Електронний пристрій для обробки даних та спосіб керування цим пристроєм

1. Електронний пристрій для обробки даних, який містить контролер (110, 120) для обробки обчислювальної задачі; енерговимірювальний пристрій (150) для визначення енергії, наявної в розпорядженні контролера (110, 120), і керуючий пристрій (130, 140, 150) для керування контролером (110, 120) в залежності від енергії, наявної в розпорядженні контролера (110, 120), причому контролер (110, 120) містить кілька периферійний пристроїв (120) для виконання підпорядкованих задач; і центральний оброблювальний вузол (110) для керування периферійними пристроями (120), причому керуючий пристрій (130, 140, 150) виконаний зі здатністю керування периферійними пристроями (120) в залежності від обчислювальної задачі, підпорядкованих задач і енергії, наявної в розпорядженні контролера (110, 120). 2. Електронний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що містить керуючий пристрій (130, 140, 150), виконаний зі здатністю такого керування контролером (110, 120), що енергія, необхідна контролеру (110, 120) для виконання обчислювальної задачі, дорівнює енергії, наявній у розпорядженні контролера (110, 120). 3. Електронний пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що містить енергопостачальний пристрій (100) для добування енергії, наявної у розпо 2 (19) 1 3 74641 4 10. Електронний пристрій за п. 9, який відрізняі другий пристрій (140) для встановлення другої ється тим, що пристрій (140) для встановлення тактової частоти, з якою працює периферійний тактової частоти периферійного пристрою (120) пристрій (120), причому перша і друга тактові часмістить генератор, підпорядкований одному із петоти встановлюються таким чином, що наявної в риферійних пристроїв і виконаний зі здатністю розпорядженні енергії достатньо для виконання формування тактового сигналу з вихідною тактообчислювальної задачі, і одночасно периферійновою частотою, з якою здійснюється тактування му пристрою (120) для виконання підпорядкованої відповідного периферійного пристрою (120). задачі надається максимально можлива кількість 11. Електронний пристрій за п. 9, який відрізняенергії. ється тим, що пристрій (140) для встановлення 13. Спосіб керування електронним пристроєм для тактової частоти периферійного пристрою (120) обробки даних, що містить контролер (110, 120) містить помножувач тактової частоти, підпорядкодля обробки обчислювальної задачі, причому конваний одному із периферійних пристроїв і виконатролер (110, 120) містить кілька периферійний ний зі здатністю формування тактового сигналу з пристроїв (120) для виконання підпорядкованих вихідною тактовою частотою, з якою здійснюється задач і центральний оброблювальний вузол (110) тактування відповідного периферійного пристрою для керування периферійними пристроями (120), (120). який включає такі стадії: 12. Електронний пристрій за одним із одним із пп. визначення (10) енергії, наявної в розпорядженні 1-11, який відрізняється тим, що контролер (110, контролера (110, 120), і 120) містить периферійний пристрій (120) для викерування (20) контролером (110, 120) в залежноконання підпорядкованої задачі і центральний обсті від енергії, наявної в розпорядженні контролера роблювальний вузол (110) для керування перифе(110, 120), рійними пристроями (120), а керуючий пристрій причому керування периферійними пристроями (130, 140, 150) містить перший пристрій (130) для (120) здійснюють в залежності від обчислювальної встановлення першої тактової частоти, з якою задачі, підпорядкованих задач і енергії, наявної в працює центральний оброблювальний вузол (110), розпорядженні контролера (110, 120). Винахід стосується електронних пристроїв з контролером, зокрема керування контролером в таких електронних пристроях. У зв'язку зі зростаючим поширенням безготівкового розрахунку, електронної передачі даних громадськими мережами і обміном номерами кредитних карток через громадські мережі зростає потреба в криптографічних алгоритмах, необхідних для здійснення цифрових підписів, аутентифікації чи задач кодування. Відомі криптографічні алгоритми охоплюють асиметричні алгоритми, такі як алгоритм RSA (Rivest, Shamir, Adleman) або методи, що базуються на еліптичних кривих, або симетричні методи кодування, такі як методи згідно зі стандартами DES (Data Encryption Standard = стандарт кодування даних) AES (Advanced Encryption Standard = удосконалений стандарт кодування даних). Для забезпечення виконання приписаних криптографічними алгоритмами обчислень з прийнятною швидкістю використовуються спеціально призначені криптографічні контролери. Такі криптографічні контролери використовуються, наприклад, в чіп-картках, таких як SIM-картки чи сигнатурні картки, наприклад, для розрахунків за мобільний телефон, для транзакцій з банкоматом або для електронного підпису, що має юридичну силу. Альтернативно криптографічні контролери використовуються в комп'ютерах чи серверах як мікросхеми безпеки для здійснення аутентифікації або для виконання задач кодування, які можуть полягати, наприклад, в надійній передачі номерів кредитних карток, в передачі електронною поштою повідомлень секретного змісту, в надійних безготівкових розрахунках через Інтернет. Для задовольняння високих запитів користувачів і утвердження на ринку до криптографічних контролерів висуваються високі вимоги. Наприклад, для забезпечення надійного алгоритмічного захисту від сторонніх втручань криптографічні контролери повинні мати високу обчислювальну потужність. Підставою цьому служить те, що надійність криптографічних алгоритмів, як, наприклад, відомого RSA-алгоритму, в загальному випадку вирішальним чином залежить від довжини використовуваного паролю, а це означає, що використовувані криптографічні контролери, що реалізують відповідні алгоритми, мають бути в змозі працювати з числами якомога більшої довжини. Наприклад, при використанні RSA-алгоритму довжина паролю може становити 1024 біт або до 2048 біт, тоді як сучасні універсальні процесори працюють з числами довжиною 8, 32 або максимум 64 біт. Крім того, криптографічні контролери повинні мати високу обчислювальну потужність, щоб обчислення, необхідні відповідно до даного криптографічного алгоритму, могли бути здійснені протягом прийнятного інтервалу часу. Так, наприклад, для користувача було б неприйнятним - чекати кілька хвилин виконання операції аутентифікації чи транзакції з оплати. Для досягнення високої обчислювальної потужності і, відповідно, швидкодії відомі криптографічні контролери обробляють багато операцій паралельно. При застосуванні криптографічних контролерів у чіп-картках, наприклад, таких як SIM-картки чи сигнатурні картки, виникаюча додаткова проблема полягає в тому, що вони як масовий продукт повинні бути дешевими у виробництві. Незважаючи на те, що вони повинні обробляти трудомісткі ал 5 74641 6 горитми за якомога коротший час, з іншого боку тот, відповідає мінімальній енергії. Отже, робота електронний пристрій не повинен бути складним і, пристрою можлива лише тоді, коли наявної в розотже дорогим. порядженні енергії достатньо, тобто вона дорівнює Наступна проблема при проектуванні криптоабо більша від мінімальної енергії. До того ж, внаграфічних контролерів походить від співіснування слідок тактування співпроцесорів сталою частотою багатьох загалом звичайних криптографічних аленергія, необхідна для роботи криптографічного горитмів. В разі чіп-карток, наприклад, добре зареконтролера, не залежить від задачі криптографічкомендує себе на ринку той криптографічний контного контролера, тому, наприклад, для витратного ролер, який придатний для здійснення більшості криптографічного RSA-алгоритму необхідна така ж звичайних криптографічних алгоритмів, і, відповідкількість енергії, як і для менш витратних обчисно, має широку застосовуваність і високу зручність лень на основі еліптичних кривих. Крім того, в разі, для користувача. Завдяки наявності такого "багаколи наявна в розпорядженні енергія перевищує тофункціонального" криптографічного контролера енергію, необхідну для роботи криптографічного користувач не мусить носити з собою скрізь кілька контролера, надлишкова енергія втрачається і чіп-карток, кожна з яких призначена для одного залишається невикористаною. спеціального застосування, тобто для одного криДля виробників чіпів для чіп-карток і чіпів безптографічного методу. Одначе такий багатофункпеки криптографічні контролери з покращеним ціональний криптографічний контролер - через використанням енергії мали б надзвичайне знабагатогранність застосувань - має бути здатен до чення, оскільки завдяки цьому, з одного боку, могвиконання великої кількості обчислювальних опела б бути збільшена швидкодія, і тим самим зменрацій, використовуваних кількома криптографічшений час очікування біля терміналу, і підвищена ними алгоритмами, що веде до його ускладнення і зручність для користувача, і, з іншого боку, при до зменшення швидкодії електронного пристрою. такій же швидкодії могла б бути зменшена складМожливий проект для криптографічного контність схеми і, тим самим, ціна контролера, що має ролера, який, з одного боку, є багатофункціональособливе значення для масового продукту. ним, а, з іншого боку, має високу швидкість обробЗадача цього винаходу полягає в розробці ки даних, полягає в поєднанні центрального електронного пристрою і способу керування елекобробного вузла (процесора) і одного чи кількох тронним пристроєм, які забезпечують підвищення співпроцесорів, які працюють паралельно і зв'язані обчислювальної продуктивності при такій же наявміж собою шинною системою, як це реалізовано, ній у розпорядженні енергії. наприклад, в сучасних персональних комп'ютерах, Ця задача вирішена у електронному пристрої а також в сучасних чіп-картках. При цьому співзгідно з п.1 формули винаходу і у способі згідно з процесори беруть на себе витратні обчислювальні п.14 формули винаходу. задачі, підпорядковані, наприклад, певним криптоВідповідний винаходові електронний пристрій графічним алгоритмам чи певним обчислювальмістить контролер для виконання обчислювальних ним операціям, таким, наприклад, як модулярне чи задач, а також енерговимірювальний пристрій для арифметичне множення. визначення кількості енергії, наявної в розпоряДодаткова проблема, що стоїть перед криптодженні контролера. Керуючий пристрій електронграфічними контролерами, полягає в тому, що ного пристрою керує контролером в залежності від вони мають у своєму розпорядженні дуже обменаявної в розпорядженні енергії. жену кількість енергії. Наприклад, термінали для Відповідний винаходові спосіб керування елеконтактних чіп-карток забезпечують максимальний ктронним пристроєм, який має контролер для виструм кілька міліампер, а в разі безконтактних і конання обчислювальних задач, включає визнамобільних застосувань, як, наприклад, SIM-картки чення кількості енергії, наявної в розпорядженні в мобільних телефонах, наявний у розпорядженні контролера, і керування контролером в залежності струм може бути навіть меншим, ніж 10мА. Отже, від енергії, наявної в розпорядженні. швидкодія співпроцесорів обмежена наявною в В основі винаходу лежить знання того, що розпорядженні енергією. Частота тактового сигнашляхом визначення енергії, наявної в розпорялу, яким тактується робота центрального процедженні процесора, наприклад, криптографічного сора і криптографічних співпроцесорів, також законтролера, може бути досягнута оптимізація часу знає обмежень наявною в розпорядженні виконання операції шляхом оптимального націенергією, оскільки при реалізації чіпа контролера лення визначеної енергії на важливі, тобто переза КМОН-технологією споживаний струм залежить важно потрібні для виконання даного процесорновід тактової частоти, тобто від частоти перемиканго завдання співпроцесори чи інші периферійні ня польових транзисторів. пристрої або процесор контролера. Хоча для цьоПроблемі малої - а в разі безконтактних чи го електронний пристрій має бути доповнений мобільних застосувань навіть коливної чи спадної енерговимірювальним пристроєм, внаслідок чого - кількості наявної в розпорядженні енергії для зростає його складність, завдяки якомога кращому живлення звичайних криптографічних контролерів використанню енергії може бути досягнуте, з одноможна протиставити лише те, що вони мають бути го боку покращення обчислювальної потужності розраховані на певне мінімальне забезпечення при тій же складності схеми і, з іншого боку, змененергією. Тактування усього криптографічного шення складності схеми при тій же потужності. процесора, тобто центрального процесора і крипЗгідно з одним прикладом виконання керувантографічних співпроцесорів має здійснюватися зі ня контролером в залежності від наявної в розпосталими тактовими частотами таким чином, що рядженні енергії здійснюється шляхом збільшення енергія, необхідна для встановлених тактових частактової частоти, з якою працює контролер, коли в 7 74641 8 розпорядженні є більша кількість енергії, і зменспівпроцесора, необхідного для супутніх обчисшення тактової частоти, коли енергії менше. Іншилень - з нижчою частотою. Таким чином забезпеми словами, тактова частота контролера змінючується загалом зменшення часу виконання обчиється в залежності від визначеної кількості наявної слень при оптимальному використанні енергії. Інші в розпорядженні енергії з метою досягнення якоознаки і вдосконалення винаходу відображені у мога кращого використання енергії. Це особливо формулі винаходу. Нижче переважні приклади вигідно при використанні електронного пристрою в виконання винаходу детальніше пояснюються з чіп-картках, призначених для роботи з безконтактвикористанням фігур. На них схематично зобраними терміналами, оскільки в такомуразі наявна в жено: розпорядженні енергія залежить від відстані між Фіг.1. блок-схема, за допомогою якої пояснютерміналом і карткою і, отже, зазнає значних колиється відповідне винаходові керування енергією в вань. До того ж, в разі чіп-картки оптимальне викоелектронному пристрої, та його переваги; ристання енергії зменшує час очікування біля терФіг.2. блок-схема електронного пристрою згідміналу, що підвищує зручність чіп-картки для но з прикладом виконання даного винаходу; користувача. Фіг.3. блок-схема системи фазового автопідстЗгідно з іншим прикладом виконання винаходу роювання частоти, використовуваної для керуванконтролер містить кілька периферійних пристроїв ня тактовою частотою електронного пристрою згідля виконання підпорядкованих задач, наприклад, дно з Фіг.2; UART-модуль (UART = universal asynchronous Фіг.4. структурна схема, яка ілюструє залежReceiver-transmitter = універсальний асинхронний ність тактової частоти, з якою може працювати приймач-передавач) для обміну даними з термінапериферійний пристрій, що виконує поточну обчилом, сенсорний елемент для перевірки критичних слювальну задачу, від відстані до безконтактного з точки зору безпеки параметрів, генератор випадтермінала для випадку, коли електронний пристрій кових чисел, фільтр або співпроцесори для здійсрозміщений на чіп-картці. нення обчислювальних задач, наприклад, DES-, Відповідне винаходові керування енергією та RSA- чи хеш-модуль, а також центральний пройого переваги пояснюються з посиланнями на цессор для керування усіми периферійними приФіг.1. На основі цього з посиланнями на Фіг.2 і строями, причому керування контролером здійсФіг.3 описується приклад виконання електронного нюється в залежності від обчислювальної задачі, пристою згідно з винаходом. На закінчення з посипідпорядкованих задач і наявної в розпорядженні ланнями на Фіг.4 пояснюється застосування відпопроцесора енергії. Керування може здійснюватися відного винаходові керування енергією в разі безтаким чином, що, з одного боку, мінімізується час, контактного застосування. необхідний для виконання обчислювальної задачі, Хоча винахід може бути застосований до всіх і, крім того, наявної у розпорядженні енергії достаелектронних пристроїв, що містять контролер для тньо. Це може бути досягнуто за рахунок того, що виконання обчислювальних задач, в подальшому виміряна наявна у розпорядженні енергія завжди описі йдеться зокрема про галузь криптографії, використовується в основному для того перифепричому контролер інколи називається криптограрійного пристрою, який при виконанні обчислювафічним процесором або криптографічним контрольної задачі, наприклад, при кодуванні, декодулером. Перенесення наведеного нижче опису на ванні, аутентифікації чи перевірці електронного інші галузі, наприклад, графічні плати портативнопідпису за стандартом DES, RSA-алгоритмом чи го персонального комп'ютера, цілком можливе. методом еліптичних кривих, або ж передачі даних, Як видно із блок-схеми на Фіг.1, відповідний потребує найбільшої енергії або обчислювальної винаходові спосіб керування енергією починається потужності. Іншими словами, керування контролезі стадії 10 - з визначення енергії Е, що є у розпором здійснюється таким чином, що, з одного боку, рядженні електронного пристрою. Наявна у розпонаявної у розпорядженні енергії достатньо для рядженні енергія може змінюватися з різних привиконання контролером обчислювальної задачі і, з чин. Наприклад, при використанні електронного іншого боку, периферійному пристрою чи співпропристрою в чіп-картках для контактних терміналів цесору, який виконує поточну обчислювальну занаявна в розпорядженні енергія Ε змінюється від дачу, надається максимально можлива енергія. термінала до термінала або внаслідок коливань У прикладі виконання, наприклад, наявна у роякості контактів між терміналом і електронним зпорядженні енергія розподіляється між перифепристроєм. В разі безконтактних застосувань наярійним пристроєм і центральним процесором конвна в розпорядженні енергія Ε залежить від відстролера таким чином, що, наприклад, на підставі тані між передавальною частиною термінала і меншої енерговитратності виконуваного центраприймальною частиною безконтактної чіп-картки, льним процесором RSA-кодування тактування що буде детальніше пояснено з посиланням на центрального процесора здійснюється з меншою Фіг.4. В разі мобільних застосувань, наприклад, в частотою, а тактування периферійного пристрою, мобільних телефонах чи портативних персональтобто співпроцесора, що виконує поточну операних комп'ютерах зміна наявної в розпорядженні цію модулярного множення, здійснюється з вищою енергії може бути зумовлена розрядом батареї частотою. В іншому прикладі виконання наявна в живлення. Власне визначення кількості енергії розпорядженні енергія розподіляється переважно може бути здійснене різними способами, за допоміж двома периферійними пристроями шляхом могою різних пристроїв, причому як міра наявної в тактування співпроцесора, призначеного в основрозпорядженні енергії можуть бути використані ному для виконання кодування методом еліптичрізні параметри, наприклад, вхідна напруга чи підних кривих, з високою частотою, а тактування ведений струм. 9 74641 10 Після цього у стадії 20 здійснюють керування цього повністю використовується для роботи контконтролером електронного пристрою в залежності ролера. Завдяки цьому навіть незначна частина від наявної в розпорядженні енергії Е, визначеної у наявної в розпорядженні енергії, яка перевищує стадії 10. Як показано на Фіг.1 фігурною дужкою, мінімальну енергію живлення, використовується керування контролером в залежності від наявної в для прискорення виконання обчислювальної задарозпорядженні енергії Ε може здійснюватися різчі. Отже, тоді як у звичайних електронних пристроними способами, причому на Фіг.1 лише для прикях спеціальні периферійні пристрої, які значною ладу показані три можливості 20а, 20b і 20с. Пермірою визначають загальну продуктивність систеша можливість керування контролером полягає у ми, працюють із жорстко встановленими частотавстановленні тактової частоти в залежності від ми, кратними тактовій частоті центрального пронаявної в розпорядженні енергії. Шляхом зміни цесора, і то лише тоді, коли наявної в тактової частоти змінюється частота перемикання розпорядженні енергії вистачає для цього, за доелементів, з яких складається контролер, що, напомогою відповідного винаходові керування енерприклад, в разі реалізації контролера за КМОНгією при надлишку наявної в розпорядженні енергії технологією дає в результаті зміну споживаного тактування окремих периферійних пристроїв може струму чи споживаної потужності. В разі наявності здійснюватися з вищою частотою таким чином, що меншої кількості енергії має бути встановлена нинаявна в розпорядженні енергія використовується жча тактова частота, тоді як за наявності більшої якнайкраще, тобто в основному без залишку. кількості енергії тактова частота і, отже, швидкоДо того ж, з урахуванням поточної обчислювадія, може бути підвищена. В разі, коли контролер льної задачі, наприклад, виконання певного крипскладається із кількох компонентів, можна - як бутографічного алгоритму, визначена наявна в розде пояснено детальніше з посиланням на Фіг.2 порядженні енергія може бути оптимально встановити тактову частоту окремо для кожного розподілена з точки зору оптимізації часу обчискомпонента, наприклад, для центрального процелення між задіяними співпроцесорами таким чисора і периферійного пристрою, яким може бути, ном, що наявна в розпорядженні енергія буде не наприклад, співпроцесор. Шляхом встановлення просто витрачена без залишку, але й оптимально тактових частот різних компонентів наявна в розвикористана чи спожита, завдяки чому швидкодія порядженні енергія Ε може бути розподілена якоконтролера при тій же кількості енергії може бути мога краще, тобто повністю розподілена між комзбільшена, а час очікування користувача біля терпонентами, необхідними для виконання поточної міналу - зменшений. обчислювальної задачі. Розподіл наявної в розпоНижче з посиланням на Фіг.2 описується елекрядженні енергії між різними компонентами шлятронний пристрій згідно з прикладом виконання хом встановлення різних тактових частот може цього винаходу. Згідно з цим прикладом виконання бути здійснене в смислі оптимізації тривалості електронний пристрій містить криптографічний обчислення, завдяки чому тривалість обчислення процесор, і встановлений на чіп-картці, придатній мінімізується як шляхом максимального викорисдля роботи з безконтактним терміналом. тання наявної в розпорядженні енергії, так і шляЯк видно із Фіг.2, електронний пристрій містить хом одночасного оптимального розподілу енергії вузол 100 сполучення з безконтактним термінаміж окремими компонентами. лом, а також криптографічний процесор, що склаДруга можливість 20b для керування контродається із центрального процесора 110 і перифелером полягає у вимиканні компонент контролера, рійного пристрою 120, яким може бути, наприклад, які не беруть участі у виконанні поточної обчислюкриптографічний співпроцесор, генератор випадвальної задачі. Такі компоненти контролера за кових чисел або універсальний модуль прийомудопомогою додаткових перемикальних елементів, передачі даних, причому в подальшому заради наприклад польових транзисторів з малим струпростоти пояснення периферійним пристроєм мом витікання, можуть бути від'єднані від напруги вважатиметься криптографічний співпроцесор. живлення з метою переведення їх у режим очікуЦентральний процесор 110 і криптографічний вання (sleep mode). співпроцесор 120 оснащені помножувачами тактоІнша можливість 20с для керування контролевої частоти відповідно 130 і 140, які формують ром полягає у встановленні напруги живлення тактові сигнали TaktCPU і, відповідно, Taktcrypto, приусього контролера або окремих його компонентів. чому замість помножувачів тактової частоти моНапруга живлення, наприклад, у разі, коли наявна жуть бути застосовані також тактові генератори. в розпорядженні енергія зменшується нижче встаВузол 100 сполучення з безконтактним термінановленого порогового значення, може бути перелом, призначений для перетворення одержаної від ведена на нижче значення, при якому надійність безконтактного термінала (не зображений) електроботи контролера нижча, але ще достатня. Крім ромагнітної енергії 105 у електричну енергію для того, могла б бути змінена напруга живлення для живлення електронного пристрою, і складається, аналогових компонентів електронного пристрою, наприклад із антени, випрямляча і фільтра нижніх наприклад, для аналогової частини інтерфейсу частот, подає енергію живлення як на обидва помбезконтактного терміналу електронного пристрою. ножувачі 130 і 140 тактової частоти, так і на виміОсновна перевага описаного вище з посиланрювач енергії або пристрій 150 для визначення ням на Фіг.1 керування енергією полягає в тому, енергії. Вимірювач 150 енергії - в залежності від що порівняно зі звичайними електронними приенергії живлення, тобто від наявної в розпорястроями, розрахованими на певну мінімальну енедженні енергії від вузла 100 сполучення з безконргію живлення, відповідно до винаходу визначатактним терміналом - подає керуючі сигнали VCCPU ється наявна в розпорядженні енергія Е, яка після і VCcrypto на обидва помножувачі 130 і 140 тактової 11 74641 12 частоти для керування частотою тактових сигнавикористання сигнали, наприклад, у формі лінійнолів, подаваних на центральний процесор 110 і на го регулятора, або містить аналого-цифровий песпівпроцесор 120. ретворювач, який перетворює енергію живлення у Криптографічний процесор, який складається цифрові керуючі сигнали VCCPU і VCcrypto. В разі із центрального процесора 110 і криптографічного використання цифрової форми керуючих сигналів співпроцесора 120, придатний, наприклад, для може бути передбачена довідкова таблиця, в якій обробки певних обчислювальних задач, таких як для певних діапазонів енергії живлення записані кодування, декодування, аутентифікація чи перекеруючі сигнали VCCPU і VCcrypto, які забезпечують вірка електронного підпису, на основі стандарту оптимальний час виконання обчислень криптоDES, методу AES, RSA-алгоритму чи методу еліпграфічного процесора. тичних кривих. Криптографічний співпроцесор 120, Помножувачі 130 і 140 частоти згідно з Фіг.2 у свою чергу, призначений для виконання певних виконані у формі систем фазового автопідстроюобчислювальних операцій, таких як модулярне чи вання частоти, які здійснюють множення вхідної арифметичне додавання, множення, піднесення частоти на раціональні множники n/m. Вхідна часдо степеню чи інвертування, обчислення хештота задана, наприклад, тактовим сигналом, сфозначення. Як складова криптографічного процесормованим вузлом 100 сполучення з безконтактним ра периферійний пристрій 120 може бути, напритерміналом. Отже, помножувачі 130 і 140 частоти клад, генератором випадкових чисел, універсальперетворюють тактовий сигнал вхідної частоти fin у ним модулем прийому/передачі або датчиком. В тактовий сигнал вихідної частоти fout=n/m·f0. Блокзагальному випадку задачі, виконувані криптограсхема помножувачів 130 і 140 частоти представфічним співпроцесором 120, потребують більшої лена на Фіг.3. Як видно, кожен помножувач частообчислювальної потужності, ніж здійснювані ти має вхід IN 200, на який подано тактовий сигнал центральним процесором 110 задачі з керування, вхідної частоти fin, входи INn 205 і INm 210, на які які полягають у передачі через шину (не показана) подано значення чисельника n і знаменника m на криптографічний співпроцесор 120 команд, дараціонального множника між вхідною частотою fin і них та іншої інформації. вихідною частотою fout, і вихід OUT 215, з якого Для підвищення загальної швидкодії криптознімається тактовий сигнал з частотою fout. Поряд з графічного процесора електрична енергія, добута подільником 220 частоти схема містить систему вузлом 100 сполучення з безконтактним термінафазового автопідстроювання частоти, яка складалом із електромагнітної енергії 105, вимірюється ється із генератора, керованого напругою (ГКН) вимірювачем 150 енергії і за допомогою помножу230, подільника 240 частоти, схеми XOR 250 ("вивачів 130 і 140 тактової частоти таким чином розключне АБО") і регулятора 260. Один вхід подільподіляється між центральним процесором 110 і ника 220 частоти з'єднаний зі входом IN 200, а криптографічним співпроцесором 120, що живлендругий вхід - зі входом INm 210. На виході подільня центрального процесора здійснюється якомога ник напруги формує вихідний сигнал з частотою меншою кількістю енергії, тоді як в розпорядження fin/n, причому вихід з'єднаний зі входом схеми XOR криптографічного співпроцесора 120 надається 250. Інший вхід схеми XOR 250 з'єднаний з вихомаксимально можлива енергія. При розподілі наядом подільника 240 частоти, входи якого з'єднані вної в розпорядженні енергії між центральним відповідно зі входом INn 205 і виходом ГКН 230. процесором 110 і криптографічним співпроцесоВхід ГКН 230 через регулятор 260 зв'язаний з виром 120 уданому разі використовується той факт, ходом схеми XOR 250. Вихід ГКН 230 з'єднаний з що зміна частот тактових сигналів TaktCPU і виходом OUT 215. Taktcrypto цих компонентів визначає споживану ниНижче описується принцип дії схеми згідно з ми енергію. При реалізації криптографічного проФіг.3. Керуючі входи INn 205 і INm 210, на які поцесора у КМОН-технології споживана енергія задано керуючі сигнали VCCPU і VCcrypto (див. Фіг.2), лежить від частоти перемикання окремого можуть служити для встановлення співвідношення польового транзистора. Отже, повне використання між дільниками n і m (n,m 1, 2, 3. . .), з якими подінаявної в розпорядженні енергії можливе шляхом льники 220 і 240 частоти ділять частоту вхідного тактування криптографічного співпроцесора 120 з тактового сигналу на вході 200 і частоту вихідного якомога вищою частотою, що забезпечує високу сигналу генератора 230 відповідно. На обох вхошвидкодію. дах схеми 250 будуть присутні ідентичні сигнали з У прикладі виконання, зображеному на Фіг.2, однаковою частотою fin/m і фазою лише тоді, коли помножувачі 130 і 140 тактової частоти виконані вихідний сигнал генератора 230 матиме частоту таким чином, що при однакових керуючих сигнаfout=n/m·f0. Якщо це не так, схема XOR 250 разом із лах вони формують тактові сигнали TaktCPU і регулятором 260 підрегульовує частоту ГКН 230 Taktcrypto, частоти яких відрізняються на сталий до досягнення бажаного співвідношення між вхідмножник n. Коли вимірювач 150 енергії на основі ним тактовим сигналом і вихідним тактовим сигнарезультатів вимірювання формує однакові керуючі лом. Отже, тактовий сигнал на виході OUT має сигнали VCCPU і VCcrypto, тактові частоти зв'язані бажану частоту fout. співвідношенням: Taktcrypto=n· TaktCPU. Одначе виПісля пояснення структури і принципу дії елекмірювач 150 енергії може подавати на помножуватронного пристрою згідно з Фіг.2 нижче з викорисчі 130 і 140 частоти керуючі сигнали VCCPU і VCcrypto танням Фіг.4 пояснюється його переважне засторізного рівня. Вимірювач 150 енергії виконаний сування у чіп-картках для безконтактних або у вигляді регулятора, який певним чином петерміналів. ретворює енергію, отриману від вузла 100 сполуНа Фіг.4 схематично зображена чіп-картка, на чення з безконтактним терміналом, у придатні для якій встановлений електронний пристрій згідно з 13 74641 14 Фіг.2, у трьох положеннях 300а, 300b і 300с відновиконанні задачі кодування або хеш-модулю при сно безконтактного термінала 310, який створює обчисленні хеш-значення шляхом якомога швиделектромагнітне випромінення 320 певної частоти. шого тактування відповідного модуля. СпівпроцеЯк видно із Фіг.4, чіп-картка в різних положеннях сори, не залучені до виконання поточної задачі 300а-300с перебуває на різних відстанях від безпроцесора, можуть бути навіть повністю вимкнені контактного термінала, наприклад, 10см, 7см і 5см. або переведені у режим очікування шляхом від'єдОскільки наявна в розпорядженні електронного нання від напруги живлення - для уникнення струпристрою енергія Е, яку вузол сполучення з термімів витікання. налом (Фіг.2) виробляє із електромагнітного виОптимальний розподіл наявної в розпоряпромінення 320, залежить від відстані d між чіпдженні енергії між кількома співпроцесорами може карткою і безконтактним терміналом 310, в різних бути здійснений шляхом надання кожному співположеннях 300а, 300b і 300с чіп-картки для контпроцесору помножувача тактової частоти, як, наролера електронного пристрою може бути встаноприклад, на Фіг.2 криптографічному співпроцесору влювана вища чи нижча тактова частота f1, f2 чи f3. 120 наданий помножувач 140 тактової частоти. У Коли чіп-картка розміщена на більшій відстані від найпростішому випадку, наприклад, коли співпротермінала 310, в розпорядженні електронного цесори при виконанні задачі процесора викориспристрою є менша кількість енергії, тому тактова товуються центральним процесором послідовно, частота має бути нижчою. З наближенням чіпцентральний процесор може працювати з тактокартки до термінала 310 зростає кількість енергії, вою частотою fCPU, співпроцесори, не залучені до наявної в розпорядженні електронного пристрою, виконання задачі процесора, вимкнені або можуть тому тактування контролера може здійснюватися з працювати з тактовою частотою fCPU, і лише крипвищою частотою. Таким чином тактова частота тографічний співпроцесор, що безпосередньо визавжди узгоджується з наявною в розпорядженні конує поточну задачу, працює з вищою тактовою енергією, завдяки чому при наявності більшої кільчастотою, встановленою таким чином, що наявна кості енергії може бути досягнута менша тривав розпорядженні енергія споживається без залишлість обчислень. На противагу цьому у криптограку. Іншими словами, досягається оптимізація швифічних пристроях рівня техніки, наприклад, дкодії обчислення і максимальне використання шляхом встановлення сталої тактової частоти заенергії шляхом такого підвищення чи зниження дається стале споживання енергії, яке відповідає тактової частоти співпроцесора, в основному випевній максимальній відстані між чіп-карткою і текористовуваного для виконання поточної задачі, рміналом і є компромісом між якомога більшим що він працює з максимально можливою тактовою діапазоном відстаней і якомога вищою обчислючастотою, причому решти наявної в розпорядженні вальною потужністю електронного пристрою. Отенергії достатньо для живлення решти необхідних же, робота криптографічного процесора була мокомпонентів. жливою лише в межах цього діапазону відстаней, В разі паралельної роботи криптографічних причому в разі менших відстаней надлишкова співпроцесорів розподіл наявної в розпорядженні енергія не використовувалась. енергії між ними міг би бути здійснений шляхом В попередніх викладках з посиланнями на звертання до довідникової таблиці, в якій для кожФіг.2 і Фіг.4 для спрощення описувався лише виного діапазону наявної в розпорядженні енергії і падок, коли криптографічний процесор складався для кожної підтримуваної криптографічним процеіз одного центрального процесора і одного перисором прикладної задачі записані оптимізовані ферійного пристрою чи криптографічного співпронабори тактових частот для криптографічних співцесора. Одначе в переважній більшості випадків процесорів. Кожен набір тактових частот розподікриптографічний процесор складається із кількох ляє наявну у розпорядженні енергію в основному периферійних пристроїв і криптографічних співміж тими криптографічними співпроцесорами, які процесорів. В таких випадках наявна в розпорянеобхідні для виконання обчислювальних операдженні енергія розподіляється, наприклад, між цій для даної прикладної задачі. До того ж, тактові співпроцесорами таким чином, що досягається частоти кожного набору встановлені такими, що мінімальна тривалість обчислення при максиманаявна в розпорядженні енергія, якій поставлений льному використанні енергії. Це забезпечується у відповідність цей набір, використовується в осзавдяки тому, що при розподілі наявної в розпоряновному без залишку. Оскільки часто кілька крипдженні енергії, кількість якої визначена вимірюватографічних співпроцесорів підпорядковані одначем енергії, між центральним процесором і співковим прикладним задачам або виконують процесорами додатково враховуються поточні обчислювальні операції, необхідні при реалізації задачі процесора і/або різні обчислювальні задачі однакових прикладних задач, тактування цих крипспівпроцесорів і підпорядковані задачі решти петографічних співпроцесорів може здійснюватися з риферійних пристроїв. Тоді наявна в розпорятією ж частотою або з використанням системи фадженні енергія завжди використовується для співзового автопідстроювання частоти або у формі процесорів, які в найбільшій мірі залучаються до "дерева" тактових частот з дотриманням жорстковиконання задач процесора. В разі здійснення го співвідношення між тактовими частотами, зааутентифікації криптографічному співпроцесору вдяки чому кількість підтримуваних тактових часнадається максимально можлива енергія, тоді як тот зменшується. центральний процесор і решта співпроцесорів Хоча - як було описано - для встановлення чаотримують лише мінімальну частку наявної в розстот тактових сигналів для центрального процесопорядженні енергії. Аналогічним чином наявна в ра і для криптографічних співпроцесорів застосорозпорядженні енергія надається DES-модулю при вувалися помножувачі частоти чи системи 15 74641 16 фазового автопідстроювання частоти, які дозвоХоча даний винахід з посиланням на Фіг.2 був ляють отримувати лише раціональні співвідноописаний стосовно безконтактного застосування, шення між частотами, замість них можуть бути він може бути застосований також і для роботи з застосовані генератори, керовані незалежно один контактним терміналом чи мобільним пристроєм. від іншого, завдяки чому можуть бути отримані В такому разі вузол сполучення з терміналом згідвзаємно прості співвідношення між тактовими часно з Фіг.2 міг би бути замінений простими контактотами компонентів контролера. Перевага порівтами. няно з рішенням із використанням помножувачів Крім того, слід вказати на те, що хоча вище частоти полягає в тому, що наявна в розпорябув описаний варіант з нероз'ємним з'єднанням дженні енергія може бути використана оптимальпомножувачів тактової частоти з електронним приніше, оскільки співвідношення між тактовими часстроєм, вони можуть бути виконані з можливістю тотами можуть бути не лише цілими контактного або безпровідного з'єднання з електраціональними числами, але й взаємно простими ронним пристроєм. Помножувачі тактової частоти числами. Така максимізація використання енергії чи генератори можуть бути встановлені в термінацікава зокрема в тих галузях застосування, в яких лі, і взаємодіяти з електронним пристроєм чіпнаявна в розпорядженні енергія дуже обмежена, картки лише при вставлянні картки в термінал. наприклад, в безконтактних і мобільних застосуСписок позиційних позначень ваннях. Одначе застосування власного генератора 100 Вузол сполучення з безконтактним термідля кожного криптографічного співпроцесора або налом для груп співпроцесорів робить необхідною синх110 Центральний процесор ронізацію співпроцесорів, оскільки їх тактування 120 Периферійний пристрій здійснюється асинхронно відносно центрального 130 Помножувач тактової частоти процесора. Отже, всі входи і виходи відповідних 140 Помножувач тактової частоти 130 і криптографічних співпроцесорів мають бути синх105 Електромагнітна енергія ронізовані придатними синхронізаційними при150 Вимірювач енергії або пристрій для визнастроями, які складаються, наприклад, із двох посчення енергії лідовно з'єднаних синхронізаційних тригерів. 200 Вхід IN На завершення слід вказати на те, що, хоча з 205 Вхід INn посиланням на Фіг.2 і було сказано, що контролер 210 Вхід ІNm електронного пристрою містить центральний про215 Вихід OUT цесор і співпроцесор, може йтися про будь-який 220 Подільник частоти вид контролерів - зі співпроцесором, чи без нього. 230 Керований напругою генератор VCO Уже при застосуванні керування енергією лише 240 Подільник частоти для всього контролера проявляються більшість із 250 Схема "виключне АБО" описаних вище переваг даного винаходу. 260 Регулятор Крім того, з посиланням на Фіг.2 слід вказати 300а Положення на те, що електронний пристрій може бути як роз300b Положення міщений на друкованій платі, так і інтегрований в 300с Положення чіпі. Так само контролер може бути виконаний із 310 Безконтактний термінал дискретних компонентів, розміщених на друкованій 320 Електромагнітне випромінювання платі, або інтегрований в одному чіпі. 17 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 74641 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601