JP5246602B2

JP5246602B2 - 電磁波測定方法及び装置

Info

Publication number: JP5246602B2
Application number: JP2009545408A
Authority: JP
Inventors: 亨久門; 哲孝山下
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: JPWO2009075262A1; WO2009075262A1

Description

本発明は、電磁波を測定する電磁波測定方法及び装置、特に、非接触型ＩＣカード等の被測定機器の処理過程で発生する漏洩電磁波を測定するのに好適な電磁波測定方法及び装置に関するものである。

一般に、電子機器はその動作の過程において電磁波を発生する。この電磁波は無線通信等を目的として意図的に発生する電磁波とは異なり、非意図的に漏洩する電磁波であり、この漏洩電磁波を解析することによって処理中の情報を解析可能であることが知られている。

非特許文献１には、これを応用して暗号機能付きの接触型ＩＣカード又は携帯端末等の暗号を実装した装置において、暗号処理中に装置から発生する漏洩電磁波を測定することで秘密情報を解析する方法が記載されている。

電磁波解析では、暗号装置内のＣＰＵ又はＬＳＩ等において実行する処理命令やオペランドにより変化する電流変化に依存して発生する電磁波を１回もしくは複数の入出力の異なる処理に対して測定解析することで、暗号アルゴリズム、処理タイミング、及び秘密鍵等の推定が可能である。

通常、接触型ＩＣカード又はその他の暗号を実装した暗号モジュールに対する電磁波解析では、暗号が実装されるＣＰＵ又はＬＳＩ等のデバイス上に電磁波プローブをかざすことで、対象のデバイスから漏洩する電磁波を測定している。
Karine GandolfＩＣhristophe Mourtel, and Francis Olivier, "ElectromagnetＩＣ Analysis: Concrete Results," In the Proceedings of the W orkshop on CryptographＩＣ Hardware and Embedded Systems 2001 (CHES 2001), LNCS 2162 Paris, France, May 2001, pp 251-261.

リーダライタと被接触ＩＣカードとの通信時もしくは被接触ＩＣカードへの電力供給時には電磁波が用いられ、非接触型ＩＣカードの漏洩電磁波を測定する際にはその時の被接触ＩＣカードからの漏洩磁界を測定する。このため、解析対象であるＩＣカード上に搭載されているＩＣチップから漏洩する電磁波を測定する際にリーダライタとの通信に利用される電磁波も同時に測定してしまい、解析対象である被接触ＩＣカード上のＩＣチップから漏洩する電磁波を正確に測定することは困難である。また、漏洩電磁波を測定する場合には、非接触型ＩＣカード上での暗号処理動作等のタイミングを把握することが困難であった。

本発明の典型的な目的は、被測定機器の通信に利用される電磁波の影響を軽減でき、測定対象から漏洩する電磁波を正確に測定することが可能な電磁波測定方法及び装置を提供することにある。

本発明の典型的な電磁測定装置は、通信機器と非接触で通信を行う被測定機器から発生する漏洩電磁波を測定する電磁波測定装置であって、前記被測定機器の漏洩磁界発生部からの漏洩電磁波を受信するアンテナ部と、前記通信機器と前記被測定機器の漏洩磁界発生部とが重ならないように位置調整を行い、且つ、前記アンテナ部が前記被測定機器の漏洩磁界発生部と重なるように位置調整を行う位置調整手段と、前記被測定機器が処理を実行していることを検出する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づき前記アンテナ部の受信信号から漏洩電磁波を測定する測定手段とを備える。

また、本発明の典型的な電磁測定方法は、通信機器と非接触で通信を行う被測定機器から発生する漏洩電磁波を測定する電磁波測定方法であって、
前記通信機器と前記被測定機器の漏洩磁界発生部とが重ならないように位置調整を行い、
前記被測定機器の漏洩磁界発生部からの漏洩電磁波を受信するアンテナ部が前記被測定機器の漏洩磁界発生部と重なるように位置調整を行い、
前記被測定機器が処理を実行していることを検出し、
検出された信号に基づき前記アンテナ部からの受信信号から漏洩電磁波を測定する電磁波測定方法である。

本願は、２００７年１２月１１日に出願された特願２００７−３１９６８６号に基づき、優先権の利益を主張するものである。そして、特願２００７−３１９６８６号の内容は本願の明細書の内容に含まれる。

本発明によれば、被測定機器からの漏洩電磁波を測定する際に被測定機器とアンテナの位置調整等、通常の通信に用いられる電磁波を測定しないように位置調整を行うことにより、被測定機器からの漏洩電磁気を正確に検出することができる。また、被測定機器の処理状態を通信機器の動作や測定波形の変動等から判断することにより好ましいタイミングで電磁波を測定することができる。

本発明に係る電磁波測定装置の第１の実施形態を示すブロック図である。図１の実施形態の電磁波測定部の構成を示す斜視図である。本発明による第２の実施形態の電磁波測定部の構成を示す斜視図である。本発明に係る電磁波測定装置の第３の実施形態を示すブロック図である。本発明に係る電磁波測定装置の第４の実施形態を示すブロック図である。本発明に係る電磁波測定方法を示すフローチャートである。本発明に係る電磁波測定装置の第５の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１０電磁波測定部
１１位置調整部
１２アンテナ部
１３非接触型ＩＣカード
１４ＩＣカードリーダライタ
１５ＩＣチップ
２０トリガ生成部
２１通信用電磁波
２２漏洩電磁波
３０測定器
４０ＰＣ
４１ＵＳＢケーブル
１１２アンテナ位置調整部
１１３非接触型ＩＣカード位置調整部
１１４ＩＣカードリーダライタ位置調整部
１１５非接触型ＩＣカード固定部

次に、本発明を実施するための典型的な実施形態（exemplary embodiment）について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係る電磁波測定装置の第１の実施形態を示すブロック図である。電磁波測定装置は、電磁波測定部１０、トリガ生成部２０、測定器３０を備えている。

非接触型ＩＣカード１３は漏洩電磁波を測定する測定対象の被測定機器である。ＩＣカードリーダライタ１４は非接触型ＩＣカード１３と非接触で通信を行う通信機器である。

本実施形態では、非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４間で非接触で通信を行う際に非接触型ＩＣカード１３の電磁波発生部（ＩＣチップ）から漏洩する漏洩電磁波を測定する例を説明する。

電磁波測定部１０は、位置調整部１１、アンテナ部１２を備えている。非接触型ＩＣカード１３、ＩＣカードリーダライタ１４は、電磁波測定時に電磁波測定部１０内に挿入して固定され、電磁波測定後に取り出しが可能となっている。図１では、電磁波測定時に非接触型ＩＣカード１３、ＩＣカードリーダライタ１４が挿入された状態の構成を示している。位置調整部１１は、詳しく後述するように非接触型ＩＣカード１３、アンテナ部１２、ＩＣカードリーダライタ１４の位置調整を行う。図１では電磁波測定部１０内に非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４が納められているが、これら非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４は測定対象である。

位置調整部１１は、非接触型ＩＣカード１３上に搭載されているＩＣチップから漏洩する電磁波を測定するためＩＣチップの真上もしくは真下等の近傍へとアンテナ部１２の位置調整を行う。また、位置調整部１１は、非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４との通信が可能で、アンテナ部１２で受信する非接触型ＩＣカード１３上のＩＣチップからの漏洩電磁波に影響を与えないように非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４との位置調整を行う。

トリガ生成部２０はＩＣカードリーダライタ１４の動作もしくは通信状態から非接触型ＩＣカードのＩＣチップにて処理が実行されていることを検出し、トリガ信号を生成する。このトリガ信号は測定器３０に送信され、トリガ信号のタイミングで漏洩電磁波の測定を行う。

測定器３０はアンテナ部１２の受信信号から非接触型ＩＣカード上のＩＣチップから漏洩する電磁波を測定し、測定データを格納し、測定データの表示等を行う。測定器３０は例えば、オシロスコープやスペクトラムアナライザである。図示しない電磁波解析部では、測定器３０で測定された漏洩電磁波に基づき、例えば、上記非特許文献１等に記載された電磁波解析方法を用いて電磁波解析を行う。

図２は電磁波測定部１０を立体的に示す斜視図である。位置調整部１１は非接触型ＩＣカード位置調整部１１３、アンテナ位置調整部１１２、ＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４から成っている。本実施形態では、非接触型ＩＣカード位置調整部１１３は電磁波測定部１０の上部に設置されている。アンテナ部１２及びアンテナ位置調整部１１２は、非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４との間に配置されている。

非接触型ＩＣカード位置調整部１１３は非接触型ＩＣカード１３をＸ、Ｙ方向に移動させて位置調整を行う。アンテナ位置調整部１１２はアンテナ部１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向及び図中の矢印で示すアンテナ部１２の軸回りのθ方向に回転させて位置調整を行う。ＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４はＩＣカードリーダライタ１４をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて位置調整を行う。

ここで、図２に示すようにＸ方向は横方向、Ｙ方向は縦方向、Ｚ方向は高さ方向とする。また、アンテナ位置調整部１１２にはアンテナ部１２の一端部が固定されており、図２に示すようにアンテナ部１２はアンテナ位置調整部１１２によりその軸回りのθ方向に回転することが可能である。アンテナ部１２をその軸回りのθ方向に回転させることで指向性を持たせている。

本実施形態では、非接触型ＩＣカード１３は電磁波測定部１０の上面に設置された非接触型ＩＣカード位置調整部１１３により固定されている。非接触型ＩＣカード位置調整部１１３は、非接触型ＩＣカード１３をＸ方向及びＹ方向（縦方向及び横方向）に位置調整する機能を有しており、非接触型ＩＣカード１３の位置を所望の位置に調整固定することが可能である。

ＩＣカードリーダライタ１４は電磁波測定部１０の床面に設置されたＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４により固定されている。ＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４は電磁波測定部１０の床面上にてＸＹＺ方向（縦横高さ方向）にＩＣカードリーダライタ１４を自由に調整する機能を有しており、ＩＣカードリーダライタ１４を所望の位置に調整固定することができる。

アンテナ部１２は電磁波測定部１０の側面に設置されたアンテナ位置調整部１１２により固定されている。アンテナ位置調整部１１２は電磁波測定部１０の側面にてアンテナ部１２を自由に位置を調整可能である。即ち、アンテナ位置調整部１１２はアンテナ部１２をＸＹＺ方向（横方向（奥行き方向）、縦方向、高さ方向）に調整する機能を有している。また、上述のようにアンテナ位置調整部１１２はアンテナ部１２をその軸回りのθ方向に回転させる機能を有しており、アンテナ部１２の位置と向きを自由に調整固定することができる。

本実施形態では、非触型ＩＣカード１３上のＩＣチップ１５からの漏洩電磁波２２を測定する場合には、位置調整部１１のＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４、非接触型ＩＣカード位置調整部１１３、アンテナ位置調整部１１２を用いて手動又は自動で位置調整を行う。以下、図６のフローチャートを用いて電磁波測定方法について説明する。

例えば、まず、ステップＳ１１に示すように、ＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４を用いてＩＣカードリーダライタ１４を所定位置に固定する。次いで、非接触型ＩＣカード位置調整部１１３を用いて非接触型ＩＣカード１３上のＩＣチップ１５がＩＣカードリーダライタ１４の上部と重ならないように非接触型ＩＣカード１３の位置調整を行う。その後、ステップＳ１２に示すように、アンテナ位置調整部１１２を用いてＩＣチップ１５の真下にアンテナ部１２が位置するように、即ち、図２に示すようにアンテナ部１２と非接触型ＩＣカード１３のＩＣチップ１５とが重なり合うように置調整を行う。

ここで、自動で位置調整を行う場合には、ステップＳ１１において、例えば、ＩＣカードリーダライタ１４の信号（ＩＣカードリーダライタ１４と非接触型ＩＣカード１３との通信を示す信号）を図示しない観測装置で観測しながら、非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４との通信が確立する位置にＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４と非接触型ＩＣカード位置調整部１１３でＩＣカードリーダライタ１４と非接触型ＩＣカード１３との位置調整を行う。

その後、ステップＳ１２において、アンテナ部１２の信号を図示しない観測装置で観測しながら、アンテナ位置調整部１１２によりアンテナ部１２の信号が最大となるようにアンテナ部１２の位置調整を行う。なお、自動で位置調整を行う場合には、プログラム制御等を用いて各部の位置調整を制御する制御手段、或いは各位置調整部を駆動するモータ等の駆動手段等が必要である。

位置調整が終了すると、ステップＳ１３において、トリガ生成部２０により非接触型ＩＣカードのＩＣチップ１５で処理が実行されていることが検出され、トリガ信号が測定器３０に送信される。ステップＳ１４に示すように、測定部３０はトリガ信号のタイミングで非接触型ＩＣカード１３のＩＣチップ１５からの漏洩電磁波の測定を行う。

本実施形態では、このように非接触型ＩＣカード１３、ＩＣカードリーダライタ１４、及びアンテナ部１２の位置調整を行うことで、通信用電磁波２１の影響を極力抑えながらＩＣチップ１５からの漏洩電磁波２２を正確に測定することが可能となる。また、非接触型ＩＣカード１３、ＩＣカードリーダライタ１４、アンテナ部１２を自由に位置調整することができるため、ＩＣチップ１５の位置が異なる様々なＩＣカードにも対応することができる。

更に、ＩＣカードリーダライタ１４の動作もしくは通信状態から非接触型ＩＣカード１３のＩＣチップ１５にて処理が実行されていることを検出するため、非接触型ＩＣカード１３のＩＣチップ１５が動作する好ましいタイミングで漏洩電磁波を測定することが可能となる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。図３は図２と同様に電磁波測定部１０を立体的に示すものである。図３では図２と同一部分には同一符号を付している。装置構成は図１と同様である。図２との違いは非接触型ＩＣカード位置調整部１１３を電磁波測定部１０の内部に設置した点である。それに伴い、アンテナ部１２及びアンテナ位置調整部１１２が非接触型ＩＣカード１３の上部に配置されている。それ以外の構成は図２の構成と同様である。

非接触型ＩＣカード位置調整部１１３、アンテナ位置調整部１１２、ＩＣカードリーダライタ位置調整部１１４の各位置調整や漏洩磁界の測定は図２の説明と同様に行う。本実施形態では、図２と同様に通信用電磁波４１の影響を極力抑えながらＩＣチップ１５からの漏洩電磁波４２を測定することが可能となる。また、ＩＣチップ１５の位置が異なる様々なＩＣカードにも対応可能である。

（第３の実施形態）
図４は本発明に係る電磁波測定装置の第３の実施形態を示すブロック図である。図４では図１と同一部分には同一符号を付している。図１との違いは制御装置となるＰＣ（パーソナルコンピュータ）４０が設けられており、ＩＣカードリーダライタ１４はＰＣ４０とＵＳＢケーブル４１により接続されている点である。ＰＣ４０は非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４との通信制御を行う。その他の構成や動作は図１の実施形態と同様である。

トリガ生成部２０はＵＳＢケーブル４１の通信状況を観測し、ＰＣ４０からＩＣカードリーダライタ１４への非接触型ＩＣカード１３との通信開始コマンドが送信された場合には、測定器３０に対して電磁波の測定と格納するためのトリガ信号を送信する。測定器３０は、トリガ信号に基づき非接触型ＩＣカード１３上のＩＣチップ１５が動作するタイミングで漏洩電磁波を測定することができる。

電磁波測定部１０としては図２或いは図３の構成が採用され、位置調整部１１の構成も図２或いは図３の説明と同様である。本実施形態ではＰＣ４０からの通信開始コマンドに基づいてトリガ信号を作成するため、ＩＣチップ１５からの漏洩電磁波を正確に測定することが可能となる。

（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態を示すブロック図である。図５では図１と同一部分には同一符号を付している。図１或いは図４との違いは、トリガ生成部２０がアンテナ部１２にて受信した電磁波波形をもとにトリガ信号を生成する点である。その他の構成や動作は図１、図４と同様である。

本実施形態では、トリガ生成部２０はアンテナ部１２の受信信号から非接触型ＩＣカード１３とＩＣカードリーダライタ１４との通信もしくは電力供給に用いられる電磁波を測定部３０を介して検出する。その際、ＩＣカードリーダライタ１４と非接触型ＩＣカード１３間の電磁波は、両者の通信が実施されている時と実施されていない時で通信用電磁波２１の強度が異なる。

この強度の違いを利用し、トリガ生成部２０にてアンテナ部１２の受信信号レベルが大きくなった時点を非接触型ＩＣカード１３の動作状態と判断し、トリガ信号を生成する。そのため、非接触型ＩＣカード１３上のＩＣチップ１５が動作するタイミングにて漏洩電磁波２２を測定することができる。

ここで、上述のようにＩＣカードリーダライタ１４と非接触型ＩＣカード１３上のＩＣチップ１５とは重ならないように位置調整を行っているが、アンテナ部１２にてＩＣカードリーダライタ１４と非接触型ＩＣカード１３間の微弱な通信用電磁波２１が受信され、そのアンテナ部１２で受信された通信用電磁波の強度の違いに基づいてトリガ信号を生成する。

電磁波測定部１０は図２或いは図３の構成とし、位置調整部１１の構成も図２或いは図３の説明と同様である。本実施形態では、ＩＣカードリーダライタ１４と非接触型ＩＣカード１３間の通信用電磁波２１の強度が異なることを利用してトリガ信号を生成するため同様にＩＣチップ１５が動作するタイミングで漏洩電磁波２２を測定することができる。

（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態を示すブロック図である。図７では図１と同一部分には同一符号を付している。図７に示す構成が図１に示す構成と異なるのは、電磁波測定部と測定器３０とトリガ生成部２０とが筐体内に設けられて１台の電磁波測定装置５０として構成されている点である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。例えば、図４ではＰＣ４０とＩＣカードリーダライタ１４とをＵＳＢケーブル４１を用いて接続しているが、観測可能なものであればどのようなものを用いても良い。また、ＩＣカードリーダライタ１４の制御についてもＰＣに限らず同様の制御可能な装置を用いても構わない。

更に、非接触型ＩＣカード位置調整部１１３内に非接触型ＩＣカード１３が設置されたことを検知する機能を有することにより、非接触型ＩＣカード１３上のＩＣチップ１５が処理を実行していることを検出し、漏洩電磁波の測定のためのトリガ信号とすることもできる。

また、本発明の電磁波測定装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、本願の請求の範囲によって規定される、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の種々の形で実施することができる。そのため、前述した各実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書や要約書の記載には拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。

Claims

通信機器と非接触で通信を行う被測定機器から発生する漏洩電磁波を測定する電磁波測定装置であって、
前記被測定機器の漏洩磁界発生部からの漏洩電磁波を受信するアンテナ部と、
前記通信機器と前記被測定機器の漏洩磁界発生部とが重ならないように位置調整を行い、且つ、前記アンテナ部が前記被測定機器の漏洩磁界発生部と重なるように位置調整を行う位置調整部と、
前記被測定機器が処理を実行していることを検出する検出部と、
前記検出部からの信号に基づき前記アンテナ部の受信信号から漏洩電磁波を測定する測定部と、
を備えた電磁波測定装置。
前記位置調整部は、前記被測定機器、前記通信機器及び前記アンテナ部をそれぞれ独立に位置調整することを特徴とする請求項１に記載の電磁波測定装置。
前記検出部は、前記通信機器と前記被測定機器との通信を制御する制御装置からの通信を観測し、前記制御装置からの通信を指示する信号に基づいて前記被測定機器の処理の実行を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波測定装置。
前記検出部は、前記通信機器と前記被測定機器との通信を示す信号に基づき前記被測定機器の処理の実行を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波測定装置。
前記検出部は、前記通信機器と前記被測定機器との通信用電磁波の強度変化に基づいて前記被測定機器の処理の実行を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波測定装置。
前記検出部は、前記位置調整部に前記被測定機器が設置されたことを検出することによって前記被測定機器の処理の実行を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波測定装置。
通信機器と非接触で通信を行う被測定機器から発生する漏洩電磁波を測定する電磁波測定方法であって、
前記通信機器と前記被測定機器の漏洩磁界発生部とが重ならないように位置調整を行い、
前記被測定機器の漏洩磁界発生部からの漏洩電磁波を受信するアンテナ部が前記被測定機器の漏洩磁界発生部と重なるように位置調整を行い、
前記被測定機器が処理を実行していることを検出し、
検出された信号に基づき前記アンテナ部からの受信信号から漏洩電磁波を測定する電磁波測定方法。