(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリ平面を有する集積回路によって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Ｃi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）上記集積回路によって電気抵抗値を測定することによって上記暗号キーＫｒを決定する、という段階を備え、上記暗号キーＫｒは、上記測定された電気抵抗値の関数として定められ、上記電気抵抗値は、上記マトリクスの各々２つの電気接点Ｃi間における上記材料層の電気抵抗のランダムな分布で表され、上記関数は、上記集積回路のメモリに記憶され、上記集積回路は、上記測定した電気抵抗値を上記関数に基づいて暗号キーＫｒに変換することを特徴とする方法。
【請求項２】
上記段階（ｃ）は、更に、集積回路の初期化の際に、上記暗号キーＫｒとは別の抵抗キーＫＡの初期値を決定することを含み、上記別の抵抗キーＫＡは、上記暗号キーＫｒと同様に上記材料層の電気抵抗のランダムな分布の関数に基づいて決定され、上記抵抗キーＫＡの初期値が、集積回路の初期化の際に上記集積回路の不揮発性メモリに書き込まれ、この抵抗キーＫＡの初期値が、上記集積回路の各動作時に測定される抵抗キーＫＡの値と比較されて、比較の結果、両者が合致しない場合には、上記集積回路の不揮発性メモリから上記暗号キーＫｒが消去される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記段階（ｃ）は、更に、集積回路の初期化の際に、更に別の抵抗キーＫＳを決定することを含み、上記更に別の抵抗キーＫＳは、上記暗号キーＫｒと同様に上記材料層の電気抵抗のランダムな分布の関数に基づいて決定され、上記更に別の抵抗キーＫＳは、集積回路の初期化の際に上記集積回路の不揮発性メモリに書き込まれ、上記暗号キーＫｒ及び上記更に別の抵抗キーＫＳから第３のキーＫＤが計算され、それによって、上記更に別の抵抗キーＫＳ及び上記第３のキーＫＤから上記暗号キーＫｒが計算できるようにし、上記第３のキーＫＤは、上記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。
【請求項４】
上記集積回路は、上記マトリクスの２つの電気接点によって定められる電気抵抗のリストを定義するそれ自身の情報ＣＩを有し、その電気抵抗を、上記集積回路によって測定することによって上記暗号キーＫｒを決定する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
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４に記載の方法。
【請求項６】
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５に記載の方法。
【請求項７】
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４ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
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４ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
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４ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
上記暗号キーＫｒ及び上記抵抗キーＫＡ、ＫＳを決定するための段階（ｃ）は、上記Ｎ個の電気接点のうちからＭ（Ｎ＞Ｍ）個の電気接点の３つ組のセットを定めた後に、
Ｒij＞Ｒikの場合には、ｂ1＝１
Ｒij＜Ｒik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、Ｒij及びＲikは、接点Ｃiと接点Ｃj及びＣkの各々との間の電気抵抗であり、そして
１つのビットｂ1を各３つ組に割り当てることによりＭビットのｂ1の順序付けされたシーケンスの形態で暗号キーＫｒ及び抵抗キーＫＡ、ＫＳを構成することを含む請求項２ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
各３つ組に対し、接点Ｃj及びＣkは、接点Ｃiから等距離にある請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
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１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
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Ｃi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、電気抵抗値を測定することによって暗号キーＫｒを決定する手段とを備え、上記暗号キーＫｒは、上記測定された電気抵抗値の関数として定められ、上記電気抵抗値は、上記マトリクスの各々２つの電気接点Ｃi間における上記材料層の電気抵抗のランダムな分布で表され、上記関数は、上記集積回路のメモリに記憶され、上記決定手段は、上記測定した電気抵抗値を上記関数に基づいて暗号キーＫｒに変換することを特徴とする集積回路。
【請求項１４】
上記決定手段は、上記集積回路の初期化時に、上記暗号キーＫｒを決定するのに適する請求項１３に記載の機密性にされた集積回路。
【請求項１５】
上記決定手段は、上記集積回路の初期化時に、上記暗号キーＫｒとは別の抵抗キーＫＡの初期値を決定するのにも適したものであり、上記別の抵抗キーＫＡは、上記暗号キーＫｒと同様に上記材料層の電気抵抗のランダムな分布の関数に基づいて決定され、上記抵抗キーＫＡの初期値が、集積回路の初期化の際に上記集積回路の不揮発性メモリに書き込まれ、この抵抗キーＫＡの初期値が、上記集積回路の各動作時に測定される抵抗キーＫＡの値と比較されて、比較の結果、両者が合致しない場合には、上記集積回路の不揮発性メモリから上記暗号キーＫｒが消去されることを特徴とする請求項１４に記載の機密性にされた集積回路。
【請求項１６】
上記決定手段は、上記集積回路の初期化時に、更に別の抵抗キーＫＳも決定でき、上記更に別の抵抗キーＫＳは、上記暗号キーＫｒと同様に上記材料層の電気抵抗のランダムな分布の関数に基づいて決定され、上記更に別の抵抗キーＫＳは、集積回路の初期化の際に上記集積回路の不揮発性メモリに書き込まれ、上記暗号キーＫｒ及び上記更に別の抵抗キーＫＳから第３のキーＫＤが計算され、それによって、上記更に別の抵抗キーＫＳ及び上記第３のキーＫＤから上記暗号キーＫｒが計算できるようにし、上記第３のキーＫＤは、上記集積回路の不揮発性メモリに書き込まれる請求項１５に記載の機密性にされた集積回路。
【請求項１７】
上記決定手段は、上記Ｎ個の電気接点のうちからＭ（Ｎ＞Ｍ）個の電気接点の３つ組のセットを定めた後に、
Ｒij＞Ｒikの場合には、ｂ1＝１
Ｒij＜Ｒik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、Ｒij及びＲikは、接点Ｃiと接点Ｃj及びＣkの各々との間の電気抵抗であり、そして
１つのビットｂ1を各３つ組に割り当てることによりＭビットｂ1の順序付けされたシーケンスの形態で暗号キーＫｒ及び抵抗キーＫＡ、ＫＳを構成することができる請求項１３ないし１６のいずれかに記載の機密性にされた集積回路。
【請求項１８】
各３つ組に対し、接点Ｃj及びＣkは、接点Ｃiから等距離にある請求項１７に記載の機密性にされた集積回路。
【請求項１９】
上記決定手段は、第１に、第１電圧Ｖccのラインと、測定ラインと、第３電圧Ｖssのラインとを含むバスを備え、そして第２に、各接点Ｃi、Ｃk及びＣjを上記ラインの１つにそれぞれ接続するための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１７又は１８に記載の機密性にされた集積回路。
【請求項２０】
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１３ないし１９のいずれかに記載の機密性にされた集積回路。
【請求項２１】
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１３ないし２０のいずれかに記載の機密性にされた集積回路。
【発明の詳細な説明】
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Ｃi（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Ｃi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Ｃi（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Ｃi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Ｃi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Ｃi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ＶCCのラインＬ1と、測定ラインＬ2と、第２電圧ＶSS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Ｃi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（Ｃj、Ｃi、Ｃk）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（Ｃj、Ｃi、Ｃk）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Ｒij及びＲikは、接点Ｃiを接点Ｃj及びＣkに各々接続する電気抵抗を表す。接点Ｃj、Ｃi、Ｃk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Ｒij及びＲik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（Ｃj、Ｃi、Ｃk）に対し、接点Ｃj及びＣkが接点Ｃiから等距離にあることが好都合である。この場合に、抵抗Ｒij及びＲik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（Ｃj、Ｃi、Ｃk）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。
Ｒij＞Ｒikの場合には、ｂ1＝１
Ｒij＜Ｒik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、（ＶCC＋ＶSS）／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Ｃj、Ｃi、Ｃkの選択は、異なる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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