JP2005348453A - 携帯カードの保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＡに抵抗力があり、したがって安全に使用できる携帯カードを提供する。
【解決手段】データ暗号化アルゴリズム又はカード認証アルゴリズムを少なくとも備えた携帯カードを、暗号化操作において、携帯カードの外部に漏洩した情報の電力消費データや電磁放射などのような統計的解析により、使用された秘密キーが引き出されることがないように保護する携帯カードの保護方法であって、携帯カードは、暗号化アルゴリズムを生成するためのリニア及びノンリニア・フィードバック機能を具備したシフトレジスタを少なくとも備え、該方法は、処理されるべきデータと秘密キーとを携帯カードのシフトレジスタにローディングする工程を含み、秘密キーがシフトレジスタ内にロードされた後、シフトレジスタは、ある特定の期間、少なくともリニア・フィードバック機能を使ってクロック・オンすることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は携帯カードの保護方法に関する。

該カードは、電力消費データや電磁放射などのような暗号解読操作の場合に外部にその情報の統計的解析が漏れることから使用中の秘密キーが引き出されることに対し、少なくともデータ暗号化アルゴリズムおよび／またはカード認証アルゴリズムを有し、また、暗号アルゴリズムを作るためのリニアおよびノンリニア・フィードバック機能をもつシフトレジスタを少なくとも有し、該方法は処理されるべきデータをロードし、秘密キーをカードのシフトレジスタにロードすることからなる。

入力情報を処理したり出力情報を生じさせたりするために秘密キーを使うことは、暗号解読デバイスにおいて一般に公知である。フィードバック・シフトレジスタを使うことも、暗号解読アルゴリズムの作成において一般に公知である。

この際、連続処理されるべきデータおよび秘密キーは１以上のシフトレジスタにロードされる。ここで、ロードされるデータとキーのシーケンスはランダムである。

したがって、シフトレジスタ出力およびシフトレジスタの内容はリニアやノンリニアのフィードバックによって、アルゴリズム全体の出力を決定するために用いられる。次に、シフトレジスタの入力も、前記データやキーとは別に、シフトレジスタの内容のリニアおよびノンリニアの組み合わせからなる。

このようなシフトレジスタは一般にＩＣカード・名刺・スマートカード製品などのような携帯カードの場合に用いられる。

秘密キーは非承認第三者には知られていないので、アルゴリズム出力から入力あるいはキーを引き出すことは基本的に不可能である。

しかし、いまやＩＣカードなどに対して、カードの電力消費の統計的解析から使用された秘密キーをコンピュータによって引き出すことが可能であることが明らかになっている。そのような方法は「微分電力解析」（ＤＰＡ）として公知であり、インターネット発表ＤＰＡ技術情報の以下の非特許文献１に開示されている。

該方法は、暗号解読操作によって、情報が電力消費データ・電磁放射などの形で外部に漏れるという事実に基づいている。

こうして、マイクロプロセッサ・ユニットが、外部に電気ビヘイビアを生じる規則的なトランジスタスイッチングパターンを示す。

ここで、電力消費を記録し、得られたデータの統計的解析によって使用秘密キー上の情報を引き出すことにより、マイクロプロセッサ機能のようなマイクロ特性を同定することができる。
Ｐ．コーチャ他「微分電力解析および関連攻撃入門」（暗号解読リサーチ、サンフランシスコ、１９９８年）

本発明は上記問題を克服し、上記解析に抵抗力があり、したがって安全に使用できる携帯カードを提供するものである。

本発明の方法は、統計的解析によって秘密を引き出すことに抵抗力のある記録されたリーク情報の値の集積からなるカードに対してアルゴリズムが適用されることに特徴がある。

シフトレジスタにキーをロードした後、ある特定の周期の間、数回、少なくともリニア・フィードバック機能を利用して、クロック・オンする。

本発明の変形として、シフトレジスタがある固定した内容の場合、キーのみをシフトレジスタにロードする（実施例３）。

本発明の第１実施例において、まずキーをロードし、クロック・オンし、その後、データがロードされる（実施例２）。

他の実施例では、リニア・フィードバック機能のみを用いて、まずキーがロードされ、次に、データがシフトレジスタにロードされて、クロック・オンする（実施例１）。

さらに他の実施例では、リニア・フィードバック機能のみを用いて、まずデータがロードされ、次に、キーがロードされ、その後、クロック・オンする（実施例４）。

本発明の携帯カードの保護方法は、上記のように構成したので、ＤＰＡに対して抵抗力があり、したがって安全に使用できる。

以下、図面を用いて本発明を説明するが、これらは実施例を説明するためのもので、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、従来のフィードバック・シフトレジスタ１を示し、これは簡単化のため図示していないがＩＣカードや名刺のような携帯カードに対して適用可能で、入力２と出力３をもつ。

フィードバック・シフトレジスタ１は、この場合リニア機能１ｂ、および出力３ａをもつノンリニア機能１ｃからなるフィードバック機能をも有するシフトレジスタ１ａからなる。このようなフィードバック・シフトレジスタは、比較的安価なため、たとえば名刺などに対して望ましく適用される。ノンリニア機能は各ビットがキー・ビットの各数字に依存するように取り扱われる。

シフトレジスタは一般に公知なので、その動作については詳述しない。シフトレジスタ１ａは一連のビットからなる。シフトレジスタの長さはビットで表わされ、ｎビットの長さの場合、ｎビット・シフトレジスタと呼ばれる。

１つのビットが必要なたび、シフトレジスタ内のすべてのビットが右へ１ビット移る。新しい左のビットは、レジスタ内に残っているビットおよび入力の関数として計算される。シフトレジスタの出力は１ビットで、しばしば、ＬＳＢである。シフトレジスタの周期はくり返しが始まる前の出力シリーズの長さである。

データは入力２によってロードされ、キーがロードされ、結果が、出力３、あるいはもし必要なら出力３ａによって生じる。しかし、同様の状況において、「リーク・データ」の統計的解析およびエラー修正技術による計算において、システムの電力変動に基づくＤＰＡによって、秘密キーへのアタックが実行される可能性がある。

この場合、セキュリティの観点から、キーとデータをノンリニアにシフトレジスタ内にロードすることが好ましい。しかし、計算する場合、キーとデータをノンリニアにシフトレジスタ内にロードすると、電力消費の統計的解析によって使用秘密キーを引き出される機会が増す。

図２及び図３に、本発明の各シフトレジスタを示す。なお、図１と同一部分には同一符号を付している。

（実施例１）
図２において、まずキーがシフトレジスタ内にロードされ、次にデータが少なくとも初めはリニア・フィードバック機能のみを用いてロードされた後、シフトレジスタのクロッキング・オン（たとえば、１００回以上）が生じる。データのローディング、およびもし望むなら次のクロッキング・オンの間、シフトレジスタのノンリニア機能は十分クロック・オンされるまで作動しない。次いで、ノンリニア機能がもう一度スイッチ・オンされる。

そうすることにおいて、リニアフィードバック機能１ｂは作動し続ける。

ノンリニア機能１ｃの非作動・作動は、たとえばスイッチを使って適切に生じる。
シフトレジスタ１ａは非常に多数回、有利にクロック・オンされるので、シフトレジスタの全エレメントの内容がキーのビットの多数部に依存する。

（実施例２）
第２の実施例では、キーをロードした後、シフトレジスタの全エレメントの内容がキーのビットの大部分に依存するまで、クロック・オンされる。このクロック・オンの後はじめて、シフトレジスタ１ａのデータがロードを許され、シフトレジスタの内容上のノンリニア操作も許される。

クロック・オンは当業者に公知なように生じるので、これ以上詳述しない。

完全にするため、ＤＰＡはキーを伴うデータのノンリニア操作が生じる場合にのみ遂行され得ることを付け加えておく。さらに、ＤＰＡに要求される努力が、シフトレジスタ内のビットが依存するキービットの数とともに指数関数的に上昇するので、シフトレジスタ１ａの十分な中間クロック・オンの場合、ＤＰＡの適用は短期的な成功につながらないことになる。

（実施例３）
図３に、本発明の第３の実施例を示す。キーはシフトレジスタの固定された内容（単にゼロの場合も含む）を伴ってロードされ、シフトレジスタ上のクロック・オンは能動的なリニアおよびノンリニア・フィードバック機能を伴って、しかしクロック・オンの間シフトレジスタ内にロードされるデータを伴わないで、生じる。キーをロードした後、シフトレジスタ内へのデータの入力がシフトレジスタから切り離され、特定のクロック・オンの後再び行われる。シフトレジスタの固定された内容のため、どんな変形も適用を許されず、電力消費のようなリークデータの異なる値の集積を非承認第三者が決定することはできず、キーを訂正するため統計的解析にそれを従わせることができない。

本発明によるこのソリューションにおいて、キーはノンリニアにロードされ、ノンリニア・フィードバック機能を無効にすることは必要でない。

（実施例４）
本発明の第４の実施例では、データがシフトレジスタ内にロードされた後、キーはシフトレジスタの固定された内容を伴ってロードされない。キーはリニア・フィードバック機能のみを使ってシフトレジスタ内にロードされた後、クロック・オンが生じるのを許される。

上記説明によって、本発明による方法のさまざまな変形が当業者には明らかになるであろう。

そのような変形は本発明の範囲内に入ると見なされるべきである。

携帯カードに適用される従来の典型的なシフトレジスタの構成図である。 本発明の一実施例よりなるシフトレジスタの構成図である。 本発明の他の実施例よりなるシフトレジスタの構成図である。

符号の説明

１ フィードバック・シフトレジスタ
１ａ シフトレジスタ
１ｂ リニア機能
１ｃ ノンリニア機能
２ 入力
３、３ａ 出力

Claims (10)

1. データ暗号化アルゴリズム又はカード認証アルゴリズムを少なくとも備えた携帯カードを、暗号化操作において、前記携帯カードの外部に漏洩した情報の電力消費データや電磁放射などのような統計的解析により、使用された秘密キーが引き出されることがないように保護する携帯カードの保護方法であって、
   前記携帯カードは、暗号化アルゴリズムを生成するためのリニア及びノンリニア・フィードバック機能を具備したシフトレジスタを少なくとも備え、
   前記方法は、処理されるべきデータと秘密キーとを前記携帯カードのシフトレジスタにローディングする工程を含み、
   前記秘密キーが前記シフトレジスタ内にロードされた後、前記シフトレジスタは、所定の期間、少なくとも前記リニア・フィードバック機能を使って数回クロック・オンすることを特徴とする携帯カードの保護方法。
2. 前記シフトレジスタが、予め決められた時間、クロック・オンすることで、前記シフトレジスタの全エレメントの内容が、前記秘密キーの大部分のビットに依存するように構成したことを特徴とする請求項１記載の携帯カードの保護方法。
3. 前記秘密キーがロードされ、クロック・オンされた後、前記データが前記シフトレジスタ内にロードされることを特徴とする請求項１または２記載の携帯カードの保護方法。
4. 前記秘密キーが前記シフトレジスタ内にロードされた後、前記データが前記リニア・フィードバック機能のみを使ってロードされ、シフトレジスタが続いてクロック・オンすることを特徴とする請求項１または２記載の携帯カードの保護方法。
5. 前記シフトレジスタのクロック・オンが、シフトレジスタのリニア・フィードバック機能を用いて行われ、シフトレジスタのノンリニア・フィードバック機能を用いないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の携帯カードの保護方法。
6. 前記シフトレジスタのクロック・オンが、シフトレジスタのリニア・フィードバック機能およびノンリニア・フィードバック機能を用いて行われ、
   クロック・オンの期間の間又はクロック・オンの期間より前に、又は、前記秘密キーのローディングより前に、前記シフトレジスタにデータがローディングされないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の携帯カードの保護方法。
7. 前記ノンリニア・フィードバック機能が、入力への接続及びシフトレジスタへの接続を切り離すことにより非活性化されることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の携帯カードの保護方法。
8. 前記秘密キーをシフトレジスタ内にロードした後、シフトレジスタへのデータの入力が、シフトレジスタから切り離され、前記所定の期間の後、再接続されることを特徴とする請求項３〜７のいずれかに記載の携帯カードの保護方法。
9. 前記シフトレジスタに予め定めた値が設定されている時のみ、前記秘密キーを前記シフトレジスタにロードするように構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の携帯カードの保護方法。
10. 前記シフトレジスタに予め定めた値が設定されていない時、前記秘密キーは、リニア・フィードバック機能のみを使ってシフトレジスタ内にロードされ、その後、クロック・オンすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の携帯カードの保護方法。

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