JP2010062635A - Encryption processing apparatus and integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、暗号処理装置およびそれを搭載した集積回路に関するものである。 The present invention relates to a cryptographic processing device and an integrated circuit on which the cryptographic processing device is mounted.
ICカードでは、ホストコンピュータとデータのやり取りを行うとき、その過程でICカードに格納されている秘密情報が漏れても問題を発生させないために、やり取りするデータには暗号化したデータを用いる。 In the IC card, when data is exchanged with the host computer, encrypted data is used as exchanged data so that no problem occurs even if secret information stored in the IC card leaks in the process.
この暗号化の方法として、現在最も多く用いられているのは共通鍵暗号である。
たとえばDES(Data Encryption Standard)では、データの暗号化にはICカードの所有者とホストコンピュータが同じ鍵を所有する。そして、DESでは、データの送信側はデータをその鍵で暗号化して送信し、データの受信側は同じ鍵で復号化してメッセージを取り出す。
As the encryption method, common key encryption is most frequently used at present.
For example, in DES (Data Encryption Standard), an IC card owner and a host computer have the same key for data encryption. In DES, the data transmission side encrypts the data with the key and transmits the data, and the data reception side decrypts the data with the same key and takes out the message.
通信の過程で悪意の第三者が盗聴しても、鍵を有していない限りは復号化してメッセージを取り出すのは困難である。
また、暗号化・復号化のときに使う鍵は、ICカード内のEEPROM等の不揮発性メモリに格納される。
暗号化・復号化時にはCPUを介さないで直接ICカード内の暗号エンジンに転送されるような制御により、ICカードの所有者やICカードの開発エンジニアすら鍵データを取り出すことが不可能な構成を採ってセキュリティを保持している。
Even if a malicious third party eavesdrops in the course of communication, it is difficult to decrypt and extract a message unless it has a key.
A key used for encryption / decryption is stored in a nonvolatile memory such as an EEPROM in the IC card.
A configuration in which key data cannot be extracted even by the IC card owner or IC card development engineer by control that is directly transferred to the encryption engine in the IC card without going through the CPU at the time of encryption / decryption. Adopt security.
しかし、ICカードの消費電流を測定し、それに統計処理を施して鍵を取り出すという攻撃方法(DPA:Differential Power Analysis)が P.Kocher らにより報告された。
このDPA攻撃では、異なる1000個程度の平文を用いて暗号化演算を行ってその時の消費電流波形を取得し、鍵を推定して消費電流を統計処理することにより、鍵を取り出すことが可能となる。
However, P. Kocher et al. Reported an attack method (DPA: Differential Power Analysis) in which the current consumption of an IC card was measured, and statistical processing was performed on it to extract the key.
In this DPA attack, it is possible to extract a key by performing an encryption operation using about 1000 different plaintexts, obtaining a current consumption waveform at that time, estimating a key, and statistically processing the current consumption. Become.
実際のDPA攻撃は、図1に示すような様な測定系を用いて行われる。 An actual DPA attack is performed using a measurement system as shown in FIG.
図1の測定系1においては、まず、外部電源から暗号演算回路を含むLSI(IC:集積回路)2の電源ピンPPに1〜十Ω程度の抵抗Rを介して電圧供給する。
そして、デジタルオシロスコープ3で抵抗Rの一端の電圧を測定することによって動作電流波形を測定して、これをパーソナルコンピュータ(パソコン)4のハードディスク等に取り込む。
暗号演算させる平文はパソコン4から発生させた乱数回路等を用いて発生させてシステム基盤5側に供給して暗号演算する。
所定の数の平文と、それに対応した電流波形の取得が完了した後は、パソコン4で複数の平文で鍵を推定しての暗号化のシミュレーション(simulation)を行う。
そして、着目ノードの値に基づいて消費電流波形をグループ分けし、各グループの平均電流の差分を取ってピーク電流の発生の有無で推定鍵の妥当性を判断する。
In the
Then, the operating current waveform is measured by measuring the voltage at one end of the resistor R with the digital oscilloscope 3, and this is taken into the hard disk or the like of the personal computer (personal computer) 4.
The plaintext to be cryptographically operated is generated using a random number circuit or the like generated from the personal computer 4 and supplied to the
After the acquisition of the predetermined number of plaintexts and the current waveform corresponding to the predetermined number of plaintexts, the personal computer 4 performs a simulation of encryption by estimating a key using a plurality of plaintexts.
Then, the current consumption waveforms are grouped based on the value of the node of interest, the difference between the average currents of each group is taken, and the validity of the estimation key is determined based on whether or not the peak current is generated.
ピークが検出されなければ、別の6ビット(bit)鍵を選択して同じ処理を行い、ピークが検出されれば、対象のSボックス(Sbox)を変更して次の6ビット鍵を求める。
そして、8個のSboxについて各々の6ビット鍵が求まれば、残り 56−48=8 [ bit ] は全数攻撃しても 28=256回で求まる。
If no peak is detected, another 6-bit key is selected and the same process is performed. If a peak is detected, the target S box (Sbox) is changed to obtain the next 6-bit key.
Then, if each 6-bit key is obtained for 8 Sboxes, the remaining 56-48 = 8 [bit] can be obtained 2 8 = 256 times even if all attacks are performed.
DPA攻撃の脅威は、攻撃するのに特別な装置を必要としない点と、電流波形の取得さえ終れば、鍵を推定しての電流波形の統計処理による鍵の取り出しには数十時間程度しか必要としない点である。
そして、攻撃に際して電流測定用の抵抗を電源側またはグランドGND側に挿入するが、それ以外は通常のCPUからの命令の処理と同じで、暗号回路は攻撃されていることを
検知する術がない。
The threat of a DPA attack is that a special device is not required to attack, and once the acquisition of the current waveform is completed, it takes only about tens of hours to extract the key by statistical processing of the current waveform after estimating the key. It is a point that is not necessary.
In the attack, a resistance for current measurement is inserted on the power supply side or the ground GND side. Other than that, it is the same as the processing of a command from a normal CPU, and there is no way to detect that the cryptographic circuit is attacked. .
このDPA攻撃に対処するための方法としては、攻撃の対象となる鍵に起因する電流の発生を抑えたり、消費電流の統計処理を困難にする方法を盛り込むことが一般的に行なわれる。
このDPA対策には大きく分けて以下の3種類があり、これらの対策のうちの1つ以上が施される。
<1>論理対策、
<2>タイミング対策、
<3>電流対策。
As a method for coping with this DPA attack, it is generally performed to include a method for suppressing the generation of current due to the key to be attacked or making the statistical processing of current consumption difficult.
There are roughly the following three types of DPA countermeasures, and one or more of these countermeasures are taken.
<1> Logic measures
<2> Timing measures,
<3> Current countermeasures.
これらの中で、DPA攻撃に対して最も耐性のあるのは<1>の論理対策である。通常は論理対策<1>に補助的にタイミング対策<2>や電流対策<3>を組み合わせてDPA対策とする。 Among these, the logic measure <1> is most resistant to DPA attacks. Usually, the logic countermeasure <1> is supplementarily combined with the timing countermeasure <2> and the current countermeasure <3> as the DPA countermeasure.
論理対策<1>の方法としては、(a)乱数で撹乱する方法と、(b)相補動作をする回路を並列に配置する方法がある。
乱数で撹乱する方法(a)の例として、たとえば特許文献1に開示された技術が知られている。
この技術では、F関数の入力部で、そのままの値(ポジ)と反転値(ネガ)を生成し、拡張関数に入力する値をどちらにするかを乱数で選択する。
As the logic countermeasure <1>, there are (a) a method of disturbing with a random number and (b) a method of arranging circuits performing complementary operations in parallel.
As an example of the method (a) for disturbing with a random number, for example, a technique disclosed in
In this technique, an F function input unit generates a value (positive) and an inverted value (negative) as they are, and selects a value to be input to the extension function using a random number.
相補動作をする回路を並列に配置する方法(b)の例として、たとえば特許文献2に開示された技術が知られている。
この技術では、1bit のデータをハミング重み(Hamming Weight)の等しい2bitの数値に展開する。そして、演算によるデータの遷移は、稼動相と休止相の2相を設けて、一端、“0”でも“1”でもない状態に遷移してから演算後のデータに遷移する制御を行うことによって、演算値の遷移に伴う変化電流を検出できないようにしている。
As an example of a method (b) for arranging circuits that perform complementary operations in parallel, for example, a technique disclosed in
In this technique, 1-bit data is developed into 2-bit numerical values having the same Hamming weight. And the transition of the data by the calculation is performed by providing two phases of the working phase and the dormant phase, and by controlling the transition to the post-computation data after transitioning to a state that is neither “0” nor “1”. The change current associated with the transition of the operation value cannot be detected.
具体的には、たとえばデータ“0”を “01”、データ“1”を“10”として暗号演算を実行する。そして、ラウンド(Round)演算によってデータが変化する場合、たとえば一端“00”に遷移してから演算後のデータに遷移する。
すなわち、次のようになる。
Specifically, for example, the cryptographic operation is executed with data “0” as “01” and data “1” as “10”. When the data changes due to the round calculation, for example, the data transitions to “00” at one end and then transitions to the data after the calculation.
That is, it is as follows.
“0”→“0”の遷移:“01”→“00”→“01”、
“0”→“1”の遷移:“01”→“00”→“10”、
“1”→“0”の遷移:“10”→“00”→“01”、
“1”→“1”の遷移:“10”→“00”→“10”。
“0” → “0” transition: “01” → “00” → “01”,
“0” → “1” transition: “01” → “00” → “10”,
“1” → “0” transition: “10” → “00” → “01”,
Transition from “1” to “1”: “10” → “00” → “10”.
このように、全ての遷移で1bitのみ変化するため、変化電流から鍵の取出しは困難となる。
上記特許文献1に開示された構成では、Sboxも通常データ(ポジ)と反転データ(ネガ)の2種類を準備し、乱数でどちらを選択するかを決定する。
この方式の場合、推定した6bit鍵が正しい場合でも、2つのグループ各々で半分は乱数により反転動作をし、結果的に、平均電流の差分を採ってもピーク信号は現われない。
しかし、この方式の場合、2つのSboxを配置して同時に動作させる必要がある。このため、回路規模および消費電流の増大が発生し、また、高次のDPA攻撃を行えば、統計処理に必要な平文の数および取得する消費電流波形の数は増えるが、鍵の取出しは可能となる。
In the configuration disclosed in
In this method, even if the estimated 6-bit key is correct, half of each of the two groups is inverted by a random number, and as a result, no peak signal appears even if the difference in average current is taken.
However, in this system, it is necessary to arrange two Sboxes and operate them simultaneously. For this reason, the circuit scale and current consumption increase, and if a higher-level DPA attack is performed, the number of plaintexts required for statistical processing and the number of current consumption waveforms to be acquired increase, but the key can be taken out. It becomes.
また、特許文献2に開示された技術では、全ての演算処理を2ビットで処理する必要があるため、回路規模および消費電流は2倍あるいはそれ以上となる。
そもそも、DPA攻撃のための電流波形の測定は、外部電源とICの電源端子の間に数Ωの抵抗を付加するだけで測定を行うため、ICから見た時には抵抗付加の検知が困難という判断の元、DPA攻撃されても鍵の取得が困難なように、種々の対策を講じている。
Further, in the technique disclosed in
In the first place, the measurement of the current waveform for the DPA attack is performed by simply adding a resistance of several ohms between the external power supply and the power supply terminal of the IC, so that it is difficult to detect the addition of resistance when viewed from the IC. Under these circumstances, various measures are taken so that it is difficult to obtain a key even if a DPA attack occurs.
本発明の目的は、回路規模の増大や消費電流の増大をもたらすDPA対策のための論理対策を不要とする暗号処理装置および集積回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an encryption processing apparatus and an integrated circuit that do not require a logical countermeasure for a DPA countermeasure that causes an increase in circuit scale and an increase in current consumption.
本発明の第1の観点の暗号処理装置は、電源線と、基準電源線と、電源端子および基準電源端子に所定の電力を受けて暗号演算を行う暗号回路と、暗号演算命令発行後、暗号演算に入る前に上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続されたことを検知するモニタ部とを有する。 A cryptographic processing device according to a first aspect of the present invention includes a power supply line, a reference power supply line, a cryptographic circuit that receives a predetermined power from the power supply terminal and the reference power supply terminal, performs cryptographic computation, A monitor unit that detects that a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal by causing a current to flow between the power supply terminal and the reference power supply terminal before entering the operation;
本発明の第2の観点の集積回路は、電源線と、基準電源線と、上記電源線と上記基準電源線に接続された回路系と、電源端子および基準電源端子に所定の電力を受けて暗号演算を行う暗号回路と、暗号演算命令発行後、暗号演算に入る前に上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続されたことを検知するモニタ部とを有する。 An integrated circuit according to a second aspect of the present invention receives predetermined power from a power supply line, a reference power supply line, a circuit system connected to the power supply line and the reference power supply line, and a power supply terminal and a reference power supply terminal. A cryptographic circuit that performs cryptographic operations, and after issuing a cryptographic operation command and before entering a cryptographic operation, a current is passed between the power supply terminal and the reference power supply terminal, and a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal. And a monitor unit for detecting this.
好適には、上記モニタ部は、電流源と、上記電源端子と上記基準電源端子間に上記電流源と直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第1スイッチと、上記電源端子と上記基準電源端子間に接続され、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、分割電圧を生成する直列に接続された複数の抵抗と、上記電源端子と上記基準電源端子間に上記複数の直列抵抗に直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第2スイッチと、上記基準電圧発生回路による基準電圧と上記直列抵抗による分割電圧とを比較する比較器と、を含む。 Preferably, the monitor unit includes a current source, a first switch connected in series with the current source between the power supply terminal and the reference power supply terminal, and controlled to be turned on / off by a control signal, and the power supply terminal. A reference voltage generation circuit for generating a reference voltage connected between the reference power supply terminals, a plurality of resistors connected in series for generating a divided voltage, and the plurality of series resistors between the power supply terminal and the reference power supply terminal And a second switch that is controlled to be turned on and off by a control signal, and a comparator that compares the reference voltage by the reference voltage generation circuit with the divided voltage by the series resistor.
好適には、上記モニタ部は、暗号演算命令発行後、上記第2スイッチを制御信号によりオン状態に制御して分割電圧を上記比較器に供給し、上記第1スイッチを制御信号によりオン状態に制御して上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、上記比較器は、電流が流れる状態での分割電圧と上記基準電圧とを比較し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続された場合の電圧差を検出する。 Preferably, after the cryptographic operation instruction is issued, the monitor unit controls the second switch to be turned on by a control signal and supplies the divided voltage to the comparator, and the first switch is turned on by the control signal. A current is passed between the power supply terminal and the reference power supply terminal, and the comparator compares the reference voltage with the divided voltage in a state where the current flows, and at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal The voltage difference when a resistor is connected to is detected.
好適には、上記モニタ部は、電流源と、上記電源端子と上記基準電源端子間に上記電流源と直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第1スイッチと、上記電源端子と上記基準電源端子により駆動電圧を供給され、制御信号を受けて発振動作を行う発振回路と、上記発振回路の出力をカウントするカウンタと、上記カウンタ値を保持可能なレジスタと、上記カウンタのカウント値と上記レジスタに保持されたカウント値とを比較する比較器と、を含む。 Preferably, the monitor unit includes a current source, a first switch connected in series with the current source between the power supply terminal and the reference power supply terminal, and controlled to be turned on / off by a control signal, and the power supply terminal. An oscillation circuit that is supplied with a drive voltage from the reference power supply terminal and receives a control signal to oscillate, a counter that counts the output of the oscillation circuit, a register that can hold the counter value, and a count value of the counter And a comparator for comparing the count value held in the register.
好適には、上記モニタ部は、上記基準電源端子と上記発振回路の発振経路との間に直列に接続されたキャパシタおよび第2スイッチと、を含み、上記第1および第2スイッチをオフにした状態で、上記制御信号により上記発振回路を動作させて当該発振回路の出力を上記カウンタでカウントした後レジスタに保持し、上記第1および第2スイッチをオンにした状態で発振回路の出力を上記カウンタで再度カウントし、上記比較器は、上記再カウント値と上記レジスタのカウント値とを比較し、周波数の変化を検出する。 Preferably, the monitor unit includes a capacitor and a second switch connected in series between the reference power supply terminal and the oscillation path of the oscillation circuit, and the first and second switches are turned off. In this state, the oscillation circuit is operated by the control signal, the output of the oscillation circuit is counted by the counter, and then held in the register, and the output of the oscillation circuit is turned on with the first and second switches turned on. The counter counts again, and the comparator compares the recount value with the count value of the register to detect a change in frequency.
好適には、上記モニタ部は、上記基準電源端子と上記発振回路の発振経路との間に直列に接続されたキャパシタおよび第2スイッチと、を含み、上記第2スイッチをオンし、上記第1スイッチをオフにした状態で、上記制御信号により上記発振回路を動作させて当該発振回路の出力を上記カウンタでカウントした後レジスタに保持し、上記第2スイッチをオフにし、上記第1スイッチをオンにした状態で発振回路の出力を上記カウンタで再度カウントし、上記比較器は、上記再カウント値と上記レジスタのカウント値とを比較し、周波数の変化を検出する。 Preferably, the monitor unit includes a capacitor and a second switch connected in series between the reference power supply terminal and the oscillation path of the oscillation circuit, and turns on the second switch, With the switch turned off, the oscillation circuit is operated by the control signal and the output of the oscillation circuit is counted by the counter and then held in the register, the second switch is turned off, and the first switch is turned on. In this state, the output of the oscillation circuit is counted again by the counter, and the comparator compares the recount value with the count value of the register to detect a change in frequency.
本発明によれば、モニタ部は、暗号演算命令が発行されると、暗号演算に入る前に電源端子と基準電源端子間に電流を流す。
そして、たとえば、電源端子および基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続されたときに、電圧あるいは周波数に変化が現れ、この変化の有無がモニタ部でモニタされる。
According to the present invention, when the cryptographic operation instruction is issued, the monitor unit causes a current to flow between the power supply terminal and the reference power supply terminal before entering the cryptographic operation.
For example, when a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal, a change in voltage or frequency appears, and the presence or absence of this change is monitored by the monitor unit.
本発明によれば、回路規模の増大や消費電流の増大をもたらすDPA対策のための論理対策を不要とすることができる。 According to the present invention, it is possible to eliminate the need for a logical measure for a DPA measure that causes an increase in circuit scale and an increase in current consumption.
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態においては、DPA攻撃のための、電流測定時の抵抗付加を検出するモニタ部を提供し、回路規模の増大や消費電流の増大をもたらすDPA対策のための論理対策を不要とする構成を実現している。
具体的には、本実施形態では、ICの電源端子およびGND端子に抵抗が付加されたことを検知するモニタ部を搭載し、抵抗の付加を検知したらリセットし、DPA攻撃を困難とする。
In the present embodiment, a configuration is provided that detects a resistance addition during current measurement for a DPA attack and eliminates the need for a logical countermeasure for a DPA countermeasure that causes an increase in circuit scale and an increase in current consumption. Is realized.
Specifically, in the present embodiment, a monitor unit that detects that a resistor is added to the power supply terminal and the GND terminal of the IC is mounted, and when the addition of the resistor is detected, it is reset to make the DPA attack difficult.
抵抗の検知方式としては、本実施形態においては、暗号演算命令発行後、暗号演算に入る前に消費電流仕様に近い電流を一定期間流し、電圧検知方式または周波数検知方式が採用される。 As a resistance detection method, in the present embodiment, a voltage detection method or a frequency detection method is adopted in which a current close to the current consumption specification is passed for a certain period after a cryptographic operation command is issued and before the cryptographic operation is entered.
電圧検知方式においては、抵抗が付加されている場合、大きな電流を流すことにより、電源線の電圧降下およびGND線の電圧上昇が発生し、これをICの電源−GND間に配置した抵抗分割電圧と基準電圧の抵抗分割電圧との比較で検知する。 In the voltage detection method, when a resistor is added, a large current flows to cause a voltage drop of the power supply line and a voltage rise of the GND line, and this is a resistance division voltage arranged between the power supply of the IC and GND. And comparison with the resistance division voltage of the reference voltage.
周波数検知方式においては、抵抗が付加されている場合、大きな電流を流すことにより電源−GND間の電位差は減少する。発振回路を配置した場合、電源−GND間の電位差が変化すると発振周波数も変化し、大きな電流を流す前後で発振周波数を比較することにより抵抗の存在を検知する。 In the frequency detection method, when a resistor is added, the potential difference between the power supply and the GND is reduced by flowing a large current. When the oscillation circuit is arranged, when the potential difference between the power source and GND changes, the oscillation frequency also changes, and the presence of the resistor is detected by comparing the oscillation frequency before and after flowing a large current.
以下、本発明の実施形態に係るLSI(集積回路)について電圧検知方式および周波数検知方式を採用した場合を例に説明する。 Hereinafter, a case where a voltage detection method and a frequency detection method are employed for an LSI (integrated circuit) according to an embodiment of the present invention will be described as an example.
[第1実施形態]
図2は、本発明の第1の実施形態に係るICカードに使われるLSIの構成例を示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an LSI used in the IC card according to the first embodiment of the present invention.
このICカード(電子デバイス)100は、LSI(集積回路)110を有する。
LSI110は、図2に示すように、CPU111、暗号回路112、他の周辺回路113、比較器114、基準電圧発生回路(BGR1)115、および定電流源116が集積化されている。
LSI110は、さらに第1スイッチとしてのnチャネルMOS(NMOS)トランジスタN1、第2スイッチとしてのNMOSトランジスタN2、直列接続された抵抗R1および可変抵抗R2が集積化されている。
The IC card (electronic device) 100 includes an LSI (integrated circuit) 110.
As shown in FIG. 2, the
The
そして、比較器114、基準電圧発生回路115、定電流源116、抵抗R1,R2、およびトランジスタN1,N2によりモニタ部MNT1が構成される。
The
CPU111は、図示していないマスクROM等に記憶されたプログラムに従って、あるいはRAMをアクセスしてICカード100の全体の制御を行う。
CPU111は、暗号回路112への暗号命令を発行等する機能を有している。
The
The
本実施形態のICカード100は、外部電源から電源電圧“Vcc”が供給される電源線LV111およびGND線(接地線)LV112には、CPU111、暗号回路112、周辺回路113、基準電圧発生回路115、定電流源116等が接続されている。
In the
DPA攻撃のための電流波形の取得は、図2に示すように、外部電源とICの電源端子との間に抵抗を挿入してICの電源端子端から取得する場合と、外部GNDとICのGND端子との間に抵抗を挿入してICのGND端子端から取得する2つの方法がある。
このため、外部電源とICカードの電源端子、外部GNDとICのGND端子の電圧は必ずしも一致しない。
以下の説明では、これらの電圧を各々、Vcc,VdおよびGND,Vsと表示することとする。
As shown in FIG. 2, the current waveform for the DPA attack is acquired from the power supply terminal end of the IC by inserting a resistor between the external power supply and the power supply terminal of the IC. There are two methods for obtaining from the GND terminal end of the IC by inserting a resistor between the GND terminal and the GND terminal.
For this reason, the voltages of the external power supply and the power supply terminal of the IC card, and the external GND and the GND terminal of the IC do not necessarily match.
In the following description, these voltages are expressed as Vcc, Vd and GND, Vs, respectively.
モニタ部MNT1において、電流値“IL”の電流を流す定電流源116と制御信号CHK1でオン、オフ制御されるNMOSトランジスタN1が電源線LV111とGND線LV112との間に直列に配置されている。
これと並列に、直列接続された固定抵抗R1と可変抵抗R2の抵抗列と、制御信号CHK2でオン、オフ制御されるNMOSトランジスタN2が電源線LV111とGND線LV112との間に直列に接続されている。
また、固定抵抗R1と可変抵抗R2の抵抗列の接続点によりノードND1が形成されている。このノードND1のノード電圧をVdivとする。
In the monitor unit MNT1, a constant
In parallel with this, a resistor string of a fixed resistor R1 and a variable resistor R2 connected in series, and an NMOS transistor N2 that is on / off controlled by a control signal CHK2 are connected in series between the power supply line LV111 and the GND line LV112. ing.
Further, a node ND1 is formed by a connection point of the resistor string of the fixed resistor R1 and the variable resistor R2. The node voltage of this node ND1 is assumed to be Vdiv.
そして、ICカード100のGND端子(Vs)に対して常に一定の電圧を出力する基準電圧発生回路115の出力Vrefは、比較器114の“+”端子に入力され、抵抗分割電圧Vdivは比較器114の“−”端子に入力される。
本実施形態においては、この比較器114がアクティブとなったときに、以下の関係を検出すると、リセット要求を行うものとする。
The output Vref of the reference
In this embodiment, when the following relationship is detected when the
[数1]
“−”端子の電圧V(−) < “+”端子の電圧V(+)・・・・・・(1)
[Equation 1]
“−” Terminal voltage V (−) <“+” terminal voltage V (+) (1)
図3は、本実施形態のモニタ部における可変抵抗R2の構成例示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the variable resistor R2 in the monitor unit of the present embodiment.
可変抵抗R2は、図3に示すように、抵抗値がある程度の大きさの抵抗器R20と、抵抗値が抵抗器R20より小さい複数の抵抗器R21〜R2nが直列に接続されて構成されている。
抵抗値が小さい抵抗器R21〜R2nには、ゲートがレジスタReg.1〜Reg.nの出力に接続されたNMOSトランジスタN21〜N2nが並列に配置されている。
NMOSトランジスタN21〜N2nは、レジスタReg.1〜Reg.nへのセット値によってオン、オフ制御される。
可変抵抗R2では、NMOSトランジスタN21〜N2nをレジスタReg.1〜Reg.nへのセット値によってオン、オフ制御することにより小さい値の抵抗器R21〜R2nを有効にしたり、ショートさせたりして抵抗値を変えられる構成が採用されている。
As shown in FIG. 3, the variable resistor R2 is configured by connecting a resistor R20 having a certain resistance value and a plurality of resistors R21 to R2n having a resistance value smaller than the resistor R20 in series. .
The resistors R21 to R2n having small resistance values have gates connected to the register Reg. 1-Reg. NMOS transistors N21 to N2n connected to the output of n are arranged in parallel.
The NMOS transistors N21 to N2n are connected to the register Reg. 1-Reg. ON / OFF is controlled by a set value to n.
In the variable resistor R2, the NMOS transistors N21 to N2n are connected to the register Reg. 1-Reg. A configuration is adopted in which the resistance value can be changed by enabling or short-circuiting the resistors R21 to R2n having a smaller value by performing on / off control depending on the set value to n.
このレジスタReg.1〜Reg.nの値は、ICの電源投入直後の初期化動作時に定電流源116は非アクティブで基準電圧発生回路115および比較器114のみをアクティブとした場合の、可変抵抗R2の抵抗値が次のようになるようにセットされる。
This register Reg. 1-Reg. The value of n is the resistance value of the variable resistor R2 when the constant
すなわち、次式(2)を満たす可変抵抗R2の抵抗値RV2のうち、この抵抗値RV2が最小となるように、レジスタReg.1〜Reg.nの値がセットされる。 That is, among the resistance value RV2 of the variable resistor R2 that satisfies the following equation (2), the resistor Reg. 1-Reg. The value of n is set.
[数2]
{RV2/(RV1+RV2)}・(Vd−Vs)+Vs>Vref+Vs・・・(2)
[Equation 2]
{RV2 / (RV1 + RV2)} · (Vd−Vs) + Vs> Vref + Vs (2)
ここで、RV1は抵抗R1の抵抗値を、RV2は可変抵抗R2の抵抗値をそれぞれ示している。 Here, RV1 indicates the resistance value of the resistor R1, and RV2 indicates the resistance value of the variable resistor R2.
次に、この構成の回路動作について、図4〜図7に関連付けて説明する。 Next, the circuit operation of this configuration will be described with reference to FIGS.
図4は、図2の回路に対して電源端子側に抵抗が挿入された場合を示す図である。
図5(A)は、図2の回路において電源端子側に抵抗が挿入されていない場合の信号波形を示し、図5(B)は、図2の回路において電源端子側に抵抗が挿入された場合の信号波形を示す図である。
また、図6は、図2の回路においてGND端子側に抵抗が挿入された場合を示す図である。
図7は、図2の回路においてGND端子側に抵抗が挿入された場合の信号波形を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a case where a resistor is inserted on the power supply terminal side with respect to the circuit of FIG.
5A shows a signal waveform when no resistor is inserted on the power supply terminal side in the circuit of FIG. 2, and FIG. 5B shows a signal waveform inserted on the power supply terminal side in the circuit of FIG. It is a figure which shows the signal waveform in a case.
FIG. 6 is a diagram showing a case where a resistor is inserted on the GND terminal side in the circuit of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing signal waveforms when a resistor is inserted on the GND terminal side in the circuit of FIG.
<両端子とも抵抗が付加されていない場合>
電源端子側およびGND端子側に抵抗が付加されていない場合、Vd=Vcc,Vs=GNDとなり、上記(2)式は以下のようになる。
<When no resistance is added to both terminals>
When no resistance is added to the power supply terminal side and the GND terminal side, Vd = Vcc and Vs = GND, and the above equation (2) is as follows.
[数3]
{RV2/(RV1+RV2)}・Vcc>Vref・・・(3)
[Equation 3]
{RV2 / (RV1 + RV2)} · Vcc> Vref (3)
通常動作時は、制御信号CHK1,CHK2がローレベルに設定され、定電流源116および比較器114はオフ状態(非アクティブ状態)に保持される。
そして、CPU111から暗号回路112に対して暗号演算命令が発行されたとき、暗号演算開始前に制御信号CHK2がハイレベルに設定され、これによりトランジスタN2がオンし抵抗R1,R2の抵抗列がアクティブとなる。その結果、比較器114に分割電圧Vdivが供給される。
このとき、外付け抵抗は付加されていないため、ICの電源端子、GND端子の電位に変化はない。
この状態で制御信号CHK1がハイレベルに設定され、これによりトランジスタN1がオンし、定電流源116に電流値“IL”の電流が流れるが、“Vd”,“Vs”の電圧変化は起こらない。
このため、図5(A)に示すように、比較器114の両入力電圧に変化はなく、リセット信号RSTは発行されない。
During normal operation, the control signals CHK1 and CHK2 are set to a low level, and the constant
When a cryptographic operation instruction is issued from the
At this time, since no external resistor is added, there is no change in the potentials of the power supply terminal and the GND terminal of the IC.
In this state, the control signal CHK1 is set to the high level, whereby the transistor N1 is turned on, and the current of the current value “I L ” flows to the constant
For this reason, as shown in FIG. 5A, both input voltages of the
<外部電源とICの電源端子の間に抵抗“Rd”が挿入されている場合>
図4に示すように、外部電源とICの電源端子の間に抵抗“Rd”が挿入されている場合、Vs=GNDとなり、上記(2)式は以下のようになる。
<When the resistor “Rd” is inserted between the external power supply and the IC power supply terminal>
As shown in FIG. 4, when a resistor “Rd” is inserted between the external power supply and the power supply terminal of the IC, Vs = GND, and the above equation (2) is as follows.
[数4]
{RV2/(RV1+RV2)}・Vd>Vref・・・・・・・(4)
[Equation 4]
{RV2 / (RV1 + RV2)} · Vd> Vref (4)
CPU111から暗号回路112に対して暗号演算命令が発行されたとき、暗号演算開始前に制御信号CHK2がハイレベルに設定され、これによりトランジスタN2がオンし抵抗R1,R2の抵抗列がアクティブとなる。その結果、比較器114に分割電圧Vdivが供給される。
次いで、制御信号CHK1がハイレベルに設定され、これによりトランジスタN1がオンし、定電流源116に電流値“IL”の電流が流れる。
このとき、ICのGND端子の電圧には変化がないが、ICの電源端子の電圧は、Vdから(Vd−Rd・IL )に減少する。
これに伴って、比較器114の“−”入力となる抵抗接続ノードND1の抵抗分割電圧Vdivは、次のようになる。
When a cryptographic operation instruction is issued from the
Next, the control signal CHK1 is set to a high level, whereby the transistor N1 is turned on, and a current having a current value “I L ” flows through the constant
At this time, the voltage at the GND terminal of the IC does not change, but the voltage at the power terminal of the IC decreases from Vd to (Vd−Rd · I L ).
Accordingly, the resistance division voltage Vdiv of the resistance connection node ND1 serving as the “−” input of the
[数5]
Vdiv={RV2/(RV1+RV2)}・(Vd−Rd・IL )・・・(5)
[Equation 5]
Vdiv = {RV2 / (RV1 + RV2)} · (Vd−Rd · I L ) (5)
一方で、ICのGND側の電圧に変化は無いことから、比較器114の“+”入力となる基準電圧Vrefに変化はない。
したがって、図5(B)に示すように、上記(5)式の値が電圧“Vref”より小さければ、上記(1)式を満たすことになり、比較器114からリセット信号RSTが発生される。
想定する外付け抵抗“Rd”の最小値を1Ωとしたとき、その条件で比較器114の出力が反転するように抵抗R1,R2の抵抗値“RV1”,“RV2”および基準電圧の値“Vref”を設定しておけば、確実にリセット信号RSTが発行される。
これにより、DPA攻撃のための電流波形測定を不可能にすることができる。
On the other hand, since there is no change in the voltage on the GND side of the IC, there is no change in the reference voltage Vref serving as the “+” input of the
Therefore, as shown in FIG. 5B, if the value of the above equation (5) is smaller than the voltage “Vref”, the above equation (1) is satisfied, and the reset signal RST is generated from the
When the minimum value of the assumed external resistance “Rd” is 1Ω, the resistance values “RV1” and “RV2” of the resistors R1 and R2 and the reference voltage value “so that the output of the
Thereby, the current waveform measurement for the DPA attack can be made impossible.
<GND端子側に抵抗“Rs”が付加された場合>
図6に示すように、GND端子側に抵抗“Rs”が付加された場合、Vd=Vccとなり、上記(2)式は次のようになる。
<When resistance “Rs” is added to the GND terminal>
As shown in FIG. 6, when a resistor “Rs” is added to the GND terminal side, Vd = Vcc, and the above equation (2) becomes as follows.
[数6]
{RV2/(RV1+RV2)}・(Vcc−Vs)+Vs>Vref+Vs・・(6)
[Equation 6]
{RV2 / (RV1 + RV2)}. (Vcc-Vs) + Vs> Vref + Vs (6)
CPU111から暗号回路112に対して暗号演算命令が発行されたとき、暗号演算開始前に制御信号CHK2がハイレベルに設定され、これによりトランジスタN2がオンし抵抗R1,R2の抵抗列がアクティブとなる。その結果、比較器114に分割電圧Vdivが供給される。
次いで、制御信号CHK1がハイレベルに設定され、これによりトランジスタN1がオンし、定電流源116に電流値“IL”の電流が流れる。
このとき、ICの電源端子の電圧には変化がないが、ICのGND端子の電圧は、Vsから Vs+Rs・IL に増加する。
これに伴って、比較器114の“−”入力となる抵抗接続ノードND1の抵抗分割電圧“Vdiv”は、次のようになる。
When a cryptographic operation instruction is issued from the
Next, the control signal CHK1 is set to a high level, whereby the transistor N1 is turned on, and a current having a current value “I L ” flows through the constant
At this time, the voltage at the power supply terminal of the IC does not change, but the voltage at the GND terminal of the IC increases from Vs to Vs + Rs · I L.
Accordingly, the resistance division voltage “Vdiv” of the resistance connection node ND1 that is the “−” input of the
[数7]
Vdiv={RV2/(RV1+RV2)}
・(Vcc−Vs−Rs・IL)+Vs+Rs・IL・・・・・(7)
[Equation 7]
Vdiv = {RV2 / (RV1 + RV2)}
(Vcc−Vs−Rs · I L ) + Vs + Rs · I L (7)
一方で、比較器の“+”入力電圧V(+)は次のようになる。 On the other hand, the “+” input voltage V (+) of the comparator is as follows.
[数8]
V(+)=Vref +Vs+Rs・IL ・・・・・・・・・・・・・・(8)
[Equation 8]
V (+) = Vref + Vs + Rs · I L (8)
(7)式と(8)式を比較した場合、“Vs+Rs・IL”は両方の式に含まれる値であるため、その成分は比較結果に影響を与えない。
このため、以下に示す“Vs+Rs・IL”以外の項の値が基準電圧“Vref”の値より小さくなれば、比較器114からリセット信号RSTが発行される。
When the expressions (7) and (8) are compared, since “Vs + Rs · I L ” is a value included in both expressions, the component does not affect the comparison result.
Therefore, when the value of the term other than “Vs + Rs · I L ” shown below becomes smaller than the value of the reference voltage “Vref”, the
[数9]
{RV2/(RV1+RV2)}・(Vcc−Vs−Rs・IL)・・(9)
[Equation 9]
{RV2 / (RV1 + RV2) } · (Vcc-Vs-Rs · I L) ·· (9)
ここで、Vsは、抵抗列、比較器および基準電圧発生回路115の動作電流をIope としたとき、Vs=Rs・Iope となる。
Here, Vs is Vs = Rs · Iope when the operating current of the resistor string, the comparator, and the reference
一方、電源端子側に抵抗“Rd”を付加しているとき、ICの端子電圧“Vd”は、外部電圧Vcc からRd・Iope だけ降下した電圧(Vcc−Rd・Iope)であり、外付けされる抵抗値をどちらに付ける場合も同じ値“Rd”とした場合、次のようになる。 On the other hand, when the resistor “Rd” is added to the power supply terminal side, the terminal voltage “Vd” of the IC is a voltage (Vcc−Rd · Iope) dropped from the external voltage Vcc by Rd · Iope and is externally attached. If the same resistance value “Rd” is applied to either of the two resistance values, the result is as follows.
[数10]
Vcc−Vs=Vcc−Rs・Iope =Vd ・・・・・・・・・・(10)
[Equation 10]
Vcc−Vs = Vcc−Rs · Iope = Vd (10)
(9)式は(5)式と一致する。
これより、外付け抵抗が同じ値である場合、電源端子側に付けた場合の抵抗列および基準電圧の設定値を用いて、GND端子側に抵抗を付けた場合も同じように検知できる。
Equation (9) matches equation (5).
As a result, when the external resistors have the same value, it is possible to detect in the same manner when the resistor is attached to the GND terminal side using the resistance string and the set value of the reference voltage when attached to the power supply terminal side.
以上により、図2の回路構成で、電源端子側およびGND端子側に抵抗を付加しての電流測定では、どちらの場合も抵抗の存在を検知してリセットを掛け、DPA攻撃を回避できる。 As described above, with the circuit configuration of FIG. 2, in the current measurement with the resistance added to the power supply terminal side and the GND terminal side, in both cases, the presence of the resistance is detected and a reset is performed to avoid the DPA attack.
次に、本発明の実施形態に係るLSI(集積回路)について周波数検知方式を採用した場合を例に説明する。 Next, a case where the frequency detection method is adopted for the LSI (integrated circuit) according to the embodiment of the present invention will be described as an example.
[第2実施形態]
図8は、本発明の第2の実施形態に係るICカードに使われるLSIの構成例を示す図である。
図9は、図8の回路に対して電源端子側に抵抗が挿入された場合を示す図である。
図10は、図8の回路においてGND端子側に抵抗が挿入された場合を示す図である。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an LSI used in an IC card according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a case where a resistor is inserted on the power supply terminal side with respect to the circuit of FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a case where a resistor is inserted on the GND terminal side in the circuit of FIG.
この第2の実施形態のICカード100Aのモニタ部MNT2は、基準電圧と抵抗分割電圧との比較制御の代わりに、次の構成を有する。
モニタ部MNT2は、NANDゲートNA1と偶数個のインバータINV1〜INVnにより構成された発振回路121、キャパシタC1、発振回路121の出力に接続されたインバータINV11、カウンタ122、レジスタ123、および比較器124により構成されている。
The monitor unit MNT2 of the
The monitor unit MNT2 includes an oscillation circuit 121 including a NAND gate NA1 and an even number of inverters INV1 to INVn, a capacitor C1, an inverter INV11 connected to the output of the oscillation circuit 121, a
発振回路121は、NANDゲートNA1と偶数個のインバータINV1〜INVnにより構成されている。
発振回路121は、ある素子の入力が変化した時、それに伴って出力が変化し、この変化が伝播して一周して戻ってきた時には論理が反転していて、もう一周すると元に戻り、これを繰り返す事によりクロック信号を出力する回路である。
この中のある素子に着目した時、入力が変化したことにより出力も変化するが、このとき、次のゲートを充電または放電することにより変化が伝播する。
そして、発振回路121の電源電圧が変化すると、ゲートの充放電電流も変化し、結果として発振周波数も変化する。電源電圧が下がると、回路素子の動作電流も減少し、発振周波数は増加あるいは減少する。
これを用いて、外付け抵抗の有無を検出するのが周波数検知方式である。
The oscillation circuit 121 includes a NAND gate NA1 and an even number of inverters INV1 to INVn.
When the input of a certain element changes, the output of the oscillation circuit 121 changes accordingly. When this change propagates and makes a round and returns, the logic is inverted. Is a circuit that outputs a clock signal by repeating the above.
When attention is paid to a certain element, the output also changes due to the change of the input. At this time, the change propagates by charging or discharging the next gate.
When the power supply voltage of the oscillation circuit 121 changes, the charge / discharge current of the gate also changes, and as a result, the oscillation frequency also changes. When the power supply voltage decreases, the operating current of the circuit element also decreases, and the oscillation frequency increases or decreases.
Using this, the frequency detection method detects the presence or absence of an external resistor.
次に、周波数検知方式を採用したモニタ部MNT2の動作を、図9〜図12に関連付けて説明する。 Next, the operation of the monitor unit MNT2 that employs the frequency detection method will be described with reference to FIGS.
図11は、図8の回路において電源端子側に抵抗が挿入されている場合と挿入されていない場合であって、電源電圧が低下すると発振回路121の発振周波数が増加する場合の信号波形を示す図である。
図12は、図8の回路において電源端子側に抵抗が挿入されている場合と挿入されていない場合であって、電源電圧が低下すると発振回路121の発振周波数が減少する場合の信号波形を示す図である。
FIG. 11 shows signal waveforms when a resistor is inserted or not inserted on the power supply terminal side in the circuit of FIG. 8 and when the oscillation frequency of the oscillation circuit 121 increases when the power supply voltage decreases. FIG.
FIG. 12 shows signal waveforms when a resistor is inserted or not inserted on the power supply terminal side in the circuit of FIG. 8 and when the oscillation frequency of the oscillation circuit 121 decreases when the power supply voltage decreases. FIG.
<電源電圧が低下すると発振回路121の発振周波数が増加する場合>
CPU111から暗号演算命令が発行されたとき、発振回路121の制御信号OSCがハイレベルに設定され、これにより発振回路121が動作状態となる。
図11に示すように、期間t1においては、制御信号CHK1、CHK2はローレベルに保持され、定電流源116はオフに保持され、キャパシタC1は発振回路121から切り離した状態で発振回路121は、発振動作を行う。
発振回路121からはパルスが出力され、発振回路121のパルス出力がカウンタ122でカウントされる。
<When the oscillation frequency of the oscillation circuit 121 increases as the power supply voltage decreases>
When a cryptographic operation instruction is issued from the
As shown in FIG. 11, in the period t1, the control signals CHK1 and CHK2 are held at a low level, the constant
A pulse is output from the oscillation circuit 121, and the pulse output of the oscillation circuit 121 is counted by the
次に、カウンタ122のカウント結果をレジスタ123に移動させる。
そして、次の期間t2においては、制御信号CHK1、CHK2がハイレベルに切り替えられ、定電流源116がオンとなり定電流“IL”が流れ、キャパシタC1が発振回路121に接続された状態で同じ時間だけ発振回路121は、発振動作を行う。
発振回路121からはパルスが出力され、発振回路121のパルス出力がカウンタ122でカウントされる。
カウント期間終了後、制御信号OSCがローレベルに切り替えられて発振回路121の動作が停止する。これにより、後半のカウント値はカウンタ122に保持されている。
この状態で、Counter に保持されている 定電流源116を動作させたときの周波数と、レジスタ123に格納されている定電流源116を動作させていないときの周波数が比較器124で比較される。
比較器124の比較により、所定の差以上になっていれば、抵抗挿入による周波数低下と判断してリセット信号RSTを発生してリセットを掛ける。
Next, the count result of the
In the
A pulse is output from the oscillation circuit 121, and the pulse output of the oscillation circuit 121 is counted by the
After the count period ends, the control signal OSC is switched to a low level, and the operation of the oscillation circuit 121 is stopped. Thereby, the counter value of the latter half is held in the
In this state, the
If the difference is greater than or equal to a predetermined difference as a result of the comparison by the
なお、この判定において、同じ電圧でもカウントされるクロック数はばらつく。判定においては、この同一電圧でのバラツキ以上の差が検出されたときにリセットを掛ける制御を行う必要がある。 In this determination, the number of clocks counted even with the same voltage varies. In the determination, it is necessary to perform control for resetting when a difference equal to or larger than the variation at the same voltage is detected.
両端子とも抵抗が付加されてない場合は、キャパシタC1が付加された分だけ発振周波数は確実に減少する。
一方、抵抗が付加されている場合、電圧降下により、発振周波数は増加する。キャパシタC1が付加されていることにより、発振周波数を減少させる効果も働くが、電圧降下による発振周波数の増加が勝るようにキャパシタC1の容量値を設定しておけば、周波数増加となる。
この場合、抵抗挿入の場合のみ周波数増加が起こり、抵抗挿入を検出できる。
When resistance is not added to both terminals, the oscillation frequency is reliably reduced by the amount of addition of the capacitor C1.
On the other hand, when a resistor is added, the oscillation frequency increases due to a voltage drop. The addition of the capacitor C1 also works to reduce the oscillation frequency. However, if the capacitance value of the capacitor C1 is set so that the increase in the oscillation frequency due to the voltage drop is superior, the frequency is increased.
In this case, frequency increase occurs only in the case of resistance insertion, and resistance insertion can be detected.
<電源電圧が低下すると発振回路121の発振周波数が減少する場合>
この場合、上述した電源電圧が低下すると発振回路121の発振周波数が増加する場合と異なる点は、図12に示すように、発振回路121の発振動作中に制御信号CHK2をハイレベルにしてキャパシタC1の接続を期間t1としていることにある。
<When the oscillation frequency of the oscillation circuit 121 decreases when the power supply voltage decreases>
In this case, the difference from the case where the oscillation frequency of the oscillation circuit 121 increases when the power supply voltage decreases as described above is that the control signal CHK2 is set to the high level during the oscillation operation of the oscillation circuit 121, as shown in FIG. Is in the period t1.
この場合、期間t1では、定電流源116はオフで、発振回路121にキャパシタC1を接続した状態で発振回路121を動作させる。
期間t2では、定電流源はオンで、発振回路121からキャパシタC1を切り離した状態で発振回路121を動作させる。
In this case, in the period t1, the constant
In the period t2, the constant current source is on, and the oscillation circuit 121 is operated in a state where the capacitor C1 is disconnected from the oscillation circuit 121.
そして、抵抗が付加されてない場合、キャパシタC1が切り離された分だけ発振周波数は確実に増加する。
抵抗が付加されている場合、電圧降下により、発振周波数は減少する。
キャパシタC1の発振回路121からの切り離しにより、発振周波数を増加させる効果も働くが、電圧降下による発振周波数の減少が勝るようにキャパシタC1の容量値を設定しておけば、周波数減少となる。
この場合、抵抗挿入の場合のみ周波数減少が起こり、抵抗挿入を検出できる。
When no resistor is added, the oscillation frequency is surely increased by the amount that the capacitor C1 is disconnected.
When a resistor is added, the oscillation frequency decreases due to a voltage drop.
Although the effect of increasing the oscillation frequency works by disconnecting the capacitor C1 from the oscillation circuit 121, if the capacitance value of the capacitor C1 is set so that the decrease of the oscillation frequency due to the voltage drop is better, the frequency decreases.
In this case, frequency reduction occurs only in the case of resistance insertion, and resistance insertion can be detected.
ここで、発振回路121にキャパシタC1を接続可能な構成にした理由について図13に関連付けて説明する。 Here, the reason why the capacitor C1 can be connected to the oscillation circuit 121 will be described with reference to FIG.
基本的に、両端子とも抵抗が付加されていない場合、定電流“IL”を流す/流さないに関わらず、ICに供給される電圧はほぼVccで変化はない。したがって、誤差程度のカウント差しか検出されず、リセット信号RSTは発行されない。
図9に示すように、電源端子側に抵抗“Rd”が挿入された場合、定電流“IL”を流したとき、ICの電源端子の電圧はVcc−Rd・IL に低下する。これにより発振回路121に供給される電圧もRd・IL だけ低下し、発振周波数も低下する。したがって、カウント値の比較によって リセット信号RSTが発行される。
図10に示すように、GND端子側に抵抗“Rs”が挿入された場合、定電流“IL”を流したとき、ICのGND端子の電圧はRs・IL だけ上昇する。これにより発振回路121供給される電圧もRs・IL だけ低下し、発振周波数も低下する。したがって、カウント値の比較によってリセット信号RSTが発行される。
Basically, when no resistance is added to both terminals, the voltage supplied to the IC is almost unchanged at Vcc regardless of whether or not the constant current “I L ” is passed. Therefore, only a count difference of an error level is not detected, and the reset signal RST is not issued.
As shown in FIG. 9, when the resistor “Rd” is inserted on the power supply terminal side, when a constant current “I L ” is passed, the voltage at the power supply terminal of the IC drops to Vcc−Rd · I L. As a result, the voltage supplied to the oscillation circuit 121 also decreases by Rd · I L , and the oscillation frequency also decreases. Therefore, the reset signal RST is issued by comparing the count values.
As shown in FIG. 10, when a resistor “Rs” is inserted on the GND terminal side, when a constant current “I L ” is passed, the voltage at the GND terminal of the IC increases by Rs · I L. As a result, the voltage supplied to the oscillation circuit 121 also decreases by Rs · I L , and the oscillation frequency also decreases. Therefore, the reset signal RST is issued by comparing the count values.
ところが、発振回路は、消費電流が比較的大きいため、動作電流が電源電圧を変動させ、その結果、発振周波数にも影響を及ぼす。
また、厳密に言えば、抵抗を付けていない通常使用の場合、基盤の電源端子、GND端子〜ICの電源端子、GND端子まではプリント基板の配線で結ばれ、その配線抵抗は小さく抑えられているがそれでも数十mΩはある。
この状態で定電流を流せば、小さいながらも電圧降下は起こり、それが発振周波数に影響を及ぼす(高くなる)。
このように、抵抗が挿入されておらず発振回路の電圧が変化していなくても、発振周波数のゆらぎにより、すなわち同じ条件で発振回路を動作させても、発振周波数はある範囲でばらつくことにより発振周波数が若干高くなる場合もある。
そこで、発振周波数にある範囲でマージンをとって構成することがモニタ精度を上げることになり、本実施形態では、これを踏まえてキャパシタC1を発振回路121に接続可能に構成されている。
However, since the oscillation circuit consumes a relatively large amount of current, the operating current fluctuates the power supply voltage, resulting in an influence on the oscillation frequency.
Strictly speaking, in the case of normal use without a resistor, the base power supply terminal, GND terminal to IC power supply terminal, and GND terminal are connected by the wiring of the printed circuit board, and the wiring resistance is kept small. There are still several tens of mΩ.
If a constant current is passed in this state, a voltage drop occurs although it is small, which affects (highens) the oscillation frequency.
As described above, even if the resistor is not inserted and the voltage of the oscillation circuit is not changed, even if the oscillation circuit is operated under the same conditions, the oscillation frequency varies within a certain range. The oscillation frequency may be slightly higher.
Therefore, configuring with a margin within a certain range of the oscillation frequency increases the monitoring accuracy. In this embodiment, the capacitor C1 is configured to be connectable to the oscillation circuit 121 based on this.
以上説明したように、本実施形態によれば、外付抵抗の有無を回路的に検出するモニタ部MNT1,2を搭載し、外付抵抗が検出された場合にリセットを掛ける制御を行うことから、以下の効果を得ることができる。
DPA攻撃を検知して、リセットを掛けるというDPA対策の概念は今迄なく、回路の増大や消費電流の増大をもたらす論理対策がなくても、DPA攻撃を回避できる。
As described above, according to this embodiment, the monitor units MNT1 and MNT2 that detect the presence / absence of an external resistor in a circuit are mounted, and control is performed to apply a reset when an external resistor is detected. The following effects can be obtained.
The concept of DPA countermeasures by detecting a DPA attack and applying a reset has never existed, and a DPA attack can be avoided even without a logical countermeasure that causes an increase in circuit and current consumption.
100,100A・・・ICカード(電子デバイス)、110・・・LSI、111・・・CPU、112・・・暗号回路、113・・・他の周辺回路、114・・・比較器、115・・・基準電圧発生回路(BGR1)、116・・・電流源、N1・・・第1スイッチとしてのNMOSトランジスタ、N2・・・第2スイッチとしてのNMOSトランジスタ、MNT1、MNT2・・・モニタ部、121・・・発振回路、C1・・・キャパシタ、122・・・カウンタ、123・・・レジスタ、124・・・比較器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A ... IC card (electronic device), 110 ... LSI, 111 ... CPU, 112 ... Cryptographic circuit, 113 ... Other peripheral circuits, 114 ... Comparator, 115. ..Reference voltage generation circuit (BGR1), 116... Current source, N1... NMOS transistor as a first switch, N2... NMOS transistor as a second switch, MNT1, MNT2. 121... Oscillator circuit, C1... Capacitor, 122... Counter, 123.
Claims (12)
基準電源線と、
電源端子および基準電源端子に所定の電力を受けて暗号演算を行う暗号回路と、
暗号演算命令発行後、暗号演算に入る前に上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続されたことを検知するモニタ部と
を有する暗号処理装置。 A power line;
A reference power line,
A cryptographic circuit that receives a predetermined power at the power supply terminal and the reference power supply terminal and performs a cryptographic operation;
A monitor unit for detecting that a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal by passing a current between the power supply terminal and the reference power supply terminal before issuing a cryptographic operation after issuing the cryptographic operation instruction; A cryptographic processing apparatus.
電流源と、
上記電源端子と上記基準電源端子間に上記電流源と直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第1スイッチと、
上記電源端子と上記基準電源端子間に接続され、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
分割電圧を生成する直列に接続された複数の抵抗と、
上記電源端子と上記基準電源端子間に上記複数の直列抵抗に直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第2スイッチと、
上記基準電圧発生回路による基準電圧と上記直列抵抗による分割電圧とを比較する比較器と、を含む
請求項1記載の暗号処理装置。 The monitor section
A current source;
A first switch connected in series with the current source between the power supply terminal and the reference power supply terminal and controlled to be turned on and off by a control signal;
A reference voltage generating circuit connected between the power supply terminal and the reference power supply terminal and generating a reference voltage;
A plurality of resistors connected in series to generate a divided voltage;
A second switch connected in series with the plurality of series resistors between the power supply terminal and the reference power supply terminal and controlled to be turned on and off by a control signal;
The encryption processing apparatus according to claim 1, further comprising: a comparator that compares a reference voltage generated by the reference voltage generation circuit with a divided voltage generated by the series resistor.
暗号演算命令発行後、上記第2スイッチを制御信号によりオン状態に制御して分割電圧を上記比較器に供給し、
上記第1スイッチを制御信号によりオン状態に制御して上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、
上記比較器は、電流が流れる状態での分割電圧と上記基準電圧とを比較し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続された場合の電圧差を検出する
請求項2記載の暗号処理装置。 The monitor section
After issuing the cryptographic operation command, the second switch is controlled to be turned on by a control signal to supply a divided voltage to the comparator,
The first switch is controlled to be turned on by a control signal to pass a current between the power supply terminal and the reference power supply terminal,
The comparator compares a divided voltage in a state where a current flows and the reference voltage, and detects a voltage difference when a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal. Cryptographic processing equipment.
電流源と、
上記電源端子と上記基準電源端子間に上記電流源と直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第1スイッチと、
上記電源端子と上記基準電源端子により駆動電圧を供給され、制御信号を受けて発振動作を行う発振回路と、
上記発振回路の出力をカウントするカウンタと、
上記カウンタ値を保持可能なレジスタと、
上記カウンタのカウント値と上記レジスタに保持されたカウント値とを比較する比較器と、を含む
請求項1記載の暗号処理装置。 The monitor section
A current source;
A first switch connected in series with the current source between the power supply terminal and the reference power supply terminal and controlled to be turned on and off by a control signal;
An oscillation circuit which is supplied with a driving voltage by the power supply terminal and the reference power supply terminal and performs an oscillation operation in response to a control signal;
A counter for counting the output of the oscillation circuit;
A register capable of holding the counter value;
The encryption processing apparatus according to claim 1, further comprising: a comparator that compares the count value of the counter with the count value held in the register.
上記基準電源端子と上記発振回路の発振経路との間に直列に接続されたキャパシタおよび第2スイッチと、を含み、
上記第1および第2スイッチをオフにした状態で、上記制御信号により上記発振回路を動作させて当該発振回路の出力を上記カウンタでカウントした後レジスタに保持し、
上記第1および第2スイッチをオンにした状態で発振回路の出力を上記カウンタで再度カウントし、
上記比較器は、上記再カウント値と上記レジスタのカウント値とを比較し、周波数の変化を検出する
請求項4記載の暗号処理装置。 The monitor section
A capacitor and a second switch connected in series between the reference power supply terminal and the oscillation path of the oscillation circuit;
With the first and second switches turned off, the oscillation circuit is operated by the control signal and the output of the oscillation circuit is counted by the counter and then held in the register.
With the first and second switches turned on, the output of the oscillation circuit is counted again by the counter,
The cryptographic processing device according to claim 4, wherein the comparator compares the recount value with a count value of the register to detect a change in frequency.
上記基準電源端子と上記発振回路の発振経路との間に直列に接続されたキャパシタおよび第2スイッチと、を含み、
上記第2スイッチをオンし、上記第1スイッチをオフにした状態で、上記制御信号により上記発振回路を動作させて当該発振回路の出力を上記カウンタでカウントした後レジスタに保持し、
上記第2スイッチをオフにし、上記第1スイッチをオンにした状態で発振回路の出力を上記カウンタで再度カウントし、
上記比較器は、上記再カウント値と上記レジスタのカウント値とを比較し、周波数の変化を検出する
請求項4記載の暗号処理装置。 The monitor section
A capacitor and a second switch connected in series between the reference power supply terminal and the oscillation path of the oscillation circuit;
With the second switch turned on and the first switch turned off, the oscillation circuit is operated by the control signal, the output of the oscillation circuit is counted by the counter, and then held in the register,
With the second switch turned off and the first switch turned on, the output of the oscillation circuit is counted again by the counter,
The cryptographic processing device according to claim 4, wherein the comparator compares the recount value with a count value of the register to detect a change in frequency.
基準電源線と、
上記電源線と上記基準電源線に接続された回路系と、
電源端子および基準電源端子に所定の電力を受けて暗号演算を行う暗号回路と、
暗号演算命令発行後、暗号演算に入る前に上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続されたことを検知するモニタ部と
を有する集積回路。 A power line;
A reference power line,
A circuit system connected to the power supply line and the reference power supply line;
A cryptographic circuit that receives a predetermined power at the power supply terminal and the reference power supply terminal and performs a cryptographic operation;
A monitor unit for detecting that a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal by passing a current between the power supply terminal and the reference power supply terminal before issuing a cryptographic operation after issuing the cryptographic operation instruction; An integrated circuit.
電流源と、
上記電源端子と上記基準電源端子間に上記電流源と直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第1スイッチと、
上記電源端子と上記基準電源端子間に接続され、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
分割電圧を生成する直列に接続された複数の抵抗と、
上記電源端子と上記基準電源端子間に上記複数の直列抵抗に直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第2スイッチと、
上記基準電圧発生回路による基準電圧と上記直列抵抗による分割電圧とを比較する比較器と、を含む
請求項7記載の集積回路。 The monitor section
A current source;
A first switch connected in series with the current source between the power supply terminal and the reference power supply terminal and controlled to be turned on and off by a control signal;
A reference voltage generating circuit connected between the power supply terminal and the reference power supply terminal and generating a reference voltage;
A plurality of resistors connected in series to generate a divided voltage;
A second switch connected in series with the plurality of series resistors between the power supply terminal and the reference power supply terminal and controlled to be turned on and off by a control signal;
The integrated circuit according to claim 7, further comprising: a comparator that compares a reference voltage generated by the reference voltage generation circuit with a divided voltage generated by the series resistor.
暗号演算命令発行後、上記第2スイッチを制御信号によりオン状態に制御して分割電圧を上記比較器に供給し、
上記第1スイッチを制御信号によりオン状態に制御して上記電源端子と上記基準電源端子間に電流を流し、
上記比較器は、電流が流れる状態での分割電圧と上記基準電圧とを比較し、上記電源端子および上記基準電源端子の少なくとも一方に抵抗が接続された場合の電圧差を検出する
請求項8記載の集積回路。 The monitor section
After issuing the cryptographic operation command, the second switch is controlled to be turned on by a control signal to supply a divided voltage to the comparator,
The first switch is controlled to be turned on by a control signal to pass a current between the power supply terminal and the reference power supply terminal,
9. The comparator compares a divided voltage in a state in which a current flows and the reference voltage, and detects a voltage difference when a resistor is connected to at least one of the power supply terminal and the reference power supply terminal. Integrated circuit.
電流源と、
上記電源端子と上記基準電源端子間に上記電流源と直列に接続され、制御信号によりオン、オフ制御される第1スイッチと、
上記電源端子と上記基準電源端子により駆動電圧を供給され、制御信号を受けて発振動作を行う発振回路と、
上記発振回路の出力をカウントするカウンタと、
上記カウンタ値を保持可能なレジスタと、
上記カウンタのカウント値と上記レジスタに保持されたカウント値とを比較する比較器と、を含む
請求項7記載の集積回路。 The monitor section
A current source;
A first switch connected in series with the current source between the power supply terminal and the reference power supply terminal and controlled to be turned on and off by a control signal;
An oscillation circuit which is supplied with a driving voltage by the power supply terminal and the reference power supply terminal and performs an oscillation operation in response to a control signal;
A counter for counting the output of the oscillation circuit;
A register capable of holding the counter value;
The integrated circuit according to claim 7, further comprising: a comparator that compares the count value of the counter with the count value held in the register.
上記基準電源端子と上記発振回路の発振経路との間に直列に接続されたキャパシタおよび第2スイッチと、を含み、
上記第1および第2スイッチをオフにした状態で、上記制御信号により上記発振回路を動作させて当該発振回路の出力を上記カウンタでカウントした後レジスタに保持し、
上記第1および第2スイッチをオンにした状態で発振回路の出力を上記カウンタで再度カウントし、
上記比較器は、上記再カウント値と上記レジスタのカウント値とを比較し、周波数の変化を検出する
請求項10記載の集積回路。 The monitor section
A capacitor and a second switch connected in series between the reference power supply terminal and the oscillation path of the oscillation circuit;
With the first and second switches turned off, the oscillation circuit is operated by the control signal and the output of the oscillation circuit is counted by the counter and then held in the register.
With the first and second switches turned on, the output of the oscillation circuit is counted again by the counter,
The integrated circuit according to claim 10, wherein the comparator compares the recount value with a count value of the register to detect a change in frequency.
上記基準電源端子と上記発振回路の発振経路との間に直列に接続されたキャパシタおよび第2スイッチと、を含み、
上記第2スイッチをオンし、上記第1スイッチをオフにした状態で、上記制御信号により上記発振回路を動作させて当該発振回路の出力を上記カウンタでカウントした後レジスタに保持し、
上記第2スイッチをオフにし、上記第1スイッチをオンにした状態で発振回路の出力を上記カウンタで再度カウントし、
上記比較器は、上記再カウント値と上記レジスタのカウント値とを比較し、周波数の変化を検出する
請求項10記載の集積回路。 The monitor section
A capacitor and a second switch connected in series between the reference power supply terminal and the oscillation path of the oscillation circuit;
With the second switch turned on and the first switch turned off, the oscillation circuit is operated by the control signal, the output of the oscillation circuit is counted by the counter, and then held in the register,
With the second switch turned off and the first switch turned on, the output of the oscillation circuit is counted again by the counter,
The integrated circuit according to claim 10, wherein the comparator compares the recount value with a count value of the register to detect a change in frequency.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008223569A JP2010062635A (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Encryption processing apparatus and integrated circuit |
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JP2008223569A JP2010062635A (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Encryption processing apparatus and integrated circuit |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2013010362A1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-01-24 | 中国电力科学研究院 | Integrated circuit and method for defending against power attack |
JP2019161645A (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-19 | 株式会社メガチップス | Information processing system, information processing device, and method for controlling information processing device |
-
2008
- 2008-09-01 JP JP2008223569A patent/JP2010062635A/en active Pending
Cited By (2)
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WO2013010362A1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-01-24 | 中国电力科学研究院 | Integrated circuit and method for defending against power attack |
JP2019161645A (en) * | 2018-03-09 | 2019-09-19 | 株式会社メガチップス | Information processing system, information processing device, and method for controlling information processing device |
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