СХЕМА ЗАЩИТЫ УСТРОЙСТВА МИКРОЭЛЕКТРОННОГО Российский патент 2000 года по МПК G06F12/14 

Изобретение относится к микроэлектронной технике, предназначено для применения как в аналоговых, так и в цифровых микроэлектронных устройствах и может быть использовано для защиты микроэлектронных устройств от несанкционированного исследования их функциональных характеристик с целью последующего копирования или эмуляции.

Известно устройство защиты памяти, не сохраняющее информацию при отключении питания (см. а.с. СССР N 1403860 по кл. G 06 F 12/16). Устройства такого типа обычно используются в персональных ЭВМ для сохранения текущего времени, даты, паролей доступа пользователя и основных данных о конфигурации вычислительной машины (см. журнал Новости электроники, 1997, N 2, стр. 38). Для сохранения записанной информации при отключении основного источника питания используется резервный автономный источник питания со схемой его оперативного подключения.

Недостатком известного устройства является безвозвратная потеря сохраняемой им информации при попытке извлечения микросхемы памяти из ПЭВМ с целью несанкционированного доступа к содержащимся в ней данным.

Известна система защиты данных от несанкционированного доступа (см. патент Германии N 4307395 A1, по кл. G 06 F 12/14), в которой данные, считываемые с дискового носителя, сравниваются с данными на магнитной карточке, для чтения которой предусмотрено дополнительное устройство. При совпадении кода, записанного на магнитной карточке, с кодом, считанным с дискового носителя, дается разрешение на доступ к защищенным данным.

Недостатком такого технического решения является наличие отдельной карточки, выполняющей функции ключа доступа. При повреждении или утере карточки полностью теряется доступ к защищенным данным. Наличие внешнего ключа - карточки - предопределяет возможность ее эмуляции или кражи с целью несанкционированного доступа к защищенным данным.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является запоминающее устройство (см. патент РФ N 2055391 по кл. G 06 F 12/16) с защитой данных от несанкционированного доступа, содержащее блок кодирования, блок декодирования и блок управления. Устройство предназначено для записи в микросхемы запоминающего устройства информации, кодированной по определенному алгоритму с последующим декодированием при чтении.

Недостатком такого устройства является наличие определенного фиксированного алгоритма кодирования - декодирования защищаемой информации, который несложно воспроизвести при несанкционированном доступе к данным с помощью ПЭВМ и специальных программ.

Предлагаемое изобретение решает задачу защиты микроэлектронного устройства от несанкционированного доступа и исследования функциональных характеристик с целью последующего копирования или эмуляции.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве микроэлектронном, содержащем выполненные на одном полупроводниковом кристалле или общем кристаллодержателе элементы функциональной схемы и схемы защиты от несанкционированного доступа или копирования, последняя снабжена не менее чем двумя внешними источниками постоянного магнитного поля и выполнена из соответствующего числа магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, с подключенной к ним схемой обработки сигнала, к которой подсоединен управляемый буферный каскад для изменения функциональных характеристик устройства в зависимости от уровня и направленности магнитного поля, задаваемого внешними источниками постоянного магнитного поля, электрически включенный между выходом функциональной схемы и внешним выводом устройства, причем магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы расположены в зоне действия соответствующих внешних источников постоянного магнитного поля, а последние размещены в устройстве визуально скрытыми.

Изобретение поясняется блок-схемой, изображенной на чертеже, где 1, 2 - магниточувствительные элементы, 3, 4 - внешние источники постоянного магнитного поля, 5 - схема обработки выходного сигнала магниточувствительных элементов, 6 - управляемый буферный каскад, 7 - функциональная схема. Элементы устройства, образующие схему защиты, обведены штриховым контуром.

В устройство микроэлектронное (интегральную микросхему) введены элементы, магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля 1, 2 (например, преобразователь Холла, магнитотранзистор), со схемой обработки сигнала 5 (например, на базе линейных усилителей, пороговых компараторов с логической схемой сравнения) и управляемым буферным каскадом 6 (например, управляемый логический инвертор, шифратор по псевдослучайному алгоритму, амплитудный ограничитель, фазовращатель и т.д.), технологически выполненные на том же полупроводниковом кристалле, что и защищаемая функциональная схема 7 или расположенные на общем кристаллодержателе с ней. Совокупность элементов 1, 2, 5, 6 устройства образует схему защиты от несанкционированного доступа и копирования, которая снабжается так же малогабаритными внешними источниками постоянного магнитного поля 3, 4 (например, постоянные магниты), размещенными визуально скрытыми в корпусе прибора или в установочной панели микросхемы в непосредственно близости от магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов 1, 2.

Вскрытие корпуса прибора или извлечение интегральной микросхемы из установочной панели с целью исследования ее функциональных характеристик вне прибора приводит к отсутствию действия магнитного поля от внешних визуально скрытых источников постоянного магнитного поля 3, 4 на магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы 1, 2, в результате чего соединенная с ними схема обработки 5 вырабатывает управляющий сигнал, включающий буферный каскад 6, в функции которого входит искажение выходного сигнала функциональной схемы 7, в случае если устройство аналоговое или шифрации выходного сигнала цифрового устройства. При наличии постоянного магнитного поля от внешних визуально скрытых источников 3, 4 (микросхема в установочной панели или корпус не вскрыт) буферный каскад 6 отключается, не оказывает влияния на выходной сигнал функциональной схемы 7, и он проходит на внешний вывод устройства микроэлектронного без искажения.

Устройство работает следующим образом: при воздействии магнитного поля от визуально скрыто расположенных внешних источников постоянного магнитного поля 3, 4 на магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы 1, 2, схема обработки выходного сигнала 5, выполнив логическое сравнение, не включает управляемый буферный каскад 6, и функциональная схема 7 корректно выполняет свою функцию.

В случае несанкционированного исследования функциональных характеристик устройства магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы 1, 2 находятся вне зоны действия магнитного поля от внешних источников постоянного магнитного поля 3, 4, схема обработки 5 вырабатывает сигнал, включающий управляемый буферный каскад 6, который осуществляет искажение или шифрацию выходного сигнала функциональной схемы 7.

Таким образом, при несанкционированном исследовании устройства его функциональная характеристика оказывается заведомо искаженной, хотя устройство полностью сохраняет работоспособность и при возврате на установочное место восстанавливает свои функции, что вызывает убеждение в истинности несанкционированно полученных искаженных функциональных характеристик.

Чувствительность элемента к направленности магнитного поля позволяет избежать отключения схемы защиты устройства при случайном или преднамеренном помещении микроэлектронного устройства во внешнее постоянное магнитное поле вне установочного места. В этом случае при удачном выборе направления внешнего поля произойдет включение только одного из магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, управляемый буферный каскад 6 останется подключенным, что позволяет гарантированно осуществить функции защиты устройства.

Количество магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов в устройстве определяется геометрией полупроводникового кристалла и числом возможных направлений воздействия поля от внешних источников постоянного магнитного поля. В связи с чем два - минимальное допустимое их количество, позволяющее применить внешние визуально скрытые источники постоянного магнитного поля с взаимно противоположной направленностью поля. Приведенная на чертеже блок-схема иллюстрирует вариант устройства с минимальным количеством внешних источников постоянного магнитного поля и магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, направление силовых линий магнитного поля изображено на чертеже стрелками, обозначенными символом
При наличии в схеме защиты более двух магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов, подключаемых также к схеме обработки сигнала 5, последняя выполняет логическое сравнение соответствующего количества их выходных данных и на этой основе вырабатывает сигнал, управляющий буферным каскадом 6. Увеличение количества магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов в устройстве позволяет отслеживать воздействие внешнего поля различной ориентации в пространстве от соответствующим образом расположенных визуально скрытых внешних источников постоянного магнитного поля. Вводить в устройство магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы, реагирующие на одинаковое направление магнитного поля, представляется нецелесообразным ввиду их одновременного включения во внешнем поле.

В предлагаемом устройстве искажение или шифрация выходного сигнала осуществляются только в случае несанкционированного доступа, поэтому шифрация может производиться по псевдослучайному алгоритму, что практически исключает возможность дешифрации. Хорошего результата можно достичь, применив вместо шифрации вывод буферным каскадом информации, имеющей определенное смысловое значение, но заведомо искаженной, что создает иллюзию отсутствия защиты устройства как таковой.

Такое техническое решение значительно повышает степень защищенности микроэлектронного устройства.

Изобретение относится к микроэлектронной технике и предназначено для применения как в аналоговых, так и в цифровых микроэлектронных устройствах. Техническим результатом является осуществление защиты микроэлектронного устройства от несанкционированного доступа и исследования функциональных характеристик с целью копирования или эмуляции. Для этого схема защиты содержит функциональную схему, источники постоянного магнитного поля, схему обработки сигнала, буферный каскад, внешние источники постоянного магнитного поля. 1 ил.

Схема защиты от несанкционированного доступа и копирования устройства микроэлектронного, содержащего также выполненные на одном полупроводниковом кристалле или общем кристаллодержателе элементы функциональной схемы, отличающаяся тем, что она снабжена не менее чем двумя внешними источниками постоянного магнитного поля и выполнена из соответствующего числа магниточувствительных к величине и направлению внешнего магнитного поля элементов с подключенной к ним схемой обработки сигнала, к которой подсоединен управляемый буферный каскад для изменения функциональных характеристик устройства в зависимости от уровня и направленности магнитного поля, задаваемого внешними источниками постоянного магнитного поля, электрически включенный между выходом функциональной схемы и внешним выводом устройства, причем магниточувствительные к величине и направлению внешнего магнитного поля элементы расположены в зоне действия соответствующих внешних источников постоянного магнитного поля, а последние размещены в устройстве визуально скрытыми.