JP2002526839A - データ処理装置及びその電圧供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ処理装置及びその電圧供給方法を提供する。 【解決手段】 本発明は集積回路（１０）と電源とから成るデータ処理装置（１００）、特にチップカードに関する。この電源は集積回路（１０）に電源供給する出力電流Ｉaus（４６）をＶaus＜Ｖeinの場合、パルス入力電流Ｉein（４４）に変換する電圧変換器（１２）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】技術分野 本発明は請求項１の導入部分で開示された集積回路と電源とを備えるデータ処
理装置、特にチップカードに関する。本発明はまた、請求項６の導入部分で開示
された、特にチップカードにおける集積回路に電力を供給する方法に関する。

【０００２】技術状態 集積回路を備えた多くのデータ処理装置では、例えば暗号化動作はこの装置の
動作又は装置内に伝送されたデータを保護するように行われる。このため要求さ
れる算術演算は、標準プロセッサのみならず暗号専用プロセッサにより実行され
る。代表例として後者のプロセッサは、チップカードやＩＣカードにより構成さ
れる。このことに関して使用されるデータや中間結果は通常、例えば暗号化キー
やオペランドなどのセキュリティ関連情報を構成する。

【０００３】 集積回路が行う算術演算は、例えば暗号化アルゴリズムを計算するため、オペ
ランドや中間結果の論理結合を形成する。使用技術により、この動作、特に空の
、又は前もって消去した記憶部分やレジスタのデータの読込みは、データ処理装
置の電流消費量の増加に繋がる。相補論理、例えばＣＭＯＳの場合、ビット記憶
セルの数値が変わるとき、すなわちその数値が「０」から「１」、又は「１」か
ら「０」に変わるとき、電流消費量の増加が発生する。消費量増加は次にメモリ
やレジスタで変わったビット位置数による。すなわち、前もって消去したレジス
タの読込みは、空のレジスタに書込まれたオペランド（＝数値「１」を有するビ
ット数）のハミング重量に比例した電流消費量の増加を発生する。従って、この
電流変化の分析により、実行動作に関する情報抽出が可能となり、例えば暗号化
キーなどの機密オペランドの暗号分析に成功する。数回の電流測定をデータ処理
装置で実行したとき、例えばごく少量の信号変化の場合、十分な情報を抽出でき
る。一方、複数回の電流測定によりまた必須微分（required differentiation）
を可能にする。この種類の暗号分析はまた「微分電力分析（Differential Power
Analysis）」と呼ばれ、第三者はデータ処理装置の電流消費量の変化を観測す
るだけで、暗号化動作、アルゴリズム、オペランド、又はデータの非認証暗号分
析をうまく実行できる。従って、「微分電力分析」では、純粋機能性以上に集積
回路の追加内部情報の抽出が可能となる。

【０００４】 米国特許第５，２９７，２０１号明細書から、高周波放射コンピュータと、コ
ンピュータと同じ高周波を放射する装置とを結合することが周知である。従って
、非認証第三者はもはやコンピュータが放射した高周波を解読することはできな
い。しかし、このシステムはコンピュータに直接アクセスできる第三者による暗
号分析を回避できない。

【０００５】 国際特許出願９０／１５４８９号明細書では、ダミートラフィック又はダミー
トランスファーが発生し暗号分析を妨害する保護通信システムが記載されている
。しかし、このシステムはまた、コンピュータに直接アクセスできる第三者によ
る暗号分析を回避することはできない。

【０００６】発明の実施、目的、解決、効果 本発明の目的は、上述の欠点を無くし、「微分電力分析」に対して有効に保護
する改良されたデータ処理装置と、前述の種類の改良された方法とを提供するに
ある。

【０００７】 この目的は請求項１に開示したように特徴付けられた、前述の種類のデータ処
理装置により達成される。

【０００８】 このため、本発明による電源は入力電圧Ｖeinをパルス出力電圧Ｖausに変換し
、Ｖaus＜Ｖeinの場合、これを集積回路に伝達する電圧変換器を備える。

【０００９】 これにより、集積回路が実行する演算に関する全ての特性情報を、電流と電圧
の時間変化から無くし、集積回路に生じた入力電流が微分電力分析の情報源とし
てもはや使用できなくなるという効果が提供される。

【００１０】 データ処理装置のさらに好ましい実施形態は、請求項２〜５に記載されている
。

【００１１】 好ましい実施形態の電圧変換器はスイッチとそのスイッチ用制御回路とを備え
、そのスイッチはコンデンサを介してアースに接続され、制御回路の制御下で、
コンデンサを入力電圧Ｖeinと集積回路に交互に接続する。

【００１２】 さらに、好ましくは、入力電圧Ｖeinに接続した入力ノードと、出力電圧Ｖaus
を集積回路に出力する出力ノードとを備えた電流搬送供給リード線を提供する。
このスイッチは入力ノードと出力ノードとの間で供給リード線を遮断し、第１位
置で、第１供給リード線セグメントを介して第１コンデンサを入力ノードに接続
し、第２位置で、第２供給リード線セグメントを介して出力ノードに接続するよ
うに配置される。

【００１３】 好ましくは、電圧変換器は入力ノードとスイッチの第１位置との間で供給リー
ド線をアースに接続する入力コンデンサと、スイッチの第２位置と出力ノードと
の間で供給リード線をアースに接続する出力コンデンサとを備える。

【００１４】 本発明の前述の種類の方法によれば、集積回路の供給電流は、外部入力におい
て、定パルス振幅のパルス電流だけが測定できるように変換される。このため、
入力電圧Ｖeinはパルス幅変調した出力電圧Ｖausに変換され、集積回路に印加さ
れる。

【００１５】 これにより、集積回路が実行する演算に関する全ての特性情報を、電流と電圧
の時間変化から無くし、集積回路に生じた入力電流が微分電力分析の情報源とし
てもはや使用できなくなるという効果が提供される。

【００１６】 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

【００１７】発明の実施の形態 図１は集積回路１０と電源の電圧変換器１２とを備える、本発明によるデータ
処理装置１００の好ましい実施の形態を示し、残りは図示していない。電圧変換
器１２はスイッチ１４と、スイッチ１４の制御回路１６とを備え、スイッチ１４
はコンデンサ１８を介してアース２０に接続され、制御回路１６の制御下で、コ
ンデンサ１８を入力電圧Ｖein２２と集積回路１０とに交互に接続する。

【００１８】 電流搬送供給リード線２４は、入力電圧Ｖein２２に接続した入力ノード２６
と、出力電圧Ｖaus２８を集積回路１０に出力する出力ノード３０とを備え、ス
イッチ１４は入力ノード２６と出力ノード３０との間で供給リード線２４を遮断
し、第１位置３２で、第１供給リード線セグメント３４を介してコンデンサ１８
を入力ノード２６に接続し、第２位置３６で、第２供給リード線セグメント３８
を介してコンデンサ１８を出力ノード３０に接続するように配置する。

【００１９】 電圧変換器１２はまた、入力ノード２６とスイッチ１４の第１位置３２との間
で供給リード線２４をアース２０に接続する入力コンデンサ４０と、スイッチ１
４の第２位置３６と出力ノード３０との間で供給リード線３４をアース２０に接
続する出力コンデンサ４２とを備える。

【００２０】 http://www.cryptography.com/dpaのインターネット上でＰａｕｌ Ｋｏｃｈ
ｅｒ氏が発表した論文「微分電力分析」によると、入力／出力信号だけでなく、
集積回路の電流消費量Ｉa又は供給電圧Ｕaの電圧降下ΔＵaが分析される。この
分析方法の成功は、時間におけるアナログ（Ｉa（ｔ）又はΔＵa（ｔ））信号変
化Ｓ（ｋ，ｔ）の数ＮAがｋ＝｛１,...,ＮA｝の様々なオペランドにより測定で
き、以下の式の和を構成できるかどうかによるものである。

【００２１】

【数１】 式中、ｉ＝｛０，１，２,...｝の場合、係数はｐ（ｉ，ｋ）である。様々な信
号変化Ｓ（ｋ1，ｔ1）、Ｓ（ｋ2，ｔ1）、Ｓ（ｋ3，ｔ1）...を同時点ｔ＝ｔ1で
観測した場合、集積回路がその時点で様々なオペランドｋ＝｛１,...,ＮA｝によ
り同一の算術演算を実行する、すなわち、信号変化Ｓ（ｋ，ｔ）を正確に登録す
ることができる場合のみ微分電力分析は成功となる。これは計算自体のためだけ
でなく、データの入出力に適用できる。

【００２２】 本発明では、定供給電圧Ｕeinとパルス供給電流Ｉeinのみが外部から抽出でき
るため、供給電流と供給電圧の時間変化Ｉa（ｔ）又はΔＵa（ｔ）を無くする。
あたかも集積回路１０の動作特徴である電圧及び電流成分であるかのように電圧
変換器１２は「バッファ」となる。

【００２３】 電圧変換器１２の要素を適度に調整し、スイッチ１４を適切に制御した場合、
出力ノード３０は入力ノード２６の入力電圧Ｖein２２より低いかそれと同等の
出力電圧Ｖaus２８を搬送し、所定の精度要求事項を満足する。これは、例えば
パルス幅変調（pulse width modulation）により達成される。

【００２４】 スイッチ１４はまず、コンデンサ１８を充電する第１位置３２を占める。次にス
イッチ１４は第２位置３６に切換えられ、コンデンサ１８は出力ノード３０に電
荷を伝送し、出力コンデンサ４２と集積回路１０の自己容量により緩衝記憶され
る。入力ノードは入力コンデンサ４０により緩衝記憶される。

【００２５】 図２は入力ノード２６に現れる入力電流Ｉein４４と出力ノード３０に現れる
出力電流Ｉaus４６とを示す。電流４４、４６はともに時間軸４８でプロットさ
れる。もっぱら入力電流Ｉein４４は外部からアクセスされる。このため、例え
ば電圧変換器１２自体は、集積回路としての制御回路１６とともに構成され、又
は集積回路１０に付加されて一体化される。図２から直接明らかにされているよ
うに、入力電流Ｉein４４は集積回路の演算による振幅変化を示さないが、定振
幅のパルスにされる。集積回路１０で実行される演算自体ではなく、この回路１
０の活性度に関する情報を可能な限り抽出できる。

【００２６】 要約すると、電圧変換器１２により微分電力解析に対する保護が提供され、外
部から集積回路１０の電流変化と供給電圧Ｖaus２８の電圧変化とをマスクし、
電流消費量の特性成分が抑制される。従って、電流消費量に関する抽出可能情報
を欠くため、微分電力分析は不成功に終わると思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るデータ処理装置の好ましい実施形態を示す。

【図２】 本発明に係るデータ処理装置の電圧変換器の、時間軸でプロットした入力電流
と出力電流とを示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １， 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積回路（１０）と電源とを備え、特にチップカードのデータ処理装置（１０
   ０）において、 電源は集積回路（１０）に電力を供給する入力電流Ｉaus（４６）を、Ｖaus＜
   Ｖeinの場合、パルス入力電流Ｉein（４４）に変換する電圧変換器（１２）を備
   えたことを特徴とするデータ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のデータ処理装置（１００）において、 電圧変換器（１２）がスイッチ（１４）と、スイッチ（１４）の制御回路（１
   ６）とを備え、スイッチ（１４）はコンデンサ（１８）を介してアース（２０）
   に接続され、制御回路（１６）の制御下で、コンデンサ（１８）を入力電圧Ｖei
   n（２２）と集積回路（１０）とに交互に接続することを特徴とするデータ処理
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のデータ処理装置（１００）において、 電圧変換器（１２）が入力電圧Ｖein（２２）に接続した入力ノード（２６）
   と、出力電圧Ｖaus（２８）を集積回路（１０）に出力する出力ノード（３０）
   とを備えた電流搬送供給リード線（２４，３４，３８）を備え、スイッチ（１４
   ）は入力ノード（２６）と出力ノード（３０）との間で供給リード線（２４）を
   遮断し、第１位置（３２）で、第１供給リード線セグメント（３５）を介して第
   １コンデンサ（１８）を入力ノード（２６）に接続し、第２位置（３６）で、第
   ２供給リード線セグメント（３８）を介して出力ノード（３０）に接続するよう
   に配置したことを特徴とするデータ処理装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のデータ処理装置（１００）において、 電圧変換器（１２）が入力ノード（２６）とスイッチ（１４）の第１位置（３
   ２）との間で供給リード線（２４，３４）をアース（２０）に接続する入力コン
   デンサ（４０）を備えたことを特徴とするデータ処理装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載のデータ処理装置（１００）において、 電圧変換器（１２）がスイッチ（１４）の第２位置（３６）と出力ノード（３
   ０）との間で供給リード線（２４，３８）をアース（２０）に接続する出力コン
   デンサ（４２）を備えたことを特徴とするデータ処理装置。
6. 【請求項６】 特にチップカード内の集積回路に電源を供給する方法において、 入力電圧Ｖeinがパルス幅変調した出力電圧Ｖausに変換され、集積回路に印加
   されることを特徴とする方法。