JP2023507997A - セキュリティ関連プロセスのセキュアな実行のための方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2023507997000001
本発明は、システムの第１のメモリの第１のメモリ行内のメモリ領域の少なくとも第１の操作および引き続くプログラミング操作を含み、前記システムの前記第２のメモリに記憶されたセキュリティデータを入力として使用するセキュリティ関連プロセスを実行するための方法に関し、前記第１のメモリが不揮発性メモリであり、前記システムが第１のメモリチャージポンプを備え、前記方法は、前記セキュリティ関連プロセスの実行がトリガされると：－第１のメモリ行を開くこと（Ｓ２）と、－前記第１のメモリチャージポンプをチャージすること（Ｓ３）と、－第２のメモリからの前記セキュリティデータに基づいて、セキュリティ関連プロセスの前記第１の操作を行うこと（Ｓ４）と、－前記チャージされたチャージポンプを使用して前記開かれた第１のメモリ行内の前記メモリ領域の前記プログラミング操作を行うこと（Ｓ５）とを含む。

Description

本発明は、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）プログラミングを含むセキュリティ関連プロセスをセキュアに実行するための方法に関し、前記方法は、ＮＶＭメモリに情報を書き込むことを保護し、とりわけアタッカによるＮＶＭプログラミング検出を防止する。
暗号化操作などのセンシティブな操作を含むセキュリティ関連プロセスが実行されているときに、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）へいくつかのデータを時折書き込むことが必要とされることがある。例えば、最もセキュアなデバイスおよびアルゴリズムは、保護されるべきデバイスまたはアルゴリズムの実行環境または挙動をモニタするハードウェアセキュリティセンサまたはソフトウェア対策を頼りにする。異常な挙動が検出されると、そのようなデバイスまたはアルゴリズムは、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）内のセキュリティカウンタ値を更新することによってそのような検出を通常は追跡し続ける。
問題は、ＮＶＭにそのような値を書き込むことは、図１に示したように、デバイスの電流消費量のスパイクを誘起するＮＶＭチャージポンプをチャージすることを必要とするということである。結果として、電力消費量をモニタしているアタッカは、ポンプのそのようなチャージングを容易に検出し、ＮＶＭへの書き込み操作が行われていることに気づき、これをアタッカ自身の利益のために使用することができる。例えば、セキュリティカウンタ更新のケースでは、アタッカは、セキュリティカウンタの更新を妨げるためにパワーカットオフをトリガできる。そうすることによって、カウンタは決して更新されず、アタッカは成功するまで何度もアタックを行うことができる。
結果的に、ＮＶＭプログラミングを含むセキュリティ関連プロセスをセキュアに実行するためおよびデバイス電力消費量に何らかの目に見える影響なくＮＶＭをプログラムすることを可能にするための方法に対する必要性がある。
この目的のためそして第１の態様によれば、本発明は、これゆえ、システムの第１のメモリの第１のメモリ行内のメモリ領域の少なくとも第１の操作および引き続くプログラミング操作を含み、前記システムの第２のメモリに記憶されたセキュリティデータを入力として使用するセキュリティ関連プロセスを実行するための方法であって、前記第１のメモリが不揮発性メモリであり、前記システムが第１のメモリチャージポンプを備え、前記方法は、前記セキュリティ関連プロセスの実行がトリガされると：
－ 第１のメモリ行を開くことと、
－ 前記第１のメモリチャージポンプをチャージすることと、
－ 第２のメモリからの前記セキュリティデータに基づいて、セキュリティ関連プロセスの前記第１の操作を行うことと、
－ 前記チャージされたチャージポンプを使用して前記開かれた第１のメモリ行内の前記メモリ領域の前記プログラミング操作を行うことと
を含む、方法に関する。
そうすることによって、チャージポンプがプリチャージされ、セキュリティ関連プロセスの第１の操作の実行が開始する前でさえ、行が開かれる。次いで、プログラミング操作が行われるときに、ポンプをチャージすることおよび第１の行を開くことを待たずに、はるかに迅速に行われ、アタッカにより検出され得る電流消費量スパイクを誘起しない。
セキュリティ関連プロセスの第１の操作を行うために使用されるセキュリティデータは、第１のメモリチャージポンプをチャージすることまたは第１のメモリ行を開くことの前に、第１のメモリから第２のメモリへコピーされてもよい。
このようなコピー操作は、第２のメモリでは、このデータが利用可能なままであることを保証するが、チャージポンプのチャージされた状態が、第１のメモリのいかなる読み出しを妨げる。
前記システムがハードウェアセキュリティセンサを備えるまたはソフトウェア対策を実行するために構成される実施形態では、第１の態様による方法の前記プログラミング操作は、前記ハードウェアセキュリティセンサまたは前記ソフトウェア対策により検出されたいくつかの異常な挙動をログする恒久セキュリティカウンタを、前記第１のメモリに書き込むことを含むことができる。
前記第２のメモリは、キャッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）のうちであってよい。
システムの電流消費量の目に見えるスパイクを誘起しないように、前記第１のメモリチャージポンプは、予め定められた頻度でチャージされてよい。
そうすることによって、電流消費量スパイクは、第１の操作の実行の前でさえ、ポンプのチャージングという理由では生じない。
第２の態様によれば、本発明は、これゆえ、少なくとも１つのコンピュータのメモリへと直接ロード可能なコンピュータプログラム製品にも関し、前記製品がコンピュータ上で実行されるときに第１の態様による方法のステップを行うためのソフトウェアコード命令を含む。
第３の態様によれば、本発明は、これゆえ、少なくとも１つのプロセッサ、第１のメモリ、第１のメモリチャージポンプおよび第２のメモリを備えるシステムにより実行されたときに第１の態様による方法を行う実行可能なコンピュータコードを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体にも関する。
第４の態様によれば、本発明は、これゆえ、第１の態様による方法を行うように構成された、少なくとも１つのプロセッサ、第１のメモリ、第１のメモリチャージポンプおよび第２のメモリを備えるシステムにも関する。
下記の説明および付属の図面は、ある種の例示的な態様を詳細に記述し、実施形態の原理が用いられ得る様々な方法のうちのいくつかだけを示す。他の利点および新規な特徴は、図面とともに考えるときに下記の詳細な説明から明らかになることになり、開示された実施形態は、すべてのこのような態様およびそれらの等価物を含むように意図される。
先行技術によるＮＶＭプログラミング電流消費量のオシロスコープスナップショットの模式図である。 本発明の実施形態によるシステムの模式図である。 本発明の実施形態による方法の模式図である。 本発明の実施形態によるシステムのＮＶＭプログラミング電流消費量のオシロスコープスナップショットの模式図である。
本発明は、システムの、第１のメモリと呼ばれる不揮発性メモリ（ＮＶＭ）のメモリ領域のサイレントプログラミングを含むセキュリティ関連プロセスの実行をセキュアにすることを目的とする。
図２は、このようなシステム１００の模式図である。それは、ＮＶＭの第１のメモリ１０３に、およびキャッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、別のＮＶＭメモリまたはＲＯＭのうちの第２のメモリ１０４に、バス１０２を介して接続されたプロセッサ１０１を含むことができる。それはまた、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１０５を含むことができる。
システム１００は、プロセッサに接続されたコネクタ１０６をさらに含むことができる。
システム１００はまた、１つまたは複数のスクリーン、ラウドスピーカ、マウス、タクタイル面、キーボード等などの、システム１００のユーザへのインターフェースを提供する入力／出力手段１０７も含むことができる。
システム１００は、第１のメモリのメモリ領域をプログラムするために動作可能である第１のメモリチャージポンプ１０８をさらに含む。
本発明は、第１または第２のメモリに記憶されたセキュリティデータを入力として使用し、少なくとも第１の操作を行うセキュリティ関連プロセスの実行の文脈で行われる。このようなセキュリティ関連プロセスは、例えば、暗号化した値もしくはシグネチャを生成する暗号化プロセス、または秘密キーをコピーする操作であってよい。このようなセキュリティデータは、識別データまたは秘密キーなどのセンシティブなデータであり得る。それはまた、セキュリティ関連プロセスのいくつかの操作を行うために実行されるコードを含むことができる。
セキュリティ関連プロセスは、例えば、ある特定のプロセスまたはキーが使用された回数を示すカウンタを更新するための通常操作として不揮発性メモリの書き込み操作を含むことができる。それはまた、アタックがセキュリティ関連プロセスの実行中に検出されるときに、対策としてのこのような書き込み操作を含むことができる。例えば、アタックがこの少なくとも１つの操作の実行中に検出される場合には、メモリ領域のＮＶＭプログラミングが、アタックが検出された回数を示しているセキュリティカウンタ値をＮＶＭにおいて更新するために要求される。以下の段落では、ＮＶＭプログラミング操作によりプログラムされたメモリ領域が第１のメモリの第１のメモリ行に位置することが想定される。
システムは、１つまたは複数のハードウェアセキュリティセンサをさらに含むことができる、またはソフトウェア対策を実行するために構成されることがあり、その結果、これらのセンサまたはソフトウェア対策は、アタックの結果の可能性があると思われる異常な挙動を検出することが可能である。そのようなケースでは、第１のメモリのプログラミング操作は、前記ハードウェアセキュリティセンサまたは前記ソフトウェア対策により検出されるいくつかの異常な挙動をログする恒久セキュリティカウンタを、第１のメモリに書き込むことを含むことができる。
図１に示したように、システムの第１のメモリの第１の行のメモリ領域のプログラミング操作が要求されるときには、次のステップが行われなければならない：
・ ＮＶＭプログラミングを準備する操作が実行される構成ステップ（ＣＰＵ実行）。
・ プログラムされるべき行が開かれる行オープニングステップ。このステップの期間はＴ１と呼ばれる。
・ 第１のメモリのチャージングポンプがチャージされるポンプチャージングステップ。このステップの期間はＴ２と呼ばれる。
・ ＮＶＭプログラミングがチャージされたチャージポンプを使用して行われるプログラミングステップ。このステップの期間はＴ３と呼ばれる。
・ プログラムされた行が閉じられる行クロージングステップ。このステップの期間はＴ４と呼ばれる。
アタッカに見えない第１のメモリのこのようなプログラミングを行うために、本発明の主な考えは、セキュリティ関連プロセスの実行のごく初期にポンプチャージングステップおよび行オープニングステップを予測することである。そうすることによって、ポンプをチャージすることは、そのようなプログラミングが要求されるときに第１のメモリをプログラムする準備が既に整っており、プログラミングステップがいかなる電力消費量スパイクをも誘起せずにはるかに早く行われ得る。
以下の段落は、第１のメモリの第１のメモリ行のメモリ領域の少なくとも第１の操作および引き続くプログラミング操作を含むセキュリティ関連プロセスを実行するためにシステムにより行われる、図３に示された、本発明による方法のステップをより精細に説明する。
第１のステップＳ１中に、システムは、セキュリティデータを第１のメモリから第２のメモリへコピーできる。この操作は、第１のメモリのチャージポンプがチャージされた後でセキュリティデータを利用できるように保つために、セキュリティデータが第２のメモリにまだ記憶されていないときに必要であり、これは次のステップで行われる。実際に、チャージポンプをチャージすることは、第１のメモリプログラミングが行われ、ポンプが放電され、行が閉じられるまで第１のメモリのすべての読み出し操作を行うことを不可能にする。セキュリティデータを第２のメモリへコピーすることは、データがセキュリティ関連プロセスの操作を実行するための入力として必要なときに、プロセッサがセキュリティデータを読み出すことが利用できることを保証する。この第１のステップは、セキュリティ関連プロセスの実行がトリガされると直ぐに必要な場合には行われる。
第２のステップＳ２では、システムは、第１のメモリの第１のメモリ行を開く。このステップの終わりに、システムは、プログラミング要求がまだ発行されていないにも拘らず第１のメモリ行のメモリ領域をプログラムする準備が整っている。
第３のステップＳ３では、システムは、第１のメモリチャージポンプをチャージする。このステップは、第２のステップＳ２の前または後のどちらで行われてもよい。
第４のステップＳ４では、システムは、第２のメモリからのセキュリティデータに基づいて、セキュリティ関連プロセスの第１の操作を行う。このステップ中に、第１の操作に対する入力データとして必要なセキュリティデータは、チャージポンプがチャージされた状態であるという理由で第１のメモリにはアクセスされ得ない。これゆえ、システムのプロセッサは、上に説明した第１のステップ中に必要に応じてコピーされている第２のメモリのセキュリティデータを読み出す。第１の操作の終わりに、第１のメモリのプログラミングが、第１の操作それ自体によって、または異常な挙動が第１の操作の実行中に検出されたという理由、および例えば、第１のメモリ内のカウンタもしくはログの更新が必要であるという理由で、要求されることがある。
第５のステップＳ５では、前記開かれた第１のメモリ行内の前記メモリ領域のプログラミング操作が前記チャージされたチャージポンプを使用して行われる。
第５のステップＳ５は、ＮＶＭのプログラミング操作が要求されていないときに、例えば、このようなプログラミングがアタックの検出によりトリガされるであろうがアタックが検出されていなかったときにはスキップされてもよい。
第６のステップＳ６では、第１の行は閉じられてもよい。
これらのステップからもたらされるシステムの電流消費量が、図４に示される。図１とは対照的に、消費量スパイクは、第１の操作の実行の開始から第１の行を閉じるまで現れない。実際に、本発明による方法では、第１の操作が第４のステップＳ４で行われるときに、第３のステップＳ３では、チャージポンプは既にチャージされている。
加えて、第１の操作により発行されるまたはアタックが第１の操作の実行中のある点で検出されたという理由で発行される第１のメモリをプログラムする要求の発行と第１の行を閉じることとの間の時間は、はるかに短い。図１では、上記時間は、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＝１２＋６．６＋１８＋７．７μｓに少なくとも等しかった。図４では、ポンプをチャージすることおよび行を開くことが事前に行われているので、上記時間は、Ｔ３＋Ｔ４＝１８＋７．７μｓに近い。
電流消費量のスパイクは、第１の操作の実行の前に、チャージポンプがチャージされるときにはまだ見られることがある。このようなスパイクを減少させるまたは回避するために、チャージポンプは、予め定められた低い頻度でチャージされることがある、例えば、通常よりも最大で８倍少ない。
第２の態様によれば、本発明は、これゆえ、少なくとも１つのコンピュータのメモリへと直接ロード可能なコンピュータプログラム製品にも関し、前記製品がコンピュータ上で実行されるときに第１の態様による方法のステップを行うためのソフトウェアコード命令を含む。
第３の態様によれば、本発明は、これゆえ、上に説明したシステム１００により実行されたときに第１の態様による方法を行う実行可能なコンピュータコードを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体にも関する。
第４の態様によれば、本発明は、これゆえ、第１の態様による方法を行うように構成された、プロセッサ１０１、第１のメモリ１０３、第１のメモリチャージポンプ１０８および第２のメモリ１０４を備える、上に記載したシステム１００にも関する。

Claims (8)

  1. システム（１００）の第１のメモリ（１０３）の第１のメモリ行内のメモリ領域の少なくとも第１の操作および引き続くプログラミング操作を含み、前記システム（１００）の第２のメモリ（１０４）に記憶されたセキュリティデータを入力として使用する、セキュリティ関連プロセスを実行するための方法であって、前記第１のメモリが不揮発性メモリであり、前記システムが第１のメモリチャージポンプ（１０８）を備え、前記方法は、前記セキュリティ関連プロセスの実行がトリガされると、
    第１のメモリ行を開くこと（Ｓ２）と、
    前記第１のメモリチャージポンプをチャージすること（Ｓ３）と、
    第２のメモリからの前記セキュリティデータに基づいて、セキュリティ関連プロセスの前記第１の操作を行うこと（Ｓ４）と、
    前記チャージされたチャージポンプを使用して前記開かれた第１のメモリ行内の前記メモリ領域の前記プログラミング操作を行うこと（Ｓ５）と
    を含む、方法。
  2. 第１のメモリチャージポンプをチャージすることまたは第１のメモリ行を開くことの前に前記セキュリティデータを第１のメモリから第２のメモリへコピーすること（Ｓ１）を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記システムが、ハードウェアセキュリティセンサを備え、またはソフトウェア対策を実行するために構成されており、前記プログラミング操作が、前記ハードウェアセキュリティセンサまたは前記ソフトウェア対策により検出されたいくつかの異常な挙動をログする恒久セキュリティカウンタを、前記第１のメモリに書き込むことを含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記第２のメモリ（１０４）が、キャッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）のうちである、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 前記第１のメモリチャージポンプは、システムの電流消費量の目に見えるスパイクを誘起しないように予め定められた頻度でチャージされる、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. 少なくとも１つのコンピュータのメモリへと直接ロード可能なコンピュータプログラム製品であって、前記製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１から５のいずれか一項に記載の方法のステップを行うためのソフトウェアコード命令を含む、コンピュータプログラム製品。
  7. 少なくとも１つのプロセッサ（１０１）、第１のメモリ（１０３）、第１のメモリチャージポンプ（１０８）および第２のメモリ（１０４）を備えるシステム（１００）により実行されたときに請求項１から５のいずれか一項に記載の方法のステップを行う実行可能なコンピュータコードを記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体。
  8. 請求項１から５のいずれか一項に記載の方法のステップを行うように構成された、プロセッサ（１０１）、第１のメモリ（１０３）、第１のメモリチャージポンプ（１０８）および第２のメモリ（１０４）を備えるシステム（１００）。
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