Спосіб керування фазами заряджання і розряджання опорного конденсатора носія даних і схемний пристрій для його здійснення

Винахід стосується способу керування фазами заряджання і розряджання опорного конденсатора носія даних з вузлом обробки даних, причому опорний конденсатор зв'язаний зі входом напруги живлення вузла обробки даних, який включає такі стадії: - відокремлення вузла обробки даних і опорного конденсатора від потенціалу живлення, - виконання обчислювальних операцій у вузлі обробки даних і - з'єднання опорного конденсатора з напругою живлення і, таким чином, заряджання опорного конденсатора. Основою цього способу є той факт, що вузли обробки даних, що оброблюють кодовані дані, мають бути виконані таким чином, щоб під час обчислень за споживаним струмом не можна було зробити висновок про кодовані дані. Зокрема мають бути вжиті заходи, що перешкоджають застосуванню методів аналізу, відомих як "аналіз споживаної потужності" (Simple Power Analysis, SPA) і "диференціальний аналіз споживаної потужності" (Differential Power Analysis, DPA). Завдяки буферуванню напруги живлення обчислювального вузла під час циклу обчислень приховується профіль споживаного струму при здійсненні критичних обчислювальних операцій. Правда, за рівнем розрядження опорного конденсатора можна встановити активність вузла обробки даних під час інтервалу буфер ування. Існує небезпека, що з використанням наступного струму підзаряджання, залежного під попереднього рівня розряджання, може бути зроблений висновок про оброблювані секретні дані або про власне алгоритмічну обробку. Тому задачею винаходу є здійснення буферування живлення вузла обробки даних за допомогою опорного конденсатора таким чином, що під час дозаряджання опорного конденсатора не може бути зроблений висновок про струм, споживаний під час циклу обробки даних. Крім того, має бути розроблений пристрій для здійснення способу. Стосовно способу ця задача вирішена шляхом розробки способу, який відрізняється тим, що перед заряджанням опорного конденсатора здійснюють розряджання опорного конденсатора сталим струмом до попередньо заданої напруги. Стосовно пристрою задача вирішена шляхом розробки пристрою, що містить опорний конденсатор, встановлений з можливістю розряджання через від'єднуване .джерело сталого струму і під'єднання до виводу наруги живлення, компаратор, перший вхід якого з'єднаний з опорним конденсатором, а другий вхід - в джерелом еталонної напруги, вузол керування, вхід якого зв'язаний з виходом компаратора, і який виконаний з можливістю керування вимикачем для з'єднання опорного конденсатора з виводом напруги живлення, а також вимикачем для вмикання джерела сталого струму. Завдяки розряджанню опорного конденсатора до попередньо заданої напруги, заряд, прийнятий при заряджанні конденсатора, завжди однаковий. Таким чином, висновок про зарядний стан конденсатора після циклу обчислень більше зробити неможливо. Особливою перевагою є те, що розряджання опорного конденсатора до попередньо заданої напруги здійснюють сталим струмом, тому слід виходити із того, що пристрій, який виявляє досягнення попередньо заданої напруги, має час затримки. Протягом цього інтервалу часу опорний конденсатор розряджається далі. Якщо розряджання здійснювати не сталим струмом, напруга на опорному конденсаторі після закінчення фази розряджання знову залежна від рівня розряджання після виконання обчислювальних операцій, хай навіть і у значно меншій мірі, ніж у способі чи у пристрої згідно з рівнем техніки. У вигідній формі виконання схемного пристрою розряджання сталим струмом може бути здійснено з використанням струмового дзеркала. Крім того, розряджання опорного конденсатора може бути здійснене послідовно з'єднаними резистором і транзистором, тому що таким чином утворюється подільник напруги, який може бути відрегульований так, що напруга, яка знімається в точці між резистором і транзистором, може порівнюватися зі специфічною напругою джерела зі стабілізацією по ширині забороненої зони (зонне джерело еталонної напруги). Нижче винахід докладніше пояснюється з використанням прикладу виконання, представленого на ілюстраціях. На них схематично зображено: Фіг.1. відповідний винаходові схемний пристрій, Фіг.2. др уга, конкретна форма виконання відповідного винаходові схемного пристрою. На Фіг.1 зображена принципова структура схемного пристрою, за допомогою якого „ може бути здійснений відповідний винаходові спосіб. Вузол 1 обробки даних носія даних зв'язаний з виводом VCC напруги живлення не безпосередньо, а його вхід 6 живлення з'єднаний з виводом VCC напруги живлення через перший вимикач S1. Крім того, зі входом б напруги живлення з'єднаний опорний конденсатор С. Коли перший вимикач S1 розімкнений, живлення вузла 1 обробки даних здійснюється від опорного конденсатора С Тривалість інтервалу часу, протягом якого вузол 1 обробки даних може живитися від опорного конденсатора С, залежить від ємності конденсатора С і струму, споживаного вузлом обробки даних. Пристрій призначений для того, щоб при здійсненні критичних, тобто суттєви х з точки зору безпеки обчислювальних операцій у вузлі 1 обробки даних він був від'єднаний від виводу VCC напруги живлення, з метою запобігання розкриттю секретного коду за струмом споживання усієї схеми разом із вузлом 1 обробки даних. Одначе, якщо після закінчення виконання обчислювальних операцій вимикач S1 знову замикається, конденсатор знову заряджається, причому за зарядним струмом можна визначити, який заряд було відібрано від конденсатора С під час виконання секретних обчислювальних операцій. Щоб уникнути цього, конденсатор С спочатку розряджають до певного значення напруги, і ли ше після цього знову заряджають до номінального значення. Потенційною можливістю для цього могло б бути розряджання конденсатора С до постійної напруги, сформованої відповідною схемою. Правда, це могло б означати, що джерело постійної напруги перемикається на ємнісне навантаження. Одначе, оскільки джерело постійної напруги на практиці не є ідеальним і живиться від напруги живлення, в разі цього рішення споживаний струм буде залежати від рівня напруги на конденсаторі С. Тому така схема не придатна для повного приховування струму, споживаного під час виконання секретних обчислювальних операцій. Відповідно до винаходу конденсатор С розряджають через джерело 3 сталого струму до досягнення певного нижнього граничного значення напруги. Після цього розрядне коло розмикають вимикачем S2 і замикають зарядне коло вимикачем S1. Досягнення нижнього граничного значення напруги визначають за допомогою компаратора 2, який порівнює напругу на конденсаторі С з еталонною напругою U ref. До виходу компаратора 2 під'єднаний керувальний вузол 4, який здійснює керування вимикачами S1 і S2. Керування самим керувальним вузлом 4 здійснює вузол 1 обробки даних перед початком і після закінчення виконання секретної обчислювальної операції. Таким чином задаються моменти часу, коли має бути розімкнений вимикач S1, тобто живлення вузла 1 обробки даних має здійснюватися від опорного конденсатора С, і коли має бути замкнений вимикач S2, тобто здійснюватися процес розряджання конденсатора С Самозрозуміло, що момент закінчення процесу розряджання конденсатора С визначає компаратор 2; тим самим встановлюється момент розмикання вимикача S2 і замикання вимикача S1. Крім того, керування вузлом 4 може бути здійснене також через додатковий вхід 5, наприклад, додатковою схемою, яка задає початкові умови. При розряджанні конденсатора через резистор R напруга на конденсаторі без додаткових заходів спадає за експоненціальною функцією. Коли - як у схемному пристрої згідно з Фіг.1 - компаратор встановить, що нижнє попередньо задане значення напруги на конденсаторі вже досягнуто, то пройде ще деякий час, поки розімкнеться вимикач S2. Протягом цього часу продовжується розряджання конденсатора С. Хоча час затримки компаратора 2 і вимикача S2 завжди однаковий, дійсне кінцеве значення напруги на конденсаторі С все ще залежить від попереднього рівня напруги на ньому, оскільки напруга на конденсаторі спадає експоненційно. Тому у відповідному винаходові виконанні пристрою розряджання конденсатора здійснюють сталим струмом, що забезпечено джерелом 3 сталого струму, завдяки чому, незважаючи на те, що хоча протягом часу затримки компаратора 2 і вимикача S2 напруга на конденсаторі С і продовжує знижуватися, її кінцеве значення не залежить від попереднього рівня напруги на ньому. На Фіг.1 зображена конкретна форма виконання відповідного винаходові схемного пристрою, що містить схему струмового дзеркала для реалізації джерела сталого струму і керувальний вузол, що містить логічний І-елемент 11, двофазний генератор 12, а також .тригер 13. Вхід 6 живлення вузла 1 обробки даних з'єднаний з виводом VCC напруги живлення так само, як і на Фіг.1. Так само пристрій містить опорний конденсатор С, від якого здійснюється живлення вузла 1 обробки даних, коли вимикач S1 розімкнений. На відміну від Фіг.1, неінвертуючий вхід компаратора 2 з'єднаний з конденсатором 2 - і, відповідно, зі входом 6 живлення вузла 1 обробки даних - не безпосередньо; на нього подається напруга, знята із точки з'єднання послідовно з'єднаних резистора R і транзистора Т4. Таким чином, розряджання конденсатора С здійснюють через резистор R і транзистор Т4, які при цьому утворюють подільник напруги. Використання подільника напруги викликано тим, що компаратор 2 порівнює напругу на конденсаторі С з еталонною напругою Uref, що виробляється зонним джерелом еталонної напруги. Типове значення напруги такого джерела еталонної напруги становить 1,203 В, тоді як значення напруги, до якого має бути розряджений конденсатор, становить зазвичай 2,0В. Тому подільник напруги, що складається із резистора R і транзистора Т4, має бути розрахований таким чином, щоб спад напруги на резисторі становив близько 0,8В. Якби напруга знімалася безпосередньо з конденсатора С, порівняння з напругою зонного джерела було б неможливим. Джерело сталого струму реалізоване з використанням схеми струмового дзеркала, що складається із резистора Rs і транзистора Т3 у опорному електричному колі, а також транзистора Т4. У опорному колі послідовно з'єднані резистор Rs і транзистор Т3 включені між виводом Vkonst стабільної напруги і опорним потенціалом 0. Величиною опору резистора Rs і значенням стабільної напруги Vkonst задається струм у опорному колі. Таким чином задається також, який струм може протікати через транзистор Т4. Транзистором Т1, під'єднаним між керувальним виводом транзистора Т4 і опорним потенціалом 0, вмикають/вимикають транзистор Т4. Транзистором Т2, під'єднаним між керувальним виводом транзистора Т3 і керувальним виводом транзистора Т4, вмикають/вимикають струмове дзеркало. Поки напруга на конденсаторі С ще не досягла свого нижнього значення, результатом порівняння є високий рівень HIGH на виході компаратора 2. Коли вимикач S1 розімкнений, тригер 13 скидається у початковий стан і на його інверсному виході qn встановлюється високий рівень HIGH. Коли у вузлі 1 обробки даних виконання суттєвих з точки зору безпеки обчислювальних операцій закінчується і може бути розпочате розряджання конденсатора С, на виході 14 вузла 1 обробки даних встановлюється високий рівень HIGH; цей сигнал є третім вхідним сигналом логічного І-елемента 11. Внаслідок цього на виході логічного І-елемента 11 встановлюється високий рівень HIGH, що є сигналом для початку процесу розряджання конденсатора. Двофазний генератор 12 із вихідного сигналу логічного І-елемента 11 формує два затриманих у часі сигнали 15 і 16. Спочатку сигналом 16 запирається транзистор Т1, в результаті чого транзистор Т4 може бути провідним. Другим сигналом 15 відкривається транзистор Т2, в результаті чого активізується схема струмового дзеркала і струм, що протікає через резистор Rs, віддзеркалюється у розрядному електричному колі. Оскільки розрядний струм ID є сталим, спад напруги на резисторі R також сталий і у даному прикладі виконання винаходу становить 0,8В. При початковій напрузі на конденсаторі 2,4 В і спаді напруги на резисторі R 0,8В на неінвертуючий вхід компаратора 2 подається напруга 1,6 В, а еталонна напруга Uref становить 1,2 В. Лише при розряджанні конденсатора до напруги 2 В напруга на неінвертуючому вході компаратора 2 стане меншою від напруги на його інвертуючому вході. В цей момент спадає напруга на виході компаратора 2 і внаслідок низького рівня LOW на вході логічного І-елемента 11 на його виході також встановлюється низький рівень LOW. В результаті транзистор Т1 відкривається, запираючи розрядний транзистор Т4 і припиняючи розряджання конденсатора С Після замикання вимикача S1 конденсатор С знову заряджається. Самозрозуміло, що для забезпечення такого функціонування можливі різноманітні виконання схемного пристрою, але поки опорний конденсатор розряджається сталим струмом ID, такі схеми підпадають під цей винахід.