TW539935B - Circuit-arrangement and method to detect an undesired attack on an integrated circuit - Google Patents

Description

539935 五、發明説明（1 ) 本發明涉及一種積體電路上不期望之入侵現象偵測用之 電路配置，其包括：信號線’其上施加時脈（Clock)信號； 至少一種線對（p a i r)，用來對位元（b i t )進行編碼，其中此 信號線及至少此線對是連接在積體電路之第一和第二電路 方塊之間。 許多電路（其例如用在微處理器，安全證件或其它資料處 理單元中）需要一種高安全標準之資料處理以確保資料不會 受到實質上之入侵及監聽。藉由n Reverse Engineering(反 向工程）"在對積體電路進行分別時此種入侵現象是可能的 。藉由此種分析，則不但可分析積體電路之作用方式，亦 可影響此種作用方式以操控資料內容或操控其功能流程。 實際上已存在各種不同之方法使此種分析過程至少會較 困難。 例如，已爲人所知之方式是：以-種所謂"護罩 (shield)"來覆蓋此積體電路。此種護罩由至少二個在積體 電路上延伸（通常是一種彎曲之形式）之導電軌所構成。這 些導電軌之中斷或短路是由計算電路所偵測，此計算電路 使積體電路處於一種安全之狀態。這例如可以由”重置 (reset )"之觸發或記憶體內容之拭除來達成。 此外，其它已爲人所知之方法是，由壓製材料所構成之 塑膠外殼去除時可被此方法偵測到。因此，在去除塑膠壓 製材料時二個導電軌之間電容之改變量即可測得。爲了此 --目的，塑膠壓製材料外殼中須設有許多感測器。 此外’另有一種方法可測知晶片表面上之鈍化層已去 五、發明説明（2 ) 除。 爲了防止密碼分析時之入侵現象，則在安全有關之應用 領域中積體電路通常以習知之π雙軌預充電（Dua 1 -Ra 1 1 w i t h P r e c h a r g e )"電路技術製成。一個位元以二條互補之 線來編碼。在第一時脈相位（所謂’'Precharge Phase")中 使二條互補之線被預充電（邏輯1或Hi gh )，先前已儲存之 資訊即可去除。在第二時脈相位（所謂"e v a 1 u a t i οn Ph a s e ") 中使該二條線之一放電（邏輯0或Low )且在下一時脈邊緣中 對此線進行評估。 所有上述之偵測方法都是用來防止積體電路上之導電軌 受到入侵。只要克服此種困難，則可對經由積體電路之導 電軌而發送之資料進行分析或處理。例如，可藉由電壓之 施加或導線之中斷來進行資料處理。 本發明之目的是提供一種電路配置及一種積體電路上不 期望之入侵現象偵測用之方法，其可達成一種較佳之保 護。 此目的以申請專利範圍第1項之特徵（其描述該電路配置） 及第4項之特徵（其描述該方法）來達成。本發明有利之其 它形式描述在各附屬項中。 此積體電路使用上述之"Dual-Rail with Precharge 〃技 術，即，使用一種線對來對一個位元進行編碼。此種積體 電路可具有許多線對。本發明之設計方式是：一條信號線（ 其上施加一種時脈信號）及至少一種線對是與偵測電路相 連。此偵測電路依據該信號線及該線對之信號使積體電路 -4- 539935 五、發明説明（3 ) 在其功能流程中改變。 在另一種形式中，該至少一種線對中之每一條線都直接 與偵測電路相連。另一方式是，此線對在多工器中可與偵 測電路相連。此種信號線（其上施加一種時脈信號）在上述 二種形式中都與偵測電路相連。 本發明之電路配置之情況是：相對於"Dual-RaH whh P r e c h a r g e "技術之有利狀態而言，存在5個禁止狀態。這 是藉由偵測電路來測得，這樣可在需要時使積體電路之功 能流程改變。 除了在保護電路操作時偵測這些禁止狀態（其是針對實際 上之入侵，例如，藉由探針，FIB"Focused Ion Beam"， 光-，溫度-及電壓操作）之外，本發明之電路配置在生產測 試（即，電路之自我測試）時受到驅動。因此可偵測生產時 之誤差，例如，Stuck-At-One誤差或Stuck-At-Zero誤差 。由於在積體電路生產時可由n不存在入侵現象n開始，不 利之値在線對中是針對一種錯誤功能（例如，短路）而言。 本發明之電路配置可特別簡單地構成，因爲其另外只需 要一種偵測電路，其中包括線對及信號線（其上施加一種時 脈信號）。 本發明之電路配置之作用方式由以下所述之方法即可得 知。 在信號線存在第一信號値時’線對之二條線在相同之信 號位準上受到偵測。在信號線之第二信號値時’線對之二 條線在不同之信號位準上受到偵測’其中在與所期望之結 539935 五、發明説明（4 ) 果不同時，此積體電路改變其功能流程。 換_之，追表不：在5個禁止狀恶中之一'時（其隨後將目羊 述）決定了此積體電路之功能流程。本發明之方法因此可監 視線對之二條線之電荷狀態（信號位置），其中禁止狀態之 檢測藉由狀態表或有效表（Tab 1 e )來表示。有效表以電路技 術製成，這是一種標準方式，因此不再詳述。 預充電相位在原理上可選擇地在第一信號値時決定成邏 輯0或邏輯1。信號線之第一信號値是邏輯0時是有利的。 此種情況下，該狀態表對應於"Dual-Rail with Precharge’· 技術中一般之方式。

第一信號値位於信號線上時，則線對之二條導線之信號 位準是邏輯0或邏輯1。藉由此二個狀態中之一因此可決定 一種有利之"預充電"。其它三個仍保留之狀態因此界定了 各禁止狀態。 信號線之第二信號値因此是邏輯1或邏輯〇。信號線之第 二信號値因此與第一信號値互補。 當信號線之第二信號値存在時，則線對之第一線之信號 値是邏輯0或1，而第二線之信號位準是1或〇 (即’互 補）。 當線對之二條線上之信號線之第二信號値位於相同値時 ，則存在一種禁止狀態。因此總共有5個禁止狀態。 本發明之方法以下將依據附圖來詳述。 圖式簡單說明： 第1圖本發明之電路配置之第一實施例。 539935 五、發明説明（5 ) 第2圖 本發明之電路配置之第二實施例。 第3圖信號線及二個線對之信號時序圖。 第4至7圖 4個狀態表。 第1圖是本發明之電路配置之第一實施例，用來偵測積 體電路上不期望之入侵現象。此積體電路在第1圖中例如 由電路方塊A，B所表示，方塊之間存在導電軌1至5。導 電軌1是信號線"Clock"，其上施加一種時脈信號。此外， 另顯示二個線對Ll.l，L2.1以及Ll.n，L2.n。本例子中電 路方塊A，B之間因此可傳送二個位元。電路方塊A，B之 間原則上當然可連接任意多之線對（pa i r)。 本發明中設置一種偵測電路1 1以監視各導電軌。每一信 號線1至5(其連在電路方塊A，B之間）是與偵測電路11相 連。這是以導電軌6至1 0來表示。在禁止狀態時，偵測電 路1 1可經由線1 2來觸發一種警示，這樣可使積體電路重 新起動或使這些與安全有關之資料被拭除。 此外，亦可選擇性地藉由信號線1 3使偵測電路受驅動或 去（d e )驅動。 在第1圖之實施例中，每一信號線1至5直接與偵測電 路1 1相連。在第2圖之實施例中，只有信號線1 (其上存在 時脈信號）經由信號線6直接與偵測電路1 1相連。線 對LI . 1，L2· 1以及L1 ·η, L2.n經由多工器14而與偵測電 路1 1相連。 當第1圖中可同時對所有之線對進行檢測時，則第2圖 中之線對可依序就一種禁止狀態來進行檢測。由於多工器 539935 五、發明説明（6 ) 之作用方式在先前技藝中已充份爲人所知，則此處不需詳 述其作用方式。 依據第4至7圖中之狀態表，則可較佳地了解本發明電 路配置之作用方式。第1行中顯示可能狀態之數目。第2 至4行是信號線C 1 ock及線對之二條線之可能之狀態（其在 本例中以LI . k，L2 . k表示）◦ k因此表示線對1至n。最後 一行是邏輯値，其由偵測電路1 1所監視。 在最先4個狀態（狀態數1至4 )時信號線c 1 〇 c k處於一種 所謂預充電相位中。在此種相位中，線對L1 . k，L2 . k之二 條線之電荷狀態須具有相同之値。這在第4和6個中時L1 . k 和L2 · k具有邏輯値1，但在第5和7圖中時此線對之値是 邏輯0。 在一種所謂"評估（Eva 1 ua t i on )相位"（狀態號碼5至8 )中 ，線LI . k，L2 . k不可具有相同之電荷狀態。在此種情況下 存在一種錯誤或入侵現象。亦可選擇地使邏輯値0或1分 配給狀態數6。因此，在狀態數7時邏輯値是1或〇，即， 其與狀態數6之邏輯値互補。 第4，5圖所示之狀態表應用於本發明之偵測方法中時是 有利的，此乃因在信號線C 1 ock是邏輯値0時進行預充電 相位。另一方式是當然亦可在邏輯値1時進行預充電相位 且在邏輯値〇時進行評估相位。這顯示在第6表及第7表 中。 第3圖顯示信號線"Clock"及二個線對Ll.l，L2.1以及Ll.n ，L2 . η之信號時序圖，爲了檢測：禁止狀態（例如，錯誤或 539935 五、發明説明（7 ) 入侵現象）是否存在，則基本上此信號線之信號及線對之信 號須互相比較。第3圖所示之信號時序圖依據第4圖之狀 態表來計算。因此，在第一線對中在信號線"Clock"之第一 信號値（時脈相位TO )時存在一種錯誤，此乃因第二線L2 . 1 在”預充電相位"期間未具有相同之信號値。在時脈相位T7 或T9期間在”評估相位"期間分別存在一種錯誤，此乃因此 時線對1之二條線之信號狀態具有相同之電荷狀態，這依 據第4圖之狀態表是會被禁止的。其它錯誤在時脈相位T1 0 期間發現。 反之，第.η線對之信號時序圖在與第4圖之狀態表相比 較時是有規律的。 符號之說明 1 ...5---- ...導電軌 6 …10 · . · ...導電軌 11....... ...偵測電路 12....... ...信號線 13....... 14....... ..·多工器 15....... ...導電軌 1 6....... ...導電軌 Α，Β...... ...電路方塊 -9-

Claims (1)

1. 539935 穴、申請專利抵圍 1 . 一種積體電路（A，B)上不期望之入侵現象偵測用之電路 配置，其包括： -一條信號線（1 )，其上施加時脈信號， -至少一種線對（2 , 3 ; 4 , 5 )，其分別用來對一個位元進 行編碼， 此條信號線（1 )及至少一種線對（2 , 3 ; 4，5 )配置在積體 電路之第一及第二電路方塊（A，B )之間，其特徵爲： 、 該信號線（1 )及至少一種線對（2 , 3 ; 4，5 )是與偵測電路 (11)相連，此偵測電路（11)依據信號線（1)之信號及該至 少一種線對（2，3 ; 4，5 )之信號來改變此積體電路之功能 流程。 2 .如申請專利範圍第1項之電路配置，其中該至少一種線 對（2，3 ; 4，5 )之每一條線都直接與偵測電路（1 1 )相連。 3 .如申請專利範圍第1項之電路配置’其中該線對（2 , 3 ; 4，5 )經由多工器而與偵測電路相連。 4 . 一種積體電路上不期望之入侵現象偵測用之方法，此積 體電路在第.-和第二電路方塊之間具有一種線對（2, 3; 4，5 )以傳送每一位元且另有·一條信號線（1 )，其上施加 時脈信號，其特徵爲： a) 在信號線（1)之第一信號値時’線對（2, 3;4,5)之二 條線在相同之信號位準受到偵測’ b) 在信號線（1)之第二信號値時，線對（2,3;4,5)之二 條線在不同之信號位準受到偵測’ 在與步驟a )及/或b )中所期望之結果有差異時此積 -10 - _ 539935 六、申請專利範圍 體電路改變其功能流程。 5 .如申請專利範圍第4項之方法，其中信號線（1 )之第一 信號値是邏輯〇或邏輯1。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其中線對（2 , 3 ; 4 , 5 )之二 條線之信號位準分別是邏輯〇或邏輯1。 7 .如申請專利範圍第4，5或6項之方法，其中信號線（1 ) 之第二信號値是邏輯1或邏輯0。 8 .如申請專利範圍第7項之方法，其中線對（2 , 3 ; 4，5 )之第 一線之信號位準是邏輯〇或邏輯1，而第二線之信號位 準是邏輯1或〇。