DE102019102824A1 - Schutz integrierter schaltungen vor elektromagnetischen impulsangriffen mittels einer antenne - Google Patents
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Abstract
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Erkennen und ein Antworten auf elektromagnetische (EM) Impulsangriffe auf integrierte Schaltungen. Somit stellt die Offenbarung eine chipinterne EM-Impulsschutzschaltung bereit, die EM-Impulsangriffe erkennt, in Antwort darauf einen Alarm erzeugt und eine Abwehrmaßnahme zum Schutz der integrierten Schaltung durchführt. Die EM-Impulsschutzschaltung kann mit verschiedenen integrierten Schaltungen oder hergestellten Chips verwendet werden, bei denen beispielsweise der Wunsch besteht, Informationen vertraulich zu halten, die Sicherheit des Chips zu gewährleisten, sichere Startvorgänge durchzuführen und/oder private Schlüssel zu schützen.
Description
- FACHGEBIET
- Diese Anmeldung ist allgemein auf integrierte Schaltungen und insbesondere auf den Schutz integrierter Schaltungen vor elektromagnetischen (EM) Impulsangriffen gerichtet.
- HINTERGRUND
- Die Hardware-Sicherheit wird in allen Produktkategorien zu einer echten Sorge. Integrierte Schaltungen (Chips) werden mit Hilfe von Strom-, Takt- und EM-Impulsen Sicherheitsangriffen ausgesetzt, um Informationen aus dem Chip zu extrahieren. Bei einem EM-Impulsangriff auf einen integrierten Chip können Angreifer eine Sonde mit einer an dem Ende davon angebrachten Induktionsspule verwenden und eine sehr hohe Spannungsrampe für eine sehr kurze Zeitdauer anlegen. Dadurch entstehen elektromagnetische Impulse an der Spitze der Induktionsspule. Sowohl Chip-Gehäuse als auch Metallwege (VDD/GND-Schienen) auf einem Chip haben eine gewisse Induktivität. Wenn ein solcher Impuls angelegt und über die Sonde auf einen Chip geleitet wird, kann der angelegte Impuls aufgrund der gegenseitigen Kopplung zwischen der Sondenspule und der chipinternen Induktivität zu Störungen auf dem Chip führen. Die Störungen können auch dann auftreten, wenn die Sonde den Chip nicht direkt berührt und die gegenseitige Kopplung klein ist. Die induzierten Störungen können sich in einem Timing-Fehler manifestieren, falls die Störung groß genug ist, oder in einer Taktstörung, die dazu führen kann, dass eine Einheit einen Zyklus überspringt oder Daten zu verfälschen, die es Angreifern ermöglichen, an vertrauliche Informationen zu gelangen.
- Wenn ein EM-Impulsangriff an einer Stelle nicht erfolgreich ist, können Angreifer die Sonde schwenkend nach Zielorten auf dem Chip durchsuchen und/oder die Angriffsspannung erhöhen, um den Chip erfolgreich zu knacken. Die Angreifer können einen Roboterarm mit einem XYZ-Positionierungsmechanismus verwenden, um eine bestimmte Position auf dem Chip ins Visier zu nehmen.
- ÜBERBLICK
- In einem Aspekt wird eine EM-Impulsschutzschaltung für eine integrierte Schaltung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst die EM-Impulsschutzschaltung: (
1 ) eine Alarmschaltung, die dazu eingerichtet ist, ein Erkennungssignal zu empfangen und in Antwort darauf ein Alarmsignal zu erzeugen, das die Erkennung eines EM-Impulsangriffs anzeigt, und (2 ) eine Erkennungsschaltung mit einer Antenne, die dazu eingerichtet ist, das Erkennungssignal in Antwort auf den EM-Impulsangriff auf die integrierte Schaltung zu erzeugen. - In einem weiteren Aspekt wird eine integrierte Schaltung offenbart. In einer Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung: (
1 ) eine Schaltung, die dazu eingerichtet ist, eine Funktion auszuführen, und (2 ) eine EM-Impulsschutzschaltung mit einer Erkennungsschaltung mit einer Antenne, die in Antwort auf einen EM-Impulsangriff auf die integrierte Schaltung ein Erkennungssignal erzeugt. - In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Schutz einer integrierten Schaltung vor einem EM-Impulsangriff offenbart. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: (
1 ) Erkennen einer induzierten Spannung an zwei Anschlüssen einer chipinternen Antenne in Antwort auf eine EM-Impulsangriffsspannung auf der integrierten Schaltung, (2 ) Erzeugen eines Alarmsignals, wenn die induzierte Spannung einen Spannungsschwellwert überschreitet, und (3 ) Ausführen einer Abwehrmaßnahme in Antwort auf das Alarmsignal. - Figurenliste
- Es wird nun auf die folgende Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen:
-
1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Beispiels einer integrierten Schaltung mit mehreren EM-Impulsschutzschaltungen, die nach den Prinzipien der Offenbarung aufgebaut sind; -
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Beispiels einer EM-Impulsschutzschaltung, die nach den Prinzipien der Offenbarung aufgebaut ist; -
3 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer EM-Impulsschutzschaltung, die nach den Prinzipien der Offenbarung aufgebaut ist; und -
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Schutz einer integrierten Schaltung vor einem EM-Impulsangriff, wobei das Verfahren nach den Prinzipien der Offenbarung durchgeführt wird. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die zuvor beschrieben EM-Impulsangriffe sollen beispielsweise während eines Systemstart- oder Fehlerzustands in ein System des Chips eindringen, um es Angreifern zu ermöglichen, an vertrauliche Informationen zu gelangen. Die geschützten Informationen umfassen private Schlüssel und Sicherheitsschlüssel. Wenn die Angreifer, auch Hacker genannt, an geschützte Informationen wie die Sicherheitsschlüssel gelangen können, so können die Hacker dann mit den Sicherheitsschlüsseln in alle Chips dieses Typs gelangen. Da Chips inzwischen sowohl in selbstfahrenden Autoanwendungen als auch in Konsolenanwendungen eingesetzt werden, stellt dies eine ernsthafte Bedrohung bezüglich Nutzersicherheit und -gefährdung dar. Daher hat der Schutz von Chips vor EM-Impulsangriffen insbesondere bei Chips, die geschützte Informationen enthalten oder verarbeiten, an Bedeutung gewonnen.
- Somit bezieht sich diese Offenbarung auf das Erkennen und Antworten auf EM-Impulsangriffe auf integrierte Schaltungen. Diese Offenbarung stellt eine chipinterne EM-Impulsschutzschaltung bereit, die EM-Impulsangriffe erkennt, in Antwort darauf einen Alarm erzeugt und eine Abwehrmaßnahme zum Schutz der integrierten Schaltung durchführt. Chipintern, wie hierin verwendet, zeigt an, dass die EM-Impulsschutzschaltung mit der integrierten Schaltung (in dem Silizium selbst) oder innerhalb eines Gehäuses oder einer Gehäuseschicht der integrierten Schaltung integriert ist. Die EM-Impulsschutzschaltung kann eine chipinterne Schaltung sein, die auf einem Elektronikgehäuse positioniert ist, das die integrierte Schaltung umfasst. Die EM-Impulsschutzschaltung kann mit verschiedenen integrierten Schaltungen oder hergestellten Chips verwendet werden, bei denen beispielsweise der Wunsch besteht, Informationen vertraulich zu halten, die Sicherheit des Chips zu gewährleisten, sichere Startvorgänge durchzuführen und/oder private Schlüssel zu schützen.
- Die EM-Impulsschutzschaltung kann auf einer Ebene innerhalb der integrierten Schaltung oder des Chip-Plättchens angeordnet sein, das über, unter oder auf derselben Ebene wie die zu schützende Schaltung liegt. In einem Beispiel kann sich die EM-Impulsschutzschaltung innerhalb der oberen beiden Ebenen eines Chip-Plättchens befinden. Die EM-Impulsschutzschaltung kann in verschiedene Siliziumebenen einer integrierten Schaltung integriert werden. Eine integrierte Schaltung kann mehrere EM-Schutzschaltungen umfassen, die jeweils zum Schutz eines bestimmten Bereichs oder einer ausgewiesenen Schaltung der integrierten Schaltung ausgewiesen sind. Wie in
1 dargestellt kann für alle EM-Impulsschutzschaltungen eine einzige Antwortschaltung verwendet werden. - Den Figuren zuwendend veranschaulicht
1 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer integrierten Schaltung100 mit mehreren EM-Impulsschutzschaltungen120 ,130 ,140 , die nach den Prinzipien der Offenbarung aufgebaut sind. Zusätzlich zu den EM-Impulsschutzschaltungen120 ,130 ,140 umfasst die integrierte Schaltung100 die Funktionsschaltungen125 ,135 ,145 . Die Funktionsschaltungen125 ,135 ,145 sind Funktions- oder Logikschaltungen, die dazu eingerichtet sind, eine bestimmte Funktion auszuführen. Die Funktionsschaltungen125 ,135 ,145 können beliebige Schaltungen sein, die jetzt oder in Zukunft auf einem gemeinsamen Substrat integrierbar sind. So kann die Funktionsschaltung beispielsweise eine Hybridschaltung (analog/digital) und Ein-/Ausgabeschaltungen (I/O) umfassen. - Jede der EM-Impulsschutzschaltungen
120 ,130 ,140 ist dazu ausgewiesen, einen EM-Impulsangriff an bestimmten Stellen der integrierten Schaltung100 zu erkennen. Wie dargestellt steht jede der EM-Impulsschutzschaltungen120 ,130 ,140 in Beziehung mit einer bestimmten der Funktionsschaltungen125 ,135 ,145 in ihrem vorgesehenen Schutzbereich. Die EM-Impulsschutzschaltungen120 ,130 ,140 können in eine Siliziumschicht über den zu schützenden Funktionsschaltungen125 ,135 ,145 integriert werden. Die EM-Impulsschutzschaltungen120 ,130 ,140 können ihre ganz eigene Antwortschaltung umfassen, die eine Abwehrmaßnahme in Antwort auf einen erkannten EM-Impulsangriff durchführt. In1 kann, wie die gestrichelten Linien anzeigen, eine Einzelantwortschaltung150 dazu verwendet werden, eine Abwehrmaßnahme für mehrere EM-Impulsschutzschaltungen durchzuführen, wie beispielsweise die EM-Impulsschutzschaltungen120 ,130 ,140 in1 . -
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Beispiels einer EM-Impulsschutzschaltung200 , die nach den Prinzipien der Offenbarung aufgebaut ist. Die EM-Impulsschutzschaltung200 umfasst eine Erkennungsschaltung210 , einen Verstärker220 , eine Alarmschaltung230 , eine Antwortschaltung240 und eine Validierungsschaltung250 . - Die Erkennungsschaltung
210 ist dazu eingerichtet, ein Erkennungssignal in Antwort auf einen EM-Impulsangriff auf eine integrierte Schaltung zu erzeugen, die die EM-Impulsschutzschaltung200 umfasst. Das Erkennungssignal kann ein analoges Signal sein. Die Erkennungsschaltung210 erkennt einen EM-Impulsangriff über eine Spannung, die durch den EM-Impuls induziert wird. Die Erkennungsschaltung210 kann eine Induktivität mit einem geerdeten Mittelabgriff umfassen, der die von dem EM-Impuls induzierte Spannung empfängt. Die Erkennungsschaltung210 kann eine chipinterne Schaltung sein und die Induktivität kann eine Antenne sein. Die Antenne kann in eine Richtung verschoben sein, aus welcher eine Erkennung eines EM-Angriffes am wahrscheinlichsten ist. - Die Erkennungsschaltung
210 muss einen Bereich eines Chips oder einer integrierten Schaltung nicht physisch abdecken, um Schaltungen innerhalb des Bereichs zu schützen. Stattdessen kann der Schutzabdeckungsbereich durch die Erkennungsschaltung210 größer sein als eine Flächenbedarf der Erkennungsschaltung210 , so wie eine Antenne ein Fernsignal empfangen kann. Der Schutzabdeckungsbereich der Erkennungsschaltung210 kann abhängig von Faktoren wie den physikalischen Parametern der Antenne, der Frequenz und der Größe des EMP-Impulses variieren. Die Erkennungsschaltung210 kann so angeordnet sein, dass sie bestimmte Bereiche einer integrierten Schaltung schützt, wie beispielsweise Schaltungen die geschützte Informationen speichern oder verarbeiten. Somit können einige Bereiche einer integrierten Schaltung vor einer Erkennung von EM-Impulsangriffen durch die Erkennungsschaltung210 ungeschützt bleiben. Die intelligente und gezielte Platzierung der Erkennungsschaltung210 und der EM-Impulsschutzschaltung200 als Ganzes kann die Komplexität und die Kosten eines Chips reduzieren, aber dennoch die benötigten Bereiche, z.B. sichere Bereiche, des Chips schützen. - Die Art und physikalische Größe der Antenne kann je nach Anwendung und verfügbarem Platz auf einem Chip variieren. Verschiedene Arten von Antennen umfassen planare Antennen, die quadratisch, hexagonal, achteckig oder kreisförmig sind. Große Antennen können verwendet werden, wenn Platz vorhanden ist. Bei ausreichend großen Antennen ist eine Verstärkung des Erkennungssignals möglicherweise nicht erforderlich. Ein Beispiel für eine große Antenne ist eine mit einer Fläche von 120 um × 120 µm. Ein Beispiel für eine kleine Antenne ist eine mit einer Fläche von 35 um × 35 µm. Es besteht ein Kompromiss zwischen der Antennengröße und dem Verstärkungsbedarf, der sich aus Faktoren wie spezifischen Gestaltungen, verfügbarer Chipfläche, gewünschten Abdeckungsbereichen usw. bestimmen lässt.
- Der Verstärker
220 ist dazu eingerichtet, das Erkennungssignal zu empfangen und zu verstärken und das verstärkte Erkennungssignal an die Alarmschaltung230 zu liefern, um ein Alarmsignal zu erzeugen. Wie zuvor erwähnt wird der Verstärker220 in einigen Ausführungsformen, in denen das Erkennungssignal ausreicht, um das Alarmsignal zu erzeugen, nicht benötigt. Der Verstärker220 kann ein herkömmlicher Verstärker sein. - Die Alarmschaltung
230 ist dazu eingerichtet, das Erkennungssignal zu empfangen und in Antwort darauf das Alarmsignal zu erzeugen, das eine Erkennung des EM-Impulsangriffs anzeigt. Das empfangene Erkennungssignal kann wie in2 dargestellt ein verstärktes Erkennungssignal sein. Die Alarmschaltung230 erzeugt das Alarmsignal, wenn die durch das Erkennungssignal repräsentierte induzierte Spannung einen Spannungsschwellwert überschreitet. Die Alarmschaltung230 kann eine analoge Vergleichsschaltung umfassen, der dazu eingerichtet ist, das Erkennungssignal mit dem Spannungsschwellwert zu vergleichen. Der Spannungsschwellwert wird auf Grundlage von mindestens einer EM-Impulsangriffsspannung oder einem davon zu erkennenden Bereich ausgewählt. Der Schwellwert kann je nach Anwendung, Implementierung oder Gestaltung der EM-Impulsschutzschaltung200 variieren. Das Alarmsignal kann ein digitales Alarmsignal sein. - Die Antwortschaltung
240 ist dazu eingerichtet, das Alarmsignal zu empfangen und in Antwort darauf eine Abwehrmaßnahme durchzuführen. Die Antwortschaltung240 kann ein Prozessor oder Teil eines Prozessors sein, der programmiert ist, um eine oder mehrere Abwehrmaßnahmen in Antwort auf ein Alarmsignal durchzuführen. Die Abwehrmaßnahmen können ein Deaktivieren der integrierten Schaltung, ein Zurücksetzen der integrierten Schaltung, ein Ändern von auf der integrierten Schaltung gespeicherten Daten, ein Verbergen von auf der integrierten Schaltung befindlichen Daten, ein Verfolgen des EM-Impulsangriffs, ein Bereitstellen irreführender oder falscher Daten und andere Abwehrmaßnahmen zum Schutz vertraulicher Informationen umfassen. In einem Beispiel kann ein Zähler verwendet werden, um die Anzahl der Angriffe zu zählen und den Chip nach einer bestimmten Anzahl von Angriffen zu deaktivieren. - Die Validierungsschaltung
250 ist dazu eingerichtet, die Integrität der Erkennungsschaltung210 zu validieren, um sicherzustellen, dass die Erkennungsschaltung210 nicht zum Verhindern einer Erkennung eines EM-Impulsangriffs beschädigt wurde. Die Validierungsschaltung250 kann eine zusätzliche, in einigen Ausführungsformen verwendete Schaltung sein. Die Validierungsschaltung250 kann beispielsweise eine passive Schaltung sein, die eine Selbstvalidierung der Antenne der Erkennungsschaltung210 bereitstellt. In einer Ausführungsform kann die Validierungsschaltung250 die Integrität der Antenne dadurch validieren, dass sie die Latenzzeit eines sich durch die Antenne ausbreitenden Signals überprüft. Die Validierungsschaltung250 kann ein Signal von einem Anschluss der Antenne zu dem anderen Anschluss der Antenne senden und die Laufzeit mit einem bekannten Standard vergleichen, um sicherzustellen, dass die Antenne nicht beschädigt wurde. Da die Validierungsschaltung250 über die Anschlüsse der Antenne der Erkennungsschaltung210 angeschlossen ist, um das Signal durch die Antenne zu senden, wird das Signal so gewählt, dass es den Spannungsschwellwert der Alarmschaltung230 nicht überschreitet oder dass die Validierung in Perioden vor der Aktivierung der Erkennung oder in Perioden, in denen die Erkennung unterbrochen werden kann, erfolgt. Das Signal kann periodische Impulse umfassen. Konventionelle elektrische Komponenten können verwendet werden, um die Standard- und Prüflaufzeiten zu vergleichen, um die Integrität der Antenne zu bestimmen. Wenn die Integrität der Antenne entfällt, ist die Validierungsschaltung250 dazu eingerichtet, ein Integritätssignal zu erzeugen, das an die Antwortschaltung240 gemeldet wird. Abwehrmaßnahmen können dann so durchgeführt werden, als ob ein Alarmsignal empfangen worden wäre. -
3 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer EM-Impulsschutzschaltung300 , die nach den Prinzipien der Offenbarung aufgebaut ist. Die beispielhafte EM-Impulsschutzschaltung300 umfasst eine Erkennungsschaltung310 , einen Verstärker320 und eine Alarmschaltung330 . Die Erkennungsschaltung310 , der Verstärker320 und die Alarmschaltung330 , oder mindestens eine der drei, wie beispielsweise die Erkennungsschaltung310 , können mit einer integrierten Schaltung integriert werden, um einen chipinternen Schutz für die integrierte Schaltung bereitzustellen. Werte für die verschiedenen Komponenten der EM-Impulsschutzbeschaltung300 sind im Folgenden als Beispiele aufgeführt. Ein Fachmann wird verstehen, dass die Werte je nach Implementierung und dem gewünschten Bereich der zu erkennenden EM-Impulse variieren können. - Die Erkennungsschaltung
310 umfasst eine Induktivität mit Mittelabgriff, die als Antenne verwendet wird und als Antenne314 bezeichnet wird. Die Antenne314 kann chipintern ausgeführt sein, was die Schwierigkeit einer Deaktivierung erhöht. Die physikalische Größe der Antenne314 kann abhängig von solchen Faktoren wie der speziellen Implementierung, verfügbaren Chipfläche, Verstärkungsanforderungen usw. variieren. Die Antenne314 ist eine mittenangezapfte 445 pH Antenne. - Wenn ein EM-Impulsangriff auf die Antenne
314 gerichtet ist, wird aufgrund der gegenseitigen Kopplung (k) zwischen der Antenne314 und der Angriffssondenspule ein differentielles elektromagnetisches Feld an den beiden Anschlüssen316 ,318 der Antenne314 induziert. (Die Anschlüsse316 ,318 sind ein Beispiel dafür, wo eine Validierungsschaltung, wie beispielsweise die Validierungsschaltung250 , angekoppelt werden kann.) Die induzierte Differenzspannung hängt von der Angriffsspannung, dem k-Faktor (Kopplung), der Anstiegssteilheit der Angriffsspannung und dem Induktivitätswert der Sondenspule und der chipinternen Antenne314 ab. Die induzierte Spannung an den Anschlüsse316 ,318 der Antenne314 kann in der Größenordnung von +/- mehreren zehn mV liegen. - Die EM-Impulsschutzschaltung
300 setzt die induzierte Spannung an den Anschlüsse316 ,318 , in ein digitales Signal um. Im dargestellten Beispiel wird für die Umsetzung ein Verstärker320 benötigt. Da die Antenne314 eine Differenzspannung erzeugt, kann ein differentieller Operationsverstärker322 zur Verstärkung des Signals verwendet werden. Eine typische Verstärkung für den differentiellen Operationsverstärker322 kann 20~30dB sein. Der Verstärker320 wird in einem Differentiell-zu-Einzelanschluss-Aufbau verwendet und der Ausgang des differentiellen Operationsverstärkers322 ist mit dem Eingang einer digitalen Vergleichsschaltung332 der Alarmschaltung330 verbunden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die digitale Vergleichsschaltung332 ein Schmitt-Trigger und wird im Folgenden als Schmitt-Trigger332 bezeichnet. In einigen Anwendungen, die das Erkennungssignal ohne Verstärkung empfangen, kann eine analoge Vergleichsschaltung verwendet werden. - Der Verstärker
320 umfasst auch die Kapazitäten323 ,324 und die Widerstände325 ,326 . In diesem Beispiel haben die Kapazitäten323 ,324 einen Wert von 4 pF und die Widerstände325 ,326 einen Wert von 40 Ohm. Der Verstärker320 umfasst auch eine Stromquelle327 und einen Schalter328 , die beide an die Betriebsspannung Vdd gekoppelt sind. Die Stromquelle327 stellt eine Stromschwelle von 20 µA bereit und der Schalter328 steuert ein Zurücksetzen des differentiellen Operationsverstärkers322 . Die Betriebsspannung Vdd beträgt ein Volt. Die Werte werden als Beispiel für eine Implementierung angegeben. Verschiedene Schaltungs-, Nutzungs- und Prozessoptionen können diese Werte ändern. - Wenn das verstärkte Erkennungssignal die Schmittschwelle überschreitet, ändert der Ausgang des Schmitt-Triggers
332 einen Zustand. Die Ausgangsänderung wird dazu verwendet, eine „Taktflanke“ zu erzeugen, um z.B. eine „1 “ am Ausgang eines Logikgatters, Flipflop334 , abzutasten und beizubehalten. Diese(s) von der Alarmschaltung330 erzeugte Ausgabe oder Alarmsignal zeigt an, dass ein EM-Impulsangriff erfolgreich erkannt wurde. Die Alarmschaltung330 kann das Alarmsignal einer Antwortschaltung, wie beispielsweise die Antwortschaltung150 oder die Antwortschaltung240 , bereitstellen, um geeignete Abwehrmaßnahmen zu ergreifen. - Die Ausgabe des Schmitt-Triggers
332 wird einer Inverterschaltung336 zugeführt, bevor sie dem Takteingang des Flipflops334 zugeführt wird. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Schaltungen oder Komponenten verwendet werden, um ein Alarmsignal zu erzeugen. So können beispielsweise synchrones Abtasten, Rücksetz-Setz-Flipflops, D-Flipflops usw. verwendet werden. In einigen Implementierungen, in denen das Erkennungssignal ausreichend groß ist, um z.B. ein Flipflop zu treiben, ist eine Vergleichsschaltung wie der Schmitt-Trigger332 nicht erforderlich, und das Erkennungssignal kann der Inverterschaltung336 und dann dem Flipflop334 bereitgestellt werden. Da die EM-Impulsangriffe von kurzer Dauer sein können, wird das Flipflop334 dazu verwendet, einen Wert beizuhalten, sobald ein Angriff erkannt wird, um Sicherungsmaßnahmen, d.h. Abwehrmaßnahmen, durchzuführen. -
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens400 zum Schutz einer integrierten Schaltung vor einem EM-Impulsangriff, das nach den Prinzipien der Offenbarung durchgeführt wird. Das Verfahren400 beginnt in einem Schritt405 . - In einem Schritt
410 wird eine induzierte Spannung an zwei Anschlüsse einer Induktivität in Antwort auf eine EM-Impulsangriffsspannung auf die integrierte Schaltung erkannt. Die Induktivität kann eine chipinterne Antenne sein. Die Antenne kann eine mittenangezapfte Antenne sein. Die induzierte Spannung kann ein Erkennungssignal sein. - In einem Schritt
420 wird ein Alarmsignal erzeugt, wenn die induzierte Spannung einen Spannungsschwellwert überschreitet. Der Spannungsschwellwert wird auf Grundlage einer EM-Impulsangriffsspannung oder einem davon zu erkennenden Bereich ausgewählt. Eine Vergleichsschaltung kann verwendet werden, um die induzierte Spannung mit dem Spannungsschwellwert zu vergleichen. In einigen Anwendungen kann die induzierte Spannung vor dem Vergleich verstärkt werden. - In einem Schritt
430 wird in Antwort auf das Alarmsignal eine Abwehrmaßnahme durchgeführt. Mehrere verschiedene Arten von Abwehrmaßnahmen sind durchführbar, und mehr als eine Art von Abwehrmaßnahmen ist in Antwort auf ein einziges Alarmsignal durchführbar. Eine Antwortschaltung kann verwendet werden, um die Abwehrmaßnahme(n) durchzuführen oder einzuleiten. - In einem Schritt
440 wird die Integrität der chipinternen Induktivität überprüft. Die Integrität der chipinternen Induktivität oder der Antenne, wie vorstehend erwähnt, kann eine selbstvalidierende Überprüfung sein, die eine Latenz von einem Anschluss zu dem zweiten Anschluss überprüft. Ein periodischer Impuls kann eingesetzt werden, um die Latenzzeit zwischen den Anschlüssen zu messen. Eine Validierungsschaltung kann verwendet werden, um die Integrität der Antenne zu prüfen und eine Ausgabe für die EM-Impulsschutzschaltung bereitzustellen, um anzuzeigen, dass die chipinterne Antenne nicht kompromittiert wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Alarmsignal wirklich ein Alarm ist, der einen EM-Impulsangriff anzeigt. Das Verfahren400 endet in einem Schritt450 . - Diese Offenbarung beschreibt Teststrukturen, die beispielsweise in Silizium implementiert werden können, um bei einem EM-Impulsangriff einen Alarm auszulösen. Das Ziel dieser hierin als EM-Impulsschutzschaltung bezeichneten Teststrukturen ist es, einen derartigen Hardwareangriff erfolgreich zu erkennen und nach erfolgreicher Erkennung des Angriffs einen Alarm auszulösen. Ein weiteres Ziel kann auch sein, eine Abwehrmaßnahme in Antwort auf den ausgelösten Alarm durchzuführen. Die EM-Impulsschutzschaltung kann eine passive Schaltung sein, die durch einen EM-Impulsangriff per Induktion aktiviert wird.
- Fachmänner auf dem Gebiet, auf das sich diese Anmeldung bezieht, werden verstehen, dass andere und weitere Ergänzungen, Streichungen, Ersetzungen und Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können.
Claims (24)
- Elektromagnetische (EM) Impulsschutzschaltung für eine integrierte Schaltung, umfassend: eine Alarmschaltung, die dazu eingerichtet ist, ein Erkennungssignal zu empfangen und in Antwort darauf ein Alarmsignal zu erzeugen, das die Erkennung eines EM-Impulsangriffs anzeigt; und eine Erkennungsschaltung mit einer Antenne, die dazu eingerichtet ist, das Erkennungssignal in Antwort auf den EM-Impulsangriff auf die integrierte Schaltung zu erzeugen.
- EM-Impulsschutzschaltung nach
Anspruch 1 , ferner umfassend einen Verstärker, der dazu eingerichtet ist, das Erkennungssignal zu empfangen und zu verstärken und der Alarmschaltung das verstärkte Erkennungssignal bereitzustellen, um das Alarmsignal zu erzeugen. - EM-Impulsschutzschaltung nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das Erkennungssignal eine Differenzspannung ist, die an zwei Anschlüssen der Antenne durch gegenseitige Kopplung (k) zwischen der Antenne und einer für den EM-Impulsangriff verwendeten Angriffssondenspule induziert wird. - EM-Impulsschutzschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei die Antenne eine chipinterne mittenangezapfte Antenne ist. - EM-Impulsschutzschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei die Antenne eine auf der integrierten Schaltung integrierte planare Antenne ist. - EM-Impulsschutzschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei das Erkennungssignal ein analoges Signal ist und die Alarmschaltung das Erkennungssignal in ein digitales Alarmsignal umsetzt. - EM-Impulsschutzschaltung nach
Anspruch 6 , wobei die Alarmschaltung eine Vergleichsschaltung umfasst, die das Erkennungssignal empfängt und verarbeitet, und eine Ausgabe für ein Logikgatter bereitstellt, um das digitale Alarmsignal zu erzeugen. - EM-Impulsschutzschaltung nach
Anspruch 7 , wobei die Vergleichsschaltung ein Schmitt-Trigger ist, der eine Taktflanke für das Logikgatter erzeugt, um das digitale Alarmsignal zu erzeugen. - EM-Impulsschutzschaltung nach
Anspruch 8 , ferner umfassend einen Operationsverstärker, der dazu eingerichtet ist, das Erkennungssignal zu empfangen und zu verstärken und dem Schmitt-Trigger das verstärkte Erkennungssignal bereitzustellen. - EM-Impulsschutzschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , wobei die EM-Impulsschutzschaltung eine chipinterne Schaltung ist, die in eine Siliziumebene der integrierten Schaltung integriert ist. - EM-Impulsschutzschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , wobei die EM-Impulsschutzschaltung eine chipinterne Schaltung ist, die auf einem die integrierte Schaltung umfassenden Elektronikgehäuse positioniert ist. - EM-Impulsschutzschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis11 , ferner umfassend eine Antwortschaltung, die dazu eingerichtet ist, das Alarmsignal zu empfangen und in Antwort darauf eine Abwehrmaßnahme durchzuführen. - EM-Impulsschutzschaltung nach
Anspruch 12 , wobei die Abwehrmaßnahme eines oder mehrere Elemente umfasst aus der Liste bestehend aus: Deaktivieren der integrierten Schaltung, Zurücksetzen der integrierten Schaltung, Ändern von auf der integrierten Schaltung gespeicherten Daten, Verbergen von auf der integrierten Schaltung befindlichen Daten, Verfolgen des EM-Impulsangriffs, und Bereitstellen falscher Daten. - Integrierte Schaltung, umfassend: eine Schaltung, die dazu eingerichtet ist, eine Funktion auszuführen; und eine elektromagnetische (EM) Impulsschutzschaltung mit einer Erkennungsschaltung mit einer Antenne, die in Antwort auf einen EM-Impulsangriff auf die integrierte Schaltung ein Erkennungssignal erzeugt.
- Integrierte Schaltung nach
Anspruch 14 , wobei das Erkennungssignal eine Differenzspannung ist, die an zwei Anschlüssen der Antenne durch gegenseitige Kopplung (k) zwischen der Antenne und einer Angriffssondenspule, die für den EM-Impulsangriff verwendet wird, induziert wird. - Integrierte Schaltung nach
Anspruch 14 oder15 , wobei die Antenne eine chipinterne mittenangezapfte Antenne ist. - Integrierte Schaltung nach
Anspruch 14 oder15 , wobei die Antenne eine auf der integrierten Schaltung integrierte planare Antenne ist. - Integrierte Schaltung nach einem der
Ansprüche 14 bis16 , wobei die EM-Impulsschutzschaltung ferner eine Alarmschaltung umfasst, die das Erkennungssignal empfängt und ein Alarmsignal erzeugt, das eine Erkennung des EM-Impulsangriffs anzeigt. - Integrierte Schaltung nach
Anspruch 18 , ferner umfassend eine Antwortschaltung, die dazu eingerichtet ist, das Alarmsignal zu empfangen und in Antwort darauf eine Abwehrmaßnahme durchzuführen. - Integrierte Schaltung nach einem der
Ansprüche 14 bis19 , ferner umfassend mehrere EM-Impulsschutzschaltungen, die über die integrierte Schaltung verteilt sind. - Verfahren zum Schutz einer integrierten Schaltung vor einem elektromagnetischen (EM) Impulsangriff, umfassend: Erkennen einer induzierten Spannung an zwei Anschlüssen einer chipinternen Antenne in Antwort auf eine EM-Impulsangriffsspannung auf die integrierte Schaltung; Erzeugen eines Alarmsignals, wenn die induzierte Spannung einen Spannungsschwellwert überschreitet; und Durchführen einer Abwehrmaßnahme in Antwort auf das Alarmsignal.
- Verfahren nach
Anspruch 21 , wobei die chipinterne Antenne in eine Siliziumebene der integrierten Schaltung integriert ist. - Verfahren nach
Anspruch 21 oder22 , wobei ein Wert des Spannungsschwellwerts für die EM-Impulsangriffsspannung ausgewählt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 21 bis23 , ferner umfassend ein Prüfen der Integrität der chipinternen Antenne.
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