DE3432721C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine datenschützende Mikro­ prozessorschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

Die Einführung und weltweite Akzeptanz einiger weniger Standard-Mikroprozessoren für jeweils definierte Lei­ stungsanforderungen resultiert aus der gleichen Interes­ senlage von Herstellern und Abnehmern. Durch die Massen­ fertigung, ermöglicht durch einen breiten Einsatzbereich, sind günstige Preise möglich bei Standardisierung der Hardware und Anwendungsmodifikationen in der Software. Ebenso sind Standardisierungen in der Know-How-Vorberei­ tung und der Modulbereitstellung von Software für wieder­ kehrende Aufgabenstellungen bis hin zu Software-Bibliothe­ ken möglich.

Eine solche Standardisierung hat jedoch Nachteile: Die Entwicklungskosten verlagern sich immer mehr von der Hardware zur Software, die vielfach nicht ausreichend ge­ schützt ist, so daß mit Kauf eines Gerätes mit einem Standard-Mikroprozessor das spezielle Know How weiterge­ geben wird und gegebenenfalls kopiert werden kann. Der Aufwand für die Entwicklung kundenspezifischer Software ist sehr hoch und erfordert in der Regel mehrere hundert­ tausend Mark. Die Know How-Verbreitung beim Einsatz weni­ ger Standard-Mikroprozessoren vergrößert den Personen­ kreis ständig, der in Mikroprozessor-gesteuerten Geräten unerwünschte Manipulationen vornehmen kann. Außerdem sind Lizenzproduktionen, speziell im Ausland, aufgrund der be­ nötigten standardisierten Bauelemente nicht kontrollier­ bar. In jüngster Zeit wurden zur Vermeidung dieser Nach­ teile verschiedene Problemlösungen vorgeschlagen, so z. B. der Zugang zur Software über ein persönliches Paßwort, Vorsehen von internen Monitorprogrammen, die gegebenen­ falls programmierbar sind oder andere Maßnahmen zur Indi­ vidualisierung der Hardware. Diese Vorschläge sind je­ doch in der Regel nicht ausreichend, die Software zu schützen. In einigen Fällen werden sogar die eingangs ge­ schilderten Vorteile des Standard-Mikroprozessors aufge­ hoben.

Es wäre wünschenswert, einen Standard-Mikroprozessor mit Hilfe von internen Schlüsseln und interner Dechiffrierlo­ gik zu modifizieren, um so dem jeweiligen Anwender zu er­ lauben, Programme und hilfsweise auch Daten seines assemb­ liert bzw. compiliert vorliegenden Programmes bzw. auch der Daten im Originalspeichermedium dem Mikroprozessor verschlüsselt anzubieten und dadurch Kopieren der Hardware und Software bzw. eine Manipulation in Mikroprozessor- Schaltungen unmöglich zu machen. Die physikalischen und geometrischen Eigenschaften des Original-Mikroprozessors sollten weitestgehend erhalten bleiben. Ebenso sollte das erworbene Entwicklungs-Know-How mit dem entsprechenden Original-Mikroprozessor nutzbar bleiben. Die dem Original- Mikroprozessor einprägbaren Schlüssel individualisieren dabei die Hardware und Software, wobei alle Standardisie­ rungsmerkmale der Hardware-Schaltungen bzw. der Software- Module beibehalten werden. Eine mit einem solchen daten­ schützenden Mikroprozessor geschützte Schaltung ist in der Original-Hardware ablauffähig, wobei der Original-Mikro­ prozessor durch den datenschützenden Mikroprozessor und das originale Anwenderprogramm bzw. die Anwenderdaten durch die verschlüsselte Entsprechung substituiert werden.

Aus der EP 00 97 621 A1 ist eine daten­ schützende Mikroprozessorschaltung der in Rede stehenden Art bekannt. Zum Schutz von Anwenderprogrammen wird ein modifizierter Standard-Mikroprozessor verwendet, dem eine Dechiffrierschaltung zur Entschlüsselung der verschlüsselt angebotenen Daten hinzugefügt ist. Die Dechiffrierschal­ tung weist einen Schlüsselspeicher für die verschlüsselt angebotenen Daten auf, der mehrere Schlüssel für die De­ chiffrierung enthält und der für die verschlüsselt angebo­ tenen Daten selektiv zur Entschlüsselung aktivierbar ist. Die Dechiffrierschaltung ist in den Datenbus zwischen Spei­ cher und Mikroprozessor geschaltet, wobei die Ver- und Ent­ schlüsselung so erfolgt, daß die Positionen der einzelnen Datenleitungen zwischen Speicher und Mikroprozessor plan­ mäßig vertauscht werden. Diese Vertauschung erfolgt demnach nach Art eines anwählbaren Kreuzschienenvertei­ lers. Durch die Vertauschung der Positionen der einzelnen Bits innerhalb eines Bytes erscheinen sowohl in dem ver­ schlüsselten als auch in dem entschlüsselten Datenwort im­ mer die gleiche Anzahl von EINSEN und NULLEN. Außerdem mel­ det der Mikroprozessor über den Adreßbus dem Programm- und Arbeitsspeicher Rückinformationen, so z. B. Zwischener­ gebnisse bei sogenannten JUMP-Befehlen. Aus dem anschlie­ ßend verschlüsselt aus dem Programm- und Arbeitsspeicher ausgesendeten Daten können Rückschlüsse auf die tatsächli­ chen Daten und damit auch auf die Verschlüsselungsmethode gezogen werden. Trotz mehrerer Verschlüsselungsmöglichkei­ ten, die adreßabhängig angeboten werden, erhält ein Fach­ mann, der die Mikroprozessorschaltung hinsichtlich der Software kopieren will, eine Vielzahl von Informationen, die die Entschlüsselung erleichtern.

Aus der EP 00 08 033 B1 ist eine Mikropro­ zessorschaltung bekannt, der im wesentlichen sämtliche Daten aus einem externen Arbeitsspeicher verschlüsselt an­ geboten werden. Diese Mikroprozessorschaltung verwendet je­ doch keinen Standard-Mikroprozessor, sondern eine Sonderan­ fertigung. Bei dieser Mikroprozessorschaltung wird je nach dem Anwenderprogramm ein zugeordneter Schlüssel in die Mikroprozessorschaltung geladen. Dieser Schlüssel wird nur während der Abarbeitung des Programmes in den Mikroprozes­ sor eingespeist und nach Abarbeitung des Programms aus der Mikroprozessorschaltung herausgebracht. Dementsprechend kann bei dieser Mikroprozessorschaltung mit verschiedenen Schlüsseln gearbeitet werden, die jeweils auf das Anwender­ programm abgestellt sind. Die Modifizierung der einzelnen Schlüssel erfolgt z. B. abhängig von der Adresse.

Diese bekannte Mikroprozessorschaltung arbeitet nach glei­ chen Verfahren wie das Chiffrieren von Programmen. Ein ge­ wisser Datenschutz wird durch die zeitliche Verzögerung zwischen Ein- und Ausgabe der Programmteile erreicht. Die bearbeiteten und entschlüsselten Programmteile werden bei dieser bekannten Mikroprozessorschaltung in einer Queue- Serie gespeichert und aus dieser seriell abgerufen.

Aus der DE-OS 33 21 910 ist eine Mikroprozessorschaltung zum Schutz von Anwenderprogrammen beschrieben, die aus einem Standard-Mikroprozessor und einer Dechiffrierschal­ tung zur Entschlüsselung der verschlüsselt angebotenen Da­ ten besteht. In der Dechiffrierschaltung ist ein Schlüssel­ speicher vorgesehen, der durch die verschlüsselt angebote­ nen Daten selbst, insbesondere die Befehlsabrufdaten, selektiv zur Entschlüsselung aktivierbar ist. Gemäß diesem Vorschlag werden bevorzugt nur die Befehls- oder Opera­ tionssignale, die sogenanten op-codes, verschlüsselt, da hierdurch das Programm relativ sicher gegen eine Verschlüs­ selungsanalyse gemacht werden kann. Innerhalb eines Pro­ grammablaufs werden zwar nur wenige Programmteile verschlüsselt, jedoch sind die unverschlüsselt behandelten Programmteile ohne Kenntnis der wenigen verschlüsselten Operationsteile für eine Entschlüsselungsanalyse wert­ los. Allerdings kann aus gewissen Folgen oder Wiederholun­ gen unverschlüsselter Daten auf zugehörige Befehlsdaten rückgeschlossen werden, so daß zumindest ein Teileinstieg in das verschlüsselte Programm möglich ist. Bei der bekann­ ten Mikroprozessorschaltung wird daher angestrebt, den Schlüssel für das Anwenderprogramm selbst zu verschlüs­ seln, z. B. durch Privatschlüssel. Anhand dieser Privat­ schlüssel wird in der Mikroprozessorschaltung in einem Ar­ beitsspeicher eine Speichertabelle aufgebaut, in der dann die extern verschlüsselten Operationscodes entschlüsselt vorliegen. Durch eine Ansteuerschaltung werden lediglich bei Vorliegen von derartigen Operationscodes die verschlüs­ selt angebotenen Daten entschlüsselt und im Mikroprozessor bearbeitet. Trotz der mehreren Schlüssel sind jedoch die Verschlüsselungsmöglichkeit auch bei dieser Mikroprozessor­ schaltung begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikroprozes­ sorschaltung der in Rede stehenden Art anzugeben, wobei zum Schutz von Anwenderprogrammen die Verschlüsselungsmög­ lichkeiten bei gleichzeitig geringerem Speicherbedarf er­ höht werden sollen und das Zeitverhalten des verwendeten Mikroprozessors unverändert bleibt.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkma­ le gelöst.

Demgemäß sind bei einer Mikroprozessorschaltung gemäß der Erfindung ebenfalls in einem Schlüsselspeicher mehrere Schlüssel für die Dechiffrierung enthalten, wobei jedoch eine Ansteuerschaltung vorgesehen ist, die selber als Vor­ schlüsselschaltung ausgebildet ist. Diese Vorschlüssel­ schaltung wird durch Befehlsabrufsignale, die sogenannten op-code-fetches des Mikroprozessors aktiviert. Außerdem sind der Vorschlüsselschaltung neben dem Befehlsabrufsi­ gnal weitere, nicht mit den verschlüsselt angebotenen Daten übereinstimmende Daten zuführbar, die in der Vorschlüssel­ schaltung miteinander kombinierbar sind. Entsprechend der Kombination wird dann in dem Schlüsselspeicher ein defi­ nierter Schlüssel angewählt.

Diese Kombination eines Schlüsselspeichers mit einer selbst als Vorschlüsselschaltung ausgebildeten Ansteuer­ schaltung ermöglicht eine Vielzahl von Kombinationen der Ver- und Entschlüsselung, und dieses bei relativ geringem Speicherbedarf. Die auf diese Weise möglichen zahlreichen Schlüssel brauchen selbst nicht sämtlich gespeichert zu werden, sondern ergeben sich durch die Kombination aus Schlüssel und Vorschlüssel. Zur Anwahl eines bestimmten Vorschlüssels kann z. B. ein Zähler vorgesehen sein, dem ent­ sprechend interne oder externe Daten zuführbar sind. Eben­ so können zur Bildung des Vorschlüssels weitere Mikropro­ zessor-interne Daten vorgesehen sein, z. B. Datenwörter wie Adressen selbst. Ebenso ist eine externe Ansteuerung des Vorschlüssels möglich.

Vorzugsweise werden nur die op-codes der Befehle, die mit dem Befehlsabrufsignal bereitgestellt werden, nach einem freien Substitutionscode verschlüsselt und entsprechend de­ chiffriert. Die übrigen Daten können dann unverschlüsselt vorliegen. Die Anzahl der möglichen Verschlüsselungen er­ gibt sich durch eine Permutation der Speicherplätze des Mikroprozessors, bei herkömmlichen Mikroprozessoren mit 256 Speicherplätzen demnach 256!. Der freie Substitutions­ code wird vorzugsweise so gewählt, daß die Eingangs- und Ausgangsdaten der Dechiffrierschaltung nicht die gleiche Anzahl von EINSEN und NULLEN in den Datenwörtern aufwei­ sen. Aufgrund der angegebenen Kombination des Schlüssel­ speichers mit einer Vorschlüsselschaltung als Ansteuer­ schaltung brauchen nicht sämtliche Substitutionstabellen der verwendeten Schlüssel in der Dechiffrierschaltung zur Verfügung gestellt werden. Vielmehr ist es möglich, aus den Substitutionstabellen entsprechende Bereiche auszuwäh­ len, wobei trotz der gleichen Anzahl von verwendeten Schlüsseln die Speicherkapazität und damit auch die Hard­ ware-Ausführung der Dechiffrierschaltung verkleinert wer­ den kann.

Eine Mikroprozessorschaltung gemäß der Erfindung kann in Hybridtechnik ausgeführt werden. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil, daß die Schaltung auch gegen sogenannte harte Angriffe gesichert werden kann, bei denen versucht wird, den mechanischen Aufbau der Mikroprozessorschaltung direkt zu kopieren.

Die Schlüssel können jedoch auch direkt in das Mikropro­ gramm des Mikroprozessors eingeschrieben werden, so daß ein monolithischer Chip geschaffen wird, der praktisch nicht kopierbar ist. Auch wenn dann z. B. das verschlüssel­ te Programm aus dem Programmspeicher kopiert wird, ist es nicht möglich, dieses Programm mit einem herkömmlichen Mikroprozessor zu betreiben.

Eine Mikroprozessorschaltung gemäß der Erfindung ist dem­ nach durch Individualisierung der Hardware und Verschlüs­ seln der Software wirksam geschützt.

Außerdem bleibt auch das Zeitverhalten der Mikroprozessor­ schaltung unverändert gegenüber demjenigen eines herkömmli­ chen Standard-Mikroprozessors, so daß Standard-Mikroprozes­ soren in Datenverarbeitungsanlagen ohne weiteres gegen Mikroprozessorschaltungen gemäß der Erfindung ausgetauscht werden können.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unter­ ansprüchen hervor. Die Erfindung ist in zwei Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Mikroprozessorschaltung gemäß der Erfindung in Hybridtechnik;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Mikroprozessorschaltung gemäß der Erfindung in monolithischem Aufbau.

Eine Mikroprozessorschaltung 1 weist als Kernstück einen Standard-Mikroprozessor 2 auf, z. B. einen Mikroprozessor Z 80, der über einen internen Datenbus 3-i, einen externen Datenbus 3-a, beides 8-Bit-Datenleitungen, ferner über einen Adreßbus 4 und Steuerleitungen 5 mit Daten arbei­ tet. Die Mikroprozessorschaltung 1 arbeitet mit einem externen Programm- und Arbeitsspeicher 6, der aus einem Festwertspeicher ROM, in dem die Programmdaten enthalten sind, und einem Arbeitsspeicher RAM zur Speicherung von Zwischenergebnissen und dergleichen zusammengesetzt ist, sowie mit weiteren Peripheriebauelementen 7 zusammen. Externer und interner Datenbus 3-a bzw. 3-i sind über einen ansteuerbaren Schlüsselspeicher 8 miteinander verkop­ pelt. Für den Schlüsselspeicher ist ein hier noch intern gestrichelt gezeichneter Bypass 3-b vorgesehen, der die Daten auf dem Datenbus 1 : 1 durchläßt, sofern der Schlüssel­ speicher nicht angesteuert ist, und dieses auch im reinen Lese- und Schreibbetrieb zum Mikroprozessor und vom Mikro­ prozessor weg tut.

Der Schlüsselspeicher, der auch als Logikschaltung aufge­ baut sein kann, wird durch das op-code-fetch-Signal akti­ viert, das ein Signal der Steuerleitungen ist bzw. aus den Signalen der Steuerleitungen entwickelt werden kann. Die­ ses op-code-fetch-Signal zeigt an, daß der Mikroprozessor 2 einen Operationsbefehl anfordert, z. B. JUMP, ADDIEREN, etc. . . .

Für den Schlüsselspeicher 8 ist eine Ansteuerschaltung 9 vorgesehen, die als Vorschlüsselschaltung ausgebildet ist. In dem Programmspeicher ROM sind die den op-code-fetch-Signalen zugeordneten Operationsbefehle für den Mikroprozessor ver­ schlüsselt abgelegt. Zur Darstellung der Operationsbefehle werden meist hexadezimale Zahlen (Hex-Zahlen) aus dem 16 "Ziffern" 0, 1, 2, . . ., 9, A, B, . . ., F verwendet, so daß ein Byte durch zwei Hexziffern angegeben wird. Die Hexzahl F 2 entspricht der Bitfolge 11110010. Die Befehlsta­ belle eines 8-Bit-Mikroprozessors beinhaltet demnach maxi­ mal 16 × 16 = 256 Bytes, in Hexschreibweise die Bytes 00, 01, . . ., FF, sofern der Mikroprozessor auf 1-Byte-Opera­ tionsbefehle beschränkt ist. Sind Mehr-Byte-Operationsbe­ fehle vorgesehen, die durch op-code-fetch-Signale repräsentiert werden, multipliziert sich die Anzahl der zur Verfügung stehenden Befehle in der Befehlstabelle entsprechend. Jede Be­ fehlstabelle kann zur Verschlüsselung entsprechend der Kom­ binationsrechnung in eine andere permutierte Befehlstabelle überführt werden. Eine derartige Permutation ist z. B. die, daß die Hexziffern 0 bis 7 durch die Hexziffern 8-F und die Hexziffern 8-F durch die Hexziffern 0-7 ersetzt werden. Insgesamt sind hier bei jeder Befehlstabelle 256! Permutationen möglich. Jeder dieser Permutationen ist eine Befehlstabelle zugeordnet, die eine bestimmte Schlüsselnum­ mer erhalten kann. Der verwendete Schlüssel dient zur Ver­ schlüsselung der durch op-code-fetch-Signale repräsentierten Operationsbefehle des Anwenderprogramms. Die Ansteuer­ schaltung 9 sorgt dafür, daß bei Abruf der einzelnen ver­ schlüsselten Operationsbefehle diese für den Mikroprozes­ sor entschlüsselt werden. Die Entschlüsselung erfolgt nur dann, wenn das Befehlsabrufsignal (op-code-fetch) anliegt.

Bei der Schlüsselsteuerung durch das op-code-fetch-Signal alleine kann nur einer der 256! Schlüssel für den gesamten Adreß­ raum des Anwenderprogramms wirken, wenn nicht nach jedem op-code-fetch-Signal auf einen anderen Schlüssel umgeschaltet wird. Die Anzahl der verwendeten Schlüssel kann jedoch durch verschiedene zusätzliche Kriterien vervielfacht wer­ den. Hierzu ist die Ansteuer- bzw. Vorschlüsselschaltung 9 vorgesehen. Die Ansteuerschaltung 9 wird durch das op- code-fetch-Signal über eine von dem Steuerbus 5 abzweigende Steuerschaltung 10 aktiviert und aktiviert dann ihrerseits den Schlüsselspeicher 8. Ein weiterer Steuereingang der An­ steuerschaltung 9 ist mit dem Ausgang eines n-stelligen Zählers 11 verbunden, dessen Eingang ebenfalls von der op- code-fetch-Leitung 10 beaufschlagt wird. Diese Zuführung des op-code-fetch-Signals zusätzlich über den n-stelligen Zähler 11 ermöglicht die Umschaltung des verwendeten Schlüssels bei Mehr-Byte-Operationsbefehlen. Ein weiterer Steuerein­ gang der Ansteuerschaltung 9 ist mit einer Abzweigung 12 von dem Adreßbus 4 verbunden. Der Ansteuerschaltung wird die jeweils anliegende Adresse bzw. ein Teil dieser Adres­ se über diese Abzweigung 12 zugeführt. Außerdem wird einem weiteren Steuereingang der Ansteuerschaltung 9 über eine Abzweigung 13 von dem internen Datenbus 3-i das gerade an­ hängige Datenwort bzw. ein Teil dieses Datenwortes zuge­ führt. Die Leitung 13 kann noch - in Fig. 1 gestrichelt dargestellt - mit dem Eingang des Zählers 11 verbunden wer­ den, um gegebenenfalls eine Schlüsselumschaltung in Abhän­ gigkeit weiterer Daten, wie befehlsergänzenen Daten, Ta­ bellendaten usw. zu ermöglichen. Außerdem kann über einen zusätzlichen externen Ausgang 14 noch ein externes Krite­ rium einem weiteren Steuereingang der Ansteuerschaltung 9 zugeführt werden. Die der Ansteuerschaltung 9 zugeführten Steuersignale werden bei Anliegen eines op-code-fetch-Signals an der Leitung 10 miteinander verknüpft. Durch diese Verknüp­ fung wird der jeweilige Schlüssel bestimmt, der für die Entschlüsselung des Programmoperationsbefehls notwendig ist.

Es ist nicht notwendig, im Schlüsselspeicher 8 sämtliche durch diese Verknüpfung möglichen permutierten Befehls­ substitutionstabellen zur Verfügung zu stellen. Durch Zu­ führung eines Teiles der Operationsbefehle über die Daten­ abzweigung 13 zur Ansteuerschaltung 9 brauchen nur Teilbe­ reiche der verwendbaren Schlüssel im Schlüsselspeicher 8 vorgesehen werden. Die Anzahl der tatsächlich verwendeten Schlüssel bleibt hierbei gleich, hingegen ist eine Schlüs­ seloptimierung möglich. Schlüsselspeicher 8 und Ansteuer­ schaltung 9 bilden gemeinsam die Dechiffrierschaltung.

Die Ver- und Entschlüsselung erfolgt entsprechend der Hard­ ware des Original-Mikroprozessors nach folgenden Kriterien:

• a) Op-code eines Befehles, d. h. derjenige Befehlsteil, der den Befehl definiert und der mit einem Befehlsabrufsi­ gnal, dem sogenannten op-code-fetch abgerufen wird;
• b) Datenanteil eines Befehls;
• c) Datenanteil eines Programmes, z. B. die Tabellen;
• d) Datenverarbeitungsbereiche eines Programmes, die im Be­ reich des Arbeitsspeichers RAM abgelegt sind.

Die Schlüssel/Vorschlüssel-Dechiffrierschaltung erkennt diese Kriterien und bearbeitet die Daten separat mit zuge­ ordneten individuellen Schlüsseln, z. B. den Schlüsseln A, B, C bzw. D.

Um die Anzahl der verfügbaren Schlüssel multiplikativ zu erhöhen, stehen weiter folgende Kriterien des Anwenderpro­ grammes zur Verfügung:

• 1. Das Datenwort selbst;
• 2. die Adresse, auf welcher das Datenwort appliziert wird;
• 3. die Ordnungszahl des Datenwortes bei Mehrfachzugriffen zusammenhängender Daten;
• 4. extern zugeführte individuelle Hard- oder Software-Kri­ terien.

Auf diese Weise werden z. B. die Schlüssel A-1, A-2, . . ., A-n, B-1, B-2, . . ., B-n, . . ., D-n definiert. Hiermit sind viele eindeutigen Kriterien zuzuordnende Schlüssel möglich. Vorzugsweise werden nur die op-codes der Befehle, die mit dem op-code-fetch abgerufen werden, nach einem freien Substitutionscode verschlüsselt und entsprechend de­ chiffriert. Die übrigen Daten können unverschlüsselt vor­ liegen. Zur Verschlüsselung und Entschlüsselung werden die oben angegebenen Kriterien herangezogen.

Die Vorschlüssel/Schlüsseltechnik, die an den obengenann­ ten Kriterien ausgerichtet ist, erlaubt eine Optimierung der zusätzlich im Mikroprozessor benötigten Hardware.

Werden z. B. zwei Adreßleitungen A 0 und A 1 als Schlüssel­ multiplikator im obigen Sinne verwendet, so wären dadurch jeweils vier Schlüssel angesprochen. Der angesprochene Schlüssel ist durch die Ordinalzahlen 1 bis 4 der Adres­ senstellen des angebotenen verschlüsselten Datums fixiert. Wird zusätzlich das Kriterium: Ordinalzahl der Stellen des Datenwortes verwendet, wobei ein Zweistufenzähler mit vier Stellen untergestellt ist, ergeben sich bereits 16 ver­ schiedene Schlüsselmöglichkeiten.

Es kann nun der Schlüsselbedarf optimiert werden, indem beispielsweise nur vier Schlüssel X 1 bis X 4 eingegeben werden. Dabei beeinflußt das zweite Kriterium (Ordinalzahl des Datenwortes) die stringent zugeordnete Ordinalzahl des ersten Kriteriums, d. h. der Adresse. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich für die vier durch Adreßzuordnung eindeutig fixierten Schlüssel X 1 bis X 4 durch Verwendung des zusätzlichen Kriteriums Ordinalzahl des Datenwortes 4! = 24 Ordnungsschemata für die Schlüsselfolge, d. h. die Schlüsselfolgen X 1-X 2-X 3-X 4; X 2-X 4-X 3-X 1; . . . usw. Die eindeutige Zuordnung der Schlüsselfolge durch das Adreßkriterium wird damit aufgehoben. Wenn ansonsten durch die Multiplikation der zur Verfügung stehenden Schlüssel entsprechend der Kriterien Adreßabhängigkeit und Datenwortabhängigkeit 16 Schlüssel zumindest teilweise tabellarisch gespeichert werden müßten, so brauchen durch die Aufhebung der eindeutigen Zuordnung nur vier Schlüs­ sel wiederum zumindest nur teilweise zur Verfügung ge­ stellt zu werden. Der Hardware-Bedarf von 12 Zusatzschlüs­ seln ist durch Wegfall der eindeutigen Zuordnungsmöglich­ keiten kryptografisch kompensiert.

Es gibt ferner eine einfache Möglichkeit, bei Verwendung von Substitutionstabellen als Schlüssel diese unregelmä­ ßig zu gestalten: Mikroprozessoren nutzen nämlich im all­ gemeinen nicht den gesamten zur Verfügung stehenden Raum des Mikroprozessors für Operationsbefehle, so daß von vor­ neherein einige Komponenten leer sind. Außerdem werden in vielen Programmen nicht alle durch den Mikroprozessor möglichen Operationsbefehle ausgenutzt. Diese nicht ge­ nutzten Kombinationen innerhalb des Mikroprozessors bzw. des Anwenderprogrammes können als Löcher bezeichnet wer­ den. Derartige Löcher können innerhalb der Substitutions­ tabelle mehrfach belegt werden. Dem verwendeten Schlüs­ sel liegt dann keine echte Permutation sämtlicher Opera­ tionsbefehle zugrunde, sondern eine Permutation mit Mehr­ fachbelegungen, wodurch die Entschlüsselung weiterhin er­ schwert wird.

Damit ist der jeweils angesprochene Schlüssel nach dem individuellen Anwenderprogramm optimierbar.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltdiagramm für eine nach dem gleichen Prinzip arbeitende, jedoch monolithisch aufgebau­ te Schaltung dargestellt, die eine Standard-Mikroprozessor­ zelle 1′ verwendet. Der Mikroprozessor 1′ kommuniziert über einen externen Datenbus 3′-a, einen Adreßbus 4′ und einen Steuerbus 5′ mit seiner Peripherie. Über den unidi­ rektionalen Adreßbus 4′ bestimmt der Mikroprozessor den zu aktivierenden Teil der Peripherie. Über den bidirektio­ nalen externen Datenbus 3′-a werden Daten ausgetauscht. Da­ bei liefert der Steuerbus 5′ die notwendigen Steuerinforma­ tionen, z. B. die Richtung des beabsichtigten Datenflußes.

Der externe Datenbus 3′-a ist über ein Datenbus-Interface 21 mit dem internen Datenbus 3′-i verbunden. Der interne Datenbus 3′-i dient zum Informationsaustausch zwischen dem Datenbus-Interface und einem Arbeitsregister-Array 22 in beiden Richtungen, ferner zum Informationsaustausch zwi­ schen diesem Arbeitsregister-Array 22 und einer internen Rechen- und Logikschaltung (ALU) 23 sowie zum Informations­ austausch zwischen externen Datenbus 3′-a und einem inter­ nen Befehlsregister 24. Der Ausgang des Befehlsregisters 24 ist mit einem Befehlsdecodierer 25 verbunden, der seine Informationen an eine Ablaufsteuerung 26 der zentralen Pro­ zessoreinheit (CPU) liefert.

Der Schlüsselspeicher bzw. die Schlüssellogik 8′ ist im in­ ternen Datenbus 3′-i vorgesehen. Angesteuert wird der Schlüsselspeicher 8′ von einer internen Ansteuerschaltung 9′, die als Steuergrößen für die Schlüsselumschaltung vom Adreßbus 4′ über eine Abzweigung 12′, von einem Zähler 11′ für den op-code-fetch, über einen externen zusätzlichen Anschluß 14′ und eine Datenleitungsabzweigung 13′ Eingangs­ signale erhält, die bei Vorliegen eines von der CPU-Ablauf­ steuerung 26 über eine Leitung 10′ abgezweigten op-code- fetch-Signales aktiviert wird und dann ihrerseits den Schlüsselspeicher 8′ einschaltet.

Die Arbeitsweise dieses Mikroprozessors bei der Dechiffrie­ rung der verschlüsselt angebotenen Programmdaten ist iden­ tisch wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt.

Als Variante der in Fig. 2 gezeigten Version kann das Be­ fehlsregister 24 selbst als Schlüsselspeicher ausgeführt werden.

Claims (7)

1. Datenschützende Mikroprozessorschaltung zum Schutz eines in einem externen Speicher verschlüsselt vorlie­ genden Anwenderprogrammes, mit einem Standard-Mikropro­ zessor und einer Dechiffrierschaltung zur Entschlüsse­ lung der verschlüsselt angebotenen Daten, wobei die De­ chiffrierschaltung einen Schlüsselspeicher für die ver­ schlüsselt angebotenen Daten aufweist, der mehrere Schlüssel für die Dechiffrierung enthält, und der für die verschlüsselt angebotenen Daten selektiv zur Ent­ schlüsselung aktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ansteuerschaltung (9) für den Schlüsselspei­ cher (8) vorgesehen ist, die als Vorschlüsselschaltung ausgebildet ist, daß die Vorschlüsselschaltung (9) durch ein Befehlsabrufsignal (op-code-fetch) des Mikro­ prozessors aktiviert wird, daß der Vorschlüsselschal­ tung (9) neben dem Befehlsabrufsignal weitere, nicht mit den verschlüsselt angebotenen Daten übereinstimmen­ de Daten zuführbar sind, die in der Vorschlüsselschal­ tung (9) miteinander kombinierbar sind, und daß entspre­ chend der Kombination ein definierter Schlüssel in dem Schlüsselspeicher (8) angewählt wird.

2. Mikroprozessorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorschlüsselschaltung (9) eingangssei­ tig mit einem Zähler (11) verbunden ist, dem zur Bil­ dung des Vorschlüssels vorgesehene Daten zuführbar sind.

3. Mikroprozessorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eingang des Zählers (11) zusätzlich über eine Abzweigung (13) mit Leitungen eines internen Datenbus (3-i) der Mikroprozessorschaltung (l) verbun­ den ist.

4. Mikroprozessorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschlüssel­ schaltung (9) über eine Abzweigung (12) zumindest mit Teilen eines internen Adreßbus (4) verbunden ist.

5. Mikroprozessorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschlüssel­ schaltung (9) über eine Abzweigung (13) zumindest mit einem Teil eines internen Datenbus (3-i) verbunden ist.

6. Mikroprozessorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschlüssel­ schaltung (9) einen externen Steuereingang (14) aufweist.

7. Mikroprozessorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüsselspeicher (8) Schlüssel lediglich für die während des Befehlsabrufsignals angeforderten Opera­ tionsbefehlsteile aufweist.