抗電型分析的數字電子部件的製作方法

2023-09-16 06:12:35

專利名稱：抗電型分析的數字電子部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及到抗電和/或電磁型分析的數字電子部件，更具體地說涉及到晶片卡領域中的這種部件。
技術發展水平發明領域在於在數字電子部件，例如在晶片卡中通過電流消耗分析，或通過所發射之電磁輻射的分析來實現抗擊數據摘取(通常用密鑰摘取)的機理。這些分析通常稱為SPA(「簡單功率分析」)/DPA(「差分功率分析」)或SEMA(「簡單電磁分析」)/DEMA(「差分電磁分析」)。
使用這些分析能夠確定晶片卡的中央單元正在做什麼，後者正在處理哪個數據。由此能夠利用用來傳輸這一數據的單個(或多個)密鑰。可做出這種侵入而沒有任何風險，因為由於部件仍保持沒有變化，其後將不可能證明曾發生過侵入。
如Paul Kocher，Joshua Jaffe和Benjamin Jun的標題為「差分功率分析和相關攻擊的介紹」的文章(網際網路址www.cryprography.com，加密技術研究，1998)所述，這些分析方法可能具有重要影響，因為它們能夠摘取用於加密通信的密鑰。此外，使用易於得到的設備可以快速地建立並實施這樣的攻擊。實現這些攻擊所需時間的長短取決於攻擊型式(DPA，SPA)並隨所考慮部件的變化而改變。對部件來說，SPA攻擊可能要幾秒鐘，而DPA攻擊則需許多小時。
現在，數字電子設備極少或沒有不受這種電或電磁分析的。存在兩種攻擊一種是純軟體的，另一種是純硬體的。在數據由晶片卡中央單元處理的情況下-在第一種情況，一種技術解決辦法是使電流消耗儘可能是隨機的，這一電流消耗很少可能與由中央單元處理的數據相聯繫。這樣就能夠使指令的順序隨機化，或使處理的數據儘可能是隨機的。
-在第二種情況，能夠●或者使電流儘可能地穩定不變以便使實現電流消耗與中央單元所操作的指令之間的聯繫極其困難，
●或者使電流消耗隨機化以便使中央單元兩個相同的操作失去同步。
本發明屬於此第二種情況。
歐洲專利申請EP 1 113 386說明了保護晶片卡免受這類攻擊的解決辦法。在這種解決辦法中，在晶片卡中嵌入兩個電容器使得在任何時候都由外電源對其中一個電容器充電，而通過啟動晶片卡的部件使另一電容器放電。兩個電容器的作用快速地交替，而在電流消耗的分析不產生有關晶片卡部件操作任何信息的意義上，電源與該部件是隔離開的。
本發明的目的是通過以隨機方式改變所考慮的數字電子部件，例如晶片的運作速度來解決上述問題，諸如使SPA/DPA和/或SEMA/DEMA分析變得困難，或許變得不可能。
發明概述本發明涉及到抗電和/或電磁型分析的數字電子部件，其包括由時鐘驅動的同步元件，部件的特徵在於，它包括產生這一時鐘的裝置，時鐘頻率至少在一給定時段期間在最小值與最大值之間隨機地改變，它還包括控制時鐘頻率變化隨機性的控制裝置。
時鐘生成裝置可包括控制頻率發生器的隨機頻率指令發生器。
頻率發生器可以包括至少兩個頻率合成器，或PLL電路(鎖相環路)，以及這些合成器或電路之間的切換裝置。
同步元件可以是例如型式為FPGA型(「現場可編程門陣列」)或ASIC型(「專用集成電路」)的晶片卡中央單元，存儲器，或有線同步功能件。
頻率變化範圍必須儘可能寬以便最大限度地幹擾DPA/SPA以及DEMA/SEMA型的分析。所考慮的隨機是實隨機，因為在這種情況下它不是時鐘的相移或頻移，而是受驅動的隨機頻率變化。通過以這種方式來幹擾時鐘，就使同步元件的電流消耗成為隨機的了。
附圖
簡述僅有的一個圖說明了抗電型和/或電磁型攻擊的數字電子部件。具體實施方案詳述。
如圖所示，根據本發明的抗電型和/或電磁型攻擊的數字電子部件，例如晶片卡的數字電子部件，其包括
-此晶片卡的中央單元10，-隨機頻率指令發生器11，-由這個發生器11所驅動的頻率發生器12，其向中央單元10提供時鐘H，時鐘H的頻率以隨機方式在最小值與最大值之間變化，-控制器13，其目的在於測量時鐘H的頻率並驗證頻率變化的實隨機操作。
時鐘H的頻率偏移，此偏移應儘可能大，在1Mhz-100Mhz。
在圖中所示的實施方案實例中，頻率發生器12包括頻率合成器SF1...SFn中的至少兩個頻率合成器，其由控制器13輸出端15所提供的信號控制，頻率發生器還包括一個多路復用與同步電路20，其接收這些合成器SF1...SFn的輸出F1...Fn。
出現頻率變化時，在通過把信號SEL發送到多路復用與同步電路20來在合成器SF1...SFn的輸出端選擇頻率中其中一個頻率之前，控制器13通過分析在其輸入端16所接收的信號來驗證不存在可能的幹擾。
因此，控制器13可以以下述方式工作-向隨機頻率指令發生器11請求一個新數值，-將由此發生器11提供的數值發送給控制器13，-與先前的數值相比較，通過控制器13來驗證這一數值的隨機性，-將這個數值發送至合成器SF1...SFn。
本發明能夠使中央單元進行計算的操作隨機化，並能夠給出隨機電流消耗的狀況。很難或許是不可能進行SPA/DPA和/或SEMA/DEMA分析，因為它們需要大大地增加電流分析的數量。
因此，本發明使得不能對中央單元進行修正，而只能使其運行在自己的頻率範圍內。
本發明保護其自己的能力取決於隨機頻率指令發生器以及頻率變化周期，頻率變化周期依中央單元指令周期的長度而定。
在有利的實施方案中，控制器可以由中央單元驅動。
在另一種運行情況，根據本發明只在認為是臨界的情況在給定時段期間啟動時鐘H的隨機頻率變化。
權利要求
1.抗電型和電磁型分析的數字電子部件，它包括由時鐘(H)驅動的同步元件(10)，其特徵在於它包括提供時鐘(H)的隨機頻率指令發生器(12)，時鐘頻率至少在給定時間段期間在最小值與最大值之間以隨機的方式改變，它還包括控制時鐘(H)的頻率變化的隨機特徵的控制裝置(13)。
2.根據權利要求1的部件，其中頻率發生器包括至少兩個頻率合成器(SF1，...SFn中的至少兩個)以及切換裝置(20)。
3.根據權利要求1的部件，其中頻率發生的包括至少兩個PLL電路以及切換裝置。
4.根據權利要求1的部件，其中同步元件是晶片卡的中央單元(10)。
5.根據權利要求4的部件，其中控制器(13)由中央單元驅動。
6.根據權利要求1的部件，其中同步元件(10)為存儲器。
7.根據權利要求1的部件，其中同步元件(10)為同步線連功能件。
8.根據權利要求1的部件，其中時鐘(H)的頻率偏移在1Mhz-100Mhz。
全文摘要
本發明涉及到抗電型和/或電磁型分析的數字電子部件。發明部件包括由時鐘(H)控制的同步元件(10)；產生時鐘(H)的裝置(11，12)，時鐘頻率至少在一段給定時間在最小值與最大值之間隨機地變化；以及控制時鐘(H)頻率變化隨機性的控制裝置(13)。
文檔編號G06K19/073GK1602496SQ02824766
公開日2005年3月30日 申請日期2002年12月11日 優先權日2001年12月13日
發明者J·-L·多瓦斯, J·珀賴因 申請人:卡納爾技術公司