專利名稱：電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其具有一個(gè)象微處理器一樣的處理單元，具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并且具有延伸在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和處理單元之間的總線。此外，本發(fā)明涉及一個(gè)電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其具有一個(gè)如此的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
在嚴(yán)格要求安全的應(yīng)用的情況下，經(jīng)常使用上述的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備。對(duì)此在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存放秘密的數(shù)據(jù)、金額值和訪問許可，這些例如根據(jù)外部的請(qǐng)求進(jìn)行處理。
因?yàn)榇鎯?chǔ)器包含盡可能不可以從外部存取的信息，使用與手操作相比該電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備采取安全措施是必須的。
如果一個(gè)上述的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備作為集成電路實(shí)施，則該數(shù)據(jù)處理設(shè)備可以用不同的鈍化層覆蓋。對(duì)此，如此可以敷設(shè)鈍化層，清除鈍化層引起數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的破壞。此外可以在可以把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器埋在集成電路的深層，則將妨礙對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存取。
電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備防止不希望的手操作的一個(gè)另外的可能在于傳感器的使用，其對(duì)電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備的運(yùn)行條件取樣。只要由一個(gè)傳感器取樣的值超出標(biāo)準(zhǔn)值，就觸發(fā)相應(yīng)保護(hù)措施，其導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理設(shè)備的去激活，或也導(dǎo)致數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的清除。
此外，也存在軟件傳感器，其根據(jù)禁止指令或根據(jù)對(duì)地址域的訪問監(jiān)控處理設(shè)備的運(yùn)行，其終止根據(jù)規(guī)定的運(yùn)行。此外，根據(jù)其精度可以監(jiān)控訪問指令序列。
最后公開了，通過特殊的硬件裝置、比如象可分開布置的連接線路限制在一個(gè)特殊的生產(chǎn)方式中允許的處理單元對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器訪問。
盡管當(dāng)前實(shí)施了的保護(hù)措施，可是偶爾還可能發(fā)生對(duì)上述的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備的不希望的手操作。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，準(zhǔn)備提供一個(gè)上述的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備和一個(gè)電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該設(shè)備或該系統(tǒng)具有對(duì)存儲(chǔ)內(nèi)容的不希望的改變和/或偵查的一個(gè)改善的保護(hù)。
通過根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求7的一個(gè)電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備解決了該任務(wù)。在從屬權(quán)利要求中說明了有益的改進(jìn)。
對(duì)此，該電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備具有一個(gè)處理單元，其通過總線與至少一個(gè)存儲(chǔ)器連接。給該處理單元分配一個(gè)編碼單元，對(duì)此，至少一個(gè)機(jī)密的密鑰存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器的一個(gè)中，并且至少所有的安全上相關(guān)的數(shù)據(jù)編碼地存儲(chǔ)在這個(gè)或這些存儲(chǔ)器中。一個(gè)用于存儲(chǔ)的秘密的密鑰與一個(gè)由用戶輸入的密鑰字比較的比較器控制一個(gè)控制編碼單元的聯(lián)鎖單元，因此僅僅在肯定比較的情況下可能對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)譯碼。
本發(fā)明基于發(fā)明重要的認(rèn)識(shí)，即通過新技術(shù)方法簡(jiǎn)化了剛好作為集成電路實(shí)施的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的可操作性。因此，從一個(gè)操作者的角度電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備不再完全看作芯片，而是看作一個(gè)包括在硅載體上的各個(gè)組分的系統(tǒng)，在這種情況下可以分別訪問這些組分。
因此存在這樣的可能性，通過監(jiān)視數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)交換或通過讀出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器推斷在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的信息，因此簡(jiǎn)化了手操作，或者可以通過這種方式存取真正要保守秘密的存儲(chǔ)器內(nèi)容。
根據(jù)一個(gè)另外的發(fā)明重要的認(rèn)識(shí)，在按上述的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備上的多個(gè)手操作歸因于此，即在數(shù)據(jù)總線上“監(jiān)聽”數(shù)據(jù)交換是少見的，因此，可能在處理單元中監(jiān)視并不合理地理解程序運(yùn)行。
在本發(fā)明的一個(gè)可能的構(gòu)成中，如此構(gòu)成編碼單元，借助于一個(gè)編碼算法可對(duì)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)交換編碼。一個(gè)如此構(gòu)成的編碼單元帶來這樣的優(yōu)點(diǎn)，在大量生產(chǎn)的情況下可以特別的低成本地生產(chǎn)?？墒乾F(xiàn)在具有一個(gè)算法的編碼還要持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)閷?duì)此在處理單元中必需大量的計(jì)算。
在本發(fā)明的一個(gè)另外的改進(jìn)中，如此構(gòu)成編碼單元，借助于硬件編碼可以對(duì)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)交換編碼。在硬件編碼的情況下已經(jīng)以非常簡(jiǎn)單的方式剛好實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行，更確切地說或者在讀訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的情況下，或者在寫訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的情況下。
根據(jù)本發(fā)明，以一個(gè)編碼單元實(shí)現(xiàn)一個(gè)硬件編碼，該單元是如此構(gòu)成的，數(shù)據(jù)交換的各個(gè)位的優(yōu)先權(quán)有選擇地改變。此后顯現(xiàn)位，這些位在存儲(chǔ)器中例如作為“低”存放，在數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)交換中作為“高”存放。這例如通過一個(gè)編碼單元實(shí)現(xiàn)，其至少具有一個(gè)EXOR環(huán)節(jié)。
在本發(fā)明的一個(gè)另外可能的改進(jìn)中，可以如此構(gòu)成編碼單元，可以有選擇地改變數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸線的連接序列。從外部看這表現(xiàn)為，是否交叉連接數(shù)據(jù)總線的各個(gè)位線。
最后在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備中也可以通過一個(gè)編碼單元實(shí)施硬件編碼，如此構(gòu)成該單元，至少可以有選擇地延遲在數(shù)據(jù)總線與處理單元之間和/或在數(shù)據(jù)總線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交換。因此，在數(shù)據(jù)總線上偽裝數(shù)據(jù)交換，該交換不涉及根據(jù)本發(fā)明的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備的目前的運(yùn)行狀態(tài)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的主要特征在于，如此構(gòu)成編碼單元，有選擇的進(jìn)行編碼。這不僅表明，可以有選擇地實(shí)現(xiàn)或停止編碼。此外，根據(jù)本發(fā)明這包含，可以在用于數(shù)據(jù)交換編碼的不同的密鑰之間更換。在這種情況中根據(jù)本發(fā)明的編碼單元的使用得到了一個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
在具有要更換的密鑰的根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備中預(yù)先規(guī)定。一批生產(chǎn)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備分別得到不同的并且特殊的密鑰。因此保證，在連接一個(gè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備的密鑰的情況下，本身不能通過另外的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的密鑰連接。此外，在存儲(chǔ)在ROM中的情況下對(duì)于例如每個(gè)ROM程序可以使用一個(gè)另外的密鑰。在存儲(chǔ)在一個(gè)可編程的只讀存儲(chǔ)器、比如一個(gè)EEPROM中或存儲(chǔ)在一個(gè)閃電存儲(chǔ)器中的情況下，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備可以輸入一個(gè)特殊的密鑰。理所當(dāng)然，在存儲(chǔ)器中必須以任意的形式存放，那些屬于密鑰的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或者數(shù)據(jù)處理設(shè)備的那些地址。
在本發(fā)明的改進(jìn)中，至少預(yù)先規(guī)定一個(gè)分配給編碼單元的寄存器，在該寄存器中或在多個(gè)寄存器的情況下在這些寄存器中暫時(shí)存儲(chǔ)這個(gè)或這些安全密鑰?？墒牵瑢?duì)此必須考慮，在斷開數(shù)據(jù)處理設(shè)備后重新清除寄存器。寄存器以有益的方式作為暫時(shí)的存儲(chǔ)器構(gòu)成。
在本發(fā)明的特別有益的構(gòu)成中，在以編碼的形式存儲(chǔ)這個(gè)或這些秘密的密鑰，對(duì)此借助于一個(gè)所謂的單向函數(shù)(one-way-function)實(shí)現(xiàn)編碼。這是一個(gè)這樣的編碼，其不可能解碼或僅僅可能非常費(fèi)勁地解碼。在這個(gè)在其上面實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的半導(dǎo)體芯片上，因此僅僅存在秘密的密鑰的編碼形式，通過該密鑰不可能對(duì)編碼存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)譯碼。因此也不可能通過一個(gè)非常費(fèi)勁的詳細(xì)說明的半導(dǎo)體芯片的檢查獲得對(duì)于一個(gè)濫用來說的全部相關(guān)的信息。
首先在通過一個(gè)用戶輸入密鑰字、對(duì)這個(gè)密鑰字編碼后，借助于數(shù)據(jù)處理設(shè)備中的單向函數(shù)電路和編碼的密鑰字與編碼存儲(chǔ)的保密數(shù)字的肯定比較，在一個(gè)暫時(shí)的寄存器中寫入未編碼的密鑰字，并且借助于編碼單元提供該密鑰字用于數(shù)據(jù)處理設(shè)備的存儲(chǔ)內(nèi)容的譯碼或編碼。在斷開數(shù)據(jù)處理設(shè)備后重新清除密鑰字。
在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的改進(jìn)中，對(duì)于存儲(chǔ)器的不同的地址域使用了不同的密鑰。對(duì)此，預(yù)先規(guī)定一個(gè)地址譯碼器，在該譯碼器中存儲(chǔ)相應(yīng)的地址域和分配給地址域的密鑰寄存器。
如果使用了多個(gè)密鑰，為了能夠譯碼存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，也必須由用戶或在多用戶系統(tǒng)中的這些用戶輸入多個(gè)密鑰字。這些密鑰字在與存儲(chǔ)的編碼的密鑰肯定的并且后存在于寄存器中，并且例如可以借助于地址譯碼器從那選出這些密鑰。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的一個(gè)根據(jù)規(guī)定的功能僅僅能夠結(jié)合一個(gè)讀裝置，在該讀裝置中用戶-例如借助于一個(gè)鍵盤-可以輸入僅僅對(duì)于用戶已知的密鑰字。該密鑰字從讀裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理設(shè)備，其以有益的方式布置在一個(gè)芯片卡中。
下面根據(jù)一個(gè)實(shí)施例借助于圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。圖示

圖1一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的原理說明，和圖2根據(jù)本發(fā)明的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備的詳細(xì)說明。
圖1以非常概括的方式指出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其具有一個(gè)讀裝置LG和一個(gè)插入在該裝置的芯片卡CK?？墒潜景l(fā)明不局限于數(shù)據(jù)處理設(shè)備的卡的形式，而且同樣可以例如通過加密或手表實(shí)現(xiàn)。不僅可以有接觸地實(shí)現(xiàn)而且也可以無接觸地實(shí)現(xiàn)從讀裝置LG到芯片卡CK的信息傳輸。
該讀裝置LG具有一個(gè)鍵盤T，在該鍵盤中可以通過一個(gè)用戶輸入一個(gè)密鑰字SW。然后該密鑰字SW從讀裝置LG傳輸?shù)叫酒–K。
在該芯片卡CK中布置一個(gè)半導(dǎo)體芯片，在該半導(dǎo)體芯片中實(shí)現(xiàn)一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。該數(shù)據(jù)處理設(shè)備具有一個(gè)CPU，其通過總線與存儲(chǔ)器ROM、EEPROM連接。當(dāng)然，另外的對(duì)于微型計(jì)算機(jī)的功能所必需的或有益的電路與總線連接。分配給CPU一個(gè)編碼單元VE。在存儲(chǔ)器ROM、EEPROM中以編碼的方式至少存放對(duì)于電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備的安全來說相關(guān)的數(shù)據(jù)。為了可以在CPU中處理這些數(shù)據(jù)，首先必須由編碼單元VE借助于一個(gè)秘密的密鑰對(duì)這些數(shù)據(jù)解碼。在存儲(chǔ)器ROM、EEPROM中存放的數(shù)據(jù)可以在存儲(chǔ)前由編碼單元VE編碼。
編碼單元VE借助于一個(gè)或多個(gè)秘密的密鑰Key1、Key2對(duì)數(shù)據(jù)編碼或譯碼。這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器ROM、EEPROM中。在密鑰字SW通過讀裝置LG的鍵盤T由用戶輸入并且傳輸?shù)叫酒–K的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備上之后，首先進(jìn)行編碼或譯碼。電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備具有一個(gè)比較器V，其不僅被分配了密鑰字，而且也通過一個(gè)傳輸線KL被分配了一個(gè)存儲(chǔ)的秘密的密鑰Key1、Key2。僅僅在肯定的比較的情況下，也就是說僅僅當(dāng)輸入的密鑰字與秘密的密鑰Key1、Key2一致的時(shí)候，通過傳輸線SWL和一個(gè)由比較器V控制的開關(guān)裝置SE把密鑰字SW供給編碼裝置VE?？梢酝ㄟ^CPU實(shí)現(xiàn)比較器V。
正如在圖2中說明的，給編碼單元VE分配寄存器R1...Rj，在該編碼單元中通過一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器MUX給寄存器寫入一個(gè)密鑰字或多個(gè)分配給存儲(chǔ)的秘密的密鑰的密鑰字SW。對(duì)此，由比較器V控制該多路轉(zhuǎn)換器，并且該多路轉(zhuǎn)換器表示圖1的開關(guān)裝置SE的改進(jìn)。在多個(gè)密鑰字SW的情況下，在根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)中，借助于一個(gè)分配給CPU的地址譯碼器AD選出各當(dāng)前的密鑰字。對(duì)此，把由CPU當(dāng)前定址的存儲(chǔ)器位置的地址供給地址譯碼器AD，并且根據(jù)一個(gè)在地址譯碼器或任何別的地方存放的表選出相應(yīng)的寄存器R1...Rj。然后，編碼單元VE考慮在選出的寄存器R1...Rj中存儲(chǔ)的密鑰字SW用于編碼或者解碼。
雖然秘密的密鑰Key1、key2可以是未編碼地存放，但以特別有益的方式、以編碼的形式存放這些密鑰。為了編碼，首先使用了一個(gè)所謂的單向函數(shù)。一個(gè)如此的單向函數(shù)有這樣的作用，即在了解功能和輸入值的結(jié)果的情況下，不能或僅僅可能非常費(fèi)勁地確定本身。因?yàn)樵谶@個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體芯片上僅僅存儲(chǔ)秘密的密鑰的編碼形式和編碼的數(shù)據(jù)，對(duì)于騙子來說不可能獲得原始數(shù)據(jù)。單向函數(shù)OWF同樣也可以通過CPU實(shí)現(xiàn)。
正如在圖2中同樣說明的，把一個(gè)由讀裝置LG傳輸?shù)拿荑€字SW通過一個(gè)單向函數(shù)實(shí)現(xiàn)的電路OWF供給比較器V。然后比較器V把存儲(chǔ)的安全密鑰R1...Rj與密鑰字SW的編碼形式一起比較，并且僅僅在肯定的比較結(jié)果的情況下通過傳輸線SWL和多路轉(zhuǎn)換器MUX在寄存器R1...Rj一個(gè)中寫入密鑰字的未編碼的形式。正如已經(jīng)實(shí)施的，寄存器R1...Rj是暫時(shí)的，因此僅僅在芯片卡CK的授權(quán)運(yùn)行中存儲(chǔ)密鑰字SW的未編碼的形式，并且在運(yùn)行結(jié)束后清除。
通過根據(jù)本發(fā)明的電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備或者根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)這是可能的。即通過僅僅授權(quán)的編碼和譯碼，在不合理的訪問前保護(hù)在芯片卡的一個(gè)半導(dǎo)體芯片中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備-具有一個(gè)處理單元(CPU)，其通過總線與至少一個(gè)存儲(chǔ)器(ROM、EEPROM)連接，-具有一個(gè)分配給處理單元(CPU)的編碼單元(VE)，-其中在存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器(ROM、EEPROM)之一中存放至少一個(gè)秘密的密鑰(Key1、Key2)，-并且在這個(gè)或這些存儲(chǔ)器(ROM、EEPROM)中編碼地存儲(chǔ)至少所有安全上相關(guān)的數(shù)據(jù)，-具有一個(gè)比較器(V)，其用于存儲(chǔ)的秘密的密鑰(Key1、Key2)與一個(gè)由用戶輸入的密鑰字(SW)的比較，和-具有一個(gè)由比較器(V)控制的、控制編碼單元(VE)的開關(guān)單元(SE；MUX)，其僅在肯定的比較情況下能夠譯碼存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
2.按照權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其特征在于，用于這個(gè)或這些安全的密鑰(Key1、Key2)的存儲(chǔ)器是一個(gè)ROM、一個(gè)EEPROM，一個(gè)閃電存儲(chǔ)器或一個(gè)FRAM存儲(chǔ)器。
3.按照權(quán)利要求1或2的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其特征在于，至少含有一個(gè)分配給編碼單元(VE)的寄存器(R1...Rj)，在肯定的比較結(jié)果后，在這個(gè)或這些寄存器中寫入這個(gè)或這些秘密的密鑰(Key1、Key2)。
4.按照權(quán)利要求1至3之一的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其特征在于，含有一個(gè)單向函數(shù)實(shí)現(xiàn)的電路(OWF)，通過該電路把密鑰字(SW)供給比較器(V)，并且以通過單向函數(shù)(OWF)編碼的形式存儲(chǔ)秘密的密鑰(Key1、Key2)。
5.按照權(quán)利要求1至4之一的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其特征在于，給編碼單元(VE)分配一個(gè)地址譯碼器(AD)，其非獨(dú)立地對(duì)一個(gè)通過處理單元(CPU)指明的地址的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼或者譯碼。
6.按照權(quán)利要求5的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，其特征在于，在多個(gè)秘密的密鑰(Key1、Key2)的情況下，借助于地址譯碼器(AD)依賴于定址的存儲(chǔ)域可以選擇當(dāng)前的密鑰。
7.具有一個(gè)按照上述權(quán)利要求之一的數(shù)據(jù)處理設(shè)備和一個(gè)用于與數(shù)據(jù)處理設(shè)備通信的讀裝置(LG)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中通過一個(gè)用戶可以輸入密鑰字(SW)。
8.按照權(quán)利要求7的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)處理設(shè)備是一個(gè)芯片卡(CK)的組成部分。
全文摘要
該電子數(shù)據(jù)處理設(shè)備具有一個(gè)處理單元(CPU),其通過總線與至少一個(gè)存儲(chǔ)器(ROM、EEPROM)連接。分配給該處理單元(CPU)一個(gè)編碼單元(VE),其中在這個(gè)存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器(ROM、EEPROM)的一個(gè)中存放至少一個(gè)秘密的密鑰(Key1、Key2),并且在這個(gè)或這些存儲(chǔ)器(ROM、EEPROM)中編碼地存儲(chǔ)至少所有的安全上相關(guān)的數(shù)據(jù)。用于比較存儲(chǔ)的秘密的密鑰(Key1、Key2)與一個(gè)由用戶輸入的密鑰字(SW)的比較器(V)控制一個(gè)控制處理單元(VE)的開關(guān)單元(SE;MUX),因此,僅僅在肯定的比較情況下能夠?qū)Υ鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)譯碼。
文檔編號(hào)G06F21/34GK1254421SQ98804765
公開日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月3日
發(fā)明者H·塞德拉克 申請(qǐng)人:西門子公司