访问受保护的数据载体制造技术

本发明专利技术涉及具有至少一个存储器的半导体芯片（５）的数据载体。存储器包含能够完成至少一个运算（ｈ）的运算程序。为了防止非授权访问采用运算（ｈ）处理的数据（ｘ），所述数据和运算（ｈ）本身被伪装。数据（ｘ）和运算（ｈ）的伪装是协调的，从而伪装的运算（ｈ↓［Ｒ１Ｒ］，ｈ↓［Ｒ１Ｒ２］）产生未伪装运算（ｈ）的输出数据（ｙ）或能够确定输出数据（ｙ）的伪装的输出数据（ｙ＊Ｒ↓［２］）。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有存储了保密数据的半导体芯片的数据载体。本专利技术尤其涉及智能卡。包含芯片的数据载体用于许多不同的用途，例如进行货币交易、对商品或服务进行支付、或者作为一种访问或允许进入控制的识别装置。在所有的所述用途中，数据载体芯片一般处理必须防止被非授权的第三方存取的保密数据。其中，通过给芯片的内部结构非常小的尺寸，从而很难为了探出在所述结构中处理的数据而访问所述结构，从而确保所述保护。另外为了阻止访问，可以将芯片嵌入在非常坚固的粘合化合物中，对该化合物的强制拆开会毁坏半导体极板或至少存储在那里的保密数据。也可以在生产期间对半导体极板提供保护层，不毁坏半导体极板就不能去除该层。借助于非常昂贵然而又根本有效的相应的技术设备，窃取者(攻击者)可能成功地探知(揭露)并分析芯片的结构。例如，通过特别地蚀刻方法或适当的研磨处理可以实现这种探知。这样，被探知的芯片结构如导电路径可以采用微探针接触或通过其它的方法研究以确定所述结构中的信号模式。接着，可能试图通过数据载体的检测的信号保密数据确定如密钥，以便使用它们进行操作。同样可能试图通过微探针来有选择地干扰被探知结构中的信号模式。本专利技术基于保护数据载体的芯片中存在的保密数据免于被非授权访问的问题。通过权利要求1和9的特征组合来解决这个问题。本专利技术解决方案的目的不像现有技术一样防止芯片内部结构和微探针安装的暴露。而是采取一些措施从而潜在的窃取者很难从截取的任何信号模式推断出保密信息。本专利技术的所述措施包括进行安全性相关的操作，从而不包括另外的保密信息就不能确定在实现所述安全性相关操作中使用的保密数据。为此目的，借助于执行之前适当的函数来伪装或伪造安全性相关操作。为了阻止或甚至防止特别是在执行多个安全性相关操作的情况下的统计估计，将随机分量输入到伪装函数。因此，窃取者不能由截取的任何数据流确定保密数据。下面通过将输入数据x变换到输出数据y的函数h，即y=h(x)来表示安全性相关操作。为了防止保密的输入数据x被探出，本专利技术提供要确定的伪装函数hR1R2，从而保持下面的关系yR2=hR1R2(xR1)现在借助于伪装函数hR1R2来完成安全性相关操作，该函数的输入数据不是授权的保密数据x而是将授权的保密数据x与随机数R1组合产生的伪装的保密数据xR1。不知道随机数R1，就不能由伪装的保密数据xR1确定授权的保密数据x。应用伪装的函数hR1R2到伪装的保密数据xR1，就能够获得伪装的输出数据yR2。从伪装的输出数据yR2，能够通过适当的组合确定输出数据y。在每次新执行安全性相关函数之前，能够预置新的随机数R1和R2，在每种情况下由这些随机数确定新的伪装的函数hR1R2。另一方面，多个伪装的函数hR1R2能够永久地存储，在执行安全性相关操作之前随机地选择其中的一个。特别有益的是使用两个函数hR1R2和hR1’R2’，随机数R1’和R2’是相对于为伪装选择的组合类型的随机数R1和R2的反相值。在另一种变型中，随机数R1和R2也可以是相同的。特别地，随机数R1和R2可以在统计上独立地选择，从而在输入和可能用于窃取的输出数据之间没有相关性。如果在上述的安全性相关运算h之前或之后执行另外的运算，随机数R1和R2也可以用于伪装采用更多的运算处理的数据。本专利技术解决方案可以特别有益地用于包含非线性函数的安全性相关操作。借助于非线性函数，不能在执行这些函数之前根据伪装保密数据来应用已知的保护措施。已知的保护措施预先假定相对于伪装操作的这些函数是线性的，从而伪装能够在函数执行之后解开。然而，在本专利技术的解决方案中，不仅保密数据被伪造或伪装，而且安全性相关操作也处理保密数据。保密数据和安全性相关操作的伪装是协调的，从而授权的保密数据能够在执行安全性相关操作之后从伪装的保密数据中导出。如果以表格的形式即所谓的查阅表实现安全性相关操作，则保密数据的伪装和安全性相关操作之间的协调可以特别简单地实现。在所述的表格中，每个输入值x具有与它相联系的输出值y。通过查询属于特定输入值x的输出值y来执行由表格实现的函数。下面参照图中示出的实施例解释本专利技术，其中附图说明图1示出智能卡的顶视图，图2示出图1顶视图所示智能卡的芯片的放大的细节，图3a、3b、3c和3d示出查阅表。图1示出作为数据载体例子的智能卡1。智能卡1包括卡体2和在卡体2中特别提供的间隙中设置的芯片模块3。芯片模块3的基本部件是用子产生与外部装置电连接的接触面4、以及与接触面4电连接的芯片5。作为一种替代或除了接触面4以外，图1未示出的线圈或其他传送器件可以用于产生芯片5和外部设备之间的通讯链路。图2示出图1顶视图的芯片5的放大的细节。图2的特性是它示出了芯片5的有效的表面，即它没有示出通常保护芯片5的有效层的所有各层。为了获得芯片内部的有关信号模式的信息，可以例如采用微探针与探知的结构6接触。微探针是非常细的针，借助于精确定位装置，它可以与探知的结构6例如导电路径电接触。为了推断芯片的保密数据，由微探针采集的信号模式通过适当的测量和估计装置来处理。本专利技术从而窃取者非常困难甚至不可能访问尤其是芯片的保密数据，既使他没有毁坏电路而设法去除芯片5的保护层并且采用微探针接触芯片5探知的结构6或以某些其它方式截取它们。当然，如果窃取者以另一种方式得知芯片5的信号模式，本专利技术也是有效的。图3a、3b、3c和3d示出查阅表的简单例子，其中每个输入和输出数据具有2位的长度。所有的表格值被表示为二进制数据。在特定列的第一行表示输入数据x，第二行表示与该输入相关的输出数据y。图3a示出未伪装的函数h的查阅表。图3a表示输入值x=00具有与它相关的输出值h(x)=01，输入值01具有输出值11，输入值10具有输出值10，以及输入值11具有输出值00。图3a的查阅表表示在安全性相关操作范围内执行的非线性函数h。然而，根据本专利技术，在执行安全性相关操作时不使用图3a示出的查阅表本身，而是从图3b、3c和3d的所述查阅表中获得伪装的查阅表。图3b示出确定伪装的查阅表的中间步骤。通过将图3a表格的第一行的每个值与随机数R1=11“异或”，从图3a的查阅表产生图3b的查阅表。这样，通过图3a的表格第一行和第一列的值00与数字11“异或”产生值11，现在它是图3b的表格的第一行和第一列的元素。因此，由图3a示出的表格第一行的值和随机数R1=11确定图3b示出的表格第一行其余的值。图3b示出的表格已经能够用作伪装的查阅表，用于处理采用随机数R1=11同样伪装的保密数据。结果将是在图3b表格的第二行读出的明文值。人们通常根据上升的输入数据x安排查阅表的各个列。图3c示出通过据此分类图3b的表格确定的表格。如果图3c的表格被进一步伪装或产生同样伪装值作为输出值而不是明文码，可以采用另外的随机数R2进行进一步的“异或”运算。图3d示出应用所述进一步“异或”运算的结果。在所述运算中，图3c表格第二行元素的每一个与随机数R2=10“异或”。这样，图3d表格第二行和第一列中的元素通过图3c表格的第二行和第一列的元素与随机数R2=10“异或”而产生。因此，形成图3d表格第二行的另外的元素。图3d表格的第一行未改变地采用图3c表格的第一行。借助于图3d示出的表格，能够由伪本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有至少一个存储器的半导体芯片（５）的数据载体，该存储器包含能够执行至少一次运算（ｈ）的运算程序，执行运算（ｈ）需要输入数据（ｘ）并且执行运算（ｈ）产生输出数据（ｙ），其特征在于 －运算（ｈ）在它执行之前被伪装， －采用伪装的输入数据（ｘ＊Ｒ↓［１］）执行伪装的运算（ｈ↓［Ｒ１］），以及 －运算（ｈ）和输入数据（ｘ）的伪装是协调的，从而具有伪装的输入数据（ｘ＊Ｒ↓［１］）的伪装运算（ｈ↓［Ｒ１］）的执行产生的输出数据（ｙ）与在执行未伪装的输入数据（ｘ）的未伪装的运算（ｈ）时确定的输出数据（ｙ）相同。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德瓦特，赫尔曼德雷克斯勒，
申请(专利权)人：德国捷德有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]