JP3910589B2 - 不規則な時間間隔で鍵を変更するデータ処理デバイス - Google Patents

Description

本発明は、バスシステムと、バスシステム上で伝送される情報を暗号化および復号化する暗号化デバイスと、用いられる鍵を交換する少なくとも１つの鍵変更デバイスとを有するデータ処理デバイスに関する。

バス上およびメモリ内の内部データの暗号化は、セキュリティに気を配る必要がある（ｓｅｃｕｒｉｔｙ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）回路に対する攻撃に対抗する重要な対策である。認可されていない第３者によって読み出された暗号化データは、通常、価値を有さず、従って、バスラインまたは他のデータラインへの純粋な物理的アクセスは、攻撃者の目的、すなわち、データ処理デバイスおよび格納または処理されたデータの内部シーケンスに関する情報を取得することにもはや結び付かない。従って、攻撃の目的は、第１に、それぞれ用いられる鍵を突き止めることであり得る。

セキュリティを向上するために、特定の時間の後に鍵を変更することが知られている。これにより、用いられている鍵を突き止め、かつ、データを読み出すために攻撃者に残される時間が制限される。厳重なセキュリティが要求される場合、非常に短い時間間隔で鍵を交換することが一般的である。これは、データのセキュリティの向上、および攻撃者に対する優れた保護につながるが、鍵の頻繁な交換は、回路の消費電力を著しく増大させる。これは、鍵を１回交換した場合、データ処理デバイスにおいて用いられるレジスタの平均５０％が変更されなければならないということで説明され得る。公知の半導体回路の加熱という問題に加えて、特に、コンタクトレススマートカードの場合、電力がコンタクトレスでもスマートカードに伝送されなければならないため、データ処理デバイスを動作させるために利用可能な電力が非常に少ないという問題が生じる。

コンタクトレススマートカードでの使用が可能であるくらいに消費電力を少なく保つ必要がある場合、頻繁な鍵の交換は行われ得ず、換言すると、データ処理デバイスのセキュリティを削減する必要がある。

従って、本発明の目的は、バスシステム上に伝送される情報の高いセキュリティを保証するだけでなく、少ない消費電力をさらに有するデータ処理デバイスを提供することである。

この目的は、用いられる鍵が不規則な時間間隔で自動的に変更されることを特徴とする冒頭で述べたタイプのデータ処理デバイスによって達成される。

例えば、差動電流プロファイル解析（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｆｉｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）により成功した攻撃は、データ処理デバイスにおいて実行される動作の統計的解析を含む。従って、本発明により、用いられる鍵を不規則な時間間隔で変更することによって、上述の解析法を用いることがより困難になる。なぜなら、鍵の変更がいつ行われるかを予測することができないからである。

その際、鍵を変更する時点が乱数によって決定された場合は特に有利である。なぜなら、これにより、鍵を変更する時点が複雑な計算によってさえも予測できないからである。

ある有利な実施形態において、データ処理デバイスは、鍵変更信号が存在する場合、鍵変更を実行する少なくとも１つの鍵変更デバイスを有し、ここで、鍵変更信号は、自動状態マシンを有するクロック分配比決定部（ｃｌｏｃｋ ｄｉｖｉｄｅｒ ｒａｔｉｏ ｄｅｆｉｎｅｒ）を有する鍵変更信号を生成するデバイスによって生成され、ここで、所定のクロック分配比に、それぞれ、少なくとも１つの状態が割り当てられ、状態変更は、乱数の不規則信号の重要性と、クロック分配比決定部と接続され、かつ、自動状態マシンの状態によって確定されたクロック分配比に対応して、規則的なクロック信号から鍵変更信号を生成できるクロック分配比コントローラとに依存する。

本発明のさらなる有利な改良点は、従属請求項に記載される。

本発明は、以下において、実施例を用いてさらに詳細に説明される。

図１は、本発明によるデータ処理デバイスのブロック図を示す。この場合、暗号化デバイスに割り当てられた鍵変更デバイス８が提供され、これらは、それぞれ、鍵変更信号５により刺激されてデータの暗号化および復号化のために必要な鍵を変更し得る。鍵変更信号５は、クロック分配比コントローラ２によって生成される。このクロック分配比コントローラは、周期的なクロック信号７の入力を有し、さらに、クロック分配比決定部と接続され、このクロック分配比決定部から、２ビットｓ０およびｓ１を有する信号ｓを取得する。クロック分配比コントローラ２は、クロック分配比決定部１から取得した信号ｓに従って、クロック信号７からパルスをフィルタリングアウトする。この場合、この信号ｓは、クロック分配比コントローラによって予め決定されたクロック比Ａ、Ｂ、ＣまたはＤのうちのどれがこのために用いられるべきかを規定する。以下のクロック分配比が、この例示的実施形態において提供される。

これらの４つのクロック分配比のうちのどれが用いられるべきであるかは、数ｓ０、ｓ１の４つの可能性によって決定される。具体的な実現において、クロック分配比コントローラは、２、４、６および８まで数え得る制御可能なカウンタによって実現される。このようなカウンタは、従来技術から明らかであり得る。

本発明の核心は、用いられる鍵が、不規則な時間間隔で自動的に変更されることである。これは、乱数３または４によって駆動されるクロック分配比決定部１によって実現される。図１の例示的実施形態において、乱数は、１ビット長さを有する。これは、擬似ランダムビット３または真性ランダムビットであり得る。擬似ランダムビットは、従来技術によると、例えば、フィードバックシフトレジスタが下流に接続された電圧制御発振器により生成され得る。真性ランダムビット４は、ノイズソースによって生成され得る。図１の例示的実施形態において、乱数のうちの１つがマルチプレクサ９によって選択され得るようにされる。しかしながら、これは選択的である。擬似ランダム乱数３または真性ランダム乱数４が、クロック分配比決定部に供給されることで十分である。

以下の説明は、図２を参照して、有利な実施形態において、所定のクロック分配比の１つが乱数から選択される態様を記載する。記載された実施形態において、自動状態マシンが提供される。これは、多義的（ａｍｂｉｇｕｏｕｓ）な自動マシンであるが、本発明によるデータ処理デバイスの自動状態マシンを実現するための条件ではない。別の実施形態においては一意的（ｕｎａｍｂｉｇｕｏｕｓ）自動マシンでもあり得る。

上述のように、４つの所定のクロック分配比が提供される。これらのクロック分配比の各々には、自動状態マシンの２つの状態が割り当てられ、状態は合計８つになる。自動マシンのユニバーサル符号化により、もとの４つの状態の各々は、４つのクロック分配比に対応して隣接し合う。コード化は、各状態遷移中に正確に１ビットが変更される（ワンショット符号化（ｏｎｅ ｓｈｏｔ ｃｏｄｉｎｇ））ように提供される。図２において、８つの状態は、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１およびＤ２で示される。ある状態から別の状態への遷移は、それぞれ、ランダムビットによって決定される。任意の開始点から始めて、後続のクロック分配比について以下の可能なシーケンスが明らかになる。一般性を制限することなく、クロック分配比Ａが開始点として選択される。

クロック分配比ごとに２つの状態が割り当てられるので、１つの状態を変更することにより、任意の他のクロック分配比に達することが可能である。例えば、状態Ａ１から状態Ｂ２およびＤ１（それぞれ、クロック分配比ＢおよびＤにより）にしか達せず、クロック分配比Ｃには達しない。しかしながら、Ａ２から状態Ｃ２、すなわち、クロック分配比Ｃ２に達し得る。

ワンショット符号化は、実施例において、以下のように割り当てられることによって実現される。

２つの信号ｓ０およびｓ１は、その後、自動マシンの状態から生成されて、クロック分配比コントローラ２に転送される。

図３は、クロック分配比決定部１を実現するための回路構成を示す。ランダム信号３は入力に存在する。さらに、クロック信号ＣＬＳおよびリセット信号ＲＥＳが提供される。出力において、２つの信号ｓ０およびｓ１は、クロック分配比コントローラに転送するための出力である。回路は、組み合わせ論理素子および３つのフリップフロップのみを備える。これにより、この回路は、非常に簡単に実現され得る。しかしながら、図３に示されるような回路構成の具体的なコンフィギュレーションは、当業者の能力の範囲に含まれるいくつかの可能性のうちの１つとしてみなされるにすぎず、従って、詳細には記載されない。しかしながら、示された実施形態は、これらが明らかに対称的に構成される限り有利であり、これは、電流プロファイルに有利な影響を及ぼす。

示される例示的実施形態は、可能なクロック分配比の数を変更することによって、およびランダムビットの数によって一般化され得、このランダムビットの数に基づいて、次の分配比に関して決定される。

記載された回路は、鍵を不規則に変更することによってセキュリティ回路への攻撃をより困難にする。この実施形態の基本は、鍵変更のためのクロック、すなわち、鍵変更信号が導出されるクロック分配比の非常に均等に分散された、従って、事実上ランダムな変動である。

記載された例示的実施形態については、消費電力が２．５分の１に低減されることになる。システムセキュリティは、この場合、従来技術の解決策と比較して損なわれることはない。クロック分配比が１：８よりも大きい場合、消費電力にさらなる有利な点をもたらすが、これは、セキュリティの不利点となる。データセキュリティに対する要求の高さは、どのような場合に使用されるのかに応じて異なる。従って、本発明のある展開例において、用いられ得るクロック分配比のプログラム可能性が考えられ得、これにより、具体的に使用する場合、高いセキュリティが優先されるのか、または低い消費電力が優先されるのかを決定することが可能である。

図１は、本発明によるデータ処理デバイスの実質的なコンポーネントを有するブロック図を示す。 図２は、クロック分配比決定部の状態グラフを示す。 図３は、クロック分配比決定部を実点する回路構成を示す。

符号の説明

１ クロック分配比決定部
２ クロック分配比コントローラ
３ 擬似乱数
４ 真性乱数
５ 鍵変更信号
６ マルチプレクサ制御信号
７ 周期的クロック信号
８ 鍵変更デバイス
９ マルチプレクサ
ｓ クロック分配比選択信号
Ａ 第１のクロック分配比
Ｂ 第２のクロック分配比
Ｃ 第３のクロック分配比
Ｄ 第４のクロック分配比

Claims (7)

1. 情報を通信するバスと、該バス上で通信される情報を暗号化する暗号化デバイスと、該バス上で通信される情報を復号化する復号化デバイスとを有するシステムにおいて用いられるデータ処理デバイスであって、
   該データ処理デバイスは、
   自動状態マシンを含むクロック分配比決定部（１）であって、複数の所定のクロック分配比（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれには、該自動状態マシンの少なくとも１つの状態（Ａ１、Ａ２、．．．Ｄ２）が割り当てられており、状態変更は、該クロック分配比決定部（１）によって受信されるランダム信号（３、４）に依存する、クロック分配比決定部（１）と、
   該自動状態マシンの状態によって決定されるパルス周波数を有するクロック信号（７）から鍵変更信号（５）を生成するクロック分配比コントローラ（２）と、
   該鍵変更信号に応答して、該暗号化デバイスおよび該復号化デバイスを用いて情報を暗号化および復号化するために用いられる鍵を変更する少なくとも１つの鍵変更デバイス（８）と
   を備えた、データ処理デバイス。
2. 前記クロック分配比コントローラは、
   クロックデバイスから前記クロック信号（７）を受信し、
   前記クロック分配比決定部（１）から前記複数の所定のクロック分配比のうちの１つを示す信号を受信し、
   該信号によって示される該所定のクロック分配比に従って、該クロック信号（７）からパルスをフィルタリングアウトすることによって前記鍵変更信号（５）を生成する、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
3. 前記ランダム信号（３、４）は、１ビット数である、請求項２に記載のデータ処理デバイス。
4. 前記自動状態マシンは、非一意的である、請求項３に記載のデータ処理デバイス。
5. ４つの所定のクロック分配比（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が提供されており、各クロック分配比には２つの状態（Ａ１、Ａ２、．．．Ｄ２）が割り当てられている、請求項４に記載のデータ処理デバイス。
6. 前記データ処理デバイスは、スマートカード、好ましくは、非接触スマートカードである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデータ処理デバイス。
7. 前記所定のクロック分配比（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、プログラミングインターフェースによって規定され得る、請求項２〜６のいずれか一項に記載のデータ処理デバイス。

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