TW201140462A - An electronic component suitable for detecting attacks by delivering energy - Google Patents

Description

201140462 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明在於保護電子元件之領域。 更特定言之，其關於一種適合用於偵測一主動攻擊之電 子元件。 【先前技術】 常見做法為區分主動攻擊與被動攻擊。 一被動攻擊為攻擊者僅滿足於偵測該元件之活動之一攻 擊。 相比而言’一主動攻擊為經由注入一缺陷藉以當元件執 行敏感演算法或命令時攻擊者物理地干擾該元件之一攻 擊。 經由能量之一供應（例如，光能或電磁能）使此類干擾顯 現於該7L件處。此能量之供應導致用以將該元件處於一非 預期及脆弱狀態中之電流之一增加。 已知經由分析智慧卡回應於借助來自一雷射之光能注入 一缺陷之行為來評估該等智慧卡之安全性。 圖1顯示此一評估之原理。 參考圖1 ’ 一 7L件1〇係串聯連接於具有電阻R之兩個電阻 器之間（一電阻器連接至接地且另一電阻器連接至一正電 壓Vcc)且接著利用一雷射脈衝照明該元件。 此能量供應在光干擾之時及整個光干擾期間於該元件之 上游（Vcc)及下游（Gnd)兩者導致剩餘電流。此剩餘電流可 由兩個原因造成； 1528S6.doc 201140462 .其可能由光脈衝引發，與此同時該光產生與電子一樣 夕的電/同，該專電洞流向該正電壓vcc且該等電子流向接 地’藉以影響該等電流^及丨2 ; .其亦可能由該元件中之短路電流造成，其本身由光脈 • 衝造成* - 目前，已知沒有用於偵測此類攻擊之方法。 文獻k洲專利EP 1 804 1 99描述一種彳貞測在於變動正電 壓Vcc之一攻擊之方法。不幸的是，該方法並不能用於偵 測如上文描述之雷射攻擊之相同類型之經由供應能量之一 攻擊，該攻擊對電壓Vcc無效。 【發明内容】 本發明企圖提供一種適合用於偵測經由供應能量之一攻 擊之元件。 更準確地說，本發明提供一電子元件，其包括： .參考獲得構件，其用於獲得稱為一參考量值之一物理 量值°亥里值係可動態調節且表示該元件之預期活動； .比較器構件，其適合用於將該參考量值與表示該元件 . 之真實活動之相同類型之一量值進行比較；及 偵測益構件，其適合用於依據該比較之結果偵測一攻 '擊。 相應的，本發明提供一種用於保護一電子元件之保護方 法，且其包括： .一參考獲得步驟，其獲得一「參考」物理量值，該 「參考」物理量值係可動態調節且表示該元件之預期活 152886.doc 201140462 動。 .一比較步驟，其將該參考量值與表示該元件之實際活 動之相同類型之一量值進行比較；及 .一偵測步驟，其依據該比較步驟之結果偵測一攻擊。 通常而言，本發明企圖偵測任何通過該元件之電流之非 正常增加。 例如，本發明可經由將表示該元件實際消耗電流之一電 流與可動態調節且表示該元件之預期活動之一可變參考電 流進行比較而實施。 在一特定實施例中，本發明之該電子元件包含一邏輯單 凡’其適合用於產生與上文提及之可變參考電流相等之量 值之一電流》 更準確地說，考慮到在正常使用期間，該元件之消耗在 很大程度上取決於當其執行—命令時之活動，本發明提議 經由依據在-給㈣間之該元件之預期活動而調整該參考 量值而執行動態監視。 因此’在每一肖間，本發明之該元件監視其之電流消耗 位準是否超過或不超過一臨限，於此同時依據晶片之活動 而動:態地改變該臨限。若在一給定瞬間該臨限被超過，則 意味著該元件正遭受經由供應能量之—攻擊，且可觸發一 警報以對其作出回應。 在一特定實施例中，該電子元件包含至少—模組，且該 參考電流在—給㈣間係表示在該_為线之該等模組 之最大預期消耗。 152886.doc 201140462 在一特定實施例中，該邏輯電路具有與該元件具有之該 等模、且#多之並聯之電阻器，各電阻器係透過一開關而 連接至等模組之—者且被設定大小，使得當該模組係主 動時々’<通β亥電阻器之電流表示在該瞬間之該模組之預期最 大消耗。 在特定貫施例中，該電子元件包含一處理器，該處理 益適合用於依據與該邏輯單元之一電阻器相關聯的該模組 之主動或非主動特性而設定與該電阻器相關聯之開關。 在一變體中’可由硬體構件設定該開關。 在特疋實施例中，該比較器構件由呈現一輸入電容器 之暫存器構成，該輸入電容器適合用於取決於表示實際 消耗電流之該電流是否超過或不超過該參考電流而充電或 放電。 在本發明之一特定實施例中，由一電流鏡自實際消耗之 電流獲得表示實際消耗電流之該電流。 在本發明之一特定實施例中，通過電流鏡之用於偵測目 的之電流係等於由該元件實際消耗之電流。 在一變體中，通過該電流鏡之電流係小於該元件實際消 耗之電流且與該元件實際消耗之電流成比例，因此使得使 用更小之一電流位準用於偵測該缺陷係可能的，以限制由 該電流鏡消耗之電流量。 在本發明之另一實施例中，考慮用於決定該元件之預期 活動及實際活動之性質之物理量值係一電壓。 因此，在一特定實施例中，本發明之該電子元件包含用 152886.doc 201140462 於獲得可動態調節且表示該元件之預期活動之一「參考」 電壓之構件及適合用於將該參考電磨與表示該元件之真實 消耗之一電壓進行比較之比較器構件。 本發明亦提供遵循ISO 7816標準且包含由如以上詳述之 一電子兀件所構成之一微控制器之一智慧卡（或微電路 卡）。 在一特定實施例中，由電腦程式指令決定以上提及之保 護方法之多種步驟。 因此，本發明亦提供在一資料媒體上之一電腦程式，該 程式係適合用於在-微電路卡中實施，該程式包含經調適 以實施如上文提及之該第一保護方法之步驟之指令。 該程式可使用任何程式化語言，且係以原始碼、目標碼 或原始碼與目標碼之間的中間碼之形式，諸如以—部分編 譯形式’或以任何其他所需形式。 本發明亦提供可由—電腦讀取且包含如上文提及之電腦 程式指令之一資料媒體。 該資料媒體可係能儲存該程式之任何實體或裝置。例 如’該媒體可包含儲存構件’諸如一唯讀記憶體(r〇m)、 :光碟RGM(CD ROM)或—微電子電路&_，或真正的磁 記錄構件，例如，一軟碟或一硬碟。 此外’該資料媒體可為一可傳輸媒體，諸如適合經由無 線電或經由其他構件透過—電氣或光學電規傳遞之—電氣 或光學信號。特定言之，本發明之該程式可自網際網路類 型之一網路下載。 152886.doc 201140462 或者’該資料媒體可為併入該程式之一積體電路，該電 路係經調適以執行所討論之該方法或用於所討論之該方法 之執行中。 【實施方式】 自以下給定之關於附圖之描述而顯露本發明之其他特徵 及優勢，該等附圖顯示不具有限制特性之一實施例。 一第一實施例之詳細描述 圖2顯示根據本發明之一智慧卡〖5〇。 該智慧卡150遵循ISO 7816標準。其具有根據本發明之 一第一實施例之一電子元件1〇。 該微電路卡150(或更精確言之，併入其中之該電子元件 10)係適合用於透過以接觸器形式實施之一通信介面3〇〇與 該卡外面之一實體交換資料。在此實施例中，本發明係經 由硬體構件實施。 在此實例中，該電子元件1〇具有三種模組U、12及13。 根據本發明’該電子元件10具有一邏輯單元2〇，其適合 用於產生被稱為一「參考」電流（iref)之可變量值之一電 流。 在此實施例中，該邏輯單元20包括三個並聯之電阻器 Rl、R2及R3。此等電阻器之各者具有透過一 pM〇s開關連 接至一正電力供應器Vcc之一終端及連接至接地之一終 端。 在此實施例中，該等電阻器幻至以之各者可透過一開 關（例如’ PM0S類型之-開關）連接或不連接至該等模組 152886.doc 201140462 11至13之一者，當所討論之模組主動時該開關係閉合且否 則打開。 更精確言之，例如，當該模組1 1變成主動時，其產生一 活動信號IACT1〗’其造成連接至該模組U之該PMOS開關閉 合並使一電流流通經由（Vcc-0)/R 1給定之量值Iri之電阻器 R1。 在本發明之此實施例中，該電阻器R1經設定大小使得該 電机Ir丨對應於該模組1 1之最大消耗。類似地，該等電阻器 R2及R3經設定大小使得倘若該等模組12及13係主動則流 通該等電阻器R2及R3之該等電流Ir2及Ir3對應於此等模組 之各者之最大消耗。 因此’該參考可變電流Iref在任何給定瞬間都對應於該 等主動模組11至13之最大消耗。 該電子元件1 〇實際消耗之電流被寫為Ic〇ns〇。 在此處描述之實例中，該電子元件1〇包括： .一第一電流鏡’其由兩個PMOS電晶體ΤΙ、T2組成， 該等電晶體適合用於在該電晶體丁2之支路中複製流通該電 晶體T1之支路並由該電子元件1〇實際消耗之電流1〇^〇 ; •一第二電流鏡，其由兩個NMOS電晶體T3、T4組成， 該等電晶體適合用於在電晶體丁4之支路中複製流通該邏輯 單το 20之參考電流Iref。在此實例中該等NM〇s電晶體 T3及T4係相同大小。 在此處描述之實施例中’該電子元件1〇具有一節點 ND，其具有： 152886.doc -10- 201140462 .一輸入支路’其包含電晶體丁2並傳遞量值

Ic〇NSO_MIRR〇R之一電流； •一第一輸出支路，其包含電晶體T4並傳遞量值之 一電流；及 •一第二輸出支路，其連接至該暫存器REG之輪入電容 器15之電極並傳遞量值IREG之一電流。 經由對該節點ND應用科克霍夫法則（Kirkh〇ff，s :

Ireg_Iconso_mirror-Iref 當該等電晶體ΤΙ及T2相同時，自然可應用如下：

Ireg=Iconso~Iref 然而，該等電晶體T1及T2可經選擇為不同的，例如，爲 了避免消耗過度增加，T2可能為T1之十分之一。在此種情 況下，給予該等電阻器1〇倍大之電阻使得該等電流ha及 Ic〇NSO_MIRROR係可比較的。 在此處描述之實施例中，該元件1〇具有一暫存器REG， 其適合用於儲存一二進制值，此值取決於該電容器15之充 電/放電特性。 在正常情況下’由於該參考可變電流iREF經選擇以對應 於S亥4主動模組11至13之最大消耗，所以該電流Ireg為 負；該電容器15放電且該暫存器REG係處於一低位準。 對比而言’當該電子元件遭受一主動攻擊造成剩餘電 流供應至該元件時’則此元件之真實消耗超過該參考電流 且Ireg為正的；該電容器15充電且該暫存器reg係處於一 高位準。 152886.doc -11 - 201140462 因此，讀取該暫存器REG之位準用以將該參考電流Iref 與該元件10實際消耗之電流Ic〇NS〇進行比較。 在此處描述之實施例中，來自該暫存器REG之輸出值可 產生用於處理如以此方式偵測之攻擊之一警報信號。 一第二實施例之詳細描述 圖3顯示根據本發明之一第二實施例之一智慧卡15〇。 在此實施例中，本發明係經由軟體構件而部份實施。該 電子元件ίο包含適合用於啟動/停止該等模組u至13之各 者之一處理器17。 在此實施例中，該電子元件10係經由匯流排首先與一隨 機存取記憶體（RAM)600相關聯，及其次與（例如，電氣可 擦除可程式唯讀記憶體（EEPR0M)類型之）一非揮發性記憶 體200相關聯。根據本發明，該智慧卡15〇之非揮發性記憶 體200構成一資料媒體。根據本發明，其含有一電腦程式 PG40，根據本發明，此程式具有適合用於實施一保護方法 之指令。 在此實施例中，該電子元件10具有一組態模組18，其具 有與該等模組11至13之各者相關聯之一組態位元。 與一模組相關聯之位元之值係由該處理器丨7依據該模組 之主動/非主動特性而設定。 在此實施例中，與該等電阻器R1至们之各者相關聯之 該PMOS開關係依據與對應於該電阻器之模組相關聯之位 元之值而打開或閉合。 在此實施例中，該處理器17監視該暫存器REG之狀態並 152886.doc •12· 201140462 且*該狀態超過該第二位準時觸發一信號。 一第二·實施例之詳細描述 圖4.4不根據本發明之一第三實施例之一智慧卡15〇。 在此實施例中’該電子元件10具有一節點ND，其具 • 有： …、 • 入口支路，其包含電晶體T2並傳遞量值 Ic〇nso-MiRR〇r之一電流； 第—輸出支路，其具有一電阻器R並傳遞量值 Ic〇NSO_MIRR〇R之一電流；及 •一第二輸出支路，其連接至一類比數位轉換器34之輸 入’傳遞零量值之一電流。 杈跨δ亥電阻器R之該等終端之電壓係經由歐姆法則 (Ohm’s law)獲得： ^conso_mirr〇r=R*Iconsomirror 在此處描述之實施例中，該電子元件10包含一暫存器 29，其含有電壓Uc〇ns〇_mirrOR之一數位值，其表示該電子 元件10之真實消耗。 在此實化例中，該電子元件10具有-暫存器28，其包含 • —值’該值表示依據該等模組11至13之各者之活動之橫跨 该電子兀件10之該等終端之預期電壓。例如，該暫存器可 由該等模組直接組態。 ° 在此處描述之實施例中，該電子元件10包含一減法器 35，其適合用於取得該等暫存器以㈣之内容之間之差， 進位k號係連接至該暫存器REG。 152886.doc -13- 201140462 此’在-給㈣間，若該元㈣之真實消耗超過在該 期消耗則該暫存器刪之值等於1 ;接著該警報 k號切換至第二位準。 在上文描述之三個實施例之各者中，倘若該警報信號切 換至第二位準則可著手各種動作，該位準表示—主動攻 擊。例如，以下係有可能的： :擦除儲存於該智慧卡150之一非揮發性記憶體中之密 錄； •擦除該智慧卡150之該非揮發性記憶體 〜王或一部 份；及/或 1 -軟體旗標㈣為！（每次該智慧卡15()電力開啟時讀 取该旗標），當偵測到1之值時阻止該智慧卡之任 【圖式簡單說明】 ° 上文描述之圖1顯示可經由本發明偵測之— —主動攻 擊；及 圖2至4顯示根據本發明之特定實施例之三種電子元件 【主要元件符號說明】 10 電子元件 11 模組 12 模組 13 模組 15 電容器 17 處理器 18 組態模組 152886.doc 201140462 20 邏輯單元 28 暫存器 29 暫存器 35 減法器 150 智慧卡 200 非揮發性記憶體 300 通信介面 600 隨機存取記憶體 R1 電阻器 R2 電阻器 R3 電阻器 REG 暫存器 ND 節點 T1 電晶體 T2 電晶體 T3 電晶體 T4 電晶體 152886.doc 15-

Claims (1)

1. 201140462 七、申請專利範圍： 1_ 一種電子元件（10)，其包括： 參考獲得構件（20)，其用於獲得稱為一參考量值之一 物理量值（IrEF、 Uc〇NSO_MlRROR) ’該量值係可動態調節且 表示該元件（1 〇)之預期活動； 比較器構件（REG、17)，其適合用於將該參考量值 (Iref、UREF)與表示該元件之真實活動之相同類型 (Iconso_mirr〇r、IC0NS0、UCONSO MIRR〇R)之一量值進行比 較；及 偵測器構件’其適合用於依據該比較之結果偵測一攻 擊。 2.如請求項1之電子元件（1〇)，其特徵在於其包含比較器構 件（REG、17)，其適合用於將一電流（Ic〇ns〇—瞧酿、 ic〇NS〇)(表示由該元件實際消耗之電流（Ic〇ns〇))與一可變 參考電/爪（IREF)(可動態調節以表示該元件之預期活動）進 行比較。 3.如請求項2之電子元件⑽，其特徵在於其包含適合用於 產生與該可變參考電流（Iref)相等之量值之一電流之一邏 輯單元（20)。 4. 如請求項2或請求項3之電子元件，其特徵在於其包含至 少-個模組(11、12、13)，在'給定瞬間，該參考電泣 (I，）係表示在該瞬間為主動之該等模組之最大預期消 耗。 5. 如請求項4之電子元件，其特徵在於該邏輯單元（20)具有 152886.doc 201140462 與該元件具有之該等模組一樣多之並聯之電阻器（R1、 R2、R3)，每個電阻器透過一開關連接至該等模組之一 者且經設定大小使得當該模組主動時流通該電阻器之電 流表示在該瞬間該模組之預期最大消耗。 6.如請求項5之電子元件，其特徵在於其包含一處理器， 其適合用於依據該模組之主動或非主動特性設定該開 關。 7·如請求項2至6中任一項之電子元件，其特徵在於該等比 較器構件由呈現一輸入電容器（15)之一暫存器（REG)構 成’該輸入電容器適合用於取決於表示實際消耗電流 (Iconso)之該電流（IC0NS0_MIRR0R、lc〇NS〇)是否超過或不超 過該參考電流而充電或放電。 8·如請求項2至7中任一項之電子元件，其特徵在於表示實 際消耗電流（iCONSO)之該電流（iconso mirr〇r、Ic〇ns〇)由一 電流鏡自實際消耗之該電流（IC0NS0)獲得。 9.如請求項1之電子元件（10)，其特徵在於其包含： 用於獲得可動態調節且表示該元件（10)之預期活動之 一「參考」電壓UREF之構件（20);及在於 該比較器構件（REG、17)適合用於將該參考電壓（Uref) 與表示該元件之實際消耗之一電壓（Uc〇ns〇mirr〇r)進行 比較。 1〇·如請求項9之電子元件（10)，其特徵在於其包含至少一模 組（11、12、13)及一暫存器（28)，該暫存器含有表示依據 該等模組（11、12、13)之各者之活動之橫跨該電子元件 152886.doc • 2 - 201140462 (ίο)之該等終端之預期電壓之一值。 U.如請求項9或請求項10之電子元件（10)，其特徵在於其包 含： 一電阻器（R)，其與該元件（1〇)並聯並且傳遞量值 (Iconso_mirr〇r)之一電流，該電流表示由該元件實際消耗 之電流（Iconso);及 一暫存器（29)，其含有橫跨該電阻器（R)之該等終端並 表示該元件（10)之實際消耗之電壓（Uc〇ns〇_mirr〇r)之數位 值。 12. —種遵循IS〇 7816標準之智慧卡（15〇)，該卡包含由如請 求項1至11中任一項之一電子元件構成之一微控制器 (10)。 13· —種用於保護一電子元件（1〇)之保護方法，該方法包 括： 一參考獲得步驟，其獲得可動態調節且表示該元件 (10)之預期活動之一「參考」物理量值（Iref、Uref); 一比較步驟，其將該參考量值（IREF、UREF)與表示該元 件之實際活動之相同類型（IC0NS0 M1RR0R' Ic0_、 Uconso_mirrOR)之一量值進行比較（REG、17);及 偵測步驟，其依據該比較步驟之結果偵測一攻擊。 14. -種電腦程式’其包含用於#該程式由—電腦執行時執 行如請求項13之該保護方法之步驟之指令。 15. —種記錄媒體，其可由一電腦讀取，在該記錄媒體上已 5己錄-電腦程式，該電腦程式包含用於執行如請求項^ 之保護方法之步驟之指令。 152886.doc