(57)【要約】  本発明は、機能モジュール（２）を備えた集積回路（１）であって、該機能モジュール（２）は、データを処理しかつプログラムを実行することができる中央処理ユニット（４）とキャッシュメモリ（５）とを有している。この形式のモジュールの不正操作に対するセキュリティの保証はこれまで非常に煩雑でかつ必然的にコストも高くなった。ここで本発明は、機能モジュール（２）が暗号化ユニット（６）を有し、該暗号化ユニットを用いてデータを暗号化可能および暗号解除可能とすることによって不都合な点が取り除かれるようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能モジュール（２）を備えた集積回路（１）であって、該機能モジュール（２）は、データを処理しかつプログラムを実行することができる中央処理ユニット（４）とキャッシュメモリ（５）とを有している形式のものにおいて、
機能モジュール（２）は暗号化ユニット（６）を有しており、該暗号化ユニットを用いてデータは暗号化可能および暗号解除可能である
ことを特徴とする集積回路（１）。
【請求項２】
機能モジュールは乱数発生器（８０）を有している
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項３】
機能モジュール（２）は第１のメモリ（７）を有しており、該メモリにクリプトロジックキー（１８）が記憶されている
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項４】
第１のメモリ（７）に記憶されているクリプトロジックキー（１８）は乱数発生器（８０）によって生成されたものである
請求項２および３記載の集積回路（１）。
【請求項５】
機能モジュール（２）はリアルタイムクロック（８）を有している
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項６】
機能モジュール（２）はセキュリティセンソトロニック（９）を有しており、該キュリティセンソトロニックを用いて少なくとも集積回路（１）の作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）を監視可能である
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項７】
作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）はリアルタイムクロック（８）のクロック周波数（ｆ）および／または集積回路（１）のある箇所での作動温度（Ｔ）および／または集積回路（１）の作動電圧（Ｕ）および／または集積回路（１）上の保護層（２０）の状態である
請求項６記載の集積回路（１）。
【請求項８】
監視すべき作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）に対して少なくとも１つの限界値が設けられており、作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）が測定されかつ前記限界値と比較されかつ限界値を上回るまたは下回ると第１のメモリの内容が消去される
請求項６記載の集積回路（１）。
【請求項９】
集積回路はケーシング（３０）に配置されておりかつケーシング（３０）から導出された接続コンタクト（３１）を有している
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１０】
個々の機能モジュール（２）は実質的に平面的な延在部を有しておりかつ平面法線の方向に隣接して相互に配置されている
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１１】
機能モジュール（２）は集積された電圧調整器を有しており、該電圧調整器は作動電圧（Ｕ）を調整する
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１２】
集積回路は半導体チップ（１３）として実現されている
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１３】
個々の機能モジュール（２）の半導体ストラクチャはパズル形式に入り組んでいて、個々の機能モジュール（２）が識別されないようになっている
請求項１２記載の集積回路（１）。
【請求項１４】
半導体チップ（１３）のダイに直接、アクティブな保護層（２０）が被着されており、該アクティブな保護層は少なくとも１つの長く延びた電気的な線路（２１）から成っており、該電気的な線路はダイの表面に沿って、殊に部分的に相互に平行な導体路において延在している
請求項１２記載の集積回路（１）。
【請求項１５】
集積回路（１）はデータバス（３２）を用いて第２のメモリ（４０）〔ＲＡＭ〕に接続されており、該メモリにはデータが暗号化されて格納されており、ここで第２のメモリはそれぞれ１つのメモリアドレスを有しているメモリセルを有しておりかつそれぞれのメモリセルに対して直接読み出すまたは書き込むように応動することができる
請求項１から１４までのいずれか１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１６】
第２のメモリは揮発性でありかつバッテリー（１３）と接続されているので、別のエネルギー供給がなくなる場合に給電が維持されるようになっている
請求項１から１４までのいずれか１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１７】
集積回路（１）はデータバス（３２）を用いて不揮発性の第３のメモリ（４１）、殊にフラッシュまたはＲＯＭに接続されており、該メモリにはデータまたはプログラムコードが暗号化されて格納されている
請求項１から１４までのいずれか１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１８】
セキュリティセンソトロニック（９）はバッテリー（４３）に接続されており、その結果別のエネルギー供給がなくなる場合に給電が維持されるようになっている
請求項６記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１９】
セキュリティセンソトロニック（９）はケーシング（３０）に集積されている補助エネルギー源（１２）に接続されており、該補助エネルギー源は第１のメモリ（７）を消去するためのエネルギーを用意する
請求項６記載の集積回路（１）を備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路を備えた装置および、データを処理することができかつプログラムを実行することができる中央処理ユニットおよびキャッシュメモリを有している機能モジュールを備えた集積回路に関する。
【０００２】
上述した形式の集積回路を備えた装置は今日、電子部品が集積されているほぼ全部の実用品に存在している。電子的なデータ処理、通信またはデータの記録のための装置では、扱われるデータの形式に応じて、データに対する読み出し、書き込みまたは変更アクセスを制限する措置がとられている。こうして公然たるアクセス操作または不正操作からデータを保護するのである。次世代のトリップメータの領域、デジタルタコグラフにおいて殊に、記録されたデータの、不正操作に対する防護は極めて重要である。
【０００３】
高度なセキュリティ要求を有するこれまでの不正操作されないシステムは通例、複数のディスクレートなモジュールから成っている。これらモジュールには種々の機能が割り当てられている。これらは例えば中央処理ユニット、暗号化ユニットおよび種々のメモリであり、それぞれ通例は、その他のユニットと接続されている自立したユニットである。数多くのモジュールを並べ、これらを相互に調整する必要は大量生産において高いコストと結び付く。
【０００４】
従来技術の問題点および不都合な点から出発して、本発明の課題は、不正操作に対する最高度のセキュリティ要求を充足しかつ同時に比較的僅かなコストにおいて大量生産に対する適正も有している冒頭に述べた形式の装置を提供することである。
【０００５】
本発明の課題は冒頭に述べた形式の集積回路から出発して、集積回路が機能モジュールとして暗号化ユニットを有しており、該暗号化ユニットを用いてデータまたはプログラムコードが暗号化可能および暗号解除可能であるようにしたことによって解決される。
【０００６】
集積回路の機能モジュールとしての暗号化ユニットがこの構成部品のエレメントであることによって、本発明の集積回路を有する装置の製造および開発において、付加的な準備、マウントおよび周辺の素子に対する調整を省略することができる。これに関連して、暗号化ユニットを集積回路から切り離すのは非常に難しく、それ故に不正操作の試みも挫折することになるという別の大きな利点が生じる。暗号化ユニットは集積回路の構成部分であるからである。
【０００７】
本発明の集積回路の不正操作、殊に個々の機能モジュールの切り離しは、集積回路が半導体チップとして実現されているとき、殊に個々の機能モジュールがパズル形式に入り組んでいて、個々の機能モジュールがもはやディスクレートには識別することができないときに特別困難である。この場合特別複雑な幾何学的な交錯を選択することができ、その結果相互に混在している半導体ストラクチャは不正操作を意図した解析を行ってももはや分離可能なものとしては識別されない。
【０００８】
機能モジュールが第１のメモリを有しており、該メモリにクリプトロジックキーが記憶されているようにすれば不正操作に対する付加的なセキュリティが得られる。この種の第１のメモリの集積によりクリプトロジックキーの意図したアクセスおよび意図した読み出しが困難になる。
【０００９】
機能モジュールが乱数発生器（ＲＮＧ）を有しており、該乱数発生器がクリプトロジックキーを一様に独立して生成するようにすれば、機器の製造業者によるクリプトロジックキーの管理コストは完全に省略されしかも付加的なセキュリティが実現される。これらのキーは有利には第１のメモリに格納しておくことができる。
【００１０】
有利には別の機能モジュールとしてリアルタイムクロックを集積回路に組み込んでおくことができる。該クロックの正しい機能は同様に、不正操作に対するセキュリティの高度な信頼性を有している。
【００１１】
不正操作が困難であるばかりでなく、不可能にするために、有利には、回路内にセキュリティセンソトロニックが機能モジュールとして集積され、該キュリティセンソトロニックを用いて少なくとも集積回路の作動パラメータを監視可能であるようにすることができる。監視に対する適当な作動パラメータは例えば、リアルタイムクロックのクロック周波数、システムもしくはＣＰＵクロック、または集積回路の作動温度、または作動電圧、または集積回路上の保護層の状態、またはこれらの作動パラメータの組み合わせである。集積回路が半導体素子として実現されているとき、集積回路上の保護層の状態の監視は特別効果的である。というのは、半導体チップのストラクチャに機械的にアクセスするためには保護層が破壊されなければならないからである。この場合、保護層がアクティブな保護層として実現されておりかつ半導体チップのダイに直接被着されているようにすれば好適である。有利な発展形態によれば、アクティブな保護層は少なくとも１つの長く延びた電気的な線路から成っており、該電気的な線路はダイの表面に沿って、殊に部分的に相互に平行な導体路において延在している。監視は例えば電気的な線路のオーミック抵抗の監視であってよく、その際有利には、電気的な線路の破壊が推定される抵抗変化により、保護すべきデータの消去が行われる。有利にはマイクロコントローラは安全な状態に、例えばリセット状態に移行される。このようにして本発明によるシステム「集積回路」はセルフセキュリティを持っていると言える。
【００１２】
有利には作動パラメータの監視は、監視すべき作動パラメータに対して少なくとも１つの限界値が予め定められており、作動パラメータが測定されかつ限界値と比較されかつ限界値を上回るまたは下回ると第１のメモリの内容が消去されるという構成になっている。有利には限界値は、正常作動の予設定が装置の機能中断を招来しないように選択されるべきである。例えば自動車の領域において−４０℃の温度ではまだデータの消去は行われない。
【００１３】
本発明の集積回路の扱い易さおよびセキュリティは、それがケーシングに配置されておりかつケーシングから導出された接続コンタクトを有しているようにすれば付加的に高められる。これによれば機械的な不正操作の目的のためにまずケーシングが開けられなければならない。
【００１４】
個々の機能モジュールが実質的に平面的な延在部を有しておりかつ平面法線の方向に隣接して相互に配置されているようにすれば、本発明の集積回路の一層高い集積度を実現することができる。すなわち例えば中央の処理ユニットを種々のメモリまたは別の機能モジュールとスタックして配置することができる。
【００１５】
有利には、機能モジュールが集積された電圧調整器を有しており、該電圧調整器が作動電圧を調整しかつこのような手法で外部に対してこの作動パラメータをいわば雑音化するようにすれば、集積回路の給電電流の特性からの機能状態を推測しようとする試みから上手く逃れることができる。
【００１６】
本発明の集積回路は、データバスを用いて本発明の集積回路に接続されている第２のメモリを備えた装置において、該メモリにはデータまたはプログラムコードが暗号化されて格納されておりかつ該メモリはそれぞれ１つのメモリアドレスを有しているメモリセルを有しておりかつそれぞれのメモリセルに対して直接読み出すまたは書き込むように応動することができるようになっていることによって特別な効果を発揮する。外部の給電の故障に対して装置全体を安全確保するために、装置がバッテリーと接続されているのであれば好適であり、その場合には別のエネルギー供給が欠落した場合でも給電が維持されている。この場合更に、第２のメモリがコスト面で有利にも揮発性に実現されておりかつバッテリーを用いて緩衝されるようになっていればコストも低減される。
【００１７】
第２のメモリの代わりにまたは第２のメモリに対して補助的に第３のメモリを設けると好都合である。第３のメモリは集積回路とはデータバスを用いて接続されており、不揮発性に実現されており、殊にフラッシュまたはＲＯＭとして実現されており、その際第３のメモリにはデータまたはプログラムコードが有利には暗号化されて格納されている。
【００１８】
特別有利にはセキュリティセンソトロニックはバッテリーを用いて緩衝される。この措置に対して択一的にまたは補足的に、ケーシングに集積されている補助エネルギー源、例えばコンデンサを設けることができ、該補助エネルギー源は不正操作が確認された場合にメモリ、殊に第１のメモリを消去するためのエネルギーを用意する。
【００１９】
次に本発明を説明に供される１つの特有の実施例に基づいて詳細に説明する。この実施例の他に、ここに説明する発明の当業者には数多くの別の可能な形態を思い付く。殊に、たとえ明示的に示されていなくとも、請求項の組み合わせから得られる組み合わされた特徴も本発明に帰属するものである。その際：
図１は本発明の装置を回路的に略示している。
【００２０】
図１には外部の素子３に接続されている種々の機能モジュール２を備えている集積回路１が示されている。集積回路は中央処理ユニット４の他に更に別の機能モジュール２、すなわちキャッシュメモリ５、暗号化ユニット６、第１のメモリ７、リアルタイムクロック８、乱数発生器８０およびセキュリティセンソトロニック９を有している。電圧調整器１０および補助エネルギー源１２は半導体チップ１３として実現されている集積回路１の集積された素子である。中央処理ユニット４はデータを処理しまたはプログラムを実行する。プログラムを中央処理ユニットは第１のデータバス１５を用いてキャッシュメモリ５から読み出す。
【００２１】
キャッシュメモリ５は暗号化ユニット６に第２のデータバス１６を用いて接続されている。暗号化ユニット６は第２または第３のメモリ４０，４１からアドレスデータバス３２を用いて暗号化されたデータもしくはコードを読み込み、これらを第１のメモリ７に格納されているクリプトグラフィックキー１８を用いて暗号解除しかつそれをキャッシュもしくは中央処理ユニット４の別の内部レジスタに書き込む。クリプトロジックキー１８はその前に乱数発生器８０によって生成されたものである。乱数発生器８０はクリプトグラフィックキー１８を生成するために使用する。クリプトグラフィックキーは第１のメモリに格納されておりかつ例えばチップ温度、給電電圧、クロック周波数のような内部の、物理的な測定量のスタチックな変動（ノイズ）から成るスタート値である。
【００２２】
セキュリティセンソトロニック９は作動温度Ｔ、作動電圧Ｕ、クロック周波数ｆの他に保護層２０のオーミック抵抗Ｒも監視する。保護層は半導体チップ１３のダイに直接被着されている電気的な線路２１の相互に実質的に平行な導体路から成っている。測定された抵抗Ｒは限界値と持続的に比較され、かつ該限界値を上回ると中央処理ユニット４は第１のメモリの消去にかかり、その際集積回路１は引き続いて安全な状態、例えばリセットにもっていかれる。
【００２３】
集積回路１はケーシング３０に取り囲まれている。これは接続コンタクト３１を有している。これらは少なくとも部分的にアドレスデータバス３２に接続されている。アドレスデータバス３２を用いて集積回路１は第２のメモリ４０および第３のメモリ４１とデータを交換する。第２のメモリ４０は揮発ＲＡＭとして実現されておりかつバッテリー４３を用いて集積回路と同様に電圧低下に対して安全確保されている。第３のメモリ４１は不揮発性にフラッシュまたはＲＯＭとして実現されている。第２のメモリ４０および第３のメモリ４１に記憶されているデータはクリプトロジックキー１８を使用して暗号化されておりかつアクセスの都度暗号化ユニット６を用いて暗号化または暗号解除される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の装置のブロック回路図
【図１】
2007535736.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月25日(2006.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能モジュール（２）を備えた集積回路（１）であって、該機能モジュール（２）は、データを処理しかつプログラムを実行することができる中央処理ユニット（４）とキャッシュメモリ（５）とを有しており、ここで機能モジュール（２）は暗号化ユニット（６）を有しており、該暗号化ユニットを用いてデータは暗号化可能および暗号解除可能でありかつ機能モジュール（２）はセキュリティセンソトロニック（９）を有しており、該キュリティセンソトロニックを用いて少なくとも集積回路（１）の作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）を監視可能であるという形式のものにおいて、
作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）として集積回路（１）上の保護層（２０）の状態が監視される
ことを特徴とする集積回路（１）。
【請求項２】
機能モジュールは乱数発生器（８０）を有している
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項３】
機能モジュール（２）は第１のメモリ（７）を有しており、該メモリにクリプトロジックキー（１８）が記憶されている
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項４】
第１のメモリ（７）に記憶されているクリプトロジックキー（１８）は乱数発生器（８０）によって生成されたものである
請求項２および３記載の集積回路（１）。
【請求項５】
機能モジュール（２）はリアルタイムクロック（８）を有している
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項６】
付加的に監視すべき作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）はリアルタイムクロック（８）のクロック周波数（ｆ）および／または集積回路（１）のある箇所での作動温度（Ｔ）および／または集積回路（１）の作動電圧（Ｕ）である
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項７】
監視すべき作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）に対して少なくとも１つの限界値が設けられており、作動パラメータ（ｆ、Ｔ，Ｕ）が測定されかつ前記限界値と比較されかつ限界値を上回るまたは下回ると第１のメモリの内容が消去される
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項８】
集積回路はケーシング（３０）に配置されておりかつケーシング（３０）から導出された接続コンタクト（３１）を有している
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項９】
個々の機能モジュール（２）は実質的に平面的な延在部を有しておりかつ平面法線の方向に隣接して相互に配置されている
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１０】
機能モジュール（２）は集積された電圧調整器を有しており、該電圧調整器は作動電圧（Ｕ）を調整する
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１１】
集積回路は半導体チップ（１３）として実現されている
請求項１記載の集積回路（１）。
【請求項１２】
個々の機能モジュール（２）の半導体ストラクチャはパズル形式に入り組んでいて、個々の機能モジュール（２）が識別されないようになっている
請求項１１記載の集積回路（１）。
【請求項１３】
半導体チップ（１３）のダイに直接、アクティブな保護層（２０）が被着されており、該アクティブな保護層は少なくとも１つの長く延びた電気的な線路（２１）から成っており、該電気的な線路はダイの表面に沿って、殊に部分的に相互に平行な導体路において延在している
請求項１１記載の集積回路（１）。
【請求項１４】
集積回路（１）はデータバス（３２）を用いて第２のメモリ（４０）〔ＲＡＭ〕に接続されており、該メモリにはデータが暗号化されて格納されており、ここで第２のメモリはそれぞれ１つのメモリアドレスを有しているメモリセルを有しておりかつそれぞれのメモリセルに対して直接読み出すまたは書き込むように応動することができる
請求項１から１３までのいずれか１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１５】
第２のメモリは揮発性でありかつバッテリー（１３）と接続されているので、別のエネルギー供給がなくなる場合に給電が維持されるようになっている
請求項１から１３までのいずれか１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１６】
集積回路（１）はデータバス（３２）を用いて不揮発性の第３のメモリ（４１）、殊にフラッシュまたはＲＯＭに接続されており、該メモリにはデータまたはプログラムコードが暗号化されて格納されている
請求項１から１３までのいずれか１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１７】
セキュリティセンソトロニック（９）はバッテリー（４３）に接続されており、その結果別のエネルギー供給がなくなる場合に給電が維持されるようになっている
請求項１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【請求項１８】
セキュリティセンソトロニック（９）はケーシング（３０）に集積されている補助エネルギー源（１２）に接続されており、該補助エネルギー源は第１のメモリ（７）を消去するためのエネルギーを用意する
請求項１記載の集積回路（１）を備えた装置。
【国際調査報告】
2007535736.tif 000004
2007535736.tif 000005
2007535736.tif 000006
2007535736.tif 000007
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2007535736.tif 000009
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