RU2156999C1

RU2156999C1 - Circuit for protection of microelectronic device

Info

Publication number: RU2156999C1
Application number: RU99117561/09A
Authority: RU
Inventors: А.А. Семенов; С.Б. Вениг; Д.А. Усанов
Original assignee: Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского; ЗАО Саратовский научно-технологический парк "Волга"
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: electronic equipment, analog and digital microelectronic devices. SUBSTANCE: device has functional circuit, permanent magnetic field sources, signal processing circuit, buffer circuit, external permanent magnetic field sources. EFFECT: protection against unauthorized access and reverse engineering. 1 dwg

Description

Изобретение относится к микроэлектронной технике, предназначено для применения как в аналоговых, так и в цифровых микроэлектронных устройствах и может быть использовано для защиты микроэлектронных устройств от несанкционированного исследования их функциональных характеристик с целью последующего копирования или эмуляции. The invention relates to microelectronic technology, is intended for use in both analog and digital microelectronic devices and can be used to protect microelectronic devices from unauthorized investigation of their functional characteristics for subsequent copying or emulation.

Известно устройство защиты памяти, не сохраняющее информацию при отключении питания (см. а.с. СССР N 1403860 по кл. G 06 F 12/16). Устройства такого типа обычно используются в персональных ЭВМ для сохранения текущего времени, даты, паролей доступа пользователя и основных данных о конфигурации вычислительной машины (см. журнал Новости электроники, 1997, N 2, стр. 38). Для сохранения записанной информации при отключении основного источника питания используется резервный автономный источник питания со схемой его оперативного подключения. A memory protection device is known that does not store information when the power is turned off (see AS USSR N 1403860 according to class G 06 F 12/16). Devices of this type are usually used in personal computers to save the current time, date, user access passwords and basic computer configuration data (see the journal Electronics News, 1997, N 2, p. 38). To save the recorded information when the main power source is turned off, a stand-alone stand-alone power source with a scheme for its online connection is used.

Недостатком известного устройства является безвозвратная потеря сохраняемой им информации при попытке извлечения микросхемы памяти из ПЭВМ с целью несанкционированного доступа к содержащимся в ней данным. A disadvantage of the known device is the irretrievable loss of the information it stores when trying to remove the memory microcircuit from the PC with the aim of unauthorized access to the data contained in it.

Известна система защиты данных от несанкционированного доступа (см. патент Германии N 4307395 A1, по кл. G 06 F 12/14), в которой данные, считываемые с дискового носителя, сравниваются с данными на магнитной карточке, для чтения которой предусмотрено дополнительное устройство. При совпадении кода, записанного на магнитной карточке, с кодом, считанным с дискового носителя, дается разрешение на доступ к защищенным данным. A known system for protecting data from unauthorized access (see German patent N 4307395 A1, class G 06 F 12/14), in which data read from disk media are compared with data on a magnetic card, for reading which an additional device is provided. If the code recorded on the magnetic card matches the code read from the disk medium, permission is granted to access protected data.

Недостатком такого технического решения является наличие отдельной карточки, выполняющей функции ключа доступа. При повреждении или утере карточки полностью теряется доступ к защищенным данным. Наличие внешнего ключа - карточки - предопределяет возможность ее эмуляции или кражи с целью несанкционированного доступа к защищенным данным. The disadvantage of this technical solution is the availability of a separate card that acts as an access key. If the card is damaged or lost, access to protected data is completely lost. The presence of a foreign key - a card - determines the possibility of its emulation or theft for the purpose of unauthorized access to protected data.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является запоминающее устройство (см. патент РФ N 2055391 по кл. G 06 F 12/16) с защитой данных от несанкционированного доступа, содержащее блок кодирования, блок декодирования и блок управления. Устройство предназначено для записи в микросхемы запоминающего устройства информации, кодированной по определенному алгоритму с последующим декодированием при чтении. Closest to the proposed technical essence is a storage device (see RF patent N 2055391 according to class G 06 F 12/16) with data protection against unauthorized access, containing a coding unit, a decoding unit and a control unit. The device is intended for recording information encoded by a certain algorithm into microchips of a storage device, followed by decoding during reading.

Недостатком такого устройства является наличие определенного фиксированного алгоритма кодирования - декодирования защищаемой информации, который несложно воспроизвести при несанкционированном доступе к данным с помощью ПЭВМ и специальных программ. The disadvantage of this device is the presence of a certain fixed encoding algorithm - decoding of protected information, which is easy to reproduce with unauthorized access to data using a PC and special programs.

Предлагаемое изобретение решает задачу защиты микроэлектронного устройства от несанкционированного доступа и исследования функциональных характеристик с целью последующего копирования или эмуляции. The present invention solves the problem of protecting a microelectronic device from unauthorized access and investigating functional characteristics for subsequent copying or emulation.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве микроэлектронном, содержащем выполненные на одном полупроводниковом кристалле или общем кристаллодержателе элементы функциональной схемы и схемы защиты от несанкционированного доступа или копирования, последняя снабжена не менее чем двумя внешними источниками постоянного магнитного поля и выполнена из соответствующего числа магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, с подключенной к ним схемой обработки сигнала, к которой подсоединен управляемый буферный каскад для изменения функциональных характеристик устройства в зависимости от уровня и направленности магнитного поля, задаваемого внешними источниками постоянного магнитного поля, электрически включенный между выходом функциональной схемы и внешним выводом устройства, причем магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы расположены в зоне действия соответствующих внешних источников постоянного магнитного поля, а последние размещены в устройстве визуально скрытыми. The problem is solved in that in a microelectronic device containing elements of a functional circuit and protection against unauthorized access or copying made on a single semiconductor chip or a common crystal holder, the latter is equipped with at least two external sources of a constant magnetic field and is made of the corresponding number of magnetically sensitive to and the direction of the external magnetic field of the elements, with a signal processing circuit connected to them, to which the control an adjustable buffer cascade for changing the functional characteristics of the device depending on the level and direction of the magnetic field specified by external sources of a constant magnetic field, electrically connected between the output of the functional circuit and the external output of the device, and the elements magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field are located in the range of the corresponding external sources of a constant magnetic field, and the latter are visually hidden in the device.

Изобретение поясняется блок-схемой, изображенной на чертеже, где 1, 2 - магниточувствительные элементы, 3, 4 - внешние источники постоянного магнитного поля, 5 - схема обработки выходного сигнала магниточувствительных элементов, 6 - управляемый буферный каскад, 7 - функциональная схема. Элементы устройства, образующие схему защиты, обведены штриховым контуром. The invention is illustrated by the block diagram shown in the drawing, where 1, 2 are magnetically sensitive elements, 3, 4 are external sources of constant magnetic field, 5 is a processing circuit of the output signal of magnetically sensitive elements, 6 is a controlled buffer cascade, 7 is a functional diagram. The elements of the device that form the protection circuit are circled by a dashed outline.

В устройство микроэлектронное (интегральную микросхему) введены элементы, магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля 1, 2 (например, преобразователь Холла, магнитотранзистор), со схемой обработки сигнала 5 (например, на базе линейных усилителей, пороговых компараторов с логической схемой сравнения) и управляемым буферным каскадом 6 (например, управляемый логический инвертор, шифратор по псевдослучайному алгоритму, амплитудный ограничитель, фазовращатель и т.д.), технологически выполненные на том же полупроводниковом кристалле, что и защищаемая функциональная схема 7 или расположенные на общем кристаллодержателе с ней. Совокупность элементов 1, 2, 5, 6 устройства образует схему защиты от несанкционированного доступа и копирования, которая снабжается так же малогабаритными внешними источниками постоянного магнитного поля 3, 4 (например, постоянные магниты), размещенными визуально скрытыми в корпусе прибора или в установочной панели микросхемы в непосредственно близости от магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов 1, 2. Into the microelectronic device (integrated circuit), elements are magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field 1, 2 (for example, a Hall converter, magnetotransistor), with a signal processing circuit 5 (for example, based on linear amplifiers, threshold comparators with a logic comparison circuit) and a controlled buffer cascade 6 (for example, a controlled logic inverter, a pseudorandom encoder, an amplitude limiter, a phase shifter, etc.), technologically executed on the same semiconductor a nickel crystal, as the protected functional circuit 7 or located on a common crystal holder with it. The combination of elements 1, 2, 5, 6 of the device forms a protection scheme against unauthorized access and copying, which is also equipped with small external sources of a constant magnetic field 3, 4 (for example, permanent magnets) placed visually hidden in the device’s case or in the installation panel of the microcircuit in the immediate vicinity of elements 1, 2 magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field.

Вскрытие корпуса прибора или извлечение интегральной микросхемы из установочной панели с целью исследования ее функциональных характеристик вне прибора приводит к отсутствию действия магнитного поля от внешних визуально скрытых источников постоянного магнитного поля 3, 4 на магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы 1, 2, в результате чего соединенная с ними схема обработки 5 вырабатывает управляющий сигнал, включающий буферный каскад 6, в функции которого входит искажение выходного сигнала функциональной схемы 7, в случае если устройство аналоговое или шифрации выходного сигнала цифрового устройства. При наличии постоянного магнитного поля от внешних визуально скрытых источников 3, 4 (микросхема в установочной панели или корпус не вскрыт) буферный каскад 6 отключается, не оказывает влияния на выходной сигнал функциональной схемы 7, и он проходит на внешний вывод устройства микроэлектронного без искажения. Opening the device case or removing the integrated circuit from the installation panel in order to study its functional characteristics outside the device leads to the absence of a magnetic field from external visually hidden sources of a constant magnetic field 3, 4 on elements 1, 2, magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field As a result, the processing circuit 5 connected to them generates a control signal including a buffer stage 6, whose functions include distortion of the output signal circuit 7, if the device is analog or encryption of the output signal of a digital device. In the presence of a constant magnetic field from external visually hidden sources 3, 4 (the microcircuit in the installation panel or the case is not opened), the buffer stage 6 is turned off, does not affect the output signal of the functional circuit 7, and it passes to the external output of the microelectronic device without distortion.

Устройство работает следующим образом: при воздействии магнитного поля от визуально скрыто расположенных внешних источников постоянного магнитного поля 3, 4 на магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы 1, 2, схема обработки выходного сигнала 5, выполнив логическое сравнение, не включает управляемый буферный каскад 6, и функциональная схема 7 корректно выполняет свою функцию. The device operates as follows: when exposed to a magnetic field from visually hidden external sources of a constant magnetic field 3, 4 on elements 1, 2 magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field, the output signal processing circuit 5, having performed a logical comparison, does not include a controlled buffer cascade 6, and the functional circuit 7 correctly performs its function.

В случае несанкционированного исследования функциональных характеристик устройства магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы 1, 2 находятся вне зоны действия магнитного поля от внешних источников постоянного магнитного поля 3, 4, схема обработки 5 вырабатывает сигнал, включающий управляемый буферный каскад 6, который осуществляет искажение или шифрацию выходного сигнала функциональной схемы 7. In the case of an unauthorized investigation of the functional characteristics of the device magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field, the elements 1, 2 are outside the magnetic field from external sources of a constant magnetic field 3, 4, the processing circuit 5 generates a signal including a controlled buffer cascade 6, which distortes or encryption of the output signal of the functional circuit 7.

Таким образом, при несанкционированном исследовании устройства его функциональная характеристика оказывается заведомо искаженной, хотя устройство полностью сохраняет работоспособность и при возврате на установочное место восстанавливает свои функции, что вызывает убеждение в истинности несанкционированно полученных искаженных функциональных характеристик. Thus, in case of an unauthorized investigation of the device, its functional characteristic is obviously distorted, although the device remains fully operational and restores its functions when returned to the installation location, which gives rise to the belief that the distorted functional characteristics are unauthorized.

Чувствительность элемента к направленности магнитного поля позволяет избежать отключения схемы защиты устройства при случайном или преднамеренном помещении микроэлектронного устройства во внешнее постоянное магнитное поле вне установочного места. В этом случае при удачном выборе направления внешнего поля произойдет включение только одного из магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, управляемый буферный каскад 6 останется подключенным, что позволяет гарантированно осуществить функции защиты устройства. The sensitivity of the element to the directivity of the magnetic field avoids disconnecting the device’s protection circuit when the microelectronic device is accidentally or deliberately placed in an external permanent magnetic field outside the installation location. In this case, with a successful choice of the direction of the external field, only one of the elements magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field will turn on, the controllable buffer stage 6 will remain connected, which makes it possible to carry out the protection functions of the device.

Количество магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов в устройстве определяется геометрией полупроводникового кристалла и числом возможных направлений воздействия поля от внешних источников постоянного магнитного поля. В связи с чем два - минимальное допустимое их количество, позволяющее применить внешние визуально скрытые источники постоянного магнитного поля с взаимно противоположной направленностью поля. Приведенная на чертеже блок-схема иллюстрирует вариант устройства с минимальным количеством внешних источников постоянного магнитного поля и магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, направление силовых линий магнитного поля изображено на чертеже стрелками, обозначенными символом

При наличии в схеме защиты более двух магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, подключаемых также к схеме обработки сигнала 5, последняя выполняет логическое сравнение соответствующего количества их выходных данных и на этой основе вырабатывает сигнал, управляющий буферным каскадом 6. Увеличение количества магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов в устройстве позволяет отслеживать воздействие внешнего поля различной ориентации в пространстве от соответствующим образом расположенных визуально скрытых внешних источников постоянного магнитного поля. Вводить в устройство магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы, реагирующие на одинаковое направление магнитного поля, представляется нецелесообразным ввиду их одновременного включения во внешнем поле.The number of elements magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field in the device is determined by the geometry of the semiconductor crystal and the number of possible directions of the field from external sources of a constant magnetic field. In this connection, two are the minimum permissible number of them, allowing the use of external visually hidden sources of a constant magnetic field with mutually opposite field directivity. The block diagram shown in the drawing illustrates a variant of the device with a minimum number of external sources of a constant magnetic field and elements magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field, the direction of the magnetic field lines is shown in the drawing by arrows marked with a symbol

If there are more than two elements that are magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field in the protection circuit and are also connected to signal processing circuit 5, the latter performs a logical comparison of the corresponding number of their output data and, on this basis, generates a signal that controls the buffer cascade 6. An increase in the number of magnetically sensitive the magnitude and direction of the external magnetic field of the elements in the device allows you to track the impact of an external field of different orientations in space from sponding manner arranged visually concealed external constant magnetic field. It is not advisable to introduce elements magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field that respond to the same direction of the magnetic field in view of their simultaneous inclusion in the external field.

В предлагаемом устройстве искажение или шифрация выходного сигнала осуществляются только в случае несанкционированного доступа, поэтому шифрация может производиться по псевдослучайному алгоритму, что практически исключает возможность дешифрации. Хорошего результата можно достичь, применив вместо шифрации вывод буферным каскадом информации, имеющей определенное смысловое значение, но заведомо искаженной, что создает иллюзию отсутствия защиты устройства как таковой. In the proposed device, the distortion or encryption of the output signal is carried out only in case of unauthorized access, therefore, encryption can be performed using a pseudo-random algorithm, which virtually eliminates the possibility of decryption. A good result can be achieved by using instead of encryption, the output of a buffer cascade of information that has a certain semantic meaning, but is obviously distorted, which creates the illusion of the lack of protection of the device as such.

Такое техническое решение значительно повышает степень защищенности микроэлектронного устройства. Such a technical solution significantly increases the degree of security of the microelectronic device.

Claims

A protection circuit against unauthorized access and copying of a microelectronic device, which also contains elements of a functional circuit, characterized in that it is equipped with at least two external sources of a constant magnetic field and is made of the corresponding number of magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field of elements with a signal processing circuit connected to them, to which a controlled buffer helmet is connected hell for changing the functional characteristics of the device depending on the level and directivity of the magnetic field specified by external sources of constant magnetic field, electrically connected between the output of the functional circuit and the external output of the device, and the elements magnetically sensitive to the magnitude and direction of the external magnetic field are located in the range of the corresponding external sources constant magnetic field, and the latter are visually hidden in the device.