JPH11514466A - 集積回路に関連した暗号キーを決定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 メモリ平面(11)を有する集積回路(10)に関連した暗号キーを決定する方法が開示される。この方法は、（ａ）メモリ平面(11)の表面にＮ個の電気接点Ｃ_i（ｉ＝１、・・・Ｎ）のマトリクスを形成し；（ｂ）該マトリクスにランダムな不均一な電気抵抗率の材料の層(14)を配置し；そして（ｃ）上記マトリクスの種々の電気接点Ｃ_iを接続する電気抵抗のランダムな分布に基づいて上記暗号キー即ち抵抗キーＫｒを決定するという段階を備えている。この方法は、コード化テレビジョンサービスに使用されるスマートカードを保護するのに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 集積回路に関連した暗号キーを決定する方法発明の分野 本発明は、集積回路に関連した暗号キーを決定する方法に関する。又、本発明 は、このような方法により機密性とされた集積回路にも関する。 本発明は、特に、暗号化テレビジョンに使用されるスマートカードのようなス マートカードを機密性にするのに効果的に適用できる。先行技術の説明 一般的に述べると、スマートカードは、プラスチックカード本体と、このカー ド本体に形成された空洞に挿入される電子モジュールとを備えている。電子モジ ュールは、このモジュールとカード読取装置との間に電気的なリンクを確保する ために金属ゾーンが設けられた支持体に配置された集積回路又はチップで形成さ れる。集積回路は、例えば、テレフォンカード用途のためのＥＥＰＲＯＭ型メモ リであるか、或いは銀行カード、移動電話又は暗号化テレビジョン用途のための マイクロプロセッサである。 従って、ほとんどのスマートカードは、電子的なトランザクションを実行する のに使用され、これは、当然、スマートカードを使用してこれらシステムに対し て不正行為を働き、これらシステムにより提供されるサービスに対して支払いを せずにこれらサービスから利益を得るような試みがあることを意味する。 この不正行為を回避するか又は少なくとも制限するために、スマートカードの 電子モジュールと交換される情報が、種々の充分に文書化された方法に基づいて 暗号化される。ここでは、カードの集積回路により受け取られるメッセージは、 暗号キーとして知られているキーで暗号化され、そして回路の不揮発性メモリに 記憶されることに注目するだけで充分である。これらのキーは、それらが記録さ れたメモリ平面のレベルを、回路の動特性の一部分を担いながらスクリーンとし て働く多数の金属レベルでマスクすることにより、外部の読み取りに対して保護 することができる。 しかしながら、経験のある不正行為者は、集積回路の機能分析により機密キー へのアクセスを得ることが常に可能であるから、得られる保安性の程度は、絶対 的ではない。 又、本発明の目的により解決されるべき技術的な問題は、メモリ平面を有する 集積回路に関連した暗号キーを決定するための方法であって、特に、メモリ平面 の外部にキーを静的に記憶し、従って、回路の機能分析ではアクセスできないよ うにすることにより、暗号キーの非常に高い保護レベルに到達し得るようにする 方法を提案することに関する。発明の要旨 本発明によれば、上記技術的な問題に対する解決策は、 （ａ）メモリ平面の表面にＮ個の電気接点Ｃ_i（ｉ＝１、・・・Ｎ）のマトリ クスを形成し； （ｂ）上記マトリクスにランダムな不均一の電気抵抗率材料の層を配置し； （ｃ）上記マトリクスの種々の電気接点Ｃ_iを接続する電気抵抗のランダムな 分布に基づいて抵抗キーＫｒとして知られる上記暗号キーを決定する、 という段階を上記方法が備えたことより成る。 従って、上記層の抵抗率がランダムな構造体は、集積回路に関連した暗号キー Ｋｒの発生器として使用される。それ故、このキーは、回路のメモリ平面には決 して記憶されず、このために、集積回路がチャージされるたびに回復される。更 に、材料層は、不正な読み取りに対して回路を保護するスクリーンを形成するこ とが明らかである。この層が除去又は変更される場合には、キーが変更され、そ して情報は永久的に暗号化されたままでなければならない。本発明の方法により 考慮される抵抗の値を集積回路の外部のデバイスにより読み取って暗号キーＫｒ を決定することが考えられる。 １つの第１の改良は、集積回路にアラーム機構を設けることより成る。これは 不正行為の試みを検出し、そして絶対的な情報を消去するといった特定の段階を 遂行できるようにする。 本発明によれば、これを達成するために、上記段階（ｃ）は、更に、集積回路 の初期化の際に、上記回路の不揮発性メモリに入力されるアラームキーとして知 られた別の抵抗キーＫＡを決定することを含み、この第２の抵抗キーＫＡは、集 積回路の各チャージの際に測定されそしてＫＡの記憶値と比較され、否定の比較 結果が生じた場合には、暗号キーＫｒが消去される。この実施形態に対し動作の 信頼性を与えるために、多数の改良を行うことができる。 − キーＫＡは、キーＫｒを決定するのに使用されるものと共に非修正の抵抗 から測定され、従って、Ｋｒは、ＫＡから推論することができる。 − キーＫＡは、最大数まで多数回測定され、ＫＡの各測定ごとに、例えば、 まだ許可されているテストの回数の更新のような情報が集積回路の不揮発性メモ リに入力される。 − 全キーＫＡを記憶するのではなく、濃密化形態（ＣＲＣ、ハッシュ）のみ を記憶し、そして適合テストを実行することができる。 − 抵抗キーＫｒは、ＫＡの測定値が要求通りに合致しない場合には、測定さ れない。 本発明の方法の第２の改良においては、上記段階（ｃ）は、更に、集積回路の 初期化の際に、上記回路の不揮発性メモリに入力されるスタンバイキーとして知 られた別の抵抗キーＫＳを決定することを含み、そして抵抗キーＫｒ及びＫＳか らキーＫＤが計算され、従って、暗号キーＫｒは、キーＫＳ及びＫＤから計算す ることができ、キーＫＤは、集積回路の不揮発性メモリに入力される。 例えば、上記計算手段は、「排他的オア」であり、この場合は、次のようにな る。 ＫＤ＝Ｋｒ＋ＫＳ 及び Ｋｒ＝ＫＤ＋ＫＳ 集積回路には、値Ｋｒをチェックできる機構を設けることができる。特に、集 積回路により計算されてそのメモリに記憶されるチェック和に基づく機構を使用 することができる。このチェック和からキーＫｒを推論できないことが重要であ る。それ故、チェック和の長さは、キーＫｒに対して非常に短いのが好ましい。 装置の始動時に、チップがキーＫｒをチェックする。その結果が不満足である 場合には、スタンバイキーを見て、ＫＤを知ることからＫｒを再確立することが できる。これは、Ｋｒの測定エラー又はドリフトエラーが生じた場合に援護機構 を構成する。 Ｋｒにエラーがあることが検出されると、集積回路は、このエラーを外界に知 らせる。これは、集積回路の交換を準備する間にＫＳでの猶予劣化モードで機能 できるようにする。又、この劣化モードを時間制限することもでき、劣化モード におけるある使用回数の後に回路自体がディスエイブルされる。 本発明の特定の実施形態によれば、集積回路は、上記抵抗キーＫｒ、ＫＡ及び ＫＳを決定するのに使用されるべき抵抗のリストを定義するそれ自身の幾つかの 情報ＣＩを有している。このように、不正行為者は、抵抗からカードの抵抗キー Ｋｒを推論できないので、駆動装置の攻撃も不作動にされる。 この後者の実施形態の１つの変形によれば、測定手段は、リストが情報ＣＩに 基づくような有用な抵抗のみを測定する。 本発明の別の実施形態によれば、使用されるべき抵抗のリストは、測定された 抵抗に基づいて初期化を行う際に集積回路によって確立される。このリストは、 回路の不揮発性メモリに入力され、情報ＣＩを完成するか又はそれに取って代わ る。もちろん、集積回路の初期化の後に、不揮発性メモリへのリストの入力は、 例えば、物理的又は論理的なヒューズにより禁止される。 第１の応用例によれば、上記リストは、充分に離れた値を有する抵抗を含む。 これは、抵抗値の僅かな変化が抵抗キーＫｒを変更しないよう確保する。 第２の応用例によれば、上記リストは、同程度の大きさの値を有する抵抗を含 む。これは、不正行為者が表面プローブにより層の抵抗を測定しそしてこの抵抗 から抵抗キーＫｒを推論するのを防止する。 更に、上記リストは、２つの上記例を累積するように所与の範囲内に含まれる 値を有する抵抗を含む。 本発明の方法により与えられる保安性の程度を更に改善するために、上記段階 （ｂ）に続いて、ランダムな不均一な電気抵抗率をもつ上記材料層に金属スクリ ーンを配置する段階が含まれる。 本発明の方法を実施する１つの特定の態様によれば、ランダムな不均一な電気 抵抗率をもつ上記材料は、低電気抵抗のインクに高電気抵抗のインクを混合する ことにより作られる。 更に、本発明によれば、メモリ平面を有する機密性にされた集積回路は、上記 メモリ平面の表面に設けられたＮ個の電気接点Ｃ_i（ｉ＝１、・・・Ｎ）のマト リクスと、このマトリクスに配置されたランダムな電気的に不均一な抵抗率の層 と、上記マトリクスの種々の電気接点Ｃ_iを接続する電気抵抗のランダムな分布 に基づいて抵抗キーとして知られた暗号キーＫｒを決定する手段とを備えている という点で重要である。 非限定例として添付図面を参照して以下に述べる説明は、本発明をいかに実施 できるかについて本発明を充分に理解するためのものである。図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法を実施することにより機密性とされた集積回路の側面図 である。 図２は、図１の集積回路の上面図である。 図３は、図１及び２の集積回路に関連した暗号キーを決定する手段を示す図で ある。 図４は、図３の決定手段の等価回路図である。好ましい実施形態の詳細な説明 図１及び２に示す集積回路１０は、メモリ平面１１即ちアクティブな表面を有 し、その上には、金属性の入力／出力ハブ１２及び１３が形成され、これらは、 導電性ワイヤにより支持体（図示せず）の金属性領域に接続されるように意図さ れ、この支持体は、集積回路１０と共に、スマートカードの電子モジュールを構 成する。 図１及び２から明らかなように、９個の電気接点（ｉ＝１、・・・９）のマト リクスが回路１０のメモリ平面１１の表面に形成されている。電気接点のこのマ トリクスは、例えば、スクリーン印刷により、低電気抵抗率インクと高電気抵抗 率インクの混合物のようなランダムな不均一な電気抵抗率材料の層１４で覆われ る。この材料層１４は、厚みが最大約１０μｍである。 図１及び２に示したように、マトリクスの種々の電気接点Ｃ_i間の従来の経路 は、層１４内の電気抵抗率のランダムな構造体によって著しく変化した形状とな る。接点Ｃ_i間の電気抵抗のこのランダムな分布は、集積回路１０に関連した抵 抗キーとして知られた暗号キーＫｒを決定するための方法の基礎を構成し、この キーは、以下に詳細に述べるように、抵抗の分布のデジタル表示である。 この回路の暗号キーＫｒは、最終的に材料層１４内に含まれるので、この層を 金属スクリーン１５で覆うことにより保護するのが効果的であり、そしてこのス クリーンは、図２に示す従来の経路を確立する上でその一部分を担うことができ る。 層１４と同様に、金属スクリーン１５は、厚みが１０μｍである（この点につ いて、図２は、正確な寸法で示されていないことに注意されたい）。 図３は、図１及び２の回路構造体に適用される暗号キーＫｒを決定するのに用 いられる手段を示す図である。 この決定手段は、第１電圧Ｖ_ccのラインＬ₁と、測定ラインＬ₂と、第２電圧Ｖ_ss のラインＬ₃とを含むバスを備えている。このバスの各ラインＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃は 、３つの制御可能なアナログスイッチＫ₁、Ｋ₂、Ｋ₃によりマトリクスの電気接 点に各々接続することができる。換言すれば、各接点Ｃ_iは、バスのラインＬ₁、 Ｌ₂、Ｌ₃の１つのみに接続することができる。 集積回路１０は、電気接点（Ｃ_j、Ｃ_i、Ｃ_k）のＭ個の３つ組のセットを定め るようにアナログスイッチＫ₁、Ｋ₂及びＫ₃を制御し、接点（Ｃ_j，Ｃ_i、Ｃ_k）は 、バスのラインＬ₁、Ｌ₂及びＬ₃に各々接続される。従って、図４の等価回路が 得られ、そしてＲ_ij及びＲ_ikは、接点Ｃ_iを接点Ｃ_j及びＣ_kに各々接続する電気 抵抗を表す。接点Ｃ_j、Ｃ_i、Ｃ_kの選択は、回路１０の情報ＣＩから決定される か、又は回路の不揮発性メモリに書き込まれたリストから決定される。 抵抗Ｒ_ij及びＲ_ikの重要な比較を実施できるようにするために、各々の３つ組 （Ｃ_j、Ｃ_i、Ｃ_k）に対し、接点Ｃ_j及びＣ_kが接点Ｃ_iから等距離にあることが好 都合である。この場合に、抵抗Ｒ_ij及びＲ_ikは、等価であるが、材料層１４の電 気抵抗率のランダムな不均一性のために一般的には相違する。この相違を使用し て、各３つ組（Ｃ_j、Ｃ_i、Ｃ_k）に、次のように通常定められるビットｂ１が割 り当てられる。 Ｒ_ij＞Ｒ_ikの場合には、ｂ₁＝１ Ｒ_ij＜Ｒ_ikの場合には、ｂ₁＝０ 従って、Ｍビットｂ₁のランダムセットを有し、これは、順序付けされたシー ケンスに基づいて構成されて、集積回路１０に割り当てられるべき暗号キーＫｒ を決定する。 実際には、測定ラインＬ₂の電圧は、（Ｖ_cc＋Ｖ_ss）／２と比較され、この比 較の符号は、論理情報ｂ₁を確立できるようにする。この相対的な抵抗測定技術 は、温度及び電圧変動がないという効果を有する。 又、測定されるべき不均一な抵抗の分散の影響を回避又は減少するためには、 付加的な測定抵抗を非常に小さくする必要があることに注意することも重要であ る。実際に、測定チャンネルそれ自体は、分散状態にあり、これがあまりに大き くなり過ぎると、材料層１４の作用及び変更を不充分なものにし、不正行為が行 われる可能性が生じる。 図１及び２の３ｘ３マトリクスの例において、等距離の条件を満足する３つ組 は、次の通りである。 (C₁,C₂,C₃)１、(C₄,C₅,C₆)２、(C₇,C₈,C₉)３ (C₄,C₁,C₂)４、(C₂,C₃,C₆)５、(C₈,C₉,C₆)６、(C₄,C₇,C₈)７ (C₁,C₄,C₇)８、(C₂,C₅,C₈)９、(C₃,C₆,C₉)１０ (C₁,C₅,C₉)１１、(C₇,C₅,C₃)１２ (C₁,C₇,C₉)１３、(C₁,C₃,C₉)１４ (C₂,C₇,C₉)１５、(C₁,C₈,C₃)１６ (C₂,C₄,C₈)１７、(C₂,C₆,C₈)１８ 従って、１８個の３つ組の１つに各々関連して１８ビットのｂ₁が得られ、ひ いては、１８ビットの暗号キーが得られる。 もし必要であれば、キーＫｒは、カードをカスタマイズする際にメモリに記憶 されたエラー修正コードにより修正することができる。しかしながら、このコー ドは、最初のキーがない場合はキーを見つけ直すことができないようにする。 他の抵抗キー、即ちアラームキーＫＡ及びスタンバイキーＫＳも、同様に決定 されるが、接点Ｃ_j、Ｃ_i、Ｃ_kの選択は、異なる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ローズ ルネ フランス エフ−78190 ヴワザン レ ブレトンヌ リュー ド レタン 15

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．メモリ平面を有する集積回路に関連した暗号キーを決定するための方法にお いて、 （ａ）メモリ平面の表面にＮ個の電気接点Ｃ_iのマトリクスを形成し、 （ｂ）上記マトリクスにランダムな不均一の電気抵抗率の材料の層を配置し、そ して （ｃ）上記マトリクスの種々の電気接点Ｃ_iを接続する電気抵抗のランダムな分 布に基づいて抵抗キーＫｒとして知られた上記暗号キーを決定する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。 ２．上記段階（ｃ）は、更に、集積回路の初期化の際に、上記回路の不揮発性メ モリに書き込まれたアラームキーとして知られた別の抵抗キーＫＡを決定するこ とを含み、この第２の抵抗性アラームキーＫＡは、集積回路の各スイッチングオ ンの際に測定されそしてＫＡの記憶値と比較されて、否定の比較結果が生じた場 合には、暗号キーＫｒが消去される請求項１に記載の方法。 ３．上記段階（ｃ）は、更に、集積回路の初期化の際に、上記回路の不揮発性メ モリに書き込まれたスタンバイキーとして知られた別の抵抗キーＫＳを決定する ことを含み、そして抵抗キーＫｒ及びＫＳからキーＫＤが計算され、従って、暗 号キーＫｒは、キーＫＳ及びＫＤから計算することができ、キーＫＤは、集積回 路の不揮発性メモリに書き込まれる請求項２に記載の方法。 ４．上記集積回路は、上記抵抗キーを決定するのに使用すべき抵抗のリストを定 めるそれ自身の情報ＣＩを有する請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。 ５．使用すべき抵抗のリストは、測定された抵抗に基づき初期化時に集積回路に より確立される請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。 ６．上記リストは、集積回路の不揮発性メモリに書き込まれる請求項５に記載の 方法。 ７．集積回路の初期化の後に、上記不揮発性メモリへのリストの入力が禁止され る請求項６に記載の方法。 ８．上記リストは、互いに充分離れた値をもつ抵抗を含む請求項５ないし７のい ずれかに記載の方法。 ９．上記リストは、同程度の大きさの値をもつ抵抗を含む請求項５ないし７のい ずれかに記載の方法。 10．上記リストは、所与の範囲内に含まれる値をもつ抵抗を含む請求項５ないし ７のいずれかに記載の方法。 11．電気接点のＭ個の３つ組のセットを定めた後に上記抵抗キーを決定するため の段階（ｃ）は、 Ｒ_ij＞Ｒ_ikの場合には、ｂ₁＝１ Ｒ_ij＜Ｒ_ikの場合には、ｂ₁＝０ により通常定められるビットｂ₁を各３つ組に割り当て、Ｒ_ij及びＲ_ikは、接 点Ｃ_iを接点Ｃ_j及びＣ_kに各々接続する電気抵抗であり、そして Ｍビットｂ₁の順序付けされたシーケンスの形態で抵抗キーを構成すること を含む請求項２ないし１０のいずれかに記載の方法。 12．各３つ組に対し、接点Ｃ_j及びＣ_kは、接点Ｃ_iから等距離にある請求項１１ に記載の方法。 13．上記段階（ｂ）に続いて、上記材料のランダムな不均一の電気抵抗率層に金 属性スクリーンを配置する段階を含む請求項１ないし１２のいずれかに記載の方 法。 14．上記ランダムな不均一の電気抵抗率層は、低電気抵抗率のインクと高電気抵 抗率のインクとを混合することにより作られる請求項１ないし１３のいずれかに 記載の方法。 15．メモリ平面を有する機密性にされた集積回路において、上記メモリ平面の表 面に設けられたＮ個の電気接点Ｃ_iのマトリクスと、このマトリクスに配置され たランダムな不均一の電気抵抗率材料の層と、上記マトリクスの種々の電気接点 Ｃ_iを接続する電気抵抗のランダムな分布に基づき暗号キーを決定する手段とを 備えたことを特徴とする集積回路。 16．上記決定手段は、上記回路の初期化時に、抵抗キーとして知られた暗号キー Ｋｒを決定するのに適する請求項１５に記載の機密性にされた集積回路。 17．上記決定手段は、上記回路の初期化時に、請求項２に記載の方法を実施する ようにアラームキーとして知られた別の抵抗キーＫＡを決定するのにも適した ものである請求項１６に記載の機密性にされた集積回路。 18．上記決定手段は、上記回路の初期化時に、請求項３に記載の方法を実施する ためにスタンバイキーとして知られた別の抵抗キーＫＳも決定できる請求項１６ 又は１７に記載の機密性にされた集積回路。 19．抵抗キーを決定する上記手段は、電気接点のＭ個の３つ組のセットを定めた 後に、 Ｒ_ij＞Ｒ_ikの場合には、ｂ₁＝１ Ｒ_ij＜Ｒ_ikの場合には、ｂ₁＝０ により通常定められるビットｂ₁を各３つ組に割り当て、Ｒ_ij及びＲ_ikは、接 点Ｃ_iを接点Ｃ_j及びＣ_kに各々接続する電気抵抗であり、そして Ｍビットｂ₁の順序付けされたシーケンスの形態で抵抗キーを構成すること ができる請求項１５ないし１８のいずれかに記載の機密性にされた集積回路。 20．各３つ組に対し、接点Ｃ_j及びＣ_kは、接点Ｃ_iから等距離にある請求項１９ に記載の機密性にされた集積回路。 21．抵抗キーを決定する上記手段は、第１に、第１電圧Ｖ_ccのラインと、測定ラ インと、第３電圧Ｖ_ssのラインとを含むバスを備え、そして第２に、各接点Ｃ_i を上記ラインの１つに接続するための３つの制御可能なアナログスイッチを備え ている請求項１９又は２０に記載の機密性にされた集積回路。 22．上記ランダムな不均一な電気抵抗率材料の層は、金属スクリーンで覆われる 請求項１５ないし２１のいずれかに記載の機密性にされた集積回路。 23．上記ランダムな不均一な電気抵抗率材料は、高電気抵抗率のインクと低電気 抵抗率のインクとの混合物である請求項１５ないし２２のいずれかに記載の機密 性にされた集積回路。