JP2000501871A - 制御ユニットと、制御ユニットを取り囲むケーシングとを有する、チップカードで使用するためのマイクロプロセッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、制御ユニットと、該制御ユニットを取り囲むケーシングとを有するマイクロプロセッサ、およびこのようなマイクロプロセッサを有するチップカードに関する。相変わらず公知のチップカードシステムでは、チップカード内のケーシングにより取り囲まれたマイクロプロセッサを改竄目的で露出させることができるという重大な欠点がある。従って本発明の課題は、改竄に対して保護されたマイクロプロセッサないしチップカードを提供することである。この課題は本発明により次のようにして解決される。すなわち、ケーシングの領域に少なくとも環境状態を指示することができるセンサが設けられており、該センサは制御ユニットと接続されており、制御ユニットは、センサから制御ユニットに所定の環境状態を指示する測定信号が供給される場合、および／または供給されない場合に非作動状態にセットすることができるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 制御ユニットと、制御ユニットを取り囲む ケーシングとを有する、チップカードで 使用するためのマイクロプロセッサ 本発明は、マイクロプロセッサ、例えば制御ユニットと、制御ユニットを取り 囲むケーシングとを有するチップカードで使用するためのマイクロプロセッサに 関する。さらに本発明は、上記のようなマイクロプロセッサを有するチップカー ドに関する。 チップカードシステムを用いた少額現金の支払過程がますます開発されている 。チップカードはこのために“現金メモリ”の機能を有し、チップカードにはマ イクロプロセッサが設けられている。マイクロプロセッサは制御ユニット、チッ プカードに記憶された現金を収容するためのデータメモリ、支払に関連するデー タを入出力するためのインターフェース、チップカードに関連して処理されるデ ータの処理経過を制御するための制御装置、並びに命令メモリを有している。命 令メモリは制御装置に対する動作プログラムを収容する。この種のチップカード は、クレジットカード領域で、プリペイＴＶ使用システム、および保安関連施設 および建物への入場監視システムで使用されている。 最初のチップカードシステムを導入した後まもなく 、チップカードを改竄してこの種の改竄したチップカードにより不当な利益を得 ようとする試みがすでに成された。従ってチップカードを模造し、そのデータメ モリに改竄を施した資産を付与しようと試みられた。 このことには、チップカードのデータメモリに存在するデータを暗号化し、デ ータの模造が不可能であるようにして対抗された。このためにＤＥＳ，ＦＥＳ， ＤＡＳ，ＤＥＡおよびＲＡＳのようなアルゴリズムが使用される。 しかし相変わらず、公知のチップカードシステムには多くの弱点があり、例え ばケーシングにより取り囲まれたマイクロプロセッサを簡単に露出させることが できる。マイクロプロセッサのケーシングは所定の時間を越えると、侵襲性の物 質、例えば酸に曝され、その結果ケーシングがエッチング除去され、マイクロプ ロセッサが露出する。露出されたマイクロプロセッサは次に構造を分析すること ができる。このためにマイクロプロセッサの端子に種々異なる入力信号を印加す ることができ、例えば命令メモリにある処理経過を制御するためのプログラムに ついての情報を得ることができる。これにより例えばデータメモリにあるデータ を解読することができる。 本発明の課題は、改竄に対して保護されているマイクロプロセッサおよびチッ プカードを提供することである。 この課題は本発明により、ケーシングの領域に少なくとも環境状態を指示する ことができるセンサが設けられており、 該センサは制御ユニットと接続されており、 制御ユニットは、センサから制御ユニットに所定の環境状態を指示する測定信 号が供給される場合に非作動状態にセットすることができるように構成して解決 される。 択一的に制御ユニットを、センサから所定の環境状態を指示する測定信号が制 御ユニットに供給されない場合に、これを非作動状態にセット可能に構成するこ ともできる。 本発明は、マイクロプロセッサを甚だしく非アクティブ状態におくか、または 破壊することなしにマイクロプロセッサを簡単には化学的および／または物理的 手段により露出することができないようにするものである。このために制御ユニ ットに接続されたセンサを設ける。制御ユニットはここで規則的にセンサを走査 し、センサが環境状態を指示するか否かを検査する。この環境状態とは例えばマ イクロプロセッサの製造時の環境状態に一致する。センサの領域の環境状態が例 えば化学物質の適用によって変化したなら、センサから出力される信号も変化す る。この信号変化は制御ユニットにより走査され、識別される。この場合、制御 ユニットは非アクティブ状態へ移行する。これにより 、マイクロプロセッサが露出された状態ではマイクロプロセッサはその機能をも やは簡単には実行することができない。前記の概念“制御ユニット”とは広義に 理解すべきである。すなわちマイクロプロセッサまたはチップカードの各素子を 非作動とし、これによりデータまたはデータメモリ、プログラムメモリの構造ま たは制御ユニットの構造にアクセスすることが阻止されるか、または困難になる 。 本発明では、例えばマイクロプロセッサを露出させるのに使用される典型的な 化学物質の存在を“環境状態”として指示することもできる。従って酸に応答す るセンサを使用することができる。この種のセンサがケーシングの領域に酸の存 在を指示したなら、マイクロプロセッサを改竄しようとする試みが存在すると仮 定される。このことは制御ユニットにより走査され、これに基づいて制御ユニッ トは非アクティブ状態へ移行する。 本発明によれば、２つの実施例が同時に可能である。この場合少なくとも２つ のセンサまたは二重機能を有する１つのセンサが設けられる。制御ユニットはこ の場合、センサが所定の“疑わしい”環境状態を指示する測定信号を制御ユニッ トに供給する場合には非アクティブ状態へセットできるように構成される。また は制御ユニットに他方のセンサが、所定の“正常な”環境状態を指示する測定信 号を供給しない場合に非ア クティブ状態へセットできるように構成される。またこの両者の組み合わせも可 能である。制御装置は次に、センサの少なくとも１つが正常状態とは異なる環境 状態を指示するときに非アクティブ状態へセットされる。 本発明による所定の環境状態を指示するセンサは、化学物質の存在、非存在を 指示するセンサに限定されるものではない。物理的変化を指示するセンサも考え られる。この場合例えば、圧力センサまたは機械的センサを設けることができる 。このような機械的センサは例えば、微細ワイヤとしてケーシングの領域に設け られ、マイクロプロセッサを剥ぎ取ろうとするときに必然的に破壊されなければ ならない。 本発明の実施例では、ケーシングの領域にセンサによって検知可能な物質が設 けられ、この物質も少なくとも２つの成分を有することができ、これら成分のう ちの少なくとも１つはセンサにより検知可能である。この種の物質を設けること により、マイクロプロセッサの製造時点で所定の環境状態を形成することができ る。また複数の成分を有する物質を設ける際にその混合比を変化させることによ り環境状態の符号化を行うこともできる。化学化合物に量的に応答するセンサの 場合は、所定の量的組成を有する物質の存在を走査することができる。最後に述 べた構成では特に簡単に、改竄の際に第１のステップでマイクロプロセッサが露 出され、第２のステップで物質がセンサの領域にもたらされ、これによりマイク ロプロセッサを新たに作動することができる。物質の構成物質が既知であっても 、これを元の組成で模倣するのはほとんど不可能である。この種の簡単な符号化 により本発明のマイクロプロセッサの安全性が格段に向上する。 本発明の別の実施例では、センサがケーシングの内部に設けられる。本発明の この構成によれば、センサが応答する物質がすでマイクロプロセッサのカバーな いしケーシング材料に沈積していると有利である。ケーシングを開放する際に、 センサはこのことを直ちに走査し、これにより制御ユニットは非アクティブ状態 にセットされる。この非アクティブ状態では制御ユニットはその特性を完全に実 行することはできない。 本発明のとくに有利な変形実施例によれば、センサはバイオセンサとして構成 される。この種のセンサは従来の技術ですでに公知であり、精密に特に小型に構 成することができる。これによりこのセンサはマイクロプロセッサと関連して使 用するのに最適である。例えばヒトの血圧を測定するためのセンサが公知である 。このセンサは簡単に有利には本発明のマイクロプロセッサと関連して使用する ことができる。この種のバイオセンサは、物質の存在も、物質混合物における物 質の個々の濃度も高速かつ簡単に測定できる。これによりバイオセンサを、所定 の物質の存在にだけ反応す る質的センサとしても、物質の濃度を検出できる量的センサとしても使用するこ とができる。 特に簡単な構成では、センサは本発明のマイクロプロセッサにデジタル出力信 号を送出する。この種のセンサは特に量的分析に適する。このことは例えば、マ イクロプロセッサのケーシングヘ酸が適用されるのを走査するためのセンサの場 合である。 前記のマイクロプロセッサの構成では、センサはまたアナログ出力信号を送出 することができる。制御装置ないしマイクロプロセッサのケーシングから分離し て配置されたセンサと関連して、この種の構成では不所望の改竄に対して特に大 きな保護が得られる。すなわち、制御装置の動作に対して必要な、センサにより 検出される環境状態が制御ユニットでまたはマイクロプロセッサのデータメモリ で保持されている場合に特に大きな保護が得られる。すなわち制御ユニットの動 作に必要な環境状態を表すデータは、センサが制御ユニットをアクティブ状態に セットした場合だけ読み出すことができる。しかしマイクロプロセッサでの改竄 の過程でセンサは改竄を走査し、制御ユニット、ひいてはセンサを表すデータへ のアクセスをこれがアクセスされる前に遮断する。 アナログ信号を送出するセンサは特に簡単に公知のマイクロプロセッサと関連 して使用することができる。なぜならマイクロプロセッサはほとんどの場合すで にデジタル／アナログ変換器を有しており、この種のセンサからのデータをマイ クロプロセッサにより処理できるように変換することができるからである。 特に有利には、前記のように構成されたマイクロプロセッサと関連して、測定 信号を送出するセンサは変化する環境状態の反復走査の点でヒステリシス特性を 有する。このことによりセンサが露出された後、マイクロプロセッサがセンサの 露出の後に環境状態を再び形成して再動作させられることが阻止される。それ自 体はセンサで不所望のセンサのヒステリシス特性によって同じセンサが時間的に ずらされて環境状態が再び形成されたとき、例えば環境状態が同じ特性を有する 物質をセンサの領域に除去の後に再充填することにより形成されたときでもそれ ぞれ異なる出力信号を送出する。従って同じ物質をセンサの領域に再添加しても 、本発明のマイクロプロセッサの製造時の信号から区別できる出力信号をセンサ が送出する。制御装置は有利には、この相違を走査し、改竄がマイクロプロセッ サの領域に存在するか否かを検出することができる。 さらに本発明のマイクロプロセッサは有利には、センサからこれに供給される 信号が持続的に記憶できるように構成される。少なくとも１つのセンサからマイ クロプロセッサに供給される信号をこのように記憶することはとりわけ、製造時 点に対して重要な環境状態を後の時点での環境状態と比較するために保持すべき 場合に有利である。この種の記憶は、従来技術で公知のマイクロプロセッサでは 特に簡単である。なぜなら、このマイクロプロセッサはすでに小さな電気的にプ ログラム可能な読出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）を有しているからである。このメ モリはこれまで例えば製造番号を記憶するためにだけ使用されている。 本発明はさらに、請求項１から１０までの１つまたは複数の構成を有するマイ クロプロセッサを備えたチップカードに関する。このようにして請求項１から１ ０に記載された構成により得られた本発明の２つの構成が独立請求項１１と１２ に示されている。 本発明を以下、図面に示された実施例に基づいて詳細に説明する。 図１は、本発明のチップカードにおける回路のブロック回路図である。 図２は、本発明のチップカードの典型的センサの出力信号の線図である。 図３は、本発明のチップカードの部つんてんけいてきセンサの出力信号の線図 である。 図１は、マイクロプロセッサ１を有する本発明のチップカードのブロック回路 図である。マイクロプロセッサはＩＳＯ接点２と接続されており、この接点はチ ップカードの表面に設けられている。マイクロプロセッサ１は制御ユニット３と データメモリ４を有する。さらに制御ユニット３の領域にはセンサ５が設けられ ている。制御ユニット３，データメモリ４およびセンサ５はケーシング６の内部 に配置されている。ケーシング６は熱硬化可能な材料からなり、これには図示し ない物質が添加されている。この物質にセンサ５が応答する。 チップカードの動作時に、マイクロプロセッサ１はＩＳＯ接点２を介して図示 しない読出し／書込み装置の外部メモリからデータをデータメモリ４のデータと 交換する。各処理ステップで制御ユニット３はセンサ５がケーシング６に設けら れた物質に応答しているか否かを検査する。センサ５がケーシング６に設けられ た物質に応答している限り、制御ユニット３は動作を維持する。例えばこの物質 が意図的改竄により除去され、別の組成の物質により置換されてセンサがケーシ ング６に設けられた物質を走査しなくなると直ちに、制御ユニット３は強制的に 遮断され、呼出すことができなくなる。マイクロプロセッサ１内での機能経過を 分析することも不可能である。 図２は、センサの動作線図を示す。このセンサは本発明のマイクロプロセッサ １および本発明のチップカードに配置することができる。図２の線図の横軸はケ ーシング６に設けられた物質の濃度を示す。縦軸はセンサの公称出力電圧をケー シング６にある物質の濃度に依存して示す。ケーシング６内の物質の濃度がｘで あるとき、公称出力電圧Ｕｘが得られる。出力電圧Ｕ ｘに基づいて制御ユニット３は、物質がセンサの周囲に存在するか否かと濃度を 検出することができる。 図３は、実質的に図２に線図の示されたセンサに相応するセンサの動作線図で ある。しかし図３に動作線図の示されたセンサは明確なヒステリシス特性を有す る。この特性は本発明のチップカードと関連して、不所望の改竄に対する保護の ために使用すると特に有利であり、以下これについて説明する。 マイクロプロセッサ１の製造時に、図３に示されたセンサの出力電圧Ｕoutは “０”から値αに上昇する。この値αはマイクロプロセッサ１の製造終了後に制 御ユニット３により読出され、データメモリ４のＰＲＯＭ領域に固定的に焼き込 まれる。チップカードの改竄の際に、センサ５を取囲む物質が除去されると、セ ンサ５の出力電圧は値βに低下する。この値βは図３の線図の縦軸に示されてい る。この値βはセンサ５のヒステリシス特性に基づき、マイクロプロセッサ１の 製造前の出力値“０”よりも大きい。物質をセンサ５の領域に新たに添加すると 、センサ５の出力電圧は再び上昇するが、今度は値γまで上昇する。この値γは マイクロプロセッサ１の製造後に調整された値αよりも大きい。この相違は同じ ようにセンサ５のヒステリシス特性に基づくものである。出力電圧におけるこの 差（γ−α）は制御ユニット３により走査され、この値（γ−α）が所定の閾値 を越えていると、制御ユニ ットはマイクロプロセッサ１の領域での改竄を推定する。閾値は、センサ５の老 化作用によるチップカードの不所望の故障を補償するために設けられている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年８月２５日（１９９８．８．２５） 【補正内容】 最初のチップカードシステムを導入した後まもなく、チップカードを改竄して この種の改竄したチップカードにより不当な利益を得ようとする試みがすでに成 された。従ってチップカードを模造し、そのデータメモリに改竄を施した資産を 付与しようと試みられた。 このことには、チップカードのデータメモリに存在するデータを暗号化し、デ ータの模造が不可能であるようにして対抗された。このためにＤＥＳ，ＦＥＳ， ＤＡＳ，ＤＥＡおよびＲＡＳのようなアルゴリズムが使用される。 しかし相変わらず、公知のチップカードシステムには多くの弱点があり、例え ばケーシングにより取り囲まれたマイクロプロセッサを簡単に露出させることが できる。マイクロプロセッサのケーシングは所定の時間を越えると、侵襲性の物 質、例えば酸に曝され、その結果ケーシングがエッチング除去され、マイクロプ ロセッサが露出する。露出されたマイクロプロセッサは次に構造を分析すること ができる。このためにマイクロプロセッサの端子に種々異なる入力信号を印加す ることができ、例えば命令メモリにある処理経過を制御するためのプログラムに ついての情報を得ることができる。これにより例えばデータメモリにあるデータ を解読することができる。 ＤＥ４１１５３９８Ａ１には、平坦面を有するバイオセンサの製造方法が記載 されており、この平坦面は 膜が破壊される危険性を緩和する。ゲート絶縁体の形成ステップ、ポリシリコン 層の形成および構造化ステップ、ソースとドレーンの実現化ステップ、アクティ ブゲート領域の露出ステップ、ＩＳＦＥＴをケーシング内で陽極化するステップ 、そして生物的または生化学的膜をアクティブゲート領域に設けるステップを有 しており、ＩＳＦＥＴのアクティブゲート領域はケーシングの窓内に来るように する。 刊行物“An ISFET-FIA system for high precision pH recording”in Sensor s and Actuators B,15-16(1993)68-74(P.Woias et al.)には、液体中のｐＨ値を 測定するためのＩＳＦＥＴセンサが記載されており、このセンサは高い安定性と 高い測定精度を流速が小さい場合でも有している。 ＥＰ０４８１８８１Ａ１には、プログラムメモリ、データメモリ、Ｅ／Ａポー トおよびレジスタを有する集積回路が記載されている。レジスタは、非通常の動 作条件に対するセンサの信号を記憶する。非通常の動作条件が発生するとマイク ロプロセッサが動作を停止する。 本発明の課題は、改竄に対して保護されているマイクロプロセッサおよびチッ プカードを提供することである。 この課題は本発明の独立請求項に記載された構成によって解決される。 この課題は本発明では例えば、ケーシングの領域に少なくとも環境状態を指示 することができるセンサが設けられており、 該センサは制御ユニットと接続されており、 制御ユニットは、センサから制御ユニットに所定の環境状態を指示する測定信 号が供給される場合に非作動状態にセットすることができるように構成して解決 される。 択一的に制御ユニットを、センサから所定の環境状態を指示する測定信号が制 御ユニットに供給されない場合に、これを非作動状態にセット可能に構成するこ ともできる。 本発明は、マイクロプロセッサを甚だしく非アクティブ状態におくか、または 破壊することなしにマイクロプロセッサを簡単には化学的および／または物理的 手段により露出することができないようにするものである。このために制御ユニ ットに接続されたセンサを設ける。制御ユニットはここで規則的にセンサを走査 し、センサが環境状態を指示するか否かを検査する。この環境状態とは例えばマ イクロプロセッサの製造時の環境状態に一致する。センサの領域の環境状態が例 えば化学物質の適用によって変化したなら、センサから出力される信号も変化す る。この信号変化は制御ユニットにより走査され、識別される。この場合、制御 請求の範囲 １． 制御ユニットと、該制御ユニットを取囲むケーシングとを有する、チッ プカードで使用するためのマイクロプロセッサであって、 ケーシング（６）の領域に環境状態を指示することができる少なくとも１つの センサ（５）が設けられており、 該センサ（５）は制御ユニット（３）と接続されており、 さらにケーシング（６）の領域には、前記センサにより検知可能な少なくとも １つの物質が設けられている形式のマイクロプロセッサにおいて、 前記物質は少なくとも２つの成分を有し、 前記成分の少なくとも１つは、センサ（５）により指示可能な所定の濃度で存 在し、 前記マイクロプロセッサ（１）は、センサから供給される、所定の濃度を指示 する測定信号を持続的に記憶できるように構成されており、 前記制御ユニット（３）は、センサ（５）が所定の濃度とは異なる濃度を指示 する測定信号を形成するとき、非作動状態にセットされるか、または当該センサ によって非作動状態にセット可能であるように構成されている、 ことを特徴とするマイクロプロセッサ。 ２． 前記センサは、環境状態の変化を繰り返し走査するときにヒステリシス 特性を有する測定信号を送出するように構成されている、請求項１記載のマイク ロプロセッサ。 ３． センサ（５）はケーシングの内部に設けられている、請求項１または２ 記載のマイクロプロセッサ。 ４． センサはデジタル出力信号を送出する、請求項１から３までのいずれか １項記載のマイクロプロセッサ。 ５． センサはアナログ出力信号を送出する、請求項１から３までのいずれか １項記載のマイクロプロセッサ。 ６． マイクロプロセッサ（１）は、少なくとも１つのセンサから供給される 信号を持続的に記憶できるよう構成されている、請求項１から５までのいずれか １項記載のマイクロプロセッサ。 ７． 請求項１から６までのいずれか１項記載のマイクロプロセッサを有する チップカード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ ハイツァー ドイツ連邦共和国 Ｄ―93090 バッハ アレーシュトラーセ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 制御ユニットと、該制御ユニットを取囲むケーシングとを有する、チッ プカードで使用するためのマイクロプロセッサにおいて、 ケーシング（６）の領域に少なくとも環境状態を指示することができるセンサ （５）が設けられており、 該センサ（５）は制御ユニット（３）と接続されており、 制御ユニット（３）は、センサ（５）から制御ユニットに所定の環境状態を指 示する測定信号が供給される場合に非作動状態にセットすることができるように 構成されている、 ことを特徴とするマイクロプロセッサ。 ２． 制御ユニットと、該制御ユニットを取囲むケーシングとを有する、チッ プカードで使用するためのマイクロプロセッサにおいて、 ケーシング（６）の領域に少なくとも環境状態を指示することができるセンサ （５）が設けられており、 該センサ（５）は制御ユニット（３）と接続されており、 制御ユニット（３）は、センサ（５）から制御ユニットに所定の環境状態を指 示する測定信号が供給されない場合に非作動状態にセットすることができるよう に構成されている、 ことを特徴とするマイクロプロセッサ。 ３． ケーシング（６）の領域に、センサにより検知可能な物質が設けられて いる、請求項１または２記載のマイクロプロセッサ。 ４． 物質は少なくも２つの成分を有し、これら成分の少ないとも１つがセン サにより検知可能である、請求項３記載のマイクロプロセッサ。 ５． センサ（５）はケーシングの内部に設けられている、請求項１から４ま でのいずれか１項記載のマイクロプロセッサ。 ６． センサはバイオセンサとして構成されている、請求項１から５までのい ずれか１項記載のマイクロプロセッサ。 ７． センサはデジタル出力信号を送出する、請求項１から６までのいずれか １項記載のマイクロプロセッサ。 ８． センサはアナログ出力信号を送出する、請求項１から７までのいずれか １項記載のマイクロプロセッサ。 ９． センサは、環境状態が変化したことを繰返し走査するときにヒステリシ ス特性を有する測定信号を送出するように構成されている、請求項８記載のマイ クロプロセッサ。 １０． マイクロプロセッサ（１）は、少なくとも１つのセンサから供給され る信号を持続的に記憶する ように構成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のマイクロプロ セッサ。 １１． 制御ユニットと、該制御ユニットを取囲むケーシングとを有するマイ クロプロセッサを備えたチップカードにおいて、 ケーシング（６）の領域に少なくとも環境状態を指示することができるセンサ （５）が設けられており、 該センサ（５）は制御ユニット（３）と接続されており、 制御ユニット（３）は、センサ（５）から制御ユニットに所定の環境状態を指 示する測定信号が供給される場合に非作動状態にセットすることができるように 構成されている、 ことを特徴とするチップカード。 １２． 制御ユニットと、該制御ユニットを取囲むケーシングとを有するマイ クロプロセッサを備えたチップカードにおいて、 ケーシング（６）の領域に少なくとも環境状態を指示することができるセンサ （５）が設けられており、 該センサ（５）は制御ユニット（３）と接続されており、 制御ユニット（３）は、センサ（５）から制御ユニットに所定の環境状態を指 示する測定信号が供給されない場合に非作動状態にセットすることができるよう に構成されている、 ことを特徴とするチップカード。