KR100641297B1 - 롬 스크램블 방식의 반도체 장치 및 상기 반도체 장치의동작 방법 - Google Patents

롬 스크램블 방식의 반도체 장치 및 상기 반도체 장치의동작 방법 Download PDF

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Abstract

롬 스크램블 방식의 반도체 장치 및 상기 반도체 장치의 동작 방법이 개시된다. 본 발명의 반도체 장치는, 프로세서, 롬(ROM: Read-Only Memory), 키 생성기 및 복원기를 포함한다. 롬은 실행 코드와 키 생성 정보를 저장한다. 키 생성기는 롬으로부터 추출되는 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성한다. 복원기는 생성된 키를 이용하여 실행 코드를 복원한다. 따라서, 반도체 장치는 외부로부터 전원이 인가되거나 리셋 신호가 입력되면, 실행 코드를 실행하기 전에, 롬으로부터 키 생성 정보를 독출하고 독출된 키 생성 정보를 이용하여 실행 코드를 복원한다. 키 생성 정보는 실행 코드에 따라 다르게 설정된다. 본 발명에 의하면, 반도체 장치의 실행 코드에 대한 보안성이 향상된다.

Description

롬 스크램블 방식의 반도체 장치 및 상기 반도체 장치의 동작 방법{Semiconductor device using ROM scrambling method, and Operating method of the device}
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 롬 스크램블/디스크램블 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 초기 제어부의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 실행 코드를 스크램블(혹은 인 크립션) 등의 처리를 하여 롬에 저장하는 롬(ROM) 스크램블 방식(scramble method)의 반도체 장치 및 상기 반도체 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 일반적으로 파워-온(power-on)이 되면, 프로세서(CPU: Central Processing Unit)가 특정 어드레스로부터 실행 코드(run code)를 읽어 옴으로써 사용자가 원하는 루틴(routine)을 수행하게 된다. 이러한 실행 코드는 일반적으로 롬(ROM:read-only-memory)에 탑재된다. 보안을 위하여, 소정의 스크램블 키(scramble key)를 이용하여 실행 코드를 스크램블링하여 롬에 탑재하는 롬 스크램블 방식이 많이 채택된다. 스크램블된 실행 코드는 디스크램블 키(descramble key)를 이용하여 디스크램블되어야 한다. 통상적으로 디스크램블 키는 스크램블 키와 동일하다.
그런데, 종래 기술에 따른 롬 스크램블 방식에서는, 실행 코드를 디스크램블하기 위한 키가 고정되어 있다. 즉, 하드-와이어드(hard-wired) 키를 이용하여 스크램블되어 있는 롬 코드를 디스크램블한다. 따라서, 기존의 스마트 카드 칩(smartcard chip)과 같은 반도체 장치는 동일한 장치일 경우에는 고객(customer)이 다르거나, 혹은 롬 코드가 버전-업(version-up) 되어도 항상 같은 키로 실행 코드를 스크램블/디스크램블한다.
그러므로, 고정된 키 값을 알아내면 롬에 탑재되어 있는 실행 코드 혹은 데이터를 읽어낼 수가 있어, 보안면에서 취약한 약점이 있다.
따라서, 상기 종래 기술의 문제점을 극복하여 실행 코드에 대한 보안성을 향 상시키는 롬 스크램블 방식의 반도체 장치 및 상기 반도체 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 바람직한 일 측면에 따른 본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 프로세서, 롬(ROM: Read-Only Memory), 키 생성기 및 복원기를 포함한다. 상기 롬은 실행 코드와 키 생성 정보를 저장하고, 상기 키 생성기는 상기 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성한다. 상기 복원기는 상기 키를 이용하여 상기 실행 코드를 복원한다.
바람직하기로는, 상기 키 생성 정보는 상기 반도체 장치의 정보 및 상기 실행 코드의 버전 정보 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 복원기는 디스크램블러 및 디크립터 중 적어도 하나를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 바람직한 다른 일 측면에 따른 본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 프로세서 및 롬(ROM: Read-Only Memory)을 포함한다. 롬은 키 정보와 상기 키 정보를 이용하여 소정의 처리가 이루어진 실행 코드를 저장한다. 상기 반도체 장치는, 상기 실행 코드를 실행하기 전에, 상기 롬으로부터 상기 키 정보를 독출하고 상기 독출된 키 정보를 이용하여 상기 실행 코드를 복원한다.
바람직하기로는, 상기 반도체 장치는 외부로부터 전원이 인가되거나 리셋 신호가 입력되면, 상기 롬으로부터 상기 키 정보를 출력시키는 초기 제어부, 상기 키 정보를 이용하여 키를 생성하는 키 생성기 및 상기 키를 이용하여 상기 스크램블된 코드를 디스크램블하는 디스크램블러를 더 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 바람직한 또 다른 일 측면에 따른 본 발명은 롬(ROM: Read-Only Memory) 및 프로세서를 포함하는 반도체 장치의 동작 방법에 관한 것이다. 상기 롬에는 키 생성 정보 및 실행 코드가 저장된다. 상기 반도체 장치의 동작 방법은 외부로부터 전원이 인가되면, 상기 롬으로부터 상기 키 생성 정보를 독출하는 단계, 상기 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성하는 단계, 상기 키를 이용하여 상기 롬에 저장된 상기 실행 코드를 복원하는 단계 및 상기 복원된 코드를 실행하는 단계를 포함한다.
바람직하기로는, 상기 반도체 장치의 동작 방법은, 상기 키가 생성되면 키 생성 완료 신호를 발생하는 단계를 더 포함하고, 상기 실행 코드를 복원하는 단계는, 상기 키 생성 완료 신호가 발생된 이후에 이루어진다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 바람직한 또 다른 일 측면에 따른 본 발명은 롬(ROM: Read-Only Memory) 을 포함하는 반도체 장치의 동작 방법에 관한 것이다. 상기 반도체 장치의 동작 방법은 외부로부터 전원이 인가되면, 상기 롬의 소정 영역에 저장된 키 정보를 추출하는 단계, 상기 추출된 키 정보를 이용하여 상기 롬에 저장된 실행 코드를 복원하는 단계, 및 상기 복원된 실행 코드를 실행하는 단계를 포함한다.
바람직하기로는, 상기 키 정보 및 상기 실행 코드는 상기 반도체 장치의 제조 공정 단계에서 상기 롬에 저장된다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 롬 스크램블/디스크램블 방식을 설명하기 위한 개념도이다.
롬(ROM: Read-Only Memory, 판독 전용 메모리)의 소정 영역에 키 생성 정보가 저장된다. 키 생성 정보는 디스크램블 키를 생성하기 위한 정보로서, 반도체 장치 정보와 코드 버전 정보를 포함하는 것이 바람직하다. 아울러, 스크램블된 코드 역시 롬의 소정 영역에 저장된다. 스크램블된 코드란, 스크램블 키를 이용하여 원 코드를 스크램블링(scrambling) 처리한 실행 코드를 말한다. 여기서, 스크램블 키는 디스크램블 키와 동일한 것으로 가정한다.
롬의 영역은 사용자 영역 및 테스트 영역으로 나뉘어지고, 스크램블된 코드는 사용자 영역에, 키 생성 정보는 테스트 영역에 저장되는 것이 바람직하다. 테스트 영역은 사용자를 위한 실행 코드가 저장되는 영역 이외의 영역으로서, 반도체 장치 제조업체가 반도체 장치의 테스트 등을 위하여 사용하는 영역이다.
키 생성 정보와 스크램블된 코드가 롬에 저장되면, 반도체 장치는 실행 코드를 실행하기 전에, 스크램블된 코드를 디스크램블해야 한다. 이를 위하여, 반도체 장치는 외부로부터 전원이 인가되거나 리셋 신호가 인가되면, 롬의 특정 영역으로 부터 키 생성 정보를 우선적으로 독출한다. 키 생성기는 독출된 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성한다. 키가 생성되면, 생성된 키를 이용하여 롬에서 독출한 스크램블된 코드를 디스크램블함으로써 원래의 실행 코드를 복원한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(200)의 블록도이다.
이를 참조하면, 반도체 장치(200)는 롬(210), 초기 제어부(220), 프로세서(230), 디스크램블러(240), 비휘발성 메모리(250) 및 키 생성기(260)를 포함한다. 반도체 장치(200)는 고객이 원하는 소정 루틴을 수행하기 위한 실행 코드가 롬에 저장되어 있는 반도체 장치로서, 예를 들어 스마트 카드 혹은 집적회로(integrated circuit) 카드 장치이다.
롬(210)은 스크램블된 코드와 키 생성 정보를 저장하기 위한 메모리이다. 롬(210)으로는 마스크 롬(Mask ROM), PROM(Programmable ROM) 등이 사용될 수 있다. 키 생성 정보는 반도체 장치의 제조 공정에서 롬(210)에 기억되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 반도체 장치(200)의 제조 공정들 중 롬 코드 마스크 단계에서 키 생성 정보 및 스크램블된 실행 코드가 롬에 저장되는 것이 바람직하다. 키 생성 정보는 실행 코드에 따라 달라지는 것이 바람직하며, 이를 위하여, 키 생성 정보는 실행 코드의 버전 정보를 포함하는 것이 바람직하다. 키 생성 정보는 또한 롬 영역 중 테스트 등을 위하여 할당된 영역인 테스트 영역에 저장된다.
초기 제어부(220)는 클럭 신호(XCLK)와 초기 신호(INIT)에 응답하여 롬(210)으로부터 키 생성 정보가 출력되어 키 생성기(260)로 입력되도록 제어한다. 여기서, 초기 신호(INIT)는 파워-온(power-on) 혹은 리셋 신호에 응답하여 활성화되는 내부 신호인 것이 바람직하다. 따라서, 초기 제어부(220)는 반도체 장치에 전원이 인가되거나 반도체 장치가 리셋되면, 이에 응답하여 롬의 소정의 영역으로부터 키 생성 정보를 출력시킨다.
초기 제어부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이, 키 생성 정보가 저장된 영역의 어드레스(초기 어드레스)를 가지며, 초기 신호(INIT)에 응답하여 초기 어드레스가 가리키는 영역의 데이터, 즉 키 생성 정보가 출력되도록 제어한다.
키 생성기(260)는 롬(210)으로부터 출력된 키 생성 정보를 이용하여 키(디스크램블 키)를 생성한다. 키를 생성하면, 키 생성기(260)는 키 생성 완료 신호(KD)를 발생하는 것이 바람직하다. 키 생성 완료 신호(KD)는 키 생성기(260)로부터 직접 프로세서(230)로 입력되는 것 보다 플립플롭(270)을 거쳐 입력되는 것이 바람직하다. 플립플롭(270)은 키 생성 완료 신호(KD)를 입력 단자(D 단자)로, 클럭 신호(XCLK)를 클럭 단자로 수신하고, 초기 신호(INIT)에 의해 리셋된다.
디스크램블러(240)는 생성된 키를 이용하여 롬으로부터 독출되는 코드를 디스크램블함으로써 실행 코드를 복원한다. 디스크램블러(240)는 간단하게는 키 데이터와 실행 코드를 배타적 논리합하는 연산기, 즉 XOR(exclusive-OR) 회로로 구현될 수 있다.
프로세서(230)는 키 생성 완료 신호(KD 혹은 KD')에 응답하여 디스크램블된 코드를 실행함으로써, 소정의 루틴을 수행한다.
비휘발성 메모리(NVM: Non-volatile memeory)(250)는 반도체 장치 내에서 데이터를 저장하는 장소로서, 반도체 장치의 용도에 따라 플래시 메모리 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 키 생성 정보는 비휘발성 메모리(250)에 저장되는 것이 아니라, 롬(210)에 실행 코드와 함께 저장된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 상기 방법은 도 3에 도시된 반도체 장치에서 수행된다. 이를 참조하여, 반도체 장치의 동작을 좀 더 상세히 설명하면, 다음과 같다.
반도체 장치가 파워-온되거나 리셋되면(S410), 먼저 키 생성 정보가 독출된다(S415). 물론, 이전에 실행 코드는 스크램블되어 반도체 장치의 롬에 미리 저장되고, 또한, 상기 실행 코드를 스크램블링하는데 사용된 키를 생성하기 위한 키 생성 정보 역시 롬에 미리 저장된다.
롬으로부터 독출된 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성한다(S420). 키 생성이 완료되면(S425), 롬으로부터 실행 코드를 독출하고(S430), 독출된 키를 이용하여 실행 코드를 디스크램블함으로써 원 코드를 복원한다(S435).
물론 실행 코드의 독출은 키 생성이 완료되기 전에도 수행될 수 있다. 그러나, 실행 코드의 디스크램블링은 키 생성이 완료된 후에 수행된다. 실행 코드가 디스크램블되어 복원되면, 프로세서는 복원된 실행 코드를 실행한다(S440).
상술한 실시예들에서는 롬에 키 생성 정보가 저장되고, 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성하며, 생성된 키로 실행 코드를 복원하는 예가 기술되었다. 그러나, 키 생성 정보 대신 키 값이 롬에 저장될 수 있다. 키 값이 롬에 저장되는 경우의 디스크램블링 방법이 도 5에 도시된다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 동작 방법을 나타내 는 흐름도이다. 도 5에 도시된 예는 키 데이터가 직접 롬에 저장되는 경우이다.
이를 참조하면, 반도체 장치가 파워-온되거나 리셋되면(S410), 먼저 롬으로부터 키 데이터가 독출된다(S416). 다음으로, 롬으로부터 실행 코드를 독출하고(S430), 독출된 키를 이용하여 실행 코드를 디스크램블함으로써 원 코드를 복원한다(S435).
이와 같이, 키 데이터가 직접 롬에 저장되는 경우에는, 키 생성기가 필요하지 않을 것이다. 즉, 도 2에 도시된 구성에서, 키 생성기 및 플립플롭은 구비되지 않아도 된다. 그러나, 보안성을 높이기 위해서는 키 데이터가 직접 롬에 저장되는 것보다는 키 생성 정보가 롬에 저장되고, 키 생성 정보를 이용하여 키 데이터를 생성하는 것이 바람직하다.
키 생성 정보는 반도체 장치의 정보(device information) 및 실행 코드의 버전 정보(code version information)가 포함되는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체 장치 및 코드 버전에 따라 키 생성 정보가 달라진다. 더구나, 키 생성 정보를 롬 마스크 단계에서 롬에 저장하는 경우, 고객 및/또는 실행 코드 별로 롬 마스크 패턴(ROM Mask pattern)만을 수정하면 하드웨어를 수정하지 않고도 각기 다른 키가 생성된다. 따라서, 본 발명에 의하면 고객이 다르거나 코드 버전이 달라지면 스크램블/디스크램블 키 값도 달라지므로, 고객이나 코드 버전에 관계없이 동일한 키를 가지는 종래 기술에 비하여 실행 코드에 대한 보안성이 향상된다.
상술한 본 발명의 실시예들은 키를 이용하여 실행 코드를 스크램블/디스크램블 처리하는 방식의 반도체 장치를 예로 들었다. 그러나, 본 발명은 키를 이용하여 실행 코드를 인크립션(encryption)/디크립션(decryption) 처리하는 반도체 장치에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 키 데이터로 실행 코드를 소정 처리하여 롬에 저장하는 방식의 반도체 장치에서 실행 코드를 복원하는데 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 실행 코드 버전 등에 따라 코드에 대한 키 값을 다르게 설정할 수 있으므로, 반도체 장치의 실행 코드에 대한 보안성이 향상된다. 따라서, 반도체 장치의 실행 코드(프로그램)에 대한 해킹이나 공격에 강한 이점을 가진다. 또한 본 발명에 의하면, 실행 코드를 복원하기 위한 키 정보를 실행 코드와 함께 롬에 저장함으로써, 다른 메모리(예컨대 비휘발성 메모리)를 사용하지 않고 롬 코드를 복원할 수 있다.

Claims (19)

  1. 프로세서;
    실행 코드와 키 생성 정보를 저장하는 롬(ROM: Read-Only Memory);
    상기 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성하는 키 생성기; 및
    상기 생성된 키를 이용하여 상기 실행 코드를 복원하는 복원기를 포함하는 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 키 생성 정보는
    상기 반도체 장치의 정보 및 상기 실행 코드의 버전 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복원기는
    디스크램블러 및 디크립터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 장치는
    외부로부터 전원이 인가되거나 리셋 신호가 입력되면, 상기 롬의 테스트 영역으로부터 상기 키 생성 정보를 출력시키는 초기 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 초기 제어부는
    상기 키 생성 정보가 저장된 영역의 어드레스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 키 생성기는, 상기 키의 생성을 완료하면 키 생성 완료 신호를 발생하고,
    상기 프로세서는 상기 키 생성 완료 신호에 응답하여 상기 복원된 코드를 실행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 반도체 장치에 있어서,
    프로세서; 및
    키 정보와 상기 키 정보를 이용하여 소정의 처리가 이루어진 실행 코드를 저장하는 롬(ROM: Read-Only Memory)을 포함하며,
    상기 반도체 장치는 상기 실행 코드를 실행하기 전에, 상기 롬으로부터 상기 키 정보를 독출하고 상기 독출된 키 정보를 이용하여 상기 실행 코드를 복원하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 소정의 처리는
    스크램블링 처리 및 인크립션 처리 중의 적어도 하나의 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 반도체 장치는
    외부로부터 전원이 인가되거나 리셋 신호가 입력되면, 상기 롬으로부터 상기 키 정보를 출력시키는 초기 제어부;
    상기 키 정보를 이용하여 키를 생성하는 키 생성기; 및
    상기 키를 이용하여 상기 실행 코드를 디스크램블하는 디스크램블러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 롬은 사용자 영역 및 테스트 영역을 포함하고,
    상기 실행 코드는 상기 롬의 사용자 영역에 저장되고 상기 키 정보는 상기 테스트 영역에 저장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 초기 제어부는
    상기 키 정보가 저장된 영역의 어드레스를 포함하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 키 정보는
    상기 반도체 장치의 제조 공정 단계에서 상기 롬에 저장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  13. 롬(ROM: Read-Only Memory) 및 프로세서를 포함하는 반도체 장치의 동작 방법에 있어서-상기 롬에는 키 생성 정보 및 실행 코드가 저장됨-,
    외부로부터 전원이 인가되면, 상기 롬으로부터 상기 키 생성 정보를 독출하는 단계;
    상기 키 생성 정보를 이용하여 키를 생성하는 단계;
    상기 키를 이용하여 상기 롬에 저장된 상기 실행 코드를 복원하는 단계; 및
    상기 복원된 코드를 실행하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반도체 장치의 동작 방법은, 상기 키가 생성되면 키 생성 완료 신호를 발생하는 단계를 더 포함하고,
    상기 실행 코드를 복원하는 단계는, 상기 키 생성 완료 신호가 발생된 이후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 동작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 키 생성 정보는
    상기 실행 코드에 따라 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  16. 롬(ROM: Read-Only Memory)을 포함하는 반도체 장치의 동작 방법에 있어서,
    외부로부터 전원이 인가되면, 상기 롬의 소정 영역에 저장된 키 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 키 정보를 이용하여 상기 롬에 저장된 실행 코드를 복원하는 단계; 및
    상기 복원된 실행 코드를 실행하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 동작 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 키 정보 및 상기 실행 코드는 상기 반도체 장치의 제조 공정 단계에서 상기 롬에 저장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 동작 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 키 정보는 상기 실행 코드에 따라 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 동작 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 실행 코드를 복원하는 단계는
    상기 키 정보를 이용하여 키를 생성하는 단계;
    상기 키가 생성되면 키 생성 완료 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 키 생성 완료 신호가 발생되면, 상기 실행 코드를 디스크램블링하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 동작 방법.
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