Brevet FR2957443A1 — publié le 20110916

CARTE A MICROCIRCUIT(S) AVEC CONTREMESURE POUR ATTAQUES EN FAUTE PAR RAYONNEMENT LUMINEUX Le domaine de l'invention est la protection des cartes à microcircuit(s), contre des attaques particulières, dites attaques en faute, et plus particulièrement, la protection des cartes dites cartes à contact, qui sont des cartes munies d'une vignette à contacts affleurants en surface du corps de carte. Les attaques en faute consistent à perturber l'environnement physique d'une carte lors de son fonctionnement. Ces perturbations peuvent être produites de différentes manières, lors de l'exécution du code de la carte et notamment par une émission d'un rayonnement lumineux sur un microcircuit, provoquant des erreurs sur les données utiles (mémoires, pointeur de code, registres, etc.). Ces attaques peuvent être très précises en affectant un seul bit. Plus précisément, en concentrant une lumière avec une longueur d'onde spécifique sur une zone précise sur la puce (microcircuit), il est possible d'inverser le contenu d'un bit de n'importe quelle partie de code sur lequel repose la sécurité de la carte. Les attaques en faute peuvent par exemple être utilisées pour éviter le contrôle par code PIN ou outrepasser les vérifications des mécanismes de protection logiciels déployés sur la puce. Elles peuvent encore être utilisées en même temps que les données d'entrée/sortie et/ou que la consommation en courant de la carte sont analysées, pour reconstituer par analyse statistique, des informations secrètes enfouies dans la carte. Ces attaques par rayonnement lumineux requièrent de découvrir au moins en partie les microcircuits, pour atteindre la zone active. Plus précisément, il s'agit d'enlever toute matière non transparente au rayonnement utilisé, qui s'interpose entre la source de rayonnement lumineux et la puce. Aussi des contre-mesures habituelles pour ces attaques consistent généralement en des détecteurs de lumière. En cas de détection d'un rayonnement lumineux, ces circuits de contre-mesure vont permettre de bloquer l'utilisation de la carte, par exemple en la forçant en continu à l'état de réinitialisation, empêchant ainsi la récupération d'informations sensibles. Cependant les techniques utilisées par les fraudeurs évoluent avec la technologie. Notamment, on dispose aujourd'hui de sources de rayonnements lasers puissantes à faisceau très fin, capables de n'impacter qu'une très petite zone. Ces attaques très ciblées rendent inefficaces les contre-mesures habituelles, parce qu'elles sont plus difficiles à détecter et/ou qu'il est possible de concentrer la lumière sur une petite zone, tout en protégeant de la lumière le reste de la surface qui a été dégagée, rendant les détecteurs inopérants s'ils ne se trouvent pas dans la seule petite zone exposée. Ces attaques en faute par rayonnement optique posent un problème de sécurité et d'intégrité des cartes d'autant plus important qu'elles peuvent être réalisées avec très peu de moyens matériels. Typiquement, un attaquant a principalement besoin d'une source lumineuse, par exemple une source laser, et des outils pour mettre à nu au moins en partie la puce ou microcircuit encapsulé dans la carte, sans dégrader la fonctionnalité de la carte (le packaging sera ici modifiée). Les attaques passives dites EMA, ("Electro-Magnetic Analysis'), soulèvent la même problématique de dégagement de surface sur la puce, puisqu'elles nécessitent d'approcher au plus près de la surface de la puce, typiquement en la disposant sur le substrat, une sonde de mesure d'émission électromagnétique, pour espionner le champ électromagnétique proche sur une zone plus ou moins précise du circuit. Pour comprendre la méthode utilisée par les attaquants pour dégager une surface de microcircuit dans une carte, rappelons brièvement la structure d'une carte à contacts. Elle comprend (Figure 1) au moins les trois éléments matériels suivants: la vignette 10 avec les plages de contact P;, Pi, (appelée encore circuit imprimé dans la littérature) au moins un microcircuit 20 câblé aux plages de contact par des fils conducteurs, et un corps de carte 30, dans lequel est encapsulé dans une cavité 31. La carte peut en outre comprendre d'autres éléments (circuits, antenne, écran...) disposés sur des feuilles d'insert dans l'épaisseur du corps de carte entre le bas de la carte et le fond de la cavité (non représenté). Le microcircuit, est une puce de circuit intégré, formée sur un substrat semi-conducteur, qui forme la face arrière de la puce, surmonté de couches actives, avec sur le dessus (face active, 22), des plots de connexion de la puce, généralement au minimum cinq pour les applications des cartes à microcircuits, jusqu'à huit, pour les plus sophistiquées. La vignette 10 est une pièce qui comprend un support diélectrique 11, par exemple un film époxy, sur une face recto (Figure 2) duquel sont réalisées les plages de contacts. Dans l'invention on s'intéresse plus spécialement aux vignettes dites simple face : la face verso (Figure 3) est constituée par le film support. Le ou les microcircuit(s) seront collés sur cette face, dans la partie centrale correspondant à la plage de contact centrale C. Dans ce film 11, sont réalisées des ouvertures et à e5 dégageant une petite surface (rayée sur la figure) au dos de plages métalliques, permettant la connexion par soudure de fils conducteurs, pour relier électriquement ces plages de contact aux plots de microcircuit(s). Les rainures 12 délimitant et séparant les plages de contact sont représentées en pointillé. Plus précisément, la face recto de la vignette 10 (Figure 2), qui sera la face visible en surface de la carte, porte un motif de plages de contact métalliques réalisé sur un support diélectrique 11, et comportant des plages de contact latérales de surface sensiblement équivalente, organisées sur deux rangées, de part et d'autre d'une plage centrale C. Les plages de contact latérale sont affectées de manière standardisée et universelle, pour correspondre à la définition des contacts des lecteurs de cartes : C'est sur ces plages que viendront se positionner les pointes d'un connecteur de lecteur de carte, pour établir une session de communication. Ces plages sont prévues pour recevoir chacune, dans une zone de réception matérialisée sur la figure 2 par les lignes 12, un signal électrique appliqué par les pointes de contact du lecteur de cartes. Au minimum, il y en a cinq, notées PI à P5 sur la figure, qui sont affectées à des signaux électriques de masse électrique GND (PI), d'alimentation Vcc (P2), d'initialisation RST (P3), d'horloge CLK (P4) et d'entrées/sorties I/O (P5). Les lignes 12 correspondent aux les lignes de découpe des plages, par lesquelles les plages de contact latérales sont toutes isolées les une des autres et de la plage de contact centrale, sauf une plage de contact latérale qui est en continuité électrique avec la plage centrale C, généralement, la plage recevant le signal de masse électrique. Si les formes de ces plages et l'aspect visuel de cette face recto 35 de la vignette peuvent varier d'une carte à l'autre, reflétant principalement une marque de fabrique tel un signe distinctif du fabricant de la carte, ces plages doivent répondre aux normes mécaniques et électriques, notamment en termes de surface minimale, position et signal électrique associé, pour correspondre à l'emplacement des pointes du connecteur des lecteurs de carte. Au dos de la vignette, figure 3, on trouve le support diélectrique 11, avec des ouvertures dans l'épaisseur du support dégageant un accès direct au dos des plages de contact affectées aux signaux électriques de la puce, pour réaliser les emplacements de soudure el à e5 pour le câblage des fils conducteurs comme illustré sur la figure 1. Les lignes 12 délimitant les plages de contact latérales de la vignette ont été représentées, pour faciliter la compréhension du câblage. La figure 4 illustre le micromodule M après collage de la face arrière 21 (substrat semi-conducteur) du microcircuit en partie centrale C, par une couche de colle 40, et câblage par des fils conducteurs wl à w5: une extrémité sur chacun des plots p; du microcircuit (i=1 à 5), et l'autre extrémité sur l'emplacement réservé correspondant e; au dos d'une plage de contact latérale correspondante. Pour faciliter la compréhension, on a omis de représenter le support diélectrique 11, qui supporte les plages de contact métallique. Le micromodule M ainsi formé, c'est-à-dire l'ensemble vignette 10, microcircuit(s) 20 et fils conducteurs w1 à w5 reliant des plots des microcircuits à des plages de la vignette, est ensuite placé dans une cavité 31 ménagée dans un corps de carte 30, face active (portant les plots) de microcircuit(s) face au fond de la cavité, et remplie de résine, comme schématiquement illustré sur la coupe transversale de la figure 1. Ces aspects de structure et fabrication de cartes bien connus étant rappelés, nous pouvons discuter des méthodes utilisées par les attaquants pour dégager la surface d'un microcircuit encapsulé dans une carte à contacts. Les attaques par rayonnement lumineux R peuvent se faire aussi bien par la face avant 22, ou face active du microcircuit, c'est-à-dire la face portant les plots, que par la face arrière 21, qui est la face collée au dos de la vignette, correspondant à la face arrière du substrat semi-conducteur. Pour découvrir le microcircuit par sa face active 22, il faut creuser le corps de carte par sa face arrière, pour atteindre la face active du ou des microcircuits, comme illustré sur la figure 5. Ces attaques sont devenues moins courantes, grâce aux contre-mesures matérielles qui ont été intégrées dans les cartes, comme par exemple des masques optiques protégeant la face active des microcircuits, dont on trouve une description dans la demande FR 2857483. Aussi les attaquants utilisent-ils de préférence une autre méthode, qui consiste à découvrir le microcircuit par sa face arrière 21, pour l'attaquer 1 o par un rayonnement adapté, capable de traverser le substrat semi-conducteur pour atteindre les couches actives, typiquement un rayonnement infrarouge. Il s'agit dans cette méthode d'enlever tout ou partie de la partie centrale de la plage de contact pour dégager la face arrière du ou des microcircuit(s) (Figures 6). Une priorité d'un attaquant est alors d'enlever tout 15 ou partie de la partie centrale, pour découvrir la face arrière 21 du microcircuit, mais sans gêner, perturber ou empêcher les connexions électriques de la carte: Sinon, il ne pourrait plus récupérer ensuite des informations et/ou déclencher des comportements anormaux de la carte, ce qui suppose que la communication de la carte avec un système externe soit 20 opérationnelle. On sait que 9 fois sur 10 la méthode utilisée par les attaquants pour dégager la face arrière du microcircuit, consiste à enlever, soulever, la partie centrale C de la vignette (Figure 7) en s'aidant des rainures 12 qui séparent physiquement et électriquement les plages de contact. II y a juste 25 ensuite à réaliser une découpe dans la continuité de la ligne 12 qui délimite les plages de contact P1 et P5, dans la partie qui assure la continuité électrique entre la plage de contact latérale P1 et la plage de contact centrale C, puis à enlever la couche de colle 40 pour dégager le substrat semi-conducteur. Les outils pour parvenir à cela coûtent moins de 50 euros, 30 rendant cette fraude très accessible. C'est aussi une méthode rapide : entre 15 à 20 minutes d'intervention, pour avoir la pièce "prête" à être soumise à un rayonnement. Une variante consiste à enlever seulement une partie D de la plage centrale C (Figure 8), pour limiter la surface découverte sur le 35 microcircuit, et donc les possibilités de détection par des détecteurs de lumières intégrés. Mais elle nécessite un matériel plus sophistiqué, donc beaucoup plus coûteux, de l'ordre de 50K{, car il faut ici découper précisément la partie à enlever, avec du matériel de découpe sophistiqué, sur la vignette. Cela prend aussi un peu plus de temps, de l'ordre de 20 à 30 minutes. L'invention se propose de résoudre ce problème technique de protection des cartes à microcircuit(s) vis-à-vis de ces attaques particulières, spécialement dans le cas de cartes dans lesquelles un microcircuit encapsulé dans la carte est connecté par fils conducteurs entre ses plots de contact et les plages de contact affleurant. Dans l'invention, on a observé que les fils conducteurs, sont connectés aux dos des plages de contact latérales, disposées de part et d'autre de la partie centrale de la vignette. Or une de ces plages est en continuité électrique avec la plage centrale C, généralement le contact de masse électrique GND, pour coller le substrat semi-conducteur sur un plan de masse (avec ou sans le support diélectrique entre). L'idée à la base de l'invention est de souder le fil conducteur correspondant à cette plage de contact latérale, non plus au dos de cette plage, c'est-à-dire dans la zone de réception du signal électrique correspondant, mais au dos de la plage de contact C de la vignette, et de préférence à proximité du microcircuit, en accord avec les règles de conception et de dessins, de manière à ce qu'il ne soit pas possible, ou très peu probable, de découvrir la face arrière du ou des microcircuits sans arracher ce fil. Ce faisant, la carte ne peut plus fonctionner, faisant échec à toute tentative d'attaque en faute. Telle que revendiquée, l'invention concerne une carte à microcircuit(s), comportant une vignette comprenant un support diélectrique dont une face affleure sensiblement en surface d'un corps de carte et supporte des plages de contact latérales disposées en deux rangées séparées par une plage de contact centrale, à ladite plage de contact centrale étant électriquement reliée à l'une desdites plages de contact latérales, et au dos duquel est collé au moins un microcircuit par sa face arrière dans une zone centrale correspondant à la plage de contact centrale, les dites plages de contact latérales étant prévues pour recevoir chacune dans une zone de réception, un signal électrique déterminé, véhiculé jusqu'à un plot correspondant en face active du microcircuit, via un fil de connexion respectif, caractérisée en ce que lesdits fils de connexion sont connectés chacun au dos d'une plage de contact latérale respective, à l'exception d'un fil de connexion qui est connecté au dos de ladite plage de contact centrale, pour véhiculer le signal électrique associé à la plage de contact latérale qui est en continuité électrique avec ladite plage de contact centrale. Selon un aspect de l'invention, le fil de connexion qui est soudé au dos de ladite plage de contact centrale est soudé à un emplacement sur la plage de contact centrale, à proximité dudit microcircuit. L'invention concerne aussi un micromodule correspondant, prêt à être encarté dans un corps de carte. L'invention concerne encore un procédé de contremesure pour des attaques par rayonnement de lumière sur la face arrière de 15 microcircuit(s) de cartes à contacts affleurants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits ci-après dans la description d'un mode de réalisation de l'invention, et à l'aide des dessins annexés dans lesquels: 20 -la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une carte à microcircuit(s) du type comportant une vignette à contacts affleurants, selon, l'état de l'art, - la figure 2 est une vue de la face recto d'une telle vignette, - la figure 3 est une vue de la face verso de cette vignette, 25 -la figure 4 est une vue de dessus d'un micromodule, montrant le montage et la connexion d'un microcircuit au dos d'une vignette de carte à microcircuit(s), - la figure 5 est une vue illustrant une attaque laser de carte par mise à découvert de la face active d'un microcircuit, 30 -la figure 6 est une vue illustrant une attaque laser de carte par mise à découvert de la face arrière d'un microcircuit, - la figure 7 est une vue illustrant le découpage de la vignette pour une attaque par la face arrière, - la figure 8 est une vue illustrant une variante de ce découpage, -la figure 9 est une vue de dessus d'un micromodule, montrant le montage et la connexion d'un microcircuit au dos d'une vignette de carte à microcircuit(s), selon l'invention. Un procédé de contremesure selon l'invention, pour des attaques par rayonnement de lumière sur la face arrière de microcircuit(s) de cartes du type comportant une vignette 10 comportant des plages de contact latérales P1-P5 prévues chacune comme zone de réception d'un signal électrique correspondant, et disposées en deux rangées séparées par une plage de contact centrale C, consiste pour la plage de contact latérale sur la vignette qui est reliée électriquement à la plage de contact centrale, à déplacer l'emplacement de soudure el du fil de connexion wl du microcircuit, normalement positionné au dos de cette plage de contact latérale P1, dans la zone de réception du signal électrique correspondant, au dos de la plage de contact centrale, en sorte que si tout ou partie de cette plage de contact centrale est soulevée, le fil est arraché. On a vu en effet que de manière normalisée, universelle, une des plages de contact latérale est en continuité électrique avec la plage de contact centrale C. II s'agit habituellement de la plage de contact latérale prévue pour recevoir le signal de masse électrique Gnd. Selon l'invention, on choisi alors de déplacer l'emplacement et de soudure du fil conducteur wI, de la plage de contact latérale P1 (Figure 4), correspondant à la zone de réception du signal électrique associé, sur la plage centrale C. Par suite, l'enlèvement de tout ou partie de la partie centrale de la vignette par un attaquant, provoque un arrachement de ce fil wI. De préférence on place cet emplacement et à proximité immédiate du microcircuit, c'est-à-dire au plus près du microcircuit, dans les limites autorisées par les règles de conception, pour augmenter la probabilité d'arrachement du fil wI, dans les cas où l'attaquant ne chercherait à enlever qu'une portion D de la partie centrale. Typiquement, l'emplacement el est placé à une distance I correspondant à une distance minimale autorisée par les règles de conception, typiquement de l'ordre du millimètre. La carte ainsi réalisée rend très difficile les attaques par lumière, par la face arrière des microcircuits. Le fil w1 sera généralement arraché de la vignette avec l'enlèvement de tout ou partie de la partie centrale de la vignette. Reconnecter le fil w1 au dos de la plage de contact PI de la vignette est une entreprise difficile qui nécessite du temps et un matériel coûteux, spécialisé. Cette opération n'étant pas à la portée d'un attaquant lambda, l'invention permet de contrer de manière efficace ces attaques particulières. L'invention a été plus spécialement illustrée pour une carte qui utilise en pratique 5 plages de contact, correspondant aux signaux électriques Gnd, RST, I/O, Vcc et CLK. D'autres cartes utilisent plus de plages de contact latérales, jusqu'à 8, avec 4 plages par rangées. Dans tous les cas, une de ces plages latérale sera en continuité électrique avec la plage centrale C recevant au dos le microcircuit. L'invention s'applique de la même manière à ces cartes. Implicitement, la plage de contact centrale doit être dessinée suffisamment grande pour recevoir le microcircuit et l'emplacement de connexion par soudure du fil conducteur wl, en conformité avec les règles de conception habituelles. REVENDICATIONS1. Carte à microcircuit(s), comportant une vignette (10) comprenant un support diélectrique (11) dont une face affleure sensiblement en surface d'un corps de carte (30) et supporte des plages de contact latérales (P1-P5) disposées en deux rangées séparées par une plage de contact centrale (C), à ladite plage de contact centrale étant électriquement reliée à l'une (PI) desdites plages de contact latérales, et au dos duquel est collé au moins un microcircuit (20) par sa face arrière (21) dans une zone centrale correspondant à la plage de contact centrale (C), les dites plages de contact latérales étant prévues pour recevoir chacune dans une zone de réception, un signal électrique déterminé, véhiculé jusqu'à un plot correspondant en face active (22) du microcircuit, via un fil de connexion respectif, caractérisée en ce que lesdits fils de connexion sont connectés chacun au dos d'une plage de contact latérale respective, à l'exception d'un fil de connexion (wI) qui est connecté au dos de ladite plage de contact centrale, pour véhiculer le signal électrique associé à la plage de contact latérale (PI) qui est en continuité électrique avec ladite plage de contact centrale (C). 2. Carte selon la revendication 1, dans lequel ledit fil de connexion (wI) qui est soudé au dos de ladite plage de contact centrale est soudé à un emplacement (el) sur la plage de contact centrale, à proximité dudit microcircuit. 3. Micromodule (M) pour carte à microcircuit(s), comportant une vignette (10) comprenant un support diélectrique (11) dont une face affleure sensiblement en surface d'un corps de carte (30) et supporte des plages de contact latérales (P1-P5) disposées en deux rangées séparées par une plage de contact centrale (C), à ladite plage de contact centrale étant électriquement reliée à l'une (PI) desdites plages de contact latérales, et au dos duquel est collé au moins un microcircuit (20) par sa face arrière (21) dans une zone centrale correspondant à la plage de contact centrale (C), les dites plages de contact latérales étant prévues pour recevoir chacune dans une zone de réception, un signal électrique déterminé, véhiculé jusqu'à un plot correspondant en face active (22) du microcircuit, via un fil de connexionrespectif, caractérisée en ce que lesdits fils de connexion sont connectés chacun au dos d'une plage de contact latérale respective, à l'exception d'un fil de connexion (wI) qui est connecté au dos de ladite plage de contact centrale, pour véhiculer le signal électrique associé à la plage de contact latérale (PI) qui est en continuité électrique avec ladite plage de contact centrale (C). 4. Micromodule selon la revendication 3, dans lequel ledit fil de connexion (w1) qui est soudé au dos de ladite plage de contact centrale est soudé à un emplacement (el) sur la plage de contact centrale, à proximité dudit microcircuit. 5. Procédé de contremesure pour des attaques par rayonnement de lumière sur la face arrière de microcircuit(s) de cartes du type comportant une vignette (10) comportant une vignette (10) comprenant un support diélectrique (11) dont une face affleure sensiblement en surface d'un corps de carte (30) et supporte des plages de contact latérales (P1-P5) disposées en deux rangées séparées par une plage de contact centrale (C), à ladite plage de contact centrale étant électriquement reliée à l'une (PI) desdites plages de contact latérales, et au dos duquel est collé au moins un microcircuit (20) par sa face arrière (21) dans une zone centrale correspondant à la plage de contact centrale (C), les dites plages de contact latérales étant prévues pour recevoir chacune dans une zone de réception, un signal électrique déterminé, véhiculé jusqu'à un plot correspondant en face active (22) du microcircuit, via un fil de connexion respectif, caractérisé en ce qu'il consiste à connecter lesdits fils de connexion chacun au dos d'une plage de contact latérale respective, à l'exception d'un fil de connexion (wI) qui est connecté au dos de ladite plage de contact centrale, pour véhiculer le signal électrique associé à la plage de contact latérale (PI) qui est en continuité électrique avec ladite plage de contact centrale (C). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ledit fil de connexion (w1) qui est soudé au dos de ladite plage de contact centrale est soudé à un emplacement (el) sur la plage de contact centrale, à proximité dudit microcircuit.