FR2793904A1

FR2793904A1 - Procede et dispositif de gestion d'un circuit electronique

Info

Publication number: FR2793904A1
Application number: FR9906499A
Authority: FR
Inventors: Sylvie Wuidart
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: FR2793904B1; JP2003500721A; WO2000072117A1; US7372965B1; EP1181631A1

Abstract

L'invention propose un procédé de gestion d'un circuit électronique du type comprenant une mémoire (EEPROM) pour le stockage d'informations confidentielles, procédé comprenant le masquage des variations du courant électrique (I) consommé par le circuit électronique, pendant une fraction du temps seulement (ti -tj ), et en tout état de cause pendant la ou les portions du temps pendant lesquelles est exécutée, entre autres, une instruction portant sur des données confidentielles, notamment une instruction de lecture dans la mémoire (EEPROM).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIFDE GESTIOND'UN CIRCUIT ELECTRONIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de gestion d'un circuit électronique, notamment un microcontrôleur, du type comprenant une mémoire pour le stockage permanent d'informations confidentielles.

A la figure1 on a représenté le schéma de l'architecture interne d'un tel circuit électronique. Une unité centrale de traitement CPU ("Central Processing Unit", en anglais) échange des informations avec des organes périphériques internes par l'intermédiaire d'un bus de données DB. Ces organes périphériques comprennent une première mémoire non volatile ROM pour le stockage permanent d'un programme de gestion, qui est une mémoireà lecture seule ("Read-Only-Memory", en anglais). Ils comprennent également une seconde mémoire non volatile EEPROM pour le stockage permanent d'informations confidentielles, qui est une mémoire électriquement programmable et effaçableà lecture seule ("Electricaly Erasable and Programmable Read-Only-Memory", en anglais). Ils comprennent en outre une mémoire volatile RAM pour le stockage temporaire d'informations liées au fonctionnement du circuit, qui est une mémoireà accès aléatoire (I'Random Access Memoryll, en anglais). En général, ils comprennent encore au moins un registre Reg pour le stockage d'une information binaire.

L'invention s'applique notammentà un microcontrôleur de carteà puce. Les informations confidentielles stockées dans la mémoire EEPROM sont par exemple un code personnel connu de l'utilisateur seulement. Ce code personnel doit être fourni par l'utilisateur pour utiliser un appareil tel qu'un distributeur de billets, un décodeur pour télévisionà péage, un téléphone portatif de type GSM, etc.... en combinaison avec la carteà puce.

La carteà puce est classiquement insérée dans un lecteur de carteà puce de l'appareil. La carteà puce comporte des pastilles de contact coopérant avec des bornes correspondantes du lecteur pour l'échange d'informations entre la carte et le lecteur, et pour l'alimentation électrique de la carteà puce à l'aide d'une source d'alimentation électrique du lecteur. L'appareil comporte un clavier ou dispositif analogue sur lequel l'utilisateur saisit son code personnel. Le code personnel saisi par l'utilisateur est transmis au microcontrôleur de la carteà puce qui comporte des moyens pour le comparer au code personnel stocké dans la mémoire EEPROM. En cas d'égalité, l'accès au service délivré par l'appareil est permisà l'utilisateur.

Une tentative de fraude classique consisteà utiliser une carteà puce volée dans un lecteur de carteà puce pirate, comprenant des moyens pour observer les données placées sur le bus de données DB. Il est alors théoriquement possible de relever sur le bus de données DB les données confidentielles correspondant au code personnel de l'utilisateur lorsque ces données sont lues dans la mémoire EEPROM et sont placées sur le bus de données DB. La seule difficulté consiste pour le fraudeurà savoirà quel moment précis ces données sont présentes sur le bus de données DB, afin de les identifier dans le flot de données qui transitent sur ce bus lors du fonctionnement du circuit électronique.

or, on a remarqué que le courant électrique consommé par le circuit électronique en cours de fonctionnement n'est pas constant mais présente des variations en fonction, notamment, des opérations de lecture effectuées dans les différentes mémoires du circuit électronique. En effet, les cellules mémoires des différentes mémoires présentent une impédance qui, dans une certaines mesure, dépend de l'état programmé ou effacé de la cellule, mais qui, dans une plus large mesure, est différente d'un type de mémoireà l'autre.

A la figure 2, une courbe 21 représente ainsi les variations en fonction du temps du courant électrique I consommé par le microcontrôleur en fonctionnement. Ce courant peut prendre différentes valeurs croissantes I(Reg), I(ROM), I(RAM), I(EEPROM) pour des opérations de lecture, respectivement dans le registre Reg, la mémoire ROM, la mémoire RAM ou la mémoire EEPROM. Par conséquent il suffit au fraudeur d'observer la valeur instantanée du courant électrique consommé par le microcontrôleur (en disposant un moyen adapté, tel qu'un ampèremètre en série entre une borne d'alimentation du lecteur prévue pour l'alimentation électrique de la carteà puce et la pastille de contact correspondante de celle-ci) et de relever les données présentes sur le bus de données DB au moment où ce courant présente la valeur I(EEPROM), pour connaître les données confidentielles lues dans la mémoire EEPROM.

Afin d'empêcher ce type de fraude, on adéjà proposé des moyens pour masquer les variations du courant consommé par le circuit électronique en cours de fonctionnement, qui agissent pour faire en sorte que le courant consommé par le circuit électronique en fonctionnement ait en permanence une même valeur Iconst. Celle-ci est supérieureà la plus grande valeur du courant normalement consommé par le circuit électronique en fonctionnement. Un exemple de tels moyens est décrit dans la demande de brevet EP-A-0 500 461, où ils sont utilisés pour masquer les variations du courant consommé lors d'une opération de lecture dans une mémoire qui sont duesà l'état programméou effacé des cellules de la mémoire. Ils comprennent par exemple une source de courant constant (da valeur Iconst) connectée en série avec les cellules mémoires entre la borne d'alimentation positive Vcc et la masse, ainsi qu'une résistance connectée en parallèle avec les cellules mémoire.

A la figure 2, la courbe du courant (constant, de valeur Iconst) consommé par le circuit électronique selon cet art antérieur est représentée par une courbe 22, qui correspond sensiblementà une ligne horizontale. Les faibles ondulations des courbes 21 et 22 correspondentà des impédances parasites dans le circuit électronique.

Cette solution connue présente néanmoins l'inconvénient d'augmenter la consommation du circuit électronique de façon importante. En effet le courant consommé par le circuit électronique en fonctionnement est en permanence égalà la valeur Iconst qui est supérieureà la valeur maximum du courant consommé en soi par le circuit électronique en fonctionnement. Cette consommation élevée engendre des problèmes liés notammentà l'élévation de la température par effet Joule dans le circuit électronique. L'invention viseà pallier les inconvénient précités des circuits électroniques de l'état de la technique.

A cet effet, l'invention propose un procédé de gestion d'un circuit électronique, par exemple du type comprenant une mémoire pour le stockage d'informations confidentielles, caractérisé en ce qu'il comprend le masquage des variations du courant électrique consommé par le circuit électronique, pendant une fraction du temps seulement, et en tout état de cause pendant la ou les portions du temps pendant lesquelles est exécutée une instruction portant sur des données confidentielles.

Notammentf mais pas uniquement, le procédé comprend le masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique pendant une portion du temps pendant laquelle est exécutée, entre autres, une instruction de lecture dans la mémoire.

L'invention propose également un circuit électronique, notamment un microcontrôleur, par exemple du type comprenant une mémoire pour le stockage d'informations confidentielles, qui comporte des moyens de masquage des variations du courant électrique consommé par le circuit électrique en fonctionnement ainsi que des moyens d'activation et de désactivation sélectives des moyens de masquage.

Par l'adjectif "sélectives", on entend une activation et une désactivation délibérées, c'està dire provoquées délibérément lorsqu'elles sont nécessairesà l'obtention de l'effet technique recherché,à savoir masquer les variations du courant consommé par le circuit électronique lorsqu'une opération portant sur des données confidentielles est exécutée mais ne pas les masquer en permanence de manièreà ne pas excessivement augmenter la consommation électrique moyenne du circuit électronique.

Grâceà l'invention, le courant consommé par le circuit électronique n'est égalà une valeur constante maximum que pendant une fraction du temps seulement, en sorte que la consommation globale du circuit électronique est réduite.

Cependant, le masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique est effectif pendant les portions du temps où, notamment, des instructions de lecture de données confidentielles sont effectuées, en sorte qu'il est très difficile voire impossible de détecter le moment exact où ces données sont présentes sur le bus de données DB.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encoreà la lecture de la description qui va suivre. celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels on a représenté: - à la figure1, déjà analysée, le schéma de l'architecture interne d'un circuit électronique selon l'art antérieur; - à laf igure 2, égalementdéjà analysée: des courbes du courant consommé par le circuit électronique en fonctionnement, respectivement sans masquage des variations et avec masquage des variations selon l'art antérieur; - à laf igure 3, le schéma de1 1 architecture interned 1 un circuit électronique selon l'invention; - à laf igure 4 le schéma de moyen de masquage selon l'invention - à la figure5 l'organigramme d'une séquence d'instructions d'un programme de gestion d'un circuit électronique selon l'invention; - à laf igure 6 : des courbes du courant consommé par le circuit électronique en fonctionnement, respectivement sans masquage des variations et avec masquage des variations' selon l'invention.

A la figure3, sur laquelle les mêmes éléments qu'à la figure1 portent les mêmes références, on a représenté un circuit électronique selon l'invention. Il comporte une unité centrale de traitement CPU, une première mémoire non volatile ROM (qui est une mémoireà lecture seule) pour le stockage permanent d'un programme de gestion exécutable par l'unité centrale de traitement CPU et une seconde mémoire non volatile EEPROM (qui est une mémoire électriquement programmable et effaçableà lecture seule) pour le stockage permanent d'informations confidentielles. Il comporte en outre une mémoire volatile RAM (qui est une mémoireà accès aléatoire) pour le stockage temporaire d'informations liées au fonctionnement du circuit. En outre, ils comprennent encore au moins un registre Reg pour le stockage d'une information binaire.

Selon l'invention, le circuit électronique comporte en outre un tel registre, portant la référence10, qui a une fonction particulière selon l'invention. En fonction de l'état de ce registre, les moyens de masquage des variations du courant consommé par les mémoires ROM, RAM et/ou EEPROM sont activés ou désactivés. Dit autrement, il est stocké dans le registre10 une valeur logique déterminée ou la valeur logique complémentaire, pour respectivement activer ou désactiver les moyens de masquage du courant consommé par le circuit électronique.

Des moyens de masquage sont représentésà la figure 4, en ce qui concerne la mémoire EEPROM. Ces moyens de masquage comprennent schématiquement une source de courantici connectée en série avec la mémoire EEPROM par l'intermédiaire d'un interrupteur SW, entre un noeud d'alimentation positive recevant un potentiel d'alimentation positif Vcc d'une part et la masse d'autre part. On noteA le noeud entre l'interrupteur SW et la mémoire EEPROM. Une résistance Ri est connectée en parallèle sur les bornes de la mémoire EEPROM (entre le noeud A et la masse).

Dans un premier état de l'interrupteur SW, correspondantà l'activation des moyens de masquage, le noeud A est reliéà la borne négative de la source de courant IC1, en sorte que le courantil délivré par la source IC1 s'écouleà travers la mémoire EEPROM sous forme d'un courant 13 d'une part, et/ou à travers la résistance Ri sous forme d'un courant Il d'autre part. En tout état de cause, la somme Il+I3 des courants Il et 13 est constante et est égale au courant Ji, même lorsqu'une opération de lecture dans la mémoire EEPROM est effectuée.

Comme on l'aura compris, la valeur de Ri doit être comprise entre la valeur minimum et la valeur maximum de l'impédance de la mémoire EEPROM, afin de jouer un rôle de compensation des variations du courant 13 au cours du fonctionnement du microcontrôleur. Bien entendu, la valeur de Ji doit être supérieureà la valeur maximum du courant 13 au cours du fonctionnement du microcontrôleur (cette valeur maximum est atteinte lors d'une opération effectuée dans la mémoire EEPROM). Dans un cas limite, le courant Il peut éventuellement être nul.

Dans un second état de1 1 interrupteur SW, correspondantà la désactivation des moyens de masquage, le noeud A est connecté directementà la broche recevant le potentiel d'alimentation Vcc, en sorte que la source ICI ne débite aucun courant dans la mémoire EEPROM ni dans la résistance RI (cette source est éteinte). Un courant 13 et/ou un courant Il s'écoulent respectivementà travers la mémoire EEPROM et/ou la résistance RI directement depuis la borne d'alimentation délivrant le potentiel Vcc. Leurs valeurs, éventuellement très faibles, sont fonction de l'impédance de la mémoire EEPROM par rapportà RI. La somme Il+I3 des courants Il et 13 n'est pas constante. Notamment, elle varie lorsqu'une opération de lecture dans la mémoire EEPROM est effectuée. Elle peut être très faible, notamment lorsque aucune opération n'est effectué dans la mémoire EEPROM. En tout état de cause, elle est inférieureà la valeur du courant Jl du premier cas ci-dessus, en sorte qu'il est obtenu une économie du courant consommé par la microcontrôleur.

La structure des moyens de masquage représentésà la figure 3 est purement schématique. De tels moyens peuvent être réalisés concrètement de toute manière appropriée, notammentà l'aide d'une circuiterie à base de transistors, par exemple des transistors MOS.

De retourà la figure3, on comprend que chaque mémoire du microcontrôleur, en l'occurrence les mémoires RAM, ROM et EEPROM, sont dotées de moyens de masquage tels que présentésà la figure 4. L'état de l'interrupteur SW de ces moyens de marquage est commandé par la valeur logique mémorisée par le registre10. Dit autrement, l'activation ou la désactivation des moyens de masquage des mémoires du microcontrôleur est fonction de l'état du registre10. On va maintenant décrire la façon dont cet état est modifié afin d'activer ou de désactiver les moyens de masquage.

A la figure5 on a représenté une séquence d'instructions d'un programme de gestion du microcontrôleur, qui est stocké dans la mémoire ROM. Ce programme est écrit en fonction de l'application du microcontrôleur et est stocké dans la mémoire ROM. De manière connue en soi, les instructions contenues dans ce programme sont exécutées séquentiellement lors du fonctionnement du microcontrôleur.

Entre une instruction de début de programme START et une instruction de fin de programmeEND, le programme comprend une séquence d'instructions Instl, .... Instn- Parmi ces instructions une instruction particulière, Insti, a pour effet d'inscrire une valeur logique particulière dans le registre 10, par exemple la valeur logique1, en sorte que l'interrupteur SW est mis dans le premier état précité. Une autre instruction Instj subséquenteà l'instruction Insti dans la séquence, a pour fonction d'inscrire la valeur logique complémentaire dans le registre10, à savoir par exemple la valeur logique0, en sorte que l'interrupteur SW est mis dans le second état précité.

Comme on l'aura compris, ces deux instructions Insti et Instj sont insérées dans la séquence d'instructions du programme de gestion de manièreà encadrer, entre autres, une instruction de lecture dans la mémoire EEPROM. De cette façon les données confidentielles lues dans la mémoire EEPROM transitent sur le bus de données DB alors que les moyens de masquage Jl,SW,Ri des mémoires sont activés.

Il va sans dire que les moyens de masquage sont activés par l'instruction Insti suffisamment tôt avant l'instruction de lecture, et sont désactivés par l'instruction Instj suffisamment longtemps après ladite instruction de lecture, pour que le masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique soit efficace. Dit autrement, le procédé selon l'invention comprend le masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique pendant une portion du temps pendant laquelle, entre autres, une instruction de lecture dans la mémoire EEPROM est exécutée. Mais le masquage doit être suffisamment long pour que l'opération de lecture dans la mémoire EEPROM ne soit pas facilement décelable. Il est évident que si les moyens de masquage n'étaient activés que pendant l'opération de lecture, l'effet de masquage recherché ne serait pas obtenu.

A l'inverse, la portion du temps pendant laquelle les moyens de masquage sont activés, i.e., la portion du temps entre les instructions Insti et Instj, est suffisamment courte pour que soit substantielle l'économie de courant consommé par le circuit électronique par rapportà l'utilisation de moyens de masquage permanents conformémentà l'art antérieur.

C'est pourquoi, on dit que l'activation et la désactivation des moyens de masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique sont sélectives.

A la figure6, qui està comparerà la figure 2, une courbe 61 représente, en fonction du temps, le courant électrique I consommé par le circuit électronique en fonctionnement selon le principe de l'invention. Les moyens de masquage des mémoires du microcontrôleur sont activésà un instant ti et sont désactivésà un instant ultérieur tj respectivement par l'exécution de l'instruction Insti et par l'exécution de l'instruction Inst j- Dans la portion du temps comprise entre ces deux instants ti et tj, le courant consommé par le circuit électronique est constant et vaut Iconst. Notamment, il ne varie pas en fonction des opérations de lecture effectuées dans les mémoires ROM, RAM et/ou EEPROM. De cette manière un fraudeur ne parvient pasà savoirà quel moment précis les données présentes sur le bus de données du microcontrôleur correspondent au code personnel de la carteà puce. Une courbe 62, en traits discontinus, montre ce que serait l'allure du courant consommé par le microcontrôleur entre les instants ti et tj sans l'activation des moyens de masquage selon l'invention.

Dans l'exemple, la valeur Iconst correspond sensiblementà la somme des courants Jl des moyens de masquage des mémoires ROM, RAM et EEPROM activés simultanément entre les instants ti et tj. On notera que les courants Jl n'ont pas forcément la même valeur pour chacune des mémoires ROM, RAM et EEPROM. En outre, il n'est pas indispensable que des moyens de masquage soient prévus pour chacune des mémoires du microcontrôleur.

Dans un autre mode de réalisation, des moyens de masquage peuvent être disposé ailleurs que dans les mémoires. Par exemple, on peut prévoir des moyens de masquage uniques, disposés directementà proximité de la pastille de contact prévue pour l'alimentation électrique de la carteà puce. Néanmoins, des moyens de masquage uniques disposés de cette manière sont plus facilesà déjouer par un fraudeur.

L'invention a été décrite ci-dessus en ce qui concerne le masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique lors de l'exécution, entre autres, d'une instruction de lecture dans une mémoire de stockage d'informations confidentielles. Mais, bien entendu, elle ne se limite pasà ce cas. Au contraire, elle s'applique au masquage de des variations du courant consommé par le circuit électronique lors de l'exécution, entre autres, de toute instruction portant sur des données confidentielles.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion d'un circuit électronique, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre de moyens de masquage des variations du courant électrique (I) consommé par le circuit électronique en fonctionnement, le procédé comprenant les étapes: a) d'activation sélective des moyens de masquage etb) de désactivation sélective des moyens de masquage, l'intervalle entre l'activation et la désactivation des moyens de masquage occupant une fraction (ti-tj) seulement du temps de gestion, cette fraction couvrant en tout état de cause la ou les portions du temps pendant lesquelles est exécutée une instruction portant sur des données confidentielles. 2. Procédé selon la revendication1, caractérisé en ce qu'il comprend le masquage des variations du courant consommé par le circuit électronique pendant une portion du temps pendant laquelle est exécutée, entre autres, une instruction de lecture dans une mémoire (EEPROM) pour le stockage de données confidentielles. 3. Procédé selon la revendication1 ou selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de masquage des variations du courant (I) consommé par le circuit électrique en fonctionnement sont activés par une première instruction (Insti) et sont désactivés par une seconde instruction (Instj) subséquente d'un programme de gestion du circuit électronique, ces instructions encadrant une instruction portant sur des données confidentielles. 4. Procédé selon la revendication3, caractérisé en ce que la première instruction (Insti) et la seconde instruction (Instj) provoquent respectivement l'écriture d'une valeur logique déterminée et l'écriture de la valeur logique complémentaire dans un registre(10) du circuit électronique. 5. Circuit électronique, notamment un microcontrôleur, du type comprenant une mémoire pour le stockage d'informations confidentielles, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de masquage des variations du courant électrique consommé par le circuit électrique en fonctionnement ainsi que des moyens d'activation et de désactivation sélectives des moyens de masquage. 6. Circuit électronique selon la revendication5f caractérisé en ce qu'il comprend un registre(10) dans lequel est inscrite une valeur logique déterminée ou la valeur logique complémentaire, pour respectivement activerou désactiver les moyens de masquage du courant consommé par le circuit électronique. 7. Circuit électronique selon la revendication6, caractérisé en ce qu'il comporte une unité centrale de traitement (CPU), une première mémoire non volatile (ROM) pour le stockage permanent d'un programme de gestion exécutable par l'unité centrale de traitement (CPU) et une seconde mémoire non volatile (EEPROM) pour le stockage permanent d'informations confidentielles. 8. Circuit électronique selon la revendication7, caractérisé en ce que le programme de gestion comporte une première instruction (Insti) et une seconde instruction (Instj) pour provoquer respectivement l'écriture d'une valeur logique déterminée et l'écriture de la valeur logique complémentaire dans le registre(10), cette première et cette seconde instructions encadrant dans la séquence d'instructions du programme de gestion une instruction portant sur des données confidentielles, notamment une instruction de lecture dans la seconde mémoire non volatile (EEPROM).