DE10360343A1

DE10360343A1 - Portable data carrier

Info

Publication number: DE10360343A1
Application number: DE10360343A
Authority: DE
Inventors: Manfred Nosswitz
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-28
Also published as: WO2005062243A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger (1) mit einem Taktgenerator (6) zur Erzeugung eines internen Taktsignals (CLKI) für eine Komponente (2, 4) des tragbaren Datenträgers (1). Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass der zeitliche Verlauf des internen Taktsignals (CLKI) zufällige Variationen beinhaltet.The invention relates to a portable data carrier (1) having a clock generator (6) for generating an internal clock signal (CLKI) for a component (2, 4) of the portable data carrier (1). The peculiarity of the invention is that the timing of the internal clock signal (CLKI) involves random variations.

Description

Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines tragbaren Datenträgers.The The invention relates to a portable data carrier according to the preamble of the claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating a portable data carrier.

Tragbare Datenträger, insbesondere Chipkarten, können bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Authentifizierungsmodule in Mobilfunkgeräten, als Ausweisdokumente bei Zugangskontrollen, als Träger für eine elektronische Signatur, zur Abwicklung von Transaktionen des Zahlungsverkehrs usw. Bei vielen Anwendungen spielen Sicherheitsaspekte eine große Rolle, so dass die Chipkarte vor potentiellen Angriffen zu schützen ist. Insbesondere könnte im Rahmen eines Angriffs versucht werden, interne Abläufe oder geheime Daten der Chipkarte zu manipulieren oder auszuspähen. Da nicht verhindert werden kann, dass die Chipkarte in den physischen Einflussbereichs eines Angreifers gelangt, ist es erforderlich, die Chipkarte selbst möglichst sicher zu gestalten. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Sicherheit der Chipkarte besteht in der Verwendung kryptographischer Maßnahmen. Für die Durchführung kryptographischer Operationen ist allerdings in der Regel eine hohe Rechenleistung erforderlich. Außerdem besteht die Gefahr, dass ein Angreifer bei der Durchführung einer kryptographischen Operation versucht, die dabei verwendeten Geheimdaten auszuspähen.portable disk, in particular chip cards, can be used in a variety of different applications, for example, as authentication modules in mobile devices, as identity documents at access controls, as a carrier for one electronic signature, for the settlement of payment transactions etc. In many applications safety aspects play an important role, so that the smart card is protected from potential attacks. In particular, could In an attack, attempts are made to internal processes or to manipulate or spy on secret data of the chip card. There can not prevent the smart card in the physical Of an attacker, it is necessary that the Chip card itself possible secure. A possibility to increase The security of the smart card is the use of cryptographic Activities. For the execution However, cryptographic operations are usually high Computing power required. Furthermore There is a risk that an attacker in carrying out a Cryptographic operation attempts to use the secret data used spy.

In diesem Zusammenhang ist es aus Wolfgang Rankl, Wolfgang Effing, Handbuch der Chipkarten, 4. Auflage, Carl Hanser Verlag, München/Wien (2002) Seiten 83–84 bekannt, zur Erhöhung der Rechenleistung eines Mikrocontrollers einer Chipkarte die Frequenz eines der Chipkarte von außen zugeführten Taktsignals mittels einer auf der Chipkarte vorgesehenen Taktvervielfachung zu erhöhen. Allerdings führt eine Erhöhung der Taktfrequenz zu einem erhöhten Stromverbrauch der Chipkarte. Um die damit ver bundenen Probleme zu vermeiden, wird weiterhin vorgeschlagen, den Mikrocontroller der Chipkarte mit einem Leistungsmanagement auszustatten. Das Leistungsmanagement sorgt dafür, dass die Stromaufnahme des Mikrocontrollers jeweils an die vorliegende Betriebssituation angepasst wird. Die Anpassung erfolgt über eine Regelung der Frequenz eines auf der Chipkarte vorhandenen Oszillators zur Erzeugung des Taktsignals. Ist auf der Chipkarte beispielsweise ein Verbraucher mit einer hohen Stromaufnahme in Betrieb, so wird die Taktfrequenz für den Mikrocontroller entsprechend heruntergeregelt und dadurch die Stromaufnahme des Mikroprozessors reduziert.In In this context it is Wolfgang Rankl, Wolfgang Effing, Handbook of Chip Cards, 4th Edition, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienna (2002) Pages 83-84 known to increase the computing power of a microcontroller of a smart card the frequency one of the chip card from the outside supplied Clock signal by means provided on the smart card clock multiplication to increase. However leads an increase the clock frequency to an increased Power consumption of the chip card. To the related problems To avoid, it is further proposed, the microcontroller equip the chip card with a power management. The performance management makes sure that the power consumption of the microcontroller in each case to the present Operating situation is adjusted. The adjustment takes place via a Regulation of the frequency of an oscillator present on the chip card for generating the clock signal. Is on the chip card, for example a consumer with a high power consumption in operation, so will the clock frequency for the microcontroller down regulated accordingly and thereby the Power consumption of the microprocessor reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst sicheren Betrieb eines tragbaren Datenträgers zu ermöglichen.Of the Invention is based on the object, the safest possible operation of a portable data carrier to enable.

Diese Aufgabe wird durch einen tragbaren Datenträger mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by a portable data carrier with the feature combination of claim 1.

Der erfindungsgemäße tragbare Datenträger weist einen Taktgenerator zur Erzeugung eines internen Taktsignals für eine Komponente des tragbaren Datenträgers auf. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen tragbaren Datenträgers besteht dabei darin, dass der zeitliche Verlauf des internen Taktsignals zufällige Variationen beinhaltet. Insbesondere kann die zeitliche Aufeinanderfolge einer vorgegebenen Signalamplitude des internen Taktsignals zufällig variieren.Of the portable according to the invention Disk has a clock generator for generating an internal clock signal for a component of the portable data carrier on. The special feature of the portable data carrier according to the invention consists in that the timing of the internal clock signal random Includes variations. In particular, the temporal succession a random signal amplitude of the internal clock signal vary randomly.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Ausspähen interner Vorgänge des tragbaren Datenträgers beispielsweise durch Analyse der Funkabstrahlung oder des Versorgungsstroms erheblich erschwert wird, da die zeitliche Abfolge dieser Vorgänge vom internen Taktsignal abhängt und damit nicht vorhersehbar ist. Dadurch können insbesondere geheime Daten wie bei spielsweise Schlüssel mit vertretbarem Aufwand gegen Ausspähen gesichert werden. Ebenso wird eine Manipulation der internen Vorgänge erheblich erschwert, da ein präzises Timing eines Angriffs kaum möglich ist.The Invention has the advantage that spying on internal processes of the portable data carrier for example by analyzing the radio emission or the supply current considerably more difficult, since the temporal sequence of these processes of the internal clock signal depends and thus unpredictable. This allows in particular secret data like key, for example secured against spying at a reasonable cost. As well a manipulation of the internal processes is considerably more difficult because a precise one Timing of an attack barely possible is.

Der Taktgenerator kann so ausgebildet sein, dass ein pseudozufälliges Signal als internes Taktsignal erzeugt wird. Hierzu kann der Taktgenerator beispielsweise wenigstens ein rückgekoppeltes Schieberegister aufweisen. Eine derartige Ausführung des Taktgenerators ist mit sehr geringem Aufwand zu realisieren und durch äußere Einwirkungen kaum zu beeinflussen.Of the Clock generator can be designed so that a pseudorandom signal is generated as an internal clock signal. For this purpose, the clock generator For example, at least one feedback Have shift registers. Such an embodiment of the clock generator is to realize with very little effort and by external influences hardly to influence.

Ebenso ist es auch möglich, den Taktgenerator so auszubilden, dass ein tatsächlich zufälliges Signal als internes Taktsignal erzeugt wird. Hierzu kann der Taktgenerator einen Oszillator aufweisen, der mit einem korrelationslosen Rauschsignal moduliert wird. Alternativ dazu kann vom Taktgenerator ein bandbegrenztes korrelationsloses Rauschsignal als internes Taktsignal erzeugt werden. Dies hat jeweils den Vorteil, dass das interne Taktsignal nicht nur einer zwar unbekannten aber doch determinierten Folge entspricht, sondern tatsächlich zufällig ist.As well it is also possible the clock generator in such a way that an actually random signal as internal Clock signal is generated. For this purpose, the clock generator an oscillator which is modulated with a correlationless noise signal. Alternatively, from the clock generator, a band-limited korrelationsloses Noise signal can be generated as an internal clock signal. This has the respective Advantage that the internal clock signal not only a while unknown but it does correspond to a determinate sequence, but is actually random.

Der erfindungsgemäße tragbare Datenträger kann eine Steuereinheit zur Steuerung von internen Abläufen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel des tragbaren Datenträgers wird diese Steuereinheit mit dem internen Taktsignal versorgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann weiterhin ein Ein-/Ausgabebaustein vorgesehen sein, der mit der Steuereinheit in Datenverbindung steht und mit einem externen Taktsignal versorgt wird. Das externe Taktsignal ermöglicht eine problemlose Kommunikation des Ein-/Ausgabebausteins mit einem externen Gerät.The portable data carrier according to the invention may have a control unit for controlling internal processes. In one embodiment of the portable data carrier, this control unit is supplied with the internal clock signal. In this Embodiment may further be provided an input / output module, which is in data communication with the control unit and is supplied with an external clock signal. The external clock signal enables easy communication of the input / output module with an external device.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des tragbaren Datenträgers ist eine kryptographische Steuereinheit zur Durchführung kryptographischer Operationen vorgesehen, die mit dem internen Taktsignal versorgt wird. Dadurch ist eine besonders schnelle Ausführung der kryptographischen Operationen möglich, die durch die Verwendung des internen Taktsignals zudem sehr sicher ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit mit der kryptographischen Steuereinheit in Datenverbindung stehen und mit dem externen Taktsignal versorgt werden. Zudem kann die Steuereinheit eine Schnittstelle zur externen Datenübertragung aufweisen.at a further embodiment of the portable data carrier is a cryptographic control unit for performing cryptographic operations provided, which is supplied with the internal clock signal. Thereby is a particularly fast version Cryptographic operations possible by use the internal clock signal is also very safe. In this embodiment the control unit with the cryptographic control unit in Data connection and are supplied with the external clock signal. In addition, the control unit can interface to external data transmission exhibit.

Bei beiden Ausführungsbeispielen des tragbaren Datenträgers kann der Taktgenerator von der Steuereinheit beeinflussbar sein. Dadurch können jeweils optimale Randbedingungen für die Erzeugung des internen Taktsignals eingestellt werden.at both embodiments of the portable data carrier the clock generator can be influenced by the control unit. Thereby can each optimum boundary conditions for the generation of the internal Clock signal can be adjusted.

Der erfindungsgemäße tragbare Datenträger kann insbesondere als Chipkarte ausgebildet sein.Of the portable according to the invention Disk can be designed in particular as a smart card.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines tragbaren Datenträgers wird innerhalb des tragbaren Datenträgers ein internes Taktsignal erzeugt und einer Komponente des tragbaren Datenträgers zugeführt. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der zeitliche Verlauf des internen Taktsignals zufällig variiert wird.At the inventive method to operate a portable data carrier is within the portable disk generates an internal clock signal and supplied to a component of the portable data carrier. The Particularity of the method according to the invention is that the timing of the internal clock signal fortuitously is varied.

Vorzugsweise wird eine weitere Komponente des tragbaren Datenträgers mit einem externen Taktsignal versorgt. Die Komponente, die das interne Taktsignal erhält, und die weitere Komponente können sich bei einer Datenübertragung untereinander über den Datenfluss verständigen und auf diese Weise die Schwierigkeiten, die durch die unterschiedlichen Taktsignale bei der Datenübertragung auftreten, überwinden.Preferably becomes another component of the portable data carrier with supplied to an external clock signal. The component, which is the internal clock signal gets and the other component can during a data transfer over each other inform the data flow and in this way the difficulties caused by the different ones Clock signals during data transmission occur, overcome.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Erläuterungen beziehen sich jeweils auf eine Realisierung des erfindungsgemäßen tragbaren Datenträgers als Chipkarte. Die Erfindung ist aber nicht auf Chipkarten beschränkt, sondern bezieht sich in gleicher Weise auch auf andersartig ausgebildete tragbare Datenträger.The Invention will be described below with reference to the drawing Embodiments explained. The Explanations each refer to a realization of the portable data carrier according to the invention as Smart card. The invention is not limited to smart cards, but refers in the same way to differently trained portable data carriers.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Chipkarte, 1 a greatly simplified block diagram of a first embodiment of the chip card according to the invention,

2 ein Diagramm zur Darstellung der frequenzabhängigen Leistungsdichte des internen Taktsignals, 2 a diagram showing the frequency-dependent power density of the internal clock signal,

3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für den Taktgenerator, 3 a schematic representation of a first embodiment of the clock generator,

4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für den Taktgenerator, 4 a schematic representation of a second embodiment of the clock generator,

5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für den Taktgenerator und 5 a schematic representation of a third embodiment of the clock generator and

6 eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Chipkarte. 6 a highly simplified block diagram of a second embodiment of the smart card according to the invention.

1 zeigt eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Chipkarte 1. Die Chipkarte 1 weist eine Steuereinheit 2, einen ersten Speicher 3, eine kryptographische Steuereinheit 4, einen zweiten Speicher 5 und einen Taktgenerator 6 auf, die bevorzugt in einen gemeinsamen Halbleiterbaustein integriert sind. Wie in 1 durch eine Umrahmung angedeutet, können die kryptographische Steuereinheit 4, der zweite Speicher 5 und der Taktgenerator 6 besonders geschützt im Halbleiterbaustein eingebettet sein. 1 shows a highly simplified block diagram of a first embodiment of an inventively designed chip card 1 , The chip card 1 has a control unit 2 , a first store 3 , a cryptographic control unit 4 , a second memory 5 and a clock generator 6 on, which are preferably integrated in a common semiconductor device. As in 1 indicated by a frame, the cryptographic control unit 4 , the second memory 5 and the clock generator 6 be particularly protected embedded in the semiconductor device.

Die Steuereinheit 2 steuert den Betrieb der Chipkarte 1 und kann durch ein Signal RST, das der Steuereinheit 2 von einem nicht dargestellten externen Gerät zugeführt wird, zurückgesetzt werden. Weiterhin wird der Steuereinheit 2 von außen ein externes Taktsignal CLK zugeführt und es erfolgt ein externer Datenaustausch über eine figürlich nicht dargestellte Schnittstelle der Steuereinheit 2 in Form eines Signals I/O. Für den Betrieb der Steuereinheit 2 benötigte Daten sind im ersten Speicher 3 abgelegt, auf den die Steuereinheit 2 zugreifen kann. Mit der kryptographischen Steuereinheit 4 tauscht die Steuereinheit 2 Daten über ein Signal DAT aus. Dabei verständigen sich die Steuereinheit 2 und die kryptographische Steuereinheit 4 mittels eines oder mehrerer Handshake-Signals HS über den Datenfluss.The control unit 2 controls the operation of the chip card 1 and can by a signal RST, the control unit 2 from an external device, not shown, are reset. Furthermore, the control unit 2 externally supplied to an external clock signal CLK and there is an external data exchange via a figuratively not shown interface of the control unit 2 in the form of a signal I / O. For the operation of the control unit 2 required data is in the first memory 3 filed on which the control unit 2 can access. With the cryptographic control unit 4 exchanges the control unit 2 Data via a signal DAT off. At the same time the control unit communicate 2 and the cryptographic control unit 4 by means of one or more handshake signal HS via the data flow.

Die kryptographische Steuereinheit 4 wickelt die kryptographischen Prozesse ab, die für den Betrieb der Chipkarte 1 erforderlich sind. Beispielsweise führt die kryptographische Steuereinheit 4 Verschlüsselungsoperationen aus. Hierzu kann die kryptographische Steuereinheit 4 auf den zweiten Speicher 5 zugreifen, in dem insbesondere Schlüssel und andere geheime Daten abgelegt sind. Ebenso wie bei der Steuereinheit 2 ist auch für den Betrieb der kryptographischen Steuereinheit 4 die Vorgabe eines Taktes erforderlich.The cryptographic control unit 4 handles the cryptographic processes necessary for the operation of the chip card 1 required are. For example, the cryptographic control unit performs 4 Locks selection operations. For this purpose, the cryptographic control unit 4 to the second memory 5 in particular keys and other secret data are stored. As with the control unit 2 is also for the operation of the cryptographic control unit 4 the specification of a clock required.

Allerdings wird der kryptographischen Steuereinheit 4 nicht das externe Taktsignal CLK zugeführt, sondern ein internes Taktsignal CLKI, das vom Taktgenerator 6 erzeugt wird. Dabei kann der Taktgenerator 6 über ein oder mehrere optionale Steuersignale S von der Steuereinheit 2 angesteuert werden.However, the cryptographic control unit will 4 not the external clock signal CLK supplied, but an internal clock signal CLKI, the clock generator 6 is produced. In this case, the clock generator 6 via one or more optional control signals S from the control unit 2 be controlled.

Im Hinblick auf den Taktgenerator 6 ist es von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung, dass sich das interne Taktsignal CLKI von einem üblicherweise bei Chipkarten 1 verwendeten periodischen Signal fester Frequenz bzw. für die jeweils vorliegende Betriebssituation fest vorgegebener Frequenz unterscheidet. Das interne Taktsignal CLKI weist stattdessen einen pseudozufälligen oder einen tatsächlich zufälligen zeitlichen Verlauf auf. Dabei sind die Signalform und/oder die Amplitude in der Regel vorgegeben und der Signalverlauf ist so ausgebildet, dass die zeitliche Aufeinanderfolge eines vorgegebenen Signals des internen Taktsignals CLKI zufällig variiert. Mit anderen Worten, ein vorgegebener Signalverlauf wird fortwährend zufällig zeitlich gestreckt oder gestaucht. Beispielsweise kann das interne Taktsignal CLKI aus Rechteckpulsen mit jeweils zufällig gewählter Pulsdauer und einem jeweils zufällig gewählten Abstand aufeinander folgender Pulse bestehen.With regard to the clock generator 6 it is essential for the invention that the internal clock signal CLKI from a usually in smart cards 1 used periodic signal fixed frequency or for the current operating situation fixed predetermined frequency differs. The internal clock signal CLKI instead has a pseudo-random or a truly random time course. In this case, the signal shape and / or the amplitude are generally predetermined and the signal curve is designed so that the temporal succession of a predetermined signal of the internal clock signal CLKI varies randomly. In other words, a given waveform is continually time stretched or compressed at random. By way of example, the internal clock signal CLKI can consist of rectangular pulses each having a randomly selected pulse duration and a randomly selected spacing of successive pulses.

Als pseudozufällig wird im vorliegenden Zusammenhang eine Folge verstanden, die zwar fest vorgegeben ist, aber für einen Außenstehenden in Unkenntnis des zugrunde gelegten Mechanismus und/oder der verwendeten Parameter nicht vorhersehbar ist. Eine tatsächlich zufällige Folge wird dagegen mit Hilfe von Ereignissen erzeugt, die aus ihrer physikalischen Natur heraus tatsächlich zufällig ablaufen und ist daher grundsätzlich nicht vorhersehbar. In beiden Fällen kennt ein potentieller Angreifer den zeitlichen Verlauf des internen Taktsignals CLKI nicht. Da die Operationen der kryptographischen Steuereinheit 4 synchron mit dem internen Taktsignal CLKI ausgeführt werden, führt dies zu einer Verschleierung der Arbeitsweise der kryptographischen Steuereinheit 4, durch die eine Manipulation oder ein Ausspähen der von der kryptographischen Steuereinheit 4 ausgeführten Operationen erheblich erschwert wird. Das interne Taktsignal CLKI wird daher möglichst vielen sicherheitsrelevanten Operationen der Chipkarte 1 zugrunde gelegt. Allerdings ist seitens der Chipkarte 1 zum Teil auch eine gleichförmige und vorhersehbare Ausführung von Operationen erforderlich, beispielsweise beim Datenaustausch mit einem externen Gerät. Aus diesem Grund wird die Steuereinheit 2 beim ersten Ausführungsbeispiel der Chipkarte 1 nicht mit dem internen Taktsignal CLKI, sondern mit dem externen Taktsignal CLK betrieben, so dass ein externer Datenaustausch problemlos möglich ist. Durch die Verwendung der unterschiedlichen Taktsignale CLK und CLKI wird der Datenaustausch zwischen der Steuereinheit 2 und der kryptographischen Steuereinheit 4 zwar erschwert. Über das Handshake-Signal HS lässt sich der Datenfluss allerdings so steuern, dass eine Verständigung zwischen der Steuereinheit 2 und der der kryptographischen Steuereinheit 4 möglich ist. Die Eigenschaften und die Erzeugung des internen Taktsignals CLKI werden im Folgenden näher erläutert.In the present context, pseudo-random is understood to mean a sequence which, although fixed, is not foreseeable for an outsider in ignorance of the underlying mechanism and / or the parameters used. By contrast, an actually random sequence is generated with the aid of events that actually run randomly out of their physical nature and is therefore fundamentally unpredictable. In both cases, a potential attacker does not know the time course of the internal clock signal CLKI. Since the operations of the cryptographic control unit 4 synchronous with the internal clock signal CLKI, this obscures the operation of the cryptographic control unit 4 by which a manipulation or spying out of the cryptographic control unit 4 executed operations is made considerably more difficult. The internal clock signal CLKI is therefore as many security-related operations of the chip card 1 based on. However, on the part of the chip card 1 In part, a uniform and predictable execution of operations required, for example, when exchanging data with an external device. For this reason, the control unit 2 in the first embodiment of the smart card 1 not with the internal clock signal CLKI, but with the external clock signal CLK operated, so that an external data exchange is easily possible. By using the different clock signals CLK and CLKI, the data exchange between the control unit 2 and the cryptographic control unit 4 Although difficult. However, the data flow can be controlled via the handshake signal HS in such a way that an understanding between the control unit 2 and the cryptographic control unit 4 is possible. The properties and the generation of the internal clock signal CLKI will be explained in more detail below.

2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der frequenzabhängigen Leistungsdichte des internen Taktsignals CLKI. Dabei sind auf der Abszisse die Frequenz f und auf der Ordinate die Leistungsdichte P des internen Taktsignals CLKI aufgetragen. Der pseudozufällige oder tatsächlich zufällige Verlauf des internen Taktsignals CLKI entspricht einer Vielzahl von Signalen unterschiedlicher Frequenz. Wenn die Anteile der einzelnen Frequenzen in einem vorgegebenen Bereich um eine mittlere Frequenz f₀ gleich sind, ergibt sich der in 2 dargestellte Verlauf, bei dem die Leistungsdichte P in einem gewissen Frequenzbereich konstant ist. Dieser Verlauf lässt sich zwar in der Praxis nicht exakt, aber zumindest näherungsweise erreichen. Dabei kann die mittlere Taktfrequenz f₀ des internen Taktsignals CLKI von der Steuereinheit 2 abhängig vom externen Taktsignal CLK nachgeführt werden. Der Taktgenerator 6, der das interne Taktsignal CLKI erzeugt, kann beispielsweise gemäß den Ausführungsbeispielen der 3, 4 oder 5 ausgebildet werden. 2 shows a diagram illustrating the frequency-dependent power density of the internal clock signal CLKI. In this case, the frequency f is plotted on the abscissa and the power density P of the internal clock signal CLKI is plotted on the ordinate. The pseudo-random or actually random course of the internal clock signal CLKI corresponds to a multiplicity of signals of different frequency. If the proportions of the individual frequencies in a given range around an average frequency f _{0 are the} same, the result in 2 illustrated course, in which the power density P is constant in a certain frequency range. In practice, this course can not be exactly but at least approximately achieved. In this case, the average clock frequency f _{0 of} the internal clock signal CLKI from the control unit 2 be tracked depending on the external clock signal CLK. The clock generator 6 , which generates the internal clock signal CLKI can, for example, according to the embodiments of the 3 . 4 or 5 be formed.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für den Taktgenerator 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Taktgenerator 6 als ein Pseudozufallsfolgengenerator ausgebildet, so dass ein internes Taktsignal CLKI mit einem pseudozufälligen Verlauf erzeugt wird. Hierzu weist der Taktgenerator 6 einen konstanten Oszillator 7 zur Erzeugung eines Taktsignals CLK0 konstanter Frequenz auf. Das Taktsignal CLK0 wird an ein binäres Schieberegister 8 mit einer Vielzahl von Zellen 9 angelegt. Jede Zelle 9 kann über ein der Zelle 9 zugeordnetes Koppelelement 10 mit einem Verknüpfungspunkt 11 verbunden werden. Dabei wird für jedes einzelne Koppelelement 10 fest vorgegeben, ob es eine Verbindung der zugehörigen Zelle 9 des Schieberegisters 8 zum Verknüpfungspunkt 11 ausbildet oder nicht. Folglich sind einige der Zellen 9 permanent mit dem Verknüpfungspunkt 11 verbunden und die anderen Zellen 9 permanent vom Verknüpfungspunkt 11 getrennt. Der Verknüpfungspunkt 11 ist so ausgebildet, dass er eine Modulo-2-Addition sämtlicher Eingangssignale durchführt und somit an seinem Ausgang entweder einen Low-Pegel entsprechend einer logischen Null oder einen High-Pegel entsprechend einer logischen Eins liefert. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 11 ist mit dem Eingang des Schieberegisters 8 verbunden, so dass über die Koppelelemente 10 und den Verknüpfungspunkt 11 eine Rückkopplung ausgebildet wird. Mit Hilfe des derart rückgekoppelten Schieberegisters 8 wird der pseudozufällige Verlauf des internen Taktsignals CLKI erzeugt, das am Ausgang des Schieberegisters 8 abgegriffen werden kann. Die Periodenlänge des so erzeugten internen Taktsignals CLKI hängt von der Anzahl der Zellen 9 sowie den Vorgaben für die Koppelelemente 10 ab und kann durch geeignete Vorgaben maximiert werden. Selbstverständlich sind auch andere Techniken für das Erzeugen von Pseudo-Zufallszahlen denkbar. 3 shows a schematic representation of a first embodiment of the clock generator 6 , In this embodiment, the clock generator 6 is formed as a pseudo-random sequence generator, so that an internal clock signal CLKI is generated with a pseudo-random history. For this purpose, the clock generator 6 a constant oscillator 7 for generating a clock signal CLK0 constant frequency. The clock signal CLK0 is applied to a binary shift register 8th with a variety of cells 9 created. Every cell 9 can be over one of the cell 9 associated coupling element 10 with a node 11 get connected. This is for each individual coupling element 10 Fixed if there is a connection of the associated cell 9 of the shift register 8th to the connection point 11 training or not. Consequently, some are the cells 9 permanently with the node 11 connected and the other cells 9 permanently from the point of connection 11 separated. The link point 11 is designed so that it performs a modulo-2 addition of all input signals and thus on its output either a low level corresponding to a logical zero or a high level corresponding to a logical one supplies. The output of the node 11 is with the input of the shift register 8th connected, so that over the coupling elements 10 and the point of connection 11 a feedback is formed. With the aid of the so-feedback shift register 8th the pseudo-random history of the internal clock signal CLKI is generated, that at the output of the shift register 8th can be tapped. The period length of the thus generated internal clock signal CLKI depends on the number of cells 9 as well as the specifications for the coupling elements 10 and can be maximized by appropriate guidelines. Of course, other techniques for generating pseudorandom numbers are also conceivable.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für den Taktgenerator 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird vom Taktgenerator 6 ein internes Taktsignal CLKI mit einem tatsächlich zufälligen Verlauf erzeugt. Hierzu weist der Taktgenerator 6 einen Rauschgenerator 12 auf, der ein korrelationsloses Rauschsignal liefert, das beispielsweise mit Hilfe eines Halbleiters erzeugt wird. Weiterhin weist der Taktgenerator 6 einen variablen Oszillator 13 auf, dessen Schwingungsfrequenz von der an seinem Eingang anliegenden Spannung abhängt. Dieser Eingang ist mit dem Ausgang des Rauschgenerators 12 verbunden, so dass sich die Frequenz des mit dem variablen Oszillator 13 erzeugten internen Taktsignals CLKI entsprechend der Amplitude der vom Rauschgenerator 12 ausgegebenen Spannung zufällig ändert. Folglich wird mit dieser Anordnung ein internes Taktsignal CLKI mit einem tatsächlich zufälligen Verlauf erzeugt. 4 shows a schematic representation of a second embodiment of the clock generator 6 , In this embodiment, the clock generator 6 generates an internal clock signal CLKI with a truly random history. For this purpose, the clock generator 6 a noise generator 12 on, which provides a correlationless noise signal, which is generated for example by means of a semiconductor. Furthermore, the clock generator 6 a variable oscillator 13 on, whose oscillation frequency depends on the applied voltage at its input. This input is connected to the output of the noise generator 12 connected so that the frequency of the variable oscillator 13 generated internal clock signal CLKI according to the amplitude of the noise generator 12 output voltage changes randomly. Consequently, with this arrangement, an internal clock signal CLKI is generated with an actually random pattern.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für den Taktgenerator 6. Analog zum zweiten Ausführungsbeispiel wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel vom Taktgenerator 6 ein internes Taktsignal CLKI mit einem tatsächlich zufälligen Verlauf erzeugt. Als Signalquelle dient wiederum der Rauschgenerator 12. Der Ausgang des Rauschgenerators 12 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 14 verbunden, der das an seinem Eingang anliegende Signal verstärkt und auf eine vorgegebene Bandbreite und eine maximale Amplitude begrenzt. Auf diese Weise wird ein Signal mit einem tatsächlich zufälligen Verlauf erzeugt, das am Ausgang des Verstärkers 14 abgegriffen und von der Chipkarte 1 als internes Taktsignal CLKI verwendet werden kann. 5 shows a schematic representation of a third embodiment of the clock generator 6 , Analogous to the second embodiment, the clock generator is also used in this embodiment 6 generates an internal clock signal CLKI with a truly random history. The signal source is again the noise generator 12 , The output of the noise generator 12 is with the input of an amplifier 14 connected, which amplifies the signal applied to its input and limited to a predetermined bandwidth and a maximum amplitude. In this way, a signal with a truly random waveform is generated at the output of the amplifier 14 tapped and from the chip card 1 can be used as an internal clock signal CLKI.

Das mit den vorstehend beschriebenen drei Ausführungsbeispielen für den Taktgenerator 6 erzeugte interne Taktsignal CLKI kann auch bei andersartiger Ausführung der Chipkarte 1 als in 1 dargestellt verwendet werden. So kann die Chipkarte 1 beispielsweise auch gemäß einem in 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.That with the above-described three embodiments for the clock generator 6 generated internal clock signal CLKI can also in a different kind of execution of the smart card 1 as in 1 shown used. So can the chip card 1 for example, according to a in 6 be formed illustrated second embodiment.

6 zeigt eine stark vereinfachte Blockdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Chipkarte 1. Dieses Ausführungsbeispiel verfügt über die Steuereinheit 2, den ersten Speicher 3, den Taktgenerator 6 und einen Ein-/Ausgabebaustein 15, beispielsweise einen UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Eine eigene kryptographische Steuereinheit 4 ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der Chipkarte 1 nicht vorgesehen, so dass kryptographische Operationen ebenfalls von der Steuereinheit 2 ausgeführt werden. Dementsprechend sind die dafür benötigten Schlüssel und andere geheime Daten bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu sonstigen Daten im ersten Speicher 3 abgelegt, auf den die Steuereinheit 2 zugreifen kann. Um auch beim zweiten Ausführungsbeispiel eine Verschleierung der Ausführung kryptographischer Operationen zu erzielen, wird der Steuereinheit 2 nicht das externe Taktsignal CLK, sondern das vom Taktgenerator 6 erzeugte interne Taktsignal CLKI zugeführt. Dabei kann von der Steuereinheit 2 über das Signal S wiederum die mittlere Frequenz f₀ des internen Taktsignals CLKI vorgegeben werden. 6 shows a highly simplified block diagram of a second embodiment of the smart card 1 , This embodiment has the control unit 2 , the first store 3 , the clock generator 6 and an input / output module 15 For example, a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). A separate cryptographic control unit 4 is the chip card in the second embodiment 1 not provided, so that cryptographic operations also from the control unit 2 be executed. Accordingly, the keys and other secret data required for this embodiment are in addition to other data in the first memory 3 filed on which the control unit 2 can access. In order to obfuscate the execution of cryptographic operations in the second embodiment, the control unit 2 not the external clock signal CLK, but that from the clock generator 6 generated internal clock signal CLKI supplied. It can by the control unit 2 in turn, the mean frequency f _{0 of} the internal clock signal CLKI can be preset via the signal S.

Um eine externe Kommunikation der Chipkarte 1 zu ermöglichen, ist die Steuereinheit 2 mit dem Ein-/Ausgabebaustein 15 über einen Bus verbunden, über den Daten jeweils mittels des Signals DAT übertragen werden. Der Ein-/Ausgabebaustein 15, für den z.B. ein UART verwendet werden kann, wandelt den Datenstrom, der ihm über den Bus von der Steuereinheit 2 übermittelt wird, gemäß einem Standardprotokoll in das serielle Signal I/O um und umgekehrt. Dabei wird zur Synchronisation mit dem externen Übertragungspartner das externe Taktsignal CLK in den Ein-/Ausgabebaustein 15 eingespeist. Zudem kann der Ein-/Ausgabebaustein 15 ebenso wie die Steuereinheit 2 durch das Reset-Signal RST zurückgesetzt werden. Ein Reset-Signal kann jedoch auch durch einen Softwarebefehl durchgeführt werden. Da die Steuereinheit 2 und der Ein-/Ausgabebaustein 15 mit unterschiedlichen Taktsignalen CLKI und CLK betrieben werden, erfolgt bei einer Datenübertragung untereinander eine Verständigung mittels des oder der Handshake-Signale HS. Im Übrigen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel in entsprechender Weise auch für das zweite Ausführungsbeispiel der Chipkarte 1, soweit diese im Hinblick auf den unterschiedlichen Aufbau übertragbar sind.To an external communication of the chip card 1 to enable is the control unit 2 with the input / output block 15 connected via a bus, are transmitted via the data in each case by means of the signal DAT. The input / output module 15 For example, a UART can be used to convert the data stream sent to it via the bus from the control unit 2 is transmitted to the serial signal I / O according to a standard protocol and vice versa. In this case, the external clock signal CLK is in the input / output block for synchronization with the external transmission partner 15 fed. In addition, the input / output module 15 as well as the control unit 2 be reset by the reset signal RST. However, a reset signal can also be performed by a software command. Because the control unit 2 and the input / output module 15 are operated with different clock signals CLKI and CLK, is carried out in a data transmission with each other an understanding by means of the handshake or signals HS. Incidentally, the comments on the first exemplary embodiment also apply correspondingly to the second exemplary embodiment of the chip card 1 insofar as these are transferable with regard to the different structure.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann beispielsweise über entsprechende Vorgaben für die mittlere Frequenz f₀ des internen Taktsignals CLKI die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuereinheit 2 bzw. der kryptographischen Steuereinheit 4 variiert werden. Weiterhin können bei beiden Ausführungsbeispielen der Chipkarte 1 Maßnahmen getroffen werden, um unzulässig niedrige Frequenzen beim internen Taktsignal CLKI zu verhindern. Dadurch soll das Risiko des Ausspähens geheimer Daten weiter reduziert werden.In an advantageous development, the processing speed of the control unit can be determined, for example, via corresponding specifications for the mean frequency f _{0 of} the internal clock signal CLKI 2 or the cryptographic control unit 4 varies become. Furthermore, in both embodiments of the smart card 1 Measures are taken to prevent inadmissibly low frequencies in the internal clock signal CLKI. This should further reduce the risk of spying on secret data.

Claims

Portable data carrier with a clock generator ( 6 ) for generating an internal clock signal (CLKI) for a component ( 2 . 4 ) of the portable data carrier ( 1 ), characterized in that the timing of the internal clock signal (CLKI) includes random variations.

Portable data carrier according to claim 1, characterized in that the temporal succession a given signal level of the internal clock signal (CLKI) fortuitously varied.

Portable data carrier according to one of claims 1 or 2, characterized in that the clock generator ( 6 ) a pseudorandom signal is generated as an internal clock signal (CLKI).

Portable data carrier according to claim 3, characterized in that the clock generator ( 6 ) at least one feedback shift register ( 8th ) having.

Portable data carrier according to one of claims 1 or 2, characterized in that the clock generator ( 6 ) an actually random signal is generated as an internal clock signal (CLKI).

Portable data carrier according to claim 5, characterized in that the clock generator ( 6 ) an oscillator ( 13 ) which is modulated with a correlationless noise signal.

Portable data carrier according to claim 5, characterized in that the clock generator ( 6 ) a band-limited, correlationless noise signal is generated as an internal clock signal (CLKI).

Portable data carrier according to one of the preceding claims, characterized in that a control unit ( 2 ) is provided for controlling internal processes.

Portable data carrier according to claim 8, characterized in that the control unit ( 2 ) is supplied with the internal clock signal (CLKI).

Portable data carrier according to one of claims 8 or 9, characterized in that an input / output module ( 15 ) provided with the control unit ( 2 ) is in data connection and supplied with an external clock signal (CLK).

Portable data carrier according to one of claims 1 to 8, characterized in that a cryptographic control unit ( 4 ) is provided for performing cryptographic operations supplied with the internal clock signal (CLKI).

Portable data carrier according to claim 11, characterized in that the control unit ( 2 ) with the cryptographic control unit ( 4 ) is in data connection and supplied with the external clock signal (CLK).

Portable data carrier according to claim 12, characterized in that the control unit ( 2 ) has an interface for external data transmission.

Portable data carrier according to one of claims 8 to 13, characterized in that the clock generator ( 6 ) from the control unit ( 2 ) is influenced.

Portable data carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the portable data carrier ( 1 ) is designed as a chip card.

Method for operating a portable data carrier ( 1 ), whereby within the portable data carrier ( 1 ) generates an internal clock signal (CLKI) and a component ( 2 . 4 ) of the portable data carrier ( 1 ), characterized in that the timing of the internal clock signal (CLKI) is randomly varied.

Method according to claim 16, characterized in that a further component ( 15 . 2 ) of the portable data carrier ( 1 ) is supplied with an external clock signal (CLK).

Method according to claim 17, characterized in that the component ( 2 . 4 ) and the further component ( 15 . 2 ) communicate with each other via the data flow during data transmission.