DE69909118T9

DE69909118T9 - Vorrichtung und verfahren zur sicherung einer integrierten schaltung

Info

Publication number: DE69909118T9
Application number: DE69909118T
Authority: DE
Inventors: Eric Gerbault
Original assignee: Schlumberger Systemes SA
Current assignee: Axalto SA
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2005-07-07
Also published as: FR2785422A1; ATE243872T1; EP1125259B1; CN1324472A; DE69909118D1; FR2785422B1; EP1125259A1; DE69909118T2; US7069593B1; WO2000026869A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem integrierten Schaltkreis, die eine Speicherzone mit einerseits einem Datenspeicher und einem Programmspeicher und andererseits einem Programm mit N Codeblöcken Bi (i = 1, ..., N) enthält. Sie betrifft auch ein Sicherungsverfahren einer solchen Vorrichtung.
Die besagte Vorrichtung mit einem integrierten Schaltkreis wird meist in Anwendungen verwendet, in denen die Sicherheit der Speicherung und Bearbeitung vertraulicher Informationen wesentlich ist. Es handelt sich zum Beispiel um Karten mit elektronischen Bauteilen für Anwendungen im Gesundheitsbereich, bei Mobiltelefonen oder auch für Anwendungen im Bankbereich.
Die besagten Karten umfassen einen integrierten Schaltkreis mit herkömmlicher Weise einem Steuerelement (zum Beispiel eine Bearbeitungszentraleinheit oder CPU), das über Busse in der Speicherzone der besagten Karten gespeicherte Dateninformationen oder Adresseninformationen verwaltet und verteilt. Der besagte integrierte Schaltkreis mit den besagten Bussen verbraucht elektrischen Strom, insbesondere wenn die besagten Busse die logische Information 1 transportieren.
Daher schwankt die Stärke des von einer Karte mit elektronischen Bauteilen verbrauchten Stroms in Abhängigkeit der Zeit, insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Daten- oder Adressenwerte, die auf den Bussen der Karte transportiert werden. Der Verlauf der besagten zeitabhängigen Stromstärke stellt eine elektrische Unterschrift der Kartenaktivität dar und folglich gibt die Analyse der besagten Unterschrift Aufschluss über die besagte Aktivität. So können Betrüger mittels einer Analyse der elektrischen Unterschrift zum Beispiel einfach den Ablauf von Operationen verfolgen, die in den verschiedenen Codeblöcken des Programms der besagten Karte enthalten sind. Auf diese Weise können sie folglich Zugang zu den auf der Karte enthaltenen geheimen Informationen bekommen.
Um die Analyse der elektrischen Unterschrift für die Betrüger schwieriger zu gestalten, schlägt der Stand der Technik zusätzliche Vorrichtungen vor, mit denen Störsignale erzeugt werden können, die zur elektrischen Unterschrift der Aktivität der besagten Karte mit elektronischen Komponenten hinzukommen. Obwohl sie die Analyse der elektrischen Unterschrift erschweren, nehmen diese zusätzlichen Vorrichtungen Zeit in Anspruch, da sie gewisse Ressourcen der besagten Karte in Beschlag nehmen, wobei diese Ressourcen bereits für die Ausführung anderer, der Karte eigenen Operationen verwendet werden und zudem mehr Strom verbrauchen, da sie elektronische Komponenten enthalten, die zu ihrer Funktion Strom brauchen.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem integrierten Schaltkreis vorzuschlagen, die eine Speicherzone mit einerseits einem Datenspeicher und einem Programmspeicher und andererseits einem Programm mit N Codeblöcken Bi (i = 1, ..., N) enthält, sowie ein Sicherungsverfahren einer solchen Vorrichtung, mit denen man eine elektrische Unterschrift erhält, die nur schwer zu analysieren ist und die darüber hinaus keinen hohen Strom- und Zeitverbrauch aufgrund zum Beispiel von Nebenvorrichtungen, die die eigenen Ressourcen der besagten Vorrichtung in Beschlag nehmen, erfordern.
Eine Lösung des gestellten technischen Problems gemäß einem ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Speicherzone dieser Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis M Kopien Cj (j = 1, ..., M) von x Codeblöcken Bi (1 ≤ x ≤ N) des Programms enthält, wobei die besagten Kopien sich an unterschiedlichen Adressen der besagten Speicherzone befinden und dass die besagte Vorrichtung ein Auswahlmittel zur zufälligen Auswahl einer Kopie Cj von mindestens einem der x Blöcke Bi als bei der Ausführung des besagten Programms zu benutzende Blockkopie umfasst.
Gemäß einem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist diese Lösung dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsverfahren folgende Schritte umfasst:

– Erstellen in der besagten Speicherzone von M Kopien Cj (j = 1, ..., M) von x Codeblöcken Bi (1 ≤ x ≤ N) des Programms, wobei sich die besagten Kopien an unterschiedlichen Adressen der besagten Speicherzone befinden,
– zufällige Auswahl einer Kopie Cj von mindestens einem der x Blöcke Bi als für die Ausführung des besagten Programms zu benutzende Blockkopie.

So ermöglicht, wie im Anschluss näher erläutert, die Vorrichtung der Erfindung gegen Betrüger anzukämpfen, indem die Analyse einer elektrischen Unterschrift durch die Betrüger sehr erschwert wird, wobei die Tatsache genutzt wird, dass diese elektrische Unterschrift insbesondere von den Werten abhängt, die auf den besagten Bussen dieser Vorrichtung transportiert werden.
Die folgende Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen, die als nicht einschränkende Beispiele aufgeführt werden, wird gut verdeutlichen, worin die Erfindung besteht und wie sie umgesetzt werden kann.
1 ist ein Schema einer Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis, zum Beispiel eine Karte mit elektronischen Komponenten.
2 ist ein Schema einer Speicherzone der Karte aus 1.
3 ist ein Schema von Bussen der Karte aus 1.
4 ist ein Schema der Speicherzone der 2, das sich auf den einzigen Codeblock Bi beschränkt.
5 ist ein Schema, das ein Adressieren eines Codeblocks und seiner Kopien auf der Karte aus 1 zeigt.
6 ist ein Schema, das eine Verteilung eines Codeblocks und seiner Kopien in der Speicherzone aus 2 zeigt.
7 ist ein Schema, das eine andere Verteilung eines Codeblocks und seiner Kopien in der Speicherzone aus 2 zeigt.
In 1 ist eine Vorrichtung 10 mit integriertem Schaltkreis dargestellt, zum Beispiel eine Karte mit elektronischen Komponenten.
Diese Karte 10 enthält ein Steuerelement 11 (zum Beispiel eine Bearbeitungszentraleinheit oder CPU), eine Speicherzone 12 mit einem Datenspeicher 14 und einem Programmspeicher 15 sowie einen Kontaktblock 13 für eine elektrische Verbindung mit zum Beispiel einem Steckverbinder eines Kartenlesers.
Die besagte Speicherzone 12 ist in 2 dargestellt. Sie enthält ein Programm P mit N Codeblöcken Bi (i = 1,..., N), die bei der Ausführung des besagten Programms P durchzuführende Schritte oder Operationen darstellende Codeblöcke bilden, wobei durch das Programm Operationen wie zum Beispiel das Lesen oder Auswählen von Daten in der Karte 10 ausgeführt werden können und die besagten Blöcke Bi Daten- und Adresseninformationen verwalten.
Bei der Ausführung des besagten Programms P kommt es zwischen den Speichern 14 und 15 und dem Steuerelement 11 zu Informationsaustauschen, die über die Busse des besagten integrierten Schaltkreises erfolgen und vom Steuerelement 11 der besagten Karte 10 gesteuert werden. Die besagten Busse sind entweder für den Transport der Adresseninformationen oder für den Transport der Dateninformationen bestimmt. So sind, wie in 3 gezeigt, die Datenbusse D1, D2,..., D8 und die Adressenbusse A1, A2,..., A16 jeweils mit dem Datenspeicher 14 und dem Programmspeicher 15 der besagten Speicherzone 12 sowie mit dem Steuerelement 11 (CPU) verbunden.
Um die Analyse der elektrischen Unterschrift bei der Ausführung des Programms P – Ausführung, die ein Zeichen der Aktivität der besagten Karte 10 ist – zu stören, sieht die Erfindung vor, dass die Vorrichtung M Kopien Cj (j = 1, ..., M) eines oder mehrerer Blöcke Bi in der besagten Speicherzone 12 und ein Auswahlmittel Ms zur zufälligen Auswahl einer der Kopien Cj eines Blocks Bi als auszuführende Blockkopie enthält, wenn diese im besagten Programm P ausgeführt werden muss. Während der Ausführung des besagten Programms P werden mehrere Codeblöcke Bi ausgeführt werden. 4 zeigt ein Beispiel für einen bestimmten Block Bi. Bei jeder Ausführung dieses im besagten Programm P auszuführenden Blocks Bi, der in der Speicherzone 12 Kopien Cj enthält, wählt das besagte Auswahlmittel Ms zufällig entweder den Block Bi oder eine seiner Kopien Cj zur Ausführung im Programm P aus. Da die einzelnen Kopien Cj sowie der Block Bi sich an unterschiedlichen Adressenwerten befinden, transportieren die Busse bei jedem neuen Ausführungsbefehl des besagten Blocks Bi im Programm P unterschiedliche Adressenwerte und erschweren somit erheblich die Analyse der elektrischen Unterschrift, die entsprechend den auf den Bussen der Karte 10 transportierten Werten variiert. Je mehr kopierte Blöcke Bi die Vorrichtung enthält, desto schwieriger ist die Unterschrift zu analysieren. Deshalb sieht die Erfindung Kopien Cj für x Blöcke Bi (1 ≤ x ≤ N) vor.
Die elektrische Unterschrift variiert insbesondere entsprechend den auf den in 3 dargestellten Adressbussen transportierten Werten und ganz besonders, wenn ein Bus die Information 1 transportiert, wobei diese Information einen bestimmten Stromverbrauch hat. Wenn jedoch die Adressenwerte der vorausgehend genannten Kopien Cj und des besagten kopierten Blockes Bi den gleichen Stromverbrauch haben (zum Beispiel sind die Adressenwerte 1111100000000000 und 0000111011000000 hinsichtlich dem Stromverbrauch gleichwertig, weil sie die gleiche Anzahl an 0-Bits und 1-Bits haben), wird sich die elektrische Unterschrift kaum ändern. Daher wählt man die Adressen derart, dass die Summen der Bit-Werte von mindestens zwei Adressen von allen Adressen eines kopierten Blocks Bi und seiner M Kopien Cj unterschiedlich sind. In der Praxis konnte man feststellen, dass in der Regel 1 Bit Unterschied bei diesen Summen ausreichend war, um den unterschiedlichen Stromverbrauch der besagten Adressenwerte zu differenzieren und so eine Analyse der elektrischen Unterschrift zu erschweren. Das Beispiel der 5 stellt einen Block B1 mit drei Kopien C1, C2 und C3 und ihre jeweiligen Adressen Ab, Ac1, Ac2 und Ac3 dar. In diesem Beispiel ist zu sehen, dass die Bit-Summen der Adressenwerte Ab, Ac1 und Ac3 verschieden sind und dass daher die besagten Adressenwerte einen unterschiedlichen Stromverbrauch haben, während die Bit-Summen der Adressenwerte Ab und Ac2 gleichwertig sind (ihre Summe beträgt sieben) und dass folglich ihre Adressenwerte hinsichtlich dem Stromverbrauch gleichwertig sind.
So wie die elektrische Unterschrift gemäß den auf den Adressbussen durchlaufenden Werten variiert, so variiert die elektrische Unterschrift auch gemäß den auf den in 3 dargestellten Datenbussen durchlaufenden Werten.
Deshalb ist vorgesehen, dass sich von allen Adressen eines kopierten Blocks Bi und seiner M Kopien (der Block Bi umfasst Operationen, die eine bestimmte Anzahl von Daten verwalten) ein Teil der Adressen im Programmspeicher 15 und ein anderer Teil der Adressen im Datenspeicher 14 befindet, wie dies die Beispiele der 6 und 7 zeigen. Die Ausführung einer Operation, zum Beispiel Lesen oder Schreiben, die im Programmspeicher 15 abläuft, verbraucht nämlich nicht die gleiche Strommenge wie wenn die besagte Operation im Datenspeicher 14 abläuft. Die besagten Operationen des kopierten Blocks Bi werden vom Steuerelement 11 der Karte als auf den Datenbussen durchlaufende Dateninformationen betrachtet.
So ermöglicht das genannte System von Blockkopien in unterschiedlichen Speichern die elektrische Unterschrift zu verwischen und man versteht, dass dank diesem System in Verbindung mit vorausgehend Geschildertem die elektrische Unterschrift noch schwieriger zu analysieren ist.
Außerdem wird neben einer zufälligen Amplitudenvariation der elektrischen Unterschrift aufgrund der verschiedenen angewendeten und vorausgehend geschilderten Systeme der Vorrichtung eine zufällige zeitliche Variation der besagten Unterschrift vorgesehen. Es ist nämlich vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Steuermittel zur Steuerung der zufälligen Ausführung der Blöcke Bi umfasst. Jeder Block umfasst eine Reihe von Operationen hinsichtlich der Karte mit elektronischen Komponenten. Diese Operationen greifen bei ihrer Ausführung auf Funktionen zurück, die vom Steuerelement 11 der besagten Karte verwaltet werden. Zur Durchführung dieser Funktionen braucht das Steuerelement Zeit. In der Regel braucht jede Funktionseinheit unterschiedlich viel Zeit. Das gleiche gilt für jede Operationseinheit. So variiert die elektrische Unterschrift dank diesem Steuermittel, das bei jeder neuen Ausführung des Programms P die zufällige Ausführung der Blöcke ermöglicht, in Abhängigkeit der Zeit, da die Codeblöcke nicht in der gleichen Reihenfolge ausgeführt werden und ein Betrüger folglich nicht die Ausführung des besagten Programms P zum Beispiel mehrmals starten und die elektrische Unterschrift analysieren kann, um Verbindungen zwischen den verschiedenen Bearbeitungsoperationen und jedem Signal oder einer Reihe von Signalen der elektrischen Unterschrift herstellen zu können. Es ist darauf hinzuweisen, dass keine zusätzliche Vorrichtung hinzugefügt wurde, um dem besagten Betrüger entgegen zu wirken.

Claims

Vorrichtung mit einem integrierten Schaltkreis, die eine Speicherzone mit einerseits einem Datenspeicher und einem Programmspeicher und andererseits einem Programm mit N Codeblöcken Bi (i = 1, ..., N) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Speicherzone M Kopien Cj (j = 1, ..., M) von x Codeblöcken Bi (1 ≤ x ≤ N) des Programms umfasst, wobei sich die besagten Kopien an verschiedenen Adressen der besagten Speicherzone befinden und dass die besagte Vorrichtung ein Auswahlmittel zur zufälligen Auswahl einer Kopie Cj von mindestens einem der x Blöcke Bi als bei der Ausführung des besagten Programms zu benutzende Blockkopie umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summen der Bit-Werte von mindestens zwei Adressen von allen Adressen eines kopierten Blocks Bi und seinen M Kopien Cj verschieden sind.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von allen Adressen eines kopierten Blocks Bi und seinen M Kopien ein Teil der Adressen im Programmspeicher und ein anderer Teil der Adressen im Datenspeicher befindet.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuermittel zur Steuerung der zufälligen Ausführung der Blöcke umfasst.
Sicherungsverfahren einer Vorrichtung mit integriertem Schaltkreis, die eine Speicherzone mit einerseits einem Datenspeicher und einem Programmspeicher und andererseits einem Programm mit N Codeblöcken Bi (i = 1, ..., N) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Verfahren folgende Schritte umfasst: – Erstellen in der besagten Speicherzone von M Kopien Cj (j = 1, ..., M) von x Codeblöcken Bi (1 ≤ x ≤ N) des Programms, wobei sich die besagten Kopien an unterschiedlichen Adressen in der besagten Speicherzone befinden. – zufällige Auswahl einer Kopie Cj von mindestens einem der x Blöcke Bi als für die Ausführung des besagten Programms zu benutzende Blockkopie.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Verfahren in einem zusätzlichen Schritt darin besteht, von allen Adressen eines kopierten Blocks Bi und seinen M Kopien Cj die Summen der Bit-Werte von mindestens zwei Adressen so auszuwählen, dass sie unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass von allen Adressen eines kopierten Blocks Bi und seinen M Kopien ein Teil der Adressen im Programmspeicher und ein anderer Teil der Adressen im Datenspeicher ausgewählt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Verfahren in einem zusätzlichen Schritt darin besteht, die Ausführung der Blöcke auf zufällige Weise zu steuern.