in the clock signal that the clock reducer / accelerator 126 spend and at 160 is shown. As you can see, the count is at the end of the time frame 20 ,

Dieser Zählerstand, d.h. 20 wird als Referenzdaten in dem Speicher 120 gespeichert. Wenn nun eine Manipulation bzw. ein manipulativer Angriff auf die elektrische Schaltung 122 stattfindet, ändert sich dadurch der Stromverbrauchsverlauf, nämlich hier exemplarisch auf den Stromverbrauchsverlauf 154, der gegenüber dem Normal-Stromverbrauchsverlauf kurzzeitig im Abschnitt 166 erhöht ist.This counter reading, ie 20 is used as reference data in the memory 120 saved. If now a manipulation or a manipulative attack on the electrical circuit 122 takes place, thereby changing the power consumption history, namely here on the example of the power consumption curve 154 , the opposite of the normal power consumption history briefly in the section 166 is increased.

Dieser kurzzeitig erhöhte Stromverbrauch bewirkt nun, dass die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung 116 in dem Fall des Angriffes 166 einen höheren Stromverbrauch misst und deshalb über das Steuersignal den Taktreduzierer/-beschleuniger 126 in dieser Zeit anders ansteuert als er dies in dem normalen Fall ohne Angriff getan hat. Dies ist durch durchgestrichene Taktpulse in den Taktzyklen 166 bei 168A und 168B gezeigt. Aufgrund des vorübergehend erhöhten aktuellen Stromverbrauchs aufgrund des manipulierten Angriffs reduziert nämlich der Taktreduzierer/-beschleuniger 126 die Taktrate in der Zeitspanne 166 und streicht mehr Taktpulse aus dem Systemtakt als in dem Normal-Fall heraus. In einer Zeile 170 ist nun der jeweilige Zählerstand während des in 4 gezeigten Zeitabschnittes für den manipulierten Fall aufgetragen, wobei wieder davon ausgegangen wird, dass der Taktzählerstand zu Beginn des Zeitabschnittes von 4 auf den Wert „0" initialisiert worden ist. Wie es zu sehen ist, beträgt der Zählerstand am Ende des Abschnittes von 4 nur noch lediglich 18. Diesen Zählerstand gibt nun der Taktzähler 130 an die Vergleichseinrichtung 118 aus, die ihn wiederum mit den Referenzdaten vergleicht, die, wie im Vorhergehenden erwähnt, den Wert 20 anzeigen. Die Differenz, nämlich –2, gibt die Vergleichseinrichtung 118 an die Maßnahmeeinrichtung 124 aus, die ihrerseits wiederum aufgrund der Differenz auf einen Angriff rückschließen kann, indem sie beispielsweise überprüft, ob der Betrag der Differenz eine vorbestimmt Schwelle überschreitet oder dergleichen. Auf diese Weise erfasst die Vorrichtung von 3 und 4 manipulative Angriffe.This short-term increased power consumption now causes the power consumption monitoring device 116 in the case of the attack 166 measures a higher power consumption and therefore via the control signal the clock reducer / accelerator 126 is driving differently than he did in the normal case without attack. This is due to crossed-out clock pulses in the clock cycles 166 at 168A and 168B shown. Because of the temporarily increased current power consumption due to the manipulated attack namely reduces the clock speed reducer / accelerator 126 the clock rate in the time span 166 and eliminates more clock pulses the system clock as in the normal case out. In a row 170 is now the respective meter reading during the in 4 Plotted time portion shown for the manipulated case, again assuming that the clock count at the beginning of the period of 4 has been initialized to the value "0." As can be seen, the count at the end of the section of 4 only only 18. This count is now the clock counter 130 to the comparator 118 which, in turn, compares it to the reference data which, as mentioned above, indicates 20. The difference, -2, gives the comparator 118 to the measure facility 124 which, in turn, can infer an attack based on the difference, for example, by checking whether the amount of the difference exceeds a predetermined threshold or the like. In this way, the device detects 3 and 4 manipulative attacks.

Bezugnehmend auf die vorhergehende Beschreibung wird noch darauf hingewiesen, dass dieselben lediglich exemplarischer Natur waren. Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 ist es beispielsweise nicht notwendig, dass die Vergleichseinrichtung 118 die Differenz des Zählerstandes mit den Referenzdaten bildet. Sie könnte auch den Quotienten bilden oder die Werte ohne arithmetische Verknüpfung an die Maßnahmeeinrichtung weiterleiten. Die Maßnahmeeinrichtung 124 könnte im letztgenannten Fall anhand der Werte in einer Tabelle nachschlagen, wodurch der Verglich der beiden Messungen dann quasi mittels dieses Nachschlagvorgangs durchgeführt wird. Auch das Ausführungsbeispiel von 2 ist lediglich ein spezieller Fall eines A/D-Wandlers. Dieser könnte freilich auch anders ausgeführt sein, wie z.B. als Mehr-Bit-A/D-Wandler. Ferner wird darauf hingewiesen, dass grundsätzlich der Vergleich des im-Feld- bzw. in-the-field-eingemessen Stromverbrauchsverlaufs mit einem charakteristischen Stromprofil auch analog durchgeführt werden könnte, indem beispielsweise eine ent sprechend fest verdrahtete Schaltung einen charakteristischen Stromverbrauchsverlauf „nachahmt". Auch die Vergleichseinrichtung 118 könnte dann ebenfalls als analoges Bauglied ausgeführt sein, wie z.B. als Differenzierer oder dergleichen.With reference to the foregoing description, it should be understood that they were merely exemplary in nature. In the embodiment of 3 and 4 For example, it is not necessary for the comparator 118 the difference of the counter reading with the reference data forms. It could also form the quotient or pass the values to the measure without arithmetic linkage. The measure device 124 In the latter case, it would be possible to look up the values in a table, whereby the comparison of the two measurements is then carried out, as it were, by means of this look-up process. Also, the embodiment of 2 is just a special case of an A / D converter. This could of course also be designed differently, such as a multi-bit A / D converter. It should also be noted that, in principle, the comparison of the in-field or in-the-field metered current consumption profile with a characteristic current profile could also be carried out analogously, for example by a correspondingly hard-wired circuit "mimicking" a characteristic current consumption profile the comparison device 118 could then also be designed as an analog member, such as a differentiator or the like.

Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsbeispiele von 2 auf der einen und 3 und 4 auf der anderen Seite miteinander kombiniert werden könnten. So kann es durchaus sein, dass in einem bereits existierenden Kryptocontroller bereits die Clockstop-Funktion implementiert ist, allerdings in einer abschaltbaren/zuschaltbaren Art und Weise. Bei abgeschalteter Clockstop-Funktion würde dieser Kryptocontroller dann beispielsweise nach dem Ausführungsbeispiel von 2 oder nach 1 arbeiten, anderenfalls nach dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4.It should also be noted that the embodiments of 2 on one and 3 and 4 on the other side could be combined with each other. Thus, it may well be that the clock stop function is already implemented in an already existing cryptocontroller, but in a switchable / switchable manner. When switched off clock stop function of this crypto controller would then, for example, according to the embodiment of 2 or after 1 otherwise, according to the embodiment of 3 and 4 ,

Ferner wird darauf hingewiesen, dass obwohl im Vorhergehenden der Oszillator 128 zur internen Taktversorgung des Kryptocontrollers 100 in demselben vorgesehen war, auch ein externer Takt zur Taktgenerierung verwendet werden könnte. Interne Taktgenerierung wird jedoch bevorzugt, da die interne Taktgenerierung eine sichere Referenz ermöglicht, wohingegen die externe Taktgenerierung es auch einem potentiellen Angreifer ermöglicht, die Taktrate des extern zugeführten Taktes zu variieren. Das im Hinblick auf interne und externe Taktgenerierung Gesagte gilt freilich auch für die Ausführungsbeispiele von 1 und 2.It should also be noted that although the above is the oscillator 128 to the internal clock supply of the cryptocontroller 100 was provided in the same, an external clock for clock generation could be used. However, internal clock generation is preferred because internal clock generation allows for a secure reference, whereas external clock generation also allows a potential attacker to vary the clock rate of the externally supplied clock. The said with regard to internal and external clock generation, of course, applies to the embodiments of 1 and 2 ,

Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele schafften folglich Möglichkeiten dafür, ein breites Spektrum von sicherheitsrelevanten Angriffen unabhängig von ihrem eigentlichen Ursprung mittels chipinternem Strommonitoring bzw. einer chipinternen Stromüberwachung zu detektieren. Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 überwachte dabei der Controller bzw. Chip seinen eigenen Stromverbrauch mittels einer Strombegrenzungs- bzw. Current Limiter-Funktion. Ohne eine solche Funktion und/oder bei inaktiver CLKSTOP-Funktion wurde bei dem Ausfüh rungsbeispiel nach 2 ein 1-Bit-Wandler zur Überwachungsergebniserzeugung verwendet, der Strombegrenzungsbits in Form der Korrekturbitfolgen nachführte.The preceding embodiments thus provided opportunities to detect a wide range of security-related attacks regardless of their actual origin by means of on-chip power monitoring or on-chip power monitoring. In the embodiment of 3 and 4 The controller or chip monitored its own power consumption by means of a current limiting or current limiter function. Without such a function and / or inactive CLKSTOP function was in the Ausfüh approximately example 2 used a 1-bit converter for monitoring result generation, which tracked current limit bits in the form of correction bit sequences.

Obige Ausführungsbeispiele sind beispielsweise bei Stromdetektierung mittels justierbarer Stromspiegel anwendbar, die eine Quantisierung des Stromverbrauchsignals in 64 Möglichkeiten (entspricht 6 Bits) vornehmen.Above embodiments are for example in current detection by means of adjustable current mirror applicable, the quantization of the power consumption signal in 64 options (corresponds to 6 bits).

Im Vorhergehenden ist bereits beschrieben worden, dass die Referenzdaten sowohl fest abgespeichert sein könnten als auch von Zeit zu Zeit verändert werden könnten im Sinne einer Lernfunktion, die nacheinander beliebige Stromverläufe für die Referenzdaten heranzieht, unabhängig davon, was gerade in dem Chip bzw. Controller abläuft. Vorzugsweise werden die Referenzdaten chipindividuell in einem nicht-flüchtigen Speicher eines Chips bzw. Controllers abgespeichert, so dass bei Auslieferung ansonsten gleicher Chips unterschiedliche Referenzdaten gespeichert sind.in the The foregoing has already described that the reference data both could be stored permanently as well as changed from time to time could become in the sense of a learning function, the succession of arbitrary current curves for the reference data attracts, independently of what is currently going on in the chip or controller. Preferably the reference data are chip-individually in a non-volatile Memory of a chip or controller stored, so that at Delivery of otherwise identical chips different reference data are stored.

Im Vorhergehenden ist ferner bereits beschrieben worden, dass sich die Referenzdaten auf verschiedene unterschiedliche Stromausschnitte beziehen können. Dies bietet die Möglichkeit für ein weites Spektrum von Stromausschnitten, wie z.B. von tausend Takten bis zehn Millionen Takten bzw. Taktzyklen für die Zeitdauer.in the It has already been described above that the reference data on different different current sections can relate. This offers the possibility for a long time Spectrum of current cuts, such as from a thousand bars to ten million clocks or clock cycles for the duration.

Im Vorhergehenden ist auf die Möglichkeit der Speicherung vieler kritischer bzw. charakteristischer Stromintervalle hingewiesen worden. Jedes dieser charakteristischen Stromprofile sollte sich jedoch auf Zeitabschnitte beziehen, bei denen die Bearbeitung der elektrischen Schaltung einer reproduzierbaren Abfolge folgt.The above is on the possibility the storage of many critical or characteristic current intervals has been pointed out. However, each of these characteristic current profiles should refer to periods when the processing of the electrical circuit follows a reproducible sequence.

Zur Implementierung der Ausführungsbeispiele und insbesondere einer Kombination der Ausführungsbeispiele 2 bis 4, wie es im Vorhergehenden beschrieben worden ist, wäre es möglich, die Erfassungsfunktionalität in Firmware oder Software zu implementieren. Zwischen den so implementierten Ausführungsbeispielen könnte durch Einstellen eines entsprechenden Bits umgeschaltet werden.to Implementation of the embodiments and in particular a combination of the embodiments 2 to 4, such as As described above, it would be possible to include the detection functionality in firmware or implement software. Between the so implemented embodiments could be switched by setting a corresponding bit.

Im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel von 3 und 4 wird noch darauf hingewiesen, dass es ferner möglich wäre, dass der Taktzähler von dem durch die Referenzdaten definierten Lernwert rückwärts zählt, so dass die sich aus einem gegebenenfalls vorliegenden manipulativen Angriff ergebende Differenz sich sofort aus dem Zählerstand nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer der Überwachung des Stromverbrauchsverlaufs ergibt. Wie im Vorhergehenden beschrieben, könnte dann die Maßnahmeeinrichtung ein vorgegebenes Delta bzw. eine vorbestimmte Abweichung zur Bewertung dessen heranziehen, ob ein manipulativer Angriff vorliegt oder nicht.With regard to the embodiment of 3 and 4 It should also be noted that it would also be possible for the clock counter to count backwards from the learning value defined by the reference data, so that the difference resulting from a potentially present manipulative attack is instantaneous from the count after expiration of the predetermined period of monitoring the power usage history results. As described above, then, the action means could use a predetermined delta or a predetermined deviation to judge whether there is a manipulative attack or not.

Es wird bezugnehmend auf obige Ausführungsbeispiele ferner noch darauf hingewiesen, dass sich natürlich auch normale Umgebungsänderungen, wie z.B. Temperaturänderungen, auf den Stromverbrauch der elektrischen Schaltung 22 auswirken, ohne dass dabei ein manipulativer Angriff vorliegt. In diesem Fall würde ein zu kleiner Wert für die maximale Abweichung, die die Maßnahmeeinrichtung zur Erkennung auf einen manipulativen Angriff heranzieht, folglich zu einer erhöhten Anzahl von Falsch-Positiv-Alarmierungen führen, also zu einer zu hohen Anzahl von Malen, da die Maßnahmeeinrichtung oben exemplarisch aufgeführte oder eine der oben exemplarisch aufgeführten Maßnahmen durchführt. Um dies zu verhindern, können ferner Sensoren in dem Controller vorgesehen werden, die physikalische Umweltparameter messen, wie z.B. ein Temperatursensor. Der eingebundene Temperatursensor könnte herangezogen werden, um die Temperatur zu messen, und so den durch die Stromverbrauchsüberwachungseinrichtung erfassten Verlauf gegebenenfalls auf eine vorbestimmte Temperatur zu kalibrieren, die den Referenzdaten zugrunde lag. Ferner könnte eine Bewer tung einer externen Spannungsklasse A, B bzw. C vorgenommen werden, die der Stromversorgung zugrundeliegt.With reference to the above exemplary embodiments, it is further pointed out that naturally also normal environmental changes, such as, for example, temperature changes, affect the power consumption of the electrical circuit 22 impact without being subject to a manipulative attack. In this case, too small a value for the maximum deviation which the measure device uses for detection on a manipulative attack would consequently lead to an increased number of false positive alarms, that is to say to an excessive number of times, since the measure means above listed by way of example or performs one of the measures listed above by way of example. To prevent this further, sensors may be provided in the controller that measure physical environmental parameters, such as a temperature sensor. The integrated temperature sensor could be used to measure the temperature, and thus, if necessary, to calibrate the profile detected by the power consumption monitor to a predetermined temperature based on the reference data. Furthermore, it would be possible to evaluate an external voltage class A, B or C, which underlies the power supply.

Ferner wird noch darauf hingewiesen, dass abweichend von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Maßnahmeeinrichtung auch lediglich durch eine Erfassungseinrichtung ersetzt werden kann, die den manipulativen Angriff lediglich erfasst. Die Erfassung könnte dann beispielsweise von einer anderen Einrichtung abgefragt werden. Alternativ könnte die so gebildete Erfassungseinrichtung ein Alarmsignal im Falle der Abweichung des Überwachungsergebnisses von den Referenzdaten ausgeben.Further It should be noted that different from the previous ones embodiments the measure device can also be replaced only by a detection device, which only captures the manipulative attack. The capture could then for example, be queried by another institution. Alternatively, the thus formed detection means an alarm signal in the case of Deviation of the monitoring result output from the reference data.

Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten das erfindungsgemäße Schema zur Angriffserfassung auch in Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem auf dem Chip zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner bzw. dem Chip abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf dem Rechner bzw. Chip abläuft.Especially It is noted that depending on the circumstances the scheme of the invention for attack detection can also be implemented in software. The implementation may be on a digital storage medium, in particular a Floppy disk or a CD with electronically readable control signals done so with a programmable computer system on the Chip can interact, that the corresponding procedure is carried out. Generally exists The invention thus also in a computer program product on a machine readable carrier stored program code for carrying out the method according to the invention, when the computer program runs on a computer or the chip. In in other words Thus, the invention can be considered as a computer program with a program code to carry out the procedure be realized when the computer program on the Calculator or chip expires.

1010: Kryptocontrollercryptocontroller
1212: Eingangentrance
1414: Ein-/AusgangAn exit
1616: StromverbrauchsüberwachungseinrichtungPower consumption monitoring device
1818: Vergleichseinrichtungcomparator
2020: SpeicherStorage
2222: elektrische Schaltungelectrical circuit
2424: Maßnahmeeinrichtungmeasure equipment
5050: Graphgraph
5252: Normal-StromverbrauchsverlaufNormal power consumption curve
5454: Verlauf des digitalen Wertscourse of the digital value
5656: Tabelletable
5858: manipulierter Stromverbrauchsverlaufmanipulated Current consumption curve
6060: Verlauf des digitalen Wertscourse of the digital value
100100: Kryptocontrollercryptocontroller
112112: Eingangentrance
114114: Ein-/AusgangAn exit
116116: StromverbrauchsüberwachungseinrichtungPower consumption monitoring device
118118: Vergleichseinrichtungcomparator
120120: SpeicherStorage
122122: elektrische Schaltungelectrical circuit
124124: Maßnahmeeinrichtungmeasure equipment
126126: Taktreduzierer/-beschleunigerTaktreduzierer / accelerators
128128: Oszillatoroscillator
130130: Taktzählerclock counter
150150: Graphgraph
152152: Normal-StromverbrauchsverlaufNormal power consumption curve
154154: manipulierter Stromverbrauchsverlaufmanipulated Current consumption curve

Claims

Device for detecting a manipulative attack on an electrical circuit ( 22 ; 122 ), with a facility ( 16 ; 116 . 126 ) for monitoring a power consumption of the electrical circuit ( 22 . 122 ) to get a monitoring result that shows a power usage history ( 58 ; 154 ) over a predetermined period of time; a facility ( 18 ; 118 ) for comparing the monitoring result with reference data having a predetermined characteristic current consumption profile ( 52 ; 152 ) of the electrical circuit ( 22 ; 122 ) to obtain a comparison result; and means for detecting the manipulative attack based on the comparison result, wherein the means for monitoring, for comparing and the means for detecting are integrated together with the electrical circuit on a chip.

Device according to claim 1, in which the device ( 16 ) for monitoring the power consumption history ( 58 ) comprises: power consumption detecting means for digitizing the power consumption over the predetermined time period to obtain digital data representing the power consumption history ( 58 ), the facility ( 18 ) for comparing to compare the digital data with the reference data to obtain the comparison result.

Device according to claim 1 or 2, in which the device ( 16 ) for monitoring comprises: a sampling means for sampling the current consumption in the predetermined period of time with a clock to obtain a sequence of samples.

Device according to claim 3, wherein the means for sampling comprises: a Device for, with the clock, comparing the power consumption with an instant digital value, and, in case the digital Value greater than the power consumption is to output a first digital sample and decrementing the digital value and, if the digital value less than the power consumption is, issuing a second, to the first different digital sample and increment the digital Value to obtain the sequence of samples.

Device according to claim 1, in which the monitoring device ( 116 . 126 ) is adapted to change a clock rate of a clock depending on the power consumption, and wherein the monitoring device further comprises the following feature: a device ( 130 ) for counting clock cycles of the clock over the predetermined period of time to obtain a count as a monitoring result.

Device according to one of claims 3 to 5, in which the device further comprises: an oscillator ( 128 ) for generating an oscillator clock on which the clock is based.

Device according to a of the preceding claims, in which the electrical circuit is a computing unit for performing a cryptographic algorithm is.

Device according to one of the preceding claims, further comprising: a non-volatile memory ( 20 ; 120 ) for storing the reference data.

Apparatus according to claim 8, further comprising: means for generating new reference data from monitoring the power consumption of the electrical circuit ( 22 ; 122 ) over a predetermined period of time; and means for updating the reference data with the new reference data, the means ( 18 ; 118 ) is adapted for comparison to operate after an update with the updated reference data.

Device according to claim 9, in which the means for generating and the means for updating respond to a signal indicating that the electrical Circuit is located in a secure environment.

Device according to one of the preceding claims, in which the device ( 24 ; 124 ) is adapted to detect the manipulative attacks if the monitoring result deviates from the reference data by more than a predetermined amount.

Device according to one of the preceding claims, wherein the device has a plurality of different reference data, each for one different periods of time.

Apparatus for protecting an electrical circuit from a manipulative attack, comprising means for detecting a manipulative attack on the electrical circuit of any of claims 1 to 12; and a facility ( 24 ) to take action to prevent the manipulative attack from succeeding.

Device according to claim 13, at which the measure A measure is that selected from the group is that from a delete secret data, a shutdown of the electrical circuit, a Inhibiting a data output by the electrical circuit and a restart of the electrical circuit is.

Method for detecting a manipulative attack on an electrical circuit ( 22 ; 122 ), comprising the following steps: monitoring a power consumption of the electrical circuit ( 22 . 122 ) to get a monitoring result that shows a power usage history ( 58 ; 154 ) over a predetermined period of time; Comparing the monitoring result with reference data having a predetermined characteristic current consumption profile ( 52 ; 152 ) of the electrical circuit ( 22 ; 122 ) to obtain a comparison result; and detecting the manipulative attack based on the comparison result, wherein the steps of monitoring, comparing, and detecting are performed by means integrated with the electrical circuit on a chip.

Computer program with a program code to carry out the The method of claim 15, when the computer program runs on the chip.