DE19907449C2 - Chip zur Verschlüsselung von elektronischen Daten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Chip zur Verschlüsselung von elektronischen Daten mit einem elektronischen Schaltwerk, wobei das elektronische Schaltwerk an einer insbesondere außerhalb des Chips befindlichen Spannungsquelle ange­ schlossen ist, sowie zumindest einem weiteren elektroni­ schen Bauteil.

Derartige Chips werden heutzutage auf den unterschiedlich­ sten Gebieten eingesetzt. Ein Anwendungsfall ist u. a. die Verwendung auf lesbaren Karten, wie z. B. Scheckkarten, Kreditkarten oder Telefonkarten, bei denen die karten- oder inhaberspezifischen Daten vor Fremdzugriff geschützt werden sollen.

Nachteilig hierbei ist, dass die Funktionsweise von derar­ tigen Chips durch Messung ihres Leistungsverbrauches er­ mittelt werden kann. Dies beruht darauf, dass der Chip aus einer Vielzahl von Schaltelementen (Gattern) besteht, wel­ che im Ruhezustand keinen Strom verbrauchen, jedoch für eine kurze Zeit beim Schalten. Insofern ergibt sich eine die Schaltvorgänge widerspiegelnde Stromverlaufskurve, wo­ bei die Höhe der Ausschläge Rückschlüsse auf die Anzahl der gleichzeitig schaltenden Schaltelemente zulässt.

Anhand dieser Informationen lässt sich die vom Chip ver­ wendete Verschlüsselung herausfinden. Der Leistungsver­ brauch, der wie geschildert von der Arbeitsweise des elek­ tronischen Schaltwerkes abhängt, kann mit einem üblichen im Handel erhältlichen Strom- und/oder Spannungsmessgerät ermittelt werden, wobei aus den so gemessenen Daten auf die Funktionsweise des Chips in der Karte geschlossen wer­ den kann. Es ist dabei nicht unbedingt erforderlich, dass die Funktionsweise vollständig aufgedeckt wird, da in Er­ gänzung mit anderen Methoden die Sicherheit von Kartenan­ wendungen insbesondere im Geldzahlungsverkehr oder bei Zu­ gangssicherungssystemen beeinträchtigt werden kann.

Aus der DE 692 20 979 T2 ist beispielsweise eine Anordnung für die Detektion des logischen Zustandes eines Bauteils, dessen Impedanz sich in Abhängigkeit von seinem Zustand ändert, bekannt. Solche Anordnungen werden insbesondere beim Auslesen von Speicherzellen, wie z. B. EPROM'S, ver­ wendet.

Bei einem bekannten Verfahren zur Verschlüsselung von elektronischen Daten ist zum Datenschutz bzw. zum Schutz der Verschlüsselung in dem Chip eine Elektronik vorgese­ hen, bei der parallel zu einem elektronischem Schaltwerk in dem Stromweg ein elektronisch steuerbarer Widerstand (Shunt) vorgesehen ist.

Eine derartige Chipkarte mit Sicherheitsschaltung ist bei­ spielsweise in der DE 198 26 151 A1 beschrieben.

In dem Zweig des elektronischen Schaltwerkes ist zusätz­ lich ein elektronisches Bauteil vorgesehen, das den Strom, den das elektronische Schaltwerk verbraucht, misst und den steuerbaren Widerstand über eine Steuerleitung entspre­ chend ansteuert. Da der gesamte Strom, den das elektroni­ sche Schaltwerk verbraucht, durch das eben erwähnte elek­ tronische Bauteil fließt, erfasst das elektronische Bau­ teil die Höhe des Stromflusses im elektronischen Schalt­ werk und steuert über die Steuerleitung den steuerbaren Widerstand. Die Summe der Ströme durch das elektronische Schaltwerk und den parallelen steuerbaren Widerstand blei­ ben somit konstant.

Die DE 34 46 129 C3 offenbart eine weitere Schaltungsanord­ nung zur Überwachung eines elektronischen Verbrauchers, wie z. B. einen Mikrocomputer auf einen mobilen Datenträ­ ger mit induktiver Energieübertragung.

Als Nachteil erweist sich, dass zum einen die Steuerung des steuerbaren Widerstandes durch das weitere elektroni­ sche Bauteil in einem gewissen Zeitintervall zum elektro­ nischen Schaltwerk erfolgt, so dass durch eine hinreichend schnelle Messung des Stromes dennoch auf die Funktionswei­ se des Chips geschlossen werden kann. Zum anderen ist es möglich, die Spannung auf der Steuerleitung abzugreifen, so dass dann direkt auf den Stromverbrauch des elektroni­ schen Schaltwerkes und somit auf dessen Arbeitsweise ge­ schlossen werden kann. Insofern wäre die Verschlüsselung trotz Schutzversuch zugänglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Chip mit einer besser geschützten Verschlüsselung der elektronischen Da­ ten anzugeben, so dass der Chip bzw. die Verschlüsselung schwerer angreifbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Chip pur Verschlüsselung von elektronischen Daten mit einem elektronischen Schaltwerk, wobei das elektronische Schaltwerk an einer insbesondere außerhalb des Chips befindlichen Spannungsquelle ange­ schlossen ist, sowie zumindest einem weiteren elektroni­ schen Bauteil dadurch gelöst, dass eine mit dem elektroni­ schen Schaltwerk sowie dem weiteren elektronischen Bauteil in Reihe geschaltete Konstantstromquelle vorgesehen ist und dass das weitere elektronische Bauteil eine parallel zum elektronischen Schaltwerk geschaltete Referenzspan­ nungsquelle ist. Die Konstantstromquelle, die die durch die Spannungsquelle erzeugte Spannung aufnehmen kann, sorgt für einen konstanten Strom. Sofern das elektronische Schaltwerk einen Takt abarbeitet, verbraucht es dabei einen Teil des durch die Konstantstromquelle zur Verfügung gestellten konstanten Stroms. Der nicht verbrauchte Strom fließt über die parallel zum elektronischen Schaltwerk geschaltete Referenzspannungsquelle, die unabhängig von dem fließenden Strom eine nahezu konstante Spannung lie­ fert. Auf diese Weise werden sowohl Strom als auch Span­ nung egalisiert, da jeweils ein entsprechendes elektroni­ sches Bauteil vorgesehen ist, welches unabhängig von der Größe des eingehenden Stromes bzw. der anliegenden Span­ nung eine konstante Spannung bzw. einen konstanten Strom erzeugt.

Insofern werden messbare elektrische Schwankungen elemi­ niert, und es gibt auch keine bei herkömmlichen Verfahren notwendige Steuerleitung. Hierdurch kommt es zum einen nicht zur Zeitverzögerung und zum anderen kann aufgrund der fehlenden Steuerleitung nicht die Steuerspannung un­ mittelbar abgegriffen werden. Außerhalb des Chips sind nunmehr die elektrischen Werte konstant, und es kann nicht auf die Arbeitsweise des Chips zurückgeschlossen werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Spannungsquelle paral­ lel zum elektronischen Schaltwerk geschaltet.

Die Referenzspannungsquelle kann dabei als eine übliche Z- Diode ausgebildet sein, so dass zum einen ein einfaches und kostengünstiges Bauelement verwendet wird und zum an­ deren die Schaltung durch wenige elektronische Bauteile klein gehalten bleibt.

Sofern eine Referenzspannungsquelle verwendet werden soll, deren Innenwiderstand bei gleicher Funktionsweise geringer als bei einer Z-Diode ist, kann als Referenzspannungs­ quelle eine integrierte Schaltung vorgesehen sein.

Bei einer anderen Lösung der Aufgabe ist der Chip gemäß Oberbegriff derart ausgebildet, dass eines der weiteren elektronischen Bauteile ein Widerstand ist und dass in dem zum Widerstand parallelen Zweig als ein zweites der weiteren elektronischen Bauteile ein mit mindestens drei Anschlüssen versehener Spannungsregler mit dem elektroni­ schen Schaltwerk in Reihe geschaltet ist, wobei der Span­ nungsregler mit zweien seiner Anschlüsse mit den An­ schlüssen des Widerstandes verbunden ist und mit dem ver­ bleibenden Anschluss sowie einem der beiden mit dem Wi­ derstand verbundenen Anschlüssen mit den Anschlüssen des elektronischen Schaltwerkes verbunden ist und dass eine mit der Anordnung, bestehend aus dem elektronischen Schaltwerk, dem Widerstand und dem Spannungsregler in Reihe geschaltete Konstantstromquelle vorgesehen ist. Der Widerstand nimmt sowohl den nicht von dem elektronischen Schaltwerk als auch den nicht vom Spannungsregler zur Lie­ ferung einer nahezu konstanten Spannung verbrauchten Teil des von der Konstantstromquelle zur Verfügung gestellten konstanten Stromes auf. Hierdurch kommt es zu einem Span­ nungsanstieg über dem Widerstand, wobei die ansteigende Spannung durch den parallel geschalteten Spannungsregler reguliert wird. Auf diese Weise sind die elektrischen Werte außerhalb des Chips ebenfalls konstant. Bei dieser Ausführungsform ist der Spannungsregler als Längsregler ausgebildet, da er mit dem elektronischen Schaltwerk in Reihe geschaltet ist.

Vorzugsweise kann das elektronische Schaltwerk program­ mierbar sein und z. B. ein Mikrocontroller, ein program­ mierbares logisches Bauteil (PLD) oder ein Speicherbauteil sein.

Im Folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Chips und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Chips.

In allen Figuren werden für gleiche bzw. gleichartige elektronisches Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwen­ det.

Über eine in Fig. 1 nicht dargestellte Spannungsquelle liegt eine Spannung an einer Konstantstromquelle 1 an. Diese Konstantstromquelle 1 ist in Reihe mit einer als Re­ ferenzspannungsquelle 2 ausgebildeten Z-Diode und einem elektronischen Schaltwerk 3 geschaltet, wobei die Z-Diode und das elektronische Schaltwerk 3 dabei parallel ge­ schaltet sind. Das elektronische Schaltwerk 3 kann bei­ spielsweise als Mikrocontroller, als logischer Baustein oder als Speicherbaustein ausgebildet und programmierbar sein.

Sofern das elektronische Schaltwerk 3 ein Datensignal 4, das vorzugsweise in einem Spannungsübersetzer 5 zunächst erniedrigt wird, erreicht, verbraucht das elektronische Schaltwerk 3 bei der Verschlüsselung des empfangenen Da­ tensignals 4 einen Teil des von der Konstantstromquelle 1 zur Verfügung gestellten Stroms. Der nicht bei der Ver­ schlüsselung des Datensignals 4 benötigte Strom wird durch die dem elektronischen Schaltwerk 3 parallel geschaltete als Referenzspannungsquelle 2 ausgebildete Z-Diode aufgenommen und in eine stromstärkenunabhängige konstante Spannung umgewandelt.

Nach Verschlüsselung des Datensignals 4 wird von dem elek­ tronischen Schaltwerk 3 das verschlüsselte Ausgangssignal 6 an einen weiteren Spannungsübersetzer 7 abgesandt, der dieses verstärkt (Signal 8) weiterleitet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann die Konstantstromquelle 1 sehr klein ausgelegt werden, da diese lediglich die als Referenzspannungsquelle 2 ausgebildete Z-Diode und das elektronische Schaltwerk 3 versorgt, wodurch die Stromver­ bräuche sehr gering sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild ist die Konstantstromquelle 1 in Reihe geschaltet mit einer Anordnung, bestehend aus dem elektronischen Schaltwerk 3, einem Widerstand 9 und einem Spannungsregler 10. Der Wi­ derstand 9 ist parallel zu dem Spannungsregler 10 geschal­ tet. Der Spannungsregler 10 weist dabei drei Anschlüsse auf, wobei er mit zweien seiner Anschlüsse mit den An­ schlüssen des Widerstandes 9 verbunden und mit dem ver­ bleibenden Anschluss sowie einem der beiden mit dem Wi­ derstand (9) verbundenen Anschlüssen mit den Anschlüssen des elektronischen Schaltwerkes 3 verbunden.

Der von dem elektronischen Schaltwerk 3 nicht zur Ver­ schlüsselung des Datensignals 4 in das Ausgangssignal 6 benötigte Strom wird von dem parallel geschalteten Wider­ stand 9 aufgenommen. Hierdurch kommt es zu einem Span­ nungsanstieg über dem Widerstand 9, der durch den Span­ nungsregler 10 wieder reguliert wird.

Claims (7)

1. Chip zur Verschlüsselung von elektronischen Daten mit einem elektronischen Schaltwerk (3), wobei das elektroni­ sche Schaltwerk (3) an einer insbesondere außerhalb des Chips befindlichen Spannungsquelle angeschlossen ist, so­ wie zumindest einem weiteren elektronischen Bauteil, da­ durch gekennzeichnet, dass eine mit dem elektronischen Schaltwerk (3) sowie dem weiteren elektronischen Bauteil in Reihe geschaltete Konstantstromquelle (1) vorgesehen ist und dass das weitere elektronische Bauteil eine paral­ lel zum elektronischen Schaltwerk (3) geschaltete Refe­ renzspannungsquelle (2) ist.

2. Chip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (2) eine Z-Diode ist.

3. Chip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (2) eine integrierte Schaltung ist.

4. Chip zur Verschlüsselung von elektronischen Daten mit einem elektronischen Schaltwerk (3), wobei das elektroni­ sche Schaltwerk (3) an einer insbesondere außerhalb des Chips befindlichen Spannungsquelle angeschlossen ist, so­ wie zumindest einem weiteren elektronischen Bauteil, da­ durch gekennzeichnet, dass eines der weiteren elektroni­ schen Bauteile ein Widerstand (9) ist und dass in dem zum Widerstand (9) parallelen Zweig als ein zweites der wei­ teren elektronischen Bauteile ein mit mindestens drei An­ schlüssen versehener Spannungsregler (10) mit dem elektro­ nischen Schaltwerk (3) in Reihe geschaltet ist, wobei der Spannungsregler (10) mit zweien seiner Anschlüsse mit den Anschlüssen des Widerstandes (9) verbunden ist und mit dem verbleibenden Anschluss sowie einem der beiden mit dem Wi­ derstand (9) verbundenen Anschlüssen mit den Anschlüssen des elektronischen Schaltwerkes (3) verbunden ist und dass eine mit der Anordnung, bestehend aus dem elektronischen Schaltwerk (3), dem Widerstand (9) und dem Spannungsregler (10) in Reihe geschaltete Konstantstromquelle (1) vorgesehen ist.

5. Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das elektronische Schaltwerk (3) pro­ grammierbar ist.

6. Chip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Schaltwerk (3) ein Mikrocontroller ist.

7. Chip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Schaltwerk (3) ein programmierbarer lo­ gischer Baustein (PLD) ist.