WO1997026727A2 - Mikrochip mit einem diesen ganz oder teilweise umgebenden lichtundurchlässigen ummantelungsabschnitt - Google Patents

Mikrochip mit einem diesen ganz oder teilweise umgebenden lichtundurchlässigen ummantelungsabschnitt Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a microchip with an opaque casing wholly or partly surrounding it.
  • microchips are known, for example, in the form of microcomputers, microcontrollers, signal processors, memory modules and the like.
  • the casing fulfills various tasks depending on the microchip type. While in most cases it is primarily used to protect against mechanical damage, there are also increasingly microchips in which the casing is intended, alternatively or additionally, to exclude an optical and / or electrical analysis of the coated microchip.
  • sheathing sections covering the sheathing or safety-relevant areas of the microchip are therefore partially. trained opaque.
  • sheathing it is necessary to additionally ensure that a microchip cannot be analyzed even after the casing has been removed and / or destroyed.
  • the measures taken for this purpose currently consist in producing the casing from such a material and / or with such a connection to the microchip that a microchip is left intact complete removal and / or destruction of the casing is excluded or at least very difficult.
  • the present invention is therefore based on the object of developing a microchip in accordance with the preamble of claim 1 such that an analysis of the microchip can be ruled out even after the complete removal and / or destruction of the casing.
  • a light-sensitive element is provided at a location to which light can only reach and remove or destroy the sheathing section or parts thereof.
  • This measure has the effect that no light falls on the light-sensitive element when the microchip is used as intended, whereas when the microchip is used improperly, ie when the microchip is exposed by removing and / or destroying the casing or at the latest when trying to do so under illumination optical analysis to be carried out or a connection of signal lines for reading out memory contents or the like, likewise to be carried out under illumination, must necessarily impinge on the light-sensitive element. Under these circumstances, the detection of an incident of light on the photosensitive element by the photosensitive element is a sure sign that an attempt is being made to analyze the microchip.
  • the detection of an incident of light by the light-sensitive element is therefore evaluated, for example, in such a way that, in response to it, for example, the deletion of memory contents and / or the destruction of the microchip or the like is caused, an analysis is to be carried out even after a successful complete removal and / or destruction of the sheathing of the microchip can be reliably excluded.
  • the starting point is a microchip to be protected from unauthorized third-party analysis, for example (but not exclusively) contained in a chip card.
  • the microchip can be any electronic element; as a rule, however, this will be an integrated circuit such as a microprocessor, signal processor, microcontroller, memory module or the like.
  • the microchip is wholly or partly surrounded by an opaque casing section (hereinafter referred to simply as casing for the sake of simplicity) in order to mechanically protect it and to prevent an optical analysis of its structure and structures.
  • an opaque casing section hereinafter referred to simply as casing for the sake of simplicity
  • the opaque casing covers at least the safety-relevant area of the microchip. If an electrical analysis of the microchip is also to be excluded, the electrical connection points of the microchip and the signal lines connected to them, and optionally also an external circuit of the microchip to be protected, are also surrounded by the casing.
  • the sheathing can be formed by a housing, a housing-like structure (for example casting compounds or so-called globe-top covers for microchips and the like contained in chip cards) or a part thereof - alternatively or additionally, it can also be formed by an over the Protective microchip arranged further electrical, electromechanical or mechanical component, for example by a second microchip directly or indirectly (ie with the insertion of an insulation layer or the like) placed on the microchip to be protected, or a part thereof.
  • a housing a housing-like structure (for example casting compounds or so-called globe-top covers for microchips and the like contained in chip cards) or a part thereof - alternatively or additionally, it can also be formed by an over the Protective microchip arranged further electrical, electromechanical or mechanical component, for example by a second microchip directly or indirectly (ie with the insertion of an insulation layer or the like) placed on the microchip to be protected, or a part thereof.
  • one or more photosensitive elements are now provided within the microchip encasing structure.
  • the light-sensitive elements can be integrated into the casing and / or can be provided on the surface and / or inside the microchip. They are preferably arranged above or in the immediate vicinity of those locations on the microchip whose unobstructed exposure could be conducive to an analysis of the microchip.
  • the light-sensitive element is a memory element, the content of which can be changed when light is incident, this memory content can be evaluated by a control device (safety logic) provided for this purpose.
  • the reading out of the memory element and the evaluation of the content can take place on any occasion (for example, always when an operating voltage is applied) and / or at times. If it is determined that light has entered the photosensitive element, ie an attempt is made to analyze the microchip, this is taken as an occasion to initiate a reaction which is independent of the type of the photosensitive element and will be described in more detail later.
  • the photosensitive element is a photoelectric converter element which generates a voltage when the light falls, this voltage can be used to initiate or carry out a reaction which is independent of the type of the photosensitive element and will be described in more detail later.
  • the changed electrical properties can be used to implement a switching function by means of which a reaction which is independent of the type of the light-sensitive element and which is described in more detail later can be initiated or carried out.
  • the reaction to the detection of an incidence of light or to an incidence of light is that Measures are taken that make an analysis of the microprocessor to be protected impossible.
  • the reaction can consist, for example, of completely or partially deleting stored information and / or destroying the microchip or individual functions thereof (for example by firing so-called fuses).
  • any other reactions that make the analysis of the chip to be protected difficult or impossible can also be triggered upon detection of a light incident or upon a light incident.
  • an activation process may have to be provided by which the reactions which were not yet activated can be activated, for example by a safety logic irreversibly by one Is switched to a standby state.
  • the spectral sensitivity of the photosensitive element is preferably designed such that not only the incidence of visible light but also the incidence of other types of radiation which can be used to make microchip structures visible can be detected by the photosensitive element. If the entire radiation spectrum cannot be covered by a single light-sensitive element, it can be considered to provide a plurality of light-sensitive elements in each case, which complement each other in this regard.
  • the chip cladding provided over a light-sensitive element is preferably designed in such a way that it is impermeable to all radiation wavelengths which can be detected by the light-sensitive element; if certain radiation wavelengths do not usually occur in the vicinity of the chip to be protected, it can turn out to be prove advantageous to make the casing permeable for this.

Abstract

Es wird ein Mikrochip mit einem diesen ganz oder teilweise umgebenden lichtundurchlässigen Ummantelungsabschnitt beschrieben. Der beschriebene Mikrochip zeichnet sich dadurch aus, daß an einer Stelle, an welche nur unter bestimmungsfremder Entfernung und/oder Zerstörung des Ummantelungsabschnittes oder Teilen desselben Licht gelangen kann, ein lichtempfindliches Element vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Mikrochip mit einem diesen ganz oder teilweise umgebenden lichtundurchlässigen Ummantelungsabschnitt
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrochip mit einem diesen ganz oder teilweise umgebenden lichtundurchlässigen Ummantelung.
Derartige Mikrochips sind beispielsweise in Form von Mikro¬ computern, MikroControllern, Signalprozessoren, Speicherbau¬ steinen und dergleichen bekannt.
Die Ummantelung erfüllt dabei je nach Mikrochip-Typ verschie- dene Aufgaben. Während sie in den meisten Fällen in erster Linie zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen dient, gibt es zunehmend auch Mikrochips, bei denen durch die Ummantelung alternativ oder zusätzlich eine optische und/oder elektrische Analyse des ummantelten Mikrochips ausgeschlossen werden soll.
Letztere Funktion der Ummantelung muß insbesondere bei sol¬ chen Mikrochips erfüllt sein, welche in Sicherheitsanwendun¬ gen (z.B. Chipkarten für Zugangsberechtigungen und derglei- chen) eingesetzt werden. Die Ummantelung bzw. sicherheits¬ relevante Bereiche des Mikrochips bedeckende Ummantelungs- abschnitte (im folgenden der Einfachheit halber kurz als Um¬ mantelung bezeichnet) solcher Mikrochips werden daher z.T. lichtundurchlässig ausgebildet. Darüber hinaus ist es jedoch erforderlich, zusätzlich dafür Sorge zu tragen, daß ein Mi¬ krochip auch nach der Entfernung und/oder der Zerstörung der Ummantelung nicht analysiert werden kann.
Die zu diesem Zweck getroffenen Maßnahmen bestehen derzeit darin, daß die Ummantelung aus einem derartigen Material und/oder unter einer derartigen Verbindung mit dem Mikrochip hergestellt wird, daß ein den Mikrochip unversehrt lassendes vollständiges Entfernen und/oder Zerstören der Ummantelung ausgeschlossen ist oder aber zumindest sehr erschwert wird.
Derartige Vorkehrungen stellen zwar bereits einen relativ si- cheren Schutz des Mikrochips dar, doch wird insbesondere auf¬ grund des enormen Sicherheitsrisikos, das eine Analysierbar¬ keit des Mikrochips mit sich bringen würde, weltweit nach weiteren Maßnahmen gesucht, durch welche eine Analyse von sicherheitsrelevanten Chips noch weiter erschwert werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrochip gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine Analyse des Mikrochips selbst nach gelungenem vollständigen Entfernen und/oder Zerstören der Ummantelung ausschließbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnen¬ den Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchte Merkmal gelöst.
Demnach ist vorgesehen, daß an einer Stelle, an welche nur unter bestimmungsfremder Entfernung und/oder Zerstörung des Ummantelungsabschnittes oder Teilen desselben Licht gelangen kann, ein lichtempfindliches Element vorgesehen ist.
Diese Maßnahme hat den Effekt, daß auf das lichtempfindliche Element beim bestimmungsgemäßen Umgang mit dem Mikrochip kein Licht fällt, wohingegen beim bestimmungsfremden Umgang mit dem Mikrochip, d.h. bei Freilegen desselben durch Entfernen und/oder Zerstören der Ummantelung oder spätestens beim Ver¬ such einer unter Beleuchtung durchzuführenden optischen Ana¬ lyse oder einem ebenfalls unter Beleuchtung durchzuführenden Anschließen von Signalleitungen zum Auslesen von Speicher¬ inhalten oder dergleichen zwangsläufig Licht auf das licht- empfindliche Element treffen muß. Das Erfassen eines Lichteinfalls auf das lichtempfindliche Element durch das lichtempfindliche Element ist unter diesen Umständen ein sicheres Anzeichen dafür, daß gerade ein Ver¬ such unternommen wird, den Mikrochip zu analysieren.
Wird das Erfassen eines Lichteinfalls durch das lichtempfind¬ liche Element daher beispielsweise dahingehend ausgewertet, daß als Reaktion darauf beispielsweise ein Löschen von Spei¬ cherinhalten und/oder ein Zerstören des Mikrochips oder der- gleichen veranlaßt wird, ist eine Analyse selbst nach einem gelungenen vollständigen Entfernen und/oder Zerstören der Um¬ mantelung des Mikrochips zuverlässig ausschließbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels näher erläutert.
Ausgangspunkt ist ein vor einer unbefugten Fremdanalyse zu schützender, beispielsweise (aber nicht ausschließlich) in einer Chipkarte enthaltener Mikrochip. Der Mikrochip kann ein beliebiges elektronisches Element sein; in der Regel wird es sich hierbei jedoch um eine integrierte Schaltung wie einen Mikroprozessor, Signalprozessor, Mikrocontroller, Speicher¬ baustein oder dergleichen handeln.
Der Mikrochip ist ganz oder teilweise von einem lichtundurch¬ lässigen Ummantelungsabschnitt (im folgenden der Einfachheit halber kurz als Ummantelung bezeichnet) umgeben, um ihn me¬ chanisch zu schützen und um eine optische Analyse von dessen Aufbau und Strukturen zu verhindern.
Die lichtundurchlässige Ummantelung bedeckt zumindest die sicherheitsrelevanten Bereich des Mikrochips. Sofern auch eine elektrische Analyse des Mikrochips ausge¬ schlossen sein soll, sind auch die elektrischen Anschlußstel¬ len des Mikrochips und die mit diesen verbundenen Signallei¬ tungen, gegebenenfalls auch eine äußere Beschaltung des zu schützenden Mikrochips von der Ummantelung umgeben.
Die Ummantelung kann durch ein Gehäuse, ein gehäuseartiges Gebilde (beispielsweise Vergußmassen bzw. sogenannte Globe- Top-Abdeckungen bei in Chipkarten enthaltenen Mikrochips und dergleichen) oder ein Teil derselben gebildet werden,- alter¬ nativ oder ergänzend kann sie auch durch ein über dem zu schützenden Mikrochip angeordnetes weiteres elektrisches, elektromechanisches oder mechanisches Bauelement, beispiels¬ weise durch einen auf den zu schützenden Mikrochip direkt oder indirekt (d.h. unter Einfügung einer Isolationsschicht oder dergleichen) aufgesetzten zweiten Mikrochip, oder ein Teil desselben gebildet werden.
Erfindungsgemäß sind nun innerhalb des Mikrochip-Ummante- lungsgebildes ein oder mehrere lichtempfindliche Elemente vorgesehen.
Die lichtempfindlichen Elemente können dabei in die Ummante¬ lung integriert sein und/oder an der Oberfläche und/oder im Inneren des Mikrochips vorgesehen sein. Sie sind vorzugsweise über oder in unmittelbarer Nähe von denjenigen Stellen des Mikrochips angeordnet, dessen ungehinderte Freilegung für eine Analyse des Mikrochips förderlich sein könnte.
Bei bestimmungsgemäßem Umgang mit dem wie beschrieben umman¬ telten Mikrochip fällt auf das lichtempfindliche Element auf¬ grund der Lichtundurchlässigkeit der darüber liegenden Umman¬ telung nie Licht. Bei bestimmungsfremdem Umgang mit dem Mi¬ krochip, d.h. bei Freilegen desselben unter Entfernen und/oder Zerstören der Ummantelung oder spätestens beim Ver¬ such einer unter Beleuchtung durchzuführenden optischen Ana¬ lyse oder einem ebenfalls unter Beleuchtung durchzuführenden Anschließen von Signalleitungen zum Auslesen von Speicher¬ inhalten oder dergleichen trifft hingegen zwangsläufig Licht auf das lichtempfindliche Element.
Dies löst in Abhängigkeit von der Art des lichtempfindlichen Elements unterschiedliche Vorgänge im lichtempfindlichen Ele¬ ment aus.
Ist das lichtempfindliche Element ein Speicherelement, dessen Inhalt beim Einfall von Licht veränderbar ist, kann dieser Speicherinhalt durch eine hierzu vorgesehene Steuereinrich¬ tung (Sicherheitslogik) ausgewertet werden. Das Auslesen des Speicherelements und die Auswertung des Inhalts kann dabei zu beliebigen Anlässen (beispielsweise immer bei Anlegen einer Betriebsspannung) und/oder Zeitpunkten erfolgen. Wird dabei festgestellt, daß ein Lichteinfall auf das lichtempfindliche Element stattgefunden hat, also ein Versuch unternommen wird, den Mikrochip zu analysieren, wird dies zum Anlaß genommen, eine vom Typ des lichtempfindlichen Elements unabhängige, später noch genauer beschriebene Reaktion zu veranlassen.
Ist das lichtempfindliche Element ein fotoelektrisches Wand¬ lerelement, das bei Lichteinfall eine Spannung erzeugt, kann diese Spannung dazu verwendet werden, eine vom Typ des licht- empfindlichen Elements unabhängige, später noch genauer be¬ schriebene Reaktion zu veranlassen bzw. durchzuführen.
Ist das lichtempfindliche Element ein bei Lichteinfall seine elektrischen Eigenschaften veränderndes Element, können die veränderten elektrischen Eigenschaften zur Realisierung einer Schaltfunktion verwendet werden, mittels welcher eine vom Typ des lichtempfindlichen Elements unabhängige, später noch ge¬ nauer beschriebene Reaktion veranlaßbar bzw. durchführbar ist.
Die Reaktion auf das Erfassen eines Lichteinfalls bzw. auf einen Lichteinfall besteht allgemein gesprochen darin, daß Maßnahmen getroffen werden, die eine Analyse des zu schützen¬ den Mikroprozessors unmöglich machen. Die Reaktion kann bei¬ spielsweise darin bestehen, daß gespeicherte Informationen ganz oder teilweise gelöscht und/oder der Mikrochip oder ein- zelner Funktionen desselben zerstört werden (beispielsweise durch Zünden sogenannter Fuses) . Darüber hinaus können auf das Erfassen eines Lichteinfalls hin bzw. auf einen Lichtein¬ fall hin selbstverständlich auch beliebige andere Reaktionen ausgelöst werden, die die Analyse des zu schützenden Chips erschweren oder ausschließen.
Um zu verhindern, daß ein Lichteinfall auf das lichtempfind¬ liche Element schon bei der Herstellung des Mikrochips die beschriebene Reaktion zeigt, ist gegebenenfalls ein Aktivie- rungsprozeß vorzusehen, durch welchen die ursprünglich noch nicht aktivierten Reaktionen aktivierbar sind, beispielsweise indem eine Sicherheitslogik irreversibel von einem Aus-Zu¬ stand in einen Bereitschaftszustand versetzt wird.
Die spektrale Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Elements ist vorzugsweise so ausgelegt, daß nicht nur der Einfall von sichtbarem Licht, sondern auch der Einfall anderer Strah¬ lungsarten, die zur Sichtbarmachung von Mikrochip-Strukturen verwendbar sind, durch das lichtempfindliche Element erfaßbar sind. Sofern das gesamte Strahlungsspektrum nicht durch ein einzelnes lichtempfindliches Element abgedeckt werden kann, kann in Betracht gezogen werden, an Stelle jeweils mehrere lichtempfindliche Elemente vorzusehen, die sich diesbezüglich ergänzen.
Die über einem lichtempfindlichen Element vorgesehene Chip- Ummantelung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie für sämtliche Strahlungs-Wellenlängen, die durch das lichtemp¬ findliche Element erfaßbar ist, undurchlässig ist; sofern be- stimmte Strahlungswellenlängen in der Umgebung des zu schüt¬ zenden Chips üblicherweise nicht vorkommen, kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Ummantelung hierfür durchlässig zu gestalten.

Claims

Patentansprüche
1. Mikrochip mit einem diesen ganz oder teilweise umgeben¬ den lichtundurchlässigen Ummantelungsabschnitt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an einer Stelle, an welche nur unter bestimmungsfremder Entfernung und/oder Zerstörung des Ummantelungsabschnittes oder Teilen desselben Licht gelangen kann, ein lichtempfind¬ liches Element vorgesehen ist.
2. Mikrochip nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mikrochip Bestandteil einer Chipkarte ist.
3. Mikrochip nach Anspruch l oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ummantelungsabschnitt durch ein gehäuseartiges Ge¬ bilde oder ein Teil desselben gebildet wird.
4. Mikrochip nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ummantelungsabschnitt durch ein über dem Mikrochip angeordnetes weiteres Bauelement oder ein Teil desselben ge¬ bildet wird.
5. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das lichtempfindliche Element und/oder eine gegebenen¬ falls vorgesehene Sicherheitslogik beim Erfassen eines Licht- einfalls auf das lichtempfindliche Element sofort oder später ein zumindest teilweises Löschen von gespeicherter Informa¬ tion und/oder ein Zerstören des Mikrochips oder Teilen des¬ selben veranlassen.
6. Mikrochip nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , θ daß das lichtempfindliche Element und/oder die gegebenenfalls vorgesehene Sicherheitslogik derart ausgebildet sind, daß Art und Umfang von auf das Erfassen eines Lichteinfalls hin aus¬ geführte oder veranlaßte Reaktionen von einer vorherigen Ak- tivierung derselben abhängig machbar sind.
7. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das lichtempfindliche Element ein auf einen Lichteinfall ansprechendes Speicherelement ist.
8. Mikrochip nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Sicherheitslogik vorgesehen ist, welche die im Spei- cherelement gespeicherte Information zu gegebenen Anlässen und/oder zu gegebenen Zeitpunkten ausliest, auswertet und entsprechend darauf reagiert.
9. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das lichtempfindliche Element ein fotoelektrisches Wand¬ lerelement ist, welches bei Lichteinfall eine Spannung er¬ zeugt.
10. Mikrochip nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die erzeugte Spannung zum zumindest teilweisen Löschen von gespeicherter Information und/oder zum Zerstören des Mi¬ krochips oder Teilen desselben verwendet wird.
11. Mikrochip nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das lichtempfindliche Element ein bei Lichteinfall seine elektrischen Eigenschaften veränderndes Element ist.
12. Mikrochip nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die veränderten elektrischen Eigenschaften zur Realisie¬ rung einer Schaltfunktion verwendet werden, mittels welcher eine ein zumindest teilweises Löschen von gespeicherter In¬ formation und/oder ein Zerstören des Mikrochips oder Teilen desselben veranlassende Spannung durchschaltbar ist.
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