DE69827771T2

DE69827771T2 - Verfahren zur echtheitsüberprüfung einer elektrischen schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE69827771T2
Application number: DE69827771T
Authority: DE
Inventors: Stefan Philipp
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: EP0954822A1; EP0954822B1; WO1999012121A1; JP4073971B2; US6766452B1; DE69827771D1; DE19737693A1; JP2001505313A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Unverfälschtheit einer digitalen elektrischen Schaltung, insbesondere einer integrierten Schaltung, mit einem Datenaustausch zwischen der elektrischen Schaltung und einem externen Gerät.
Aus US 4766516 ist ein Sicherheitssystem für IC-Schaltungen bekannt, das wenigstens ein zusätzliches Schaltungselement aufweist, das nicht zu der IC-Schaltungsfunktion beiträgt. Diese zusätzliche Schaltungselement verbietet ein richtiges Funktionieren der IC im Falle eines versuchten Kopiervorgangs oder einer anderen nicht autorisierten Benutzung.
US 4.904.851 beschreibt ein System, bei welchem zwischen einem externen Gerät, beispielsweise einem Kartenterminal, und einem elektrischen Schaltkreis, beispielsweise in einer Karte mit einem IC, ein Datenaustausch stattfindet, welcher dazu dient, festzustellen, ob der Inhaber der elektrischen Karte befugt ist, über das Terminal Handlungen vorzunehmen. Bei diesem bekannten System wird eine Zufallszahl von dem Terminal zu der Karte übertragen, die dort einer bestimmten Funktion, die vorher festgelegt ist, unterzogen wird. Die gleiche Zahl wird auch in dem Terminal der gleichen Funktion unterzogen. Die Ergebnisse werden verglichen und nur bei Identität der Ergebnisse wird dem Karteninhaber die Befugnis gegeben. Bei derartigen Systemen wird also die in der Karte vorgesehene elektrische Schaltung dazu eingesetzt, eine vorbestimmte Funktion auszuführen, die die Authentizität der Karte nachweisen soll.
Es ist ferner bekannt, bei der Fertigung von elektrischen Schaltungen, die aus einer Fülle von einzelnen Schaltkreisen bestehen, diese Schaltkreise abweichend von ihrer normalen Funktion in eine Reihenschaltung zu bringen. Diese Reihenschaltung wird bei der Fertigung dazu eingesetzt, die vollständige und richtige Funktion der Schaltkreise in der elektrischen Schaltung zu überprüfen.
Bei Systemen, wie sie beispielsweise aus der US 4.904.851 bekannt sind, besteht das Problem, dass es Nachbauten der auf der Karte vorgesehenen elektrischen Schaltung gibt, welche die gleiche Funktion ausführen, so dass das externe Gerät, in diesem Falle das Terminal, dem Karteninhaber die Befugnis zuerkennt, obwohl dieser die Befugnis nicht hat, da es sich bei der elektrischen Schaltung auf der Karte nur um einen Nachbau handelt. Dieser Nachbau erfüllt zwar die Funktion, d.h. er unterwirft die ihm zugeführte Zufallszahl mit der richtigen Funktion und liefert somit das richtige Ergebnis, ist tatsächlich jedoch nicht befugt das Terminal zu benutzen, da es sich nur um einen Nachbau, d.h. eine Fälschung der Karte handelt.
Deswegen ist es u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, wobei mit Hilfe dieses Verfahrens derartige gefälschte Karten, die in ihrer Normalfunktion diejenigen Funktionen ausführen, die eine echte Karte ausführen würde, auf ihre Unverfälschtheit überprüft werden können, d.h. gegebenenfalls gefälschte Karten festzustellen, auch wenn sie in ihrer Normalfunktion die richtigen Funktionen ausführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine von dem normalen Einsatzzweck der Schaltung, für den diese vorgesehen ist, abweichende Verknüpfung wenigstens einiger schaltungstechnischer Elemente der elektrischen Schaltung vorgenommen wird, dass ein von dem externen Gerät erzeugter und zu der elektrischen Schaltung übertragener digitaler Zufallswert innerhalb dieser durch die verknüpften Elemente modifiziert wird und an das externe Gerät übertragen wird, dass das externe Gerät den modifizierten Wert mit einem Prüfwert vergleicht, der dem zu der elektrischen Schaltung übertragenen Zufallswert zugeordnet ist, und dass eine Unverfälschtheit der elektrischen Schaltung nur dann erkannt wird, wenn der modifizierte Wert und der Prüfwert übereinstimmen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird abweichend von der normalen Funktion der elektrischen Schaltung eine Verknüpfung wenigstens einiger der schaltungstechnischen Elemente vorgenommen. Dieser Verknüpfung können auch weitere, z.B. rein funktionale Elemente, unterworfen werden. Wesentlich ist, dass die Verknüpfung von der Standard-Funktion der Schaltung abweicht und darauf gerichtet ist, einen von außen zugeführten Zufallswert zu verändern. Dabei geht in die Veränderung der Aufbau der elektrischen Schaltung bzw. der schaltungstechnischen Elemente ein. D.h. die Art der Veränderung des Zufallswertes hängt von dem Aufbau der Schaltung ab. Es wird also zusätzlich zu der normalen Funktion der Schaltung, die einen von außen zugeführten Zufallswert einer bestimmten Funktion unterwerfen kann, eine weitere Prüfung vorgenommen, die darauf gerichtet ist, festzustellen, ob die Karte wie eine echte Karte aufgebaut ist oder ob sie ggf. andere schaltungstechnische Elemente oder anders aufgebaute Schaltkreise aufweist, die dazu führen, dass ein von außen zugeführter Zufallswert, der durch die Verknüpfung der schaltungstechnischen Elemente verändert wird, in anderer Weise verändert wird als dies bei einer echten und unverfälschten Karte der Fall wäre.
Der durch die verknüpften Elemente modifizierte Zufallswert wird an das externe Gerät rückübertragen, das den Wert mit einem Prüfwert vergleicht, der in dem externen Gerät abgespeichert ist und der dem Zufallswert zugeordnet ist, der zuvor von dem externen Gerät an die elektrische Schaltung übertragen wurde. Nur wenn diese Werte übereinstimmen kann davon ausgegangen werden, dass die Karte unverfälscht und echt ist.
Abhängig davon, wie viele schaltungstechnische oder weitere Elemente in die Verknüpfung einbezogen werden, kann die Sicherheit dieser Prüfung auf Unverfälschtheit beeinflusst werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden elektrische Schaltungen, die nachgebaut sind und die in ihrer Normalfunktion ordnungsgemäß arbeiten, dennoch erkannt, wenn sie einen anderen hardwaremäßigen und funktionellen Aufbau aufweisen. Damit werden Nachbauten erkannt, die mit den Originalen nicht völlig identisch sind, was für fast alle Nachbauten gilt.
Die Erfindung kann vorteilhaft beispielsweise für Sicherheitsfunktionen für Smart Card ICs, für Chip Identifikationen und allgemein als Echtheitsüberprüfung eingesetzt werden.
Der gleiche Effekt tritt dadurch ein, dass, wie gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, eine hinreichende Anzahl von schaltungstechnischen und logischen Elementen der elektrischen Schaltung in die Verknüpfung einbezogen wird, so dass der modifizierte Wert ein eindeutiges Unverfälschtheitsmerkmal darstellt.
Die schaltungstechnischen Elemente und auch die logischen Elemente können auf vorteilhafte Weise seriell verknüpft werden, wie in Anspruch 3 beansprucht, oder wie in Anspruch 4, verknüpft in einem Exklusiv-Oder-Vorgang.
Der gleiche Vorteil wird erreicht durch die Ausführungsform, wie diese in Anspruch 6 beansprucht wird, und zwar dadurch, dass eine Anzahl Zufallsnummern verwendet werden und dass die modifizierten Werte, die von diesen Zufallsnummern erzeugt werden, miteinander verglichen werden, wobei ein zufälliges richtiges Ergebnis als falsch erkannt werden kann, weil die anderen Überprüfungen falsche modifizierte Werte ergeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung und eines externen Gerätes mit dem erfindungsgemäßen Datenaustausch zwischen diesen und
2 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung und der in ihr für das erfindungsgemäße Verfahren vorgenommenen Verknüpfung.
In 1 ist eine elektrische Schaltung 1 symbolisch angedeutet, welche beispielsweise auf einem integrierten Schaltkreis aufgebaut sein kann und sich in einer Karte befinden kann.
Es ist ferner ein externes Gerät 2 angedeutet, bei dem es sich beispielsweise um einen Kartenleser bzw. ein Kartenterminal handeln kann. Die elektrische Schaltung 1 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, seinem Inhaber zu gestatten, über das externe Gerät 2 auf in diesem vorgesehene Funktionen zuzugreifen.
Außer den nach dem Stande der Technik bekannten Verfahren, bei denen die externe Schaltung eine vorgewählte Funktion ausführt, soll durch das erfindungsgemäße Verfahren auch festgestellt werden, ob der Aufbau der elektrischen Schaltung 1 unverfälscht ist und es sich somit nicht um einen nicht authentischen Nachbau handelt.
Dazu wird innerhalb des elektrischen Gerätes 1 eine Verknüpfung möglichst vieler schaltungstechnischer Elemente, die in diesem vorgesehen sind, vorgenommen. Diese Verknüpfung weicht ab von der normalen Verschaltung dieser Elemente im Normalbetrieb der Schaltung. Dieser Verknüpfung können vorteilhaft neben den schaltungstechnischen Elementen auch funktionale Elemente unterworfen werden. Entscheidend für die Verknüpfung ist, dass sie funktionswesentliche Elemente einbezieht und eine von dem Normalbetrieb der elektrischen Schaltung abweichende Verknüpfung darstellt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von dem externen Gerät 2 ein Zufallswert an das elektrische Gerät 1 übertragen, was in der 1 durch den Pfeil 3 symbolisiert ist. Innerhalb des elektrischen Gerätes 1 kann dieser Zufallswert ggf. in einem Speicher 5 zwischengespeichert werden. Dieser Zufallswert wird nachfolgend der von dem Normalbetrieb abweichenden Verknüpfung, die in der 1 durch einen Schaltungsblock 6 symbolisiert ist, zugeführt. Durch die in der Verknüpfung enthaltenen Elemente wird dieser Zufallswert verändert. Dabei handelt es sich um eine für die Schaltung und vorteilhaft auch funktionalen Elemente der elektrischen Schaltung 1 charakteristische Veränderung des Zufallswertes. In die Art der Veränderung des Zufallswertes geht damit der Aufbau der Karte ein. Der veränderte, modifizierte Zufallswert kann ggf. in der elektrischen Schaltung 1 in einem Speicher 7 zwischengespeichert werden, bevor er an das externe Gerät 2 übertragen wird, was in der 1 durch einen Pfeil 4 symbolisiert ist.
In in der 1 nicht angedeuteter Weise wird dieser modifizierte Zufallswert in dem externen Gerät 2 mit einem abgespeicherten Prüfwert verglichen, der dem zuvor zu dem externen Gerät 1 übertragenen Zufallswert zugeordnet ist. Nur wenn der modifizierte Wert und der Prüfwert übereinstimmen, kann von der Unverfälschtheit und Echtheit der elektrischen Schaltung 1 ausgegangen werden.
Diese Überprüfung der Unverfälschtheit der Karte kann ggf. mit einem Zufallswert mehrfach vorgenommen werden. Vorteilhaft ist auch für eine Überprüfung ggf. mehrere verschiedene Zufallswerte nacheinander an das elektrische Gerät 1 zu übertragen und die rückübertragenen modifizierten Werte mit den jeweils zugeordneten Prüfwerten zu verknüpfen.
In 2 ist in Form eines groben Blockschaltbildes dargestellt, wie die Verknüpfung bzw. die Veränderung des übertragenen Zufallswertes in dem elektrischen Gerät 1 gemäß 1 vonstatten gehen.
Der von dem externen Gerät 2 an das elektrische Gerät 1 übertragene Zufallswert wird in einem Zwischenspeicher 5 abgespeichert. Nachfolgend wird dieser Wert einer Verknüpfung 8 zugeführt, in die Elemente 9 der elektrischen Schaltung eingehen. Die Elemente 9 setzen sich aus schaltungstechnischen Elementen 10 und funktionalen Elementen 11 zusammen. Bei den funktionalen Elementen 11 kann es sich beispielsweise um softwaregesteuerte Funktionen handeln. In der Verknüpfung 8 wird eine Verknüpfung der Elemente 10 und 11 in einer von dem Normalbetrieb der elektrischen Schaltung abweichenden Weise vorgenommen. Beispielsweise können alle Elemente hintereinander geschaltet oder durch Exklusiv-Oder-Schaltungen miteinander verknüpft werden. Durch diese Verknüpfung 8 wird der in dem Speicher 5 zwischengespeicherte Zufallswert in für die Schaltung charakteristischer Weise verändert. Dieser modifizierte Zufallswert wird in dem Speicher 7 zwischengespeichert und anschließend an das externe Gerät rückübertragen und dort wie oben beschrieben überprüft.
Die in 2 angedeutete Verknüpfung der Elemente 10 und 11 führt dazu, dass abweichend von der Normalfunktion ein charakteristisches Merkmal der Elemente 10 und 11 durch die Art der Veränderung des Zufallswertes erzeugt wird, das als Echtheitsmerkmal in dem erfindungsgemäßen Verfahren herangezogen wird. Damit wird eine Prüfung der Unverfälschtheit der elektrischen Schaltung 1 unabhängig von deren normaler Funktionsweise vorgenommen. Bei verfälschten elektrischen Schaltungen 1 werden diese meist so ausgelegt, dass sie in ihrer Normalfunktion alle gewünschten Funktionen in einwandfreier Weise erfüllen. Selten sind jedoch derartige gefälschte elektrische Schaltungen identisch aufgebaut wie Originalschaltungen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dieser Aufbau überprüft werden, und somit können verfälschte, d.h. nicht echte, elektrische Schaltungen 1 erkannt werden.

Claims

Verfahren zur Prüfung der Unverfälschtheit einer digitalen elektrischen Schaltung (1), insbesondere einer integrierten Schaltung, mit einem Datenaustausch (3, 4) zwischen der elektrischen Schaltung (1) und einem externen Gerät (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem normalen Einsatzzweck der Schaltung (1), für den diese vorgesehen ist, abweichende Verknüpfung (6; 8, 9) aller schaltungstechnischen Elemente (10), die für das Funktionieren der elektrischen Schaltungsanordnung (1) wesentlich sind, und aller logischen Elemente (11), die für das Funktionieren der elektrischen Schaltungsanordnung (1) wesentlich sind, vorgenommen wird, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem externen Gerät (2) erzeugter und zu der elektrischen Schaltung (1) übertragener digitaler Zufallswert innerhalb dieser durch die verknüpften Elemente (6; 8, 9) modifiziert wird und an das externe Gerät (2) übertragen wird, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das externe Gerät (2) den modifizierten Wert mit einem Prüfwert vergleicht, der dem zu der elektrischen Schaltung (1) übertragenen Zufallswert zugeordnet ist, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine Unverfälschtheit der elektrischen Schaltung (1) nur dann erkannt wird, wenn der modifizierte Wert und der Prüfwert übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine hinreichende Anzahl von schaltungstechnischen (10) und logischen (11) Elementen der elektrischen Schaltung in die Verknüpfung (6; 8, 9) einbezogen wird, so dass der modifizierte Wert ein eindeutiges Unverfälschtheitsmerkmal darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine serielle Verknüpfung der schaltungstechnischen (10) und logischen (11) Elemente vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung der Elemente (9) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der verknüpften Elemente (9) eine modifizierte Zahl einige Male hintereinander geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander aus mehreren verschiedenen Zufallswerten jeweils die modifizierten Werte gebildet werden und dass nur dann eine Unverfälschtheit der elektrischen Schaltung (1) erkannt wird, wenn alle modifizierten Werte und die jeweils zugeordneten Prüfwerte übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Schaltung (1) eine Zwischenspeicherung (5; 7) des digitalen Zufallswertes und des modifizierten Wertes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der elektrischen Schaltung für Fertigungs-Prüfzwecke vorgesehene Verknüpfung von wenigstens schaltungstechnischen Elementen (10) der elektrischen Schaltung (1) zur Erzeugung des modifizierten Wertes eingesetzt wird.