DE19826151C2

DE19826151C2 - Chipkarte mit elektronischer Sicherheitsschaltung

Info

Publication number: DE19826151C2
Application number: DE1998126151
Authority: DE
Inventors: Hans-Diedrich Kreft; Michael Jenning
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2018-06-13
Also published as: DE19826151A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem Halbleiterchip gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Problemstellung

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte, enthaltend mindestens einen Chip 6 in dem elektronische Elemente wie Prozessoren, elektronische Speicher enthalten sind. Die Chipkarte enthält zur elektrischen Energieversor gung des Chips und zur bidirektionalen Datenübertragung von und zum Chip verschiedene Übertragungsmittel wie Kontakte 1, 2 und/oder kon taktfreie Übertragungsmittel wie Spulen und/oder Kondensatoren und/oder sonstige Energie und Datenübertragungsmittel. Durch Messung des elektrischen Leistungsverbrauches in einem Terminal, welches dem Chip einer Karte elektrische Energie zuführt, ist es möglich, Informatio nen über die Funktionsweise des Chips zu gewinnen. Je nachdem welche Befehle im Chip 6, 4 abgearbeitet werden, ist beispielsweise der Strom verbrauch unterschiedlich. Der Stromverbrauch kann bei einer Kontakt karte beispielsweise in einem Terminal in das die Karte eingesteckt wird, gemessen werden, indem in einfacher Weise ein Fachmann eine Strom verbrauchsmessung an den Kontakten der Karte durchführt.

Stand der Technik

Durch die DE 195 31 372 A1 ist eine Chipkarte mit einem zumindest ei nen Speicher enthaltenen Halbleiterchip bekannt geworden, bei der zur Energieversorgung der Chips und zur bidirektionalen Datenübertragung von und zum Chip sowohl Kontakte als auch Mittel zur kontaktlosen Da tenübertragung vorgesehen sind. Auf dem Chip ist ein ansteuerbares Schaltmittel angeordnet, welches den Speicher in Abhängigkeit vom Zu stand des Ausgangssignals einer mit zumindest dem Spannungsversor gungskontakt verbundenen logischen Schaltung mit den Kontakten oder mit den Mitteln zur kontaktlosen Datenübertragung verbindet. Das Schaltmittel nimmt eine Ruhestellung ein, wenn es nicht angesteuert ist und verbindet in dieser Ruhestellung den Speicher mit den Mitteln zur kontaktlosen Datenübertragung, wobei nur bei Anliegen einer Spannung am Versorgungsspannungskontakt, angesteuert von der logischen Schal tung, die Kontakte mit dem Speicher verbunden werden. Durch die DE 34 46 129 C3 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Stromver sorgung eines elektrischen Verbrauchers bekannt geworden, insbesonde re eines Miktocomputers auf einem mobilen Datenträger mit induktiver Energieübertragung sowie mit einem an einer zeitveränderlichen Be triebsspannung angeschlossenen Spannungsregler zum Erzeugen einer annähernd konstanten Versorgungsspannung für den Verbraucher. Ebenso weist die Schaltungsanordnung einen Komparator auf, der an seinem Ausgang das Ein- und das Abschaltsignal für den Verbraucher liefert, dessen einem Eingang eine der Reglerausgangsspannung propor tionale Referenzspannung und dessen anderem Eingang eine vom Reg lereingang abgeleitete Spannung zugeführt sind.

Die vom Reglereingang abgeleitete Spannung wird mittels einer dem Reglereingang parallel geschalteten Reihenschaltung aus einer am Reg lereingang angeschlossenen Zehnerdiode und einem Widerstand gewon nen, wobei die am Widerstand abgegriffene Spannung dem anderen Ein gang des Komparators zugeführt ist.

Durch die DE 196 10 070 A1 ist das Problem bekannt, dass aufgrund der Messung von Stromaufnehmern und elektrischen Potentialen innerhalb einer Chipkarte in einem Kartenkörper mit einem. Halbleiterchip elektri sche Potentiale ermittelt werden können, um dergestalt Analysemöglich keiten hinsichtlich der Funktion des Chips durchzuführen.

Um eine aktive Schutzeinrichtung für eine Chipkarte mit der ausge schlossenen Gefahr eines unbefugten Zugriffes auf Dateninhalt von Spei cherzellen des Halbleiterchips zu schaffen ist vorgesehen, dass der Steu erschaltung des innerhalb des Kartenkörpers untergebrachten Halblei terchips eine Sensorschaltung zugeordnet ist, welche eine Abweichung des erlaubten Betriebszustandes der Steuerschaltung und weiterer Schaltungskomponenten des Halbleiterchips erfasst, wobei bei Vorliegen eines unerlaubten Betriebszustandes ein Auslösesignal erzeugt wird, welches einer der Sensorschaltung nachgeschalteten und der Halbleiter speichereinrichtung zugeordneten Auslöseschaltung zugeführt ist, die als Reaktion auf das Auslösesignal eine wenigstens bereichsweise Löschung des Dateninhalts der Halbleiterspeichereinrichtung steuert. Die Lö schung von Daten eines Speichers innerhalb eines Halbleiters ist nachtei lig, weil auf diese Weise wesentliche Daten verloren gehen können.

Aufgabenstellung

Es ist Ziel der Erfindung die Sicherheit der Kartennutzung zu erhöhen, indem das Ausspähen von Kartenfunktionen bzw. Prozessorfunktionen über eine Messung des elektrischen Leistungsverbrauches der Karte (Änderung von Strom und/oder Spannung) in den Leitungen, die eine Karte mit einem Terminal verbinden, unterbunden wird.

Die patentgemäße Lösung, die es gestattet, die gestellte Aufgabe zu erfül len, besteht in den Merkmaien des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 enthalten. Bei der Erfindung handelt es sich um eine Chipkarte mit einem Chip, in dem unterschiedliche ansteuerbare Bauelemente wie Speicher, Mikropro zessoren enthaltenden sind. Zur Energieversorgung des Chips und zur bidirektionalen Datenübertragung von und zum Chip können unter schiedlichste Mittel dienen. Es sind Kontakte 1, 2 (siehe Fig. 1) als auch Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung in der Form von Spulen be kannt. Es können auch Kondensatoren und/oder sonstige Energie und Datenübertragungen und/oder Mittel vorgesehen sein, wie sie als elek tronische, miniaturisierte Elemente zur Aufnahme von Schall oder Druck oder zur kapazitiven Aufnahme elektrischer Signale bei Fingerprintsen soren vorhanden sind.

Über die elektrische Leitungsverbindung A wird die gesamte Energiever sorgung des Chips 6 z. B. vom Kontakt 1 zur Verfügung gestellt, d. h. es fließt im Regelfall der gesamte im Chip verbrauchte Strom durch den Leitungsweg A. A teilt sich im Chip in mindestens zwei elektrische Lei tungswege B, C auf. Über den Kontakt 1 erfolgt die Energieversorgung des Chips 6 aus einem Terminal beispielsweise durch den Pluspol einer Gleichspannungsquelle, wobei 2 den dazugehörigen Minuspol darstellt. Über den Leitungsweg B wird der Chipteil 4, der die üblichen Teile eines Chipkartenchips 6 wie Prozessor, Speicher für Programme und Daten, Busverbindungen enthält, elektrisch mit Energie versorgt. In dem Lei tungsweg B sitzt zusätzlich ein Funktionselement 3 und in dem Lei tungsweg C ein Funktionselement 5. Teil 3 misst den Energieverbrauch des Teiles 4 in bekannter Weise, indem z. B. über einen Widerstand der Spannungsabfall an 3 als Maß für den Stromfluss im Pfad B dient, wobei dieser Stromfluss ein Maß für den elektrischen Verbrauch des Teiles 4 darstellt. Das vom Teil 3 erzeugte Signal S möge die Information über den Energie und/oder Leistungsverbrauch im Leitungsweg B enthalten. Das Signal S (die Information in S z. B. als Spannungsinformation) wird dem Teil 5 zur Verfügung gestellt. Das Funktionselement 5 steuert ab hängig von der Information S seinen eigenen Energieverbrauch, indem es z. B. seinen eigenen Energieverbrauch erhöht, sofern der des Teiles 4 er niedrigt wird, oder indem der von 5 erniedrigt wird, wenn der in 4 erhöht wird. Mit dieser Steuerung des elektrischen Leistungsverbrauches ist gewährleistet, dass eine Messung des Energie- und/oder Leistungsver brauches an dem Kartenkontakt 1 und/oder 2 keine messtechnisch aus wertbare Veränderung ergibt. Die Summe des Leistungsverbrauches in Pfad B, C ist konstant.

Es sind auch Chipkarten bekannt, die statt der galvanischen Kontaktein gänge 1, 2 zur Versorgung des Chips 6 und des Chipteils 4 mit Energie und Daten kontaktfreie Eingänge wie Spulen und/oder Kondensatoren ver wendet. Es wird die Energie und/oder Leistung zur elektrischen Versor gung des Chips aus einem elektromagnetischen Wechselfeld gewonnen. Auch bei diesen Karten ist es möglich, den Leitungsweg A für die gesam te Zufuhr der elektrischen Energie auf zwei getrennte Wege B, C aufzutei len. Die Funktionsteile 3, 5 können ihre Aufgaben in gleicher Weise erfül len, wie dies in Anspruch 1 beschrieben ist.

Der Leistungsverbrauch der Funktionen des Teiles 5 sind den Schal tungsentwicklern einer Schaltung 4 weitestgehend bekannt. Dies kann genutzt werden, um z. B. den Stromverbrauch als Grundlage für die In formation und/oder das Signal S zu nehmen, mit dem das Teil 5 ange steuert wird. Es kann beispielsweise die digitale Sequenz eines Befehls in 4 verwendet werden, um Teil 5 als Teil mit digitalem Eingang für die In formation S anzusteuern.

Die Information zur Ansteuerung des Teiles 5 kann durch geeignete Maßnahmen eine zufällige, chaotische und vom Leistungsverbrauch des Teiles 4 unabhängige Komponente enthalten. Die Funktion des Teiles 5 wird derart in ihrem Leistungsverbrauch irregulär bestimmt. Der tat sächliche Leistungsverbrauch von 4 wird mithin mit einer Störung derart überlagert, dass eine externe (am Terminal der Karte) stattfindende Be stimmung des Leistungsverbrauches von 4 ausgeschlossen ist.

Es kann versucht werden, die Funktion des Bauteiles 5 auszuspähen, in dem kontaktfrei außerhalb der Karte die elektromagnetischen Wirkun gen des Stromflusses in den verschiedenen räumlich getrennten elektri schen Leitungen versucht wird. Sind verschiedene Bauteile mit der Funktion von Teil 5 mit ihren Leitungen räumlich über den Chip 6 ver teilt, wird durch die Überlagerung der elektromagnetischen Wirkungen in den außerhalb der Karte messbaren Feldern ein Ausspähen des Chips unmöglich.

Kurzbeschreibung der Fig. 1

Mit 1, 2 sind die Kontaktflächen, welche zum externen Terminal einer Karte führen, angegeben. Mit A ist der Leitungspfad gekennzeichnet, der die Gesamtversorgung des Chips 6 mit Leistung gewährleistet. A teilt sich in B, C auf. Im Leitungspfad B liegen Teil 4 (der Mikroprozessor) und Teil 3 als Verbraucher elektrischer Leistung, im Pfad C liegt das ansteu erbare Teil 5 als Verbraucher. S stellt das Signal (die Information) zur Ansteuerung von 5 dar. Der Leistungsverbrauch in Pfad B steuert den Verbrauch in C.

Claims

1. Chipkarte mit einem Halbleiterchip, bei der zur Energieversorgung des Chips und zur bidirektionalen Datenübertragung von und zum Chip (6) verschiedene Übertragungsmittel wie Kontakte (1, 2) und/oder kontakt freie Übertragungsmittel wie Spulen und/oder Kondensatoren und/oder sonstige Energie und Datenübertragungen und/oder Mittel vorgesehen sind, wobei auf dem Chip ein Funktionselement (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass

1. Kontakt 1 zur Energieversorgung des Chips 6 aus einem Terminal dient,
2. wobei im Chip (6) eine Leitung A mit dem Kontakt 1 der Karte ver bunden ist,
3. wobei sich die elektrische Leitungsverbindung A in mindestens zwei elektrische Leitungswege B, C aufteilt,
4. wobei über den Leitungsweg B der Chipteil 4 elektrisch mit Energie versorgt wird,
5. wobei Chipteil 4 die üblichen Teile eines Chipkartenchips (6) wie Pro zessor, Speicher für Programme und Daten, Busverbindungen enthält,
6. wobei in dem Leitungsweg B zusätzlich ein Funktionselement 3 sitzt,
7. wobei in dem Leitungsweg C das Funktionselement 5 sitzt,
8. wobei Teil 3 den Energieverbrauch des Chipteiles 4 misst,
9. wobei Teil 3 ein Signal S erzeugt, welches eine Information und/oder ein Signal S über den Energie und/oder Leistungsverbrauch im Lei tungsweg B liefert,
10. wobei Funktionselement 5 abhängig von der Information und/oder dem Signal S seinen eigenen Energieverbrauch steuert,
11. wobei die Steuerung so geschieht, dass eine Messung des Energie- und/oder Leistungsverbrauches an dem Kontakt 1 und/oder 2 keine messtechnisch auswertbare Veränderung ergibt.

2. Chipkarte nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass

1. statt der galvanischen Kontakte 1, 2 zur Versorgung des Chips 6 und des Chipteils mit Energie und Daten kontaktfreie Eingänge wie Spulen und/oder Kondensatoren verwendet werden,
2. wobei die Energie und/oder Leistung zur elektrischen Versorgung des Chips aus einem elektromagnetischen Wechselfeld gewonnen wird,
3. dass die Aufteilung der aus dem elektromagnetischen Wechselfeld ge wonnenen Energien und/oder Leistungen auf die elektrischen Lei tungswege B, C erfolgt.

3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die Information zur Ansteuerung des Funktionselementes 5 aus Funktionen des Chiptei les 4 gewonnen wird,
2. wobei die Funktionen des Funktionselementes 5 in ihrem bekannten Stromverbrauch die Information und/oder das Signal S bestimmen.

4. Chipkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die Information zur Ansteuerung des Funktionselementes 5 eine zufällige, chaoti sche und vom Leistungsverbrauch des Chipteiles 4 unabhängige Kompo nente enthält,
2. womit die Funktionen des Funktionselementes 5 in ihrem bekannten Leistungsver brauch irregulär wird und der tatsächliche Leistungsverbrauch von 4 mit einer Störung derart überlagert wird, dass eine Bestimmung des Leistungsverbrauches von 4 ausgeschlossen wird.

5. Chipkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bauteile mit der Funktion von dem Funktionselement 5 mit ihren Leitungen räumlich über den Chip 6 verteilt sind.