[发明专利]用于检测误动作发生攻击的电路以及使用其的集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及帮助避免故障引发攻击(Fault Induction Attack，FIA)等等的用于检测误动作发生攻击(malfunction generation attack)的电路，以及使用该电路的集成电路。

背景技术

在集成电路(IC)卡中，为了即使当在主机计算机与IC卡之间交换数据的过程中IC卡中存储的机密信息被泄露时也能防止导致问题，加密数据被用作供交换的数据。

至于加密的方法，目前最常用的是数据加密标准(DES)。在DES中，为了加密数据，IC卡的拥有者和主机计算机拥有相同的密钥，并且利用该密钥加密的数据被从数据发送方发送到数据的接收者，并且数据接收者利用相同的密钥对经加密的数据解密，以从解密后的数据中取得消息。

即使当恶意的第三方在通信过程中窃听了数据时，他/她也很难通过对经加密的数据解密来从经加密的数据中取得消息，除非他/她拥有该密钥。

此外，在加密或解密阶段使用的密钥被存储在设置于IC卡内的诸如EEPROM之类的非易失性存储器中。另外，在加密或解密阶段中，密钥不通过CPU，被直接传送到设置于IC卡内的加密引擎。

采用了即使IC卡的拥有者和IC卡的开发工程师根据这种控制也无法取得密钥数据的配置，从而保持了IC卡的安全性。

然而，P.Kocher等人报告了一种攻击方法(差分功率分析：DPA)，其测量IC卡的消耗电流，并且使得关于消耗电流的数据经历统计处理，从而取得密钥。

这种攻击方法是一种非常强的攻击方法，因为可以根据对消耗电流的波形的统计处理来获取加密密钥。为了采取措施来应对这种攻击方法，已经提出了各种防御方法。

另外，除了DPA攻击方法以外，差分故障分析(DFA)也是一种已知的攻击方法，也需要采取措施来应对该攻击方法。

在这种攻击方法中，在加密算术运算被执行的同时，对通过去除塑封(mold)而获得的芯片执行激光束照射等等，从而引起逻辑电路的输出变化、寄存器的比特反转，等等。

另外，在该攻击方法中，将关于输出语句的错误算术运算结果与正确算术运算结果相比较，以执行关于比较结果的分析，从而获取密钥数据。

对CPU执行这种攻击以获取机密信息的攻击方法被称为故障引发攻击(FIA)，并且也成为了一种威胁。

在FIA中，当CPU执行一条指令时，激光束被照射到设置于CPU块内的程序计数器、寄存器和逻辑电路上，从而改变CPU块内的程序计数器、寄存器和逻辑电路中的值。结果，引起了错误指令的执行、错误处理结果的产生等等，并且利用错误指令的执行、错误处理结果的产生等等来取得秘密数据。

这里，将描述通过激光束的照射来改变逻辑电路的输出和寄存器中存储的值的机制。

[由于激光束的照射和内部光电效应而生成自由电子]

当前，最常用作半导体的材料是硅(Si)。硅原子是四价的，并且与相邻的四个硅原子形成共价键。

在n型半导体中，例如，如图1A所示，少量的属于元素周期表中的第V组的五价杂质(例如磷(P))被添加到本征半导体中。此时，在磷的原子中还剩有一个电子未对共价键做出贡献，并且在磷原子周围回旋。此时，当具有一定能量以上的光被照射到该电子上时，该电子获得这样照射的光的能量，从而变成“自由电子”，该自由电子能够摆脱磷原子的束缚自由运动。这种现象被称为“内部光电效应”。

现在将联系图1B所示的能带图来描述内部光电效应。

被磷的原子核束缚的电子的能级被统称为价带(valence band)。另一方面，获得某种能量而摆脱磷的原子核的束缚从而能够自由运动的电子的能级被统称为导带(conduction band)。另外，价带与导带之间的能带被称为禁带(forbidden band)，并且价带与导带之间的能量差也被称为带隙(Eg)。为了通过向价带中的电子照射光来使得价带中的电子从价带迁移到导带，必须向价带中的电子照射具有等于或高于硅的带隙(大约1.1eV)的能量的光。

符合上述条件的光的波长λ(m)由式(1)表示：

Eg＜hv＝hc/λ    ...(1)

其中v是光的频率(Hz)，c是光的速度(m/s)，h是普朗克常数(J·s)。

式(1)被变换成式(2)，其中数值被代入了式(1)中：

λ＜hc/Eg＝6.63×10^-34×3.0×10⁸

/(1.1×1.6×10^-19)