TWI229258B - Data processing apparatus - Google Patents

Description

本發明係有關一種資料處理裝置，其具有一執行單元 及一具有程式計數器之流程控制器。 -例如’該資料處理裝置係已知為微控制器型式。執行 單元可處理算術及邏輯指令。牵涉之運算元係被放置資料 及位址暫存器中或經由内部匯流排被施加。流 :包含-指令解碼器及一程式計數器。程式計；m續 之2 ΐ式中之指令。指令解碼器接著觸發執行該指令所需 位址^Λ開始時，程式計數器係被設定為開始位址。此 流至記憶體。被轉換於控制匯 : ϊ尚有疑問之記憶體區域内容出 觸發執行該指令所需之操作。指令：二^。指令解碼器 :式計數器設定為下一個指令之位址：後，指令解碼器將 Ά執行之指令一直視程式計數 备攻擊晶片卡及安全積體電路之位址而疋。 、建功能係被駭客利用。攻擊者告 式计數器之此關 紐件’使預期程式佇列被改變：：：程式執行所牵涉之 :。該非預期程式流程改變係被稱j制器執行非預期之 為了使微控制器被跳越，攻擊者 兆越，’該微控制器。 干擾於時脈線或供給電壓線上。 /増加時脈頻率或注入 為了避免微控制器被跳越之 係提供複數個可偵測供給線上超 '例如，已知實務上 例如，若超額頻率^則器因為-微或干擾之感測器。 控制"被以增大時脈頻率

修正 1229258 __案號 921197m 五、發明說明（2) 操作而響應時，攻擊者係被假設且微控制器係被安全重 設。然而，該感測器因需類比電路組件所以實施起來相當 複雜。 本發明目的係具體說明跳越被安全及輕易辨識之資料 處理裝置。 本發明係藉由最初提及之資料處理裝置類型來達成 此，其係藉由被連接至資料匯流排及程式計數器之程式計 數器感測器而具體化，具有可經由資料匯流排從被轉換之 資料確認接著被執行之指令位址之裝置，及具有可比較該 被確認位址及程式計數器内容及若有任何不相符時觸發警 示訊號之比較器。 、本發明優點係不需提供複數個複雜感測器，其藉由债 ’則產生跳越之干擾而間接確認跳越風險。反之，確認接著 f執行之指令位址，意指與程式計數器平行操作之裝置， ^獨立於程式計數器被用來確認下個指令位址。正確操作 軼式期間，被確認位址係必須匹配程式計數器之内容。、 理若資料匯流排之資料及程式計數器之内容被延遲處 不以！別具有優點。此可避免攻擊者產生之干擾，而 〜胃^式計數器或程式計數器感測器。 因此’若程式計數器感測器使用不同於具程式 萨I ΐ控制器之電路技術來製造，則其亦特別具有優點。 曰因、成之效應係對干擾敏感度及對干擾響應有所不同 組件而為^本J务明之程式計數器感測器剛好可被建構自邏輯 莴類比組件，所以其可特別容易且便宜來製造。

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本文另一優點係程式計數器感測器可被隱藏於正常邏輯中 而被保護不受任何實體攻擊。此外，該感測器較具有類比 組件之感測器更容易測試。 一本發明係使用實施例被更詳細解釋如下。單一圖係顯 不具本發明之程式計數器感測器之微控制器略圖。 第一圖左半係顯示先前技術基礎上具有基本組件之微 控制器。 其具有一執行單元1，一流程控制器2，及一匯流排介 面3。執行單元1係包含一算術及邏輯單元6及一資料暫存 器1及一位址暫存器8。流程控制器2包括一程式計數器4及 一指令解碼器5。匯流排介面具有用於資料匯流排1 2 ,控 制匯流排1 3及位址匯流排丨4之驅動器9，1 〇及1卜執行單 凡1 ’流程控制器2及匯流排介面3係藉由内部匯流排1 5被 彼此相連。此先前技術基礎上之微控制器運作之基本方式 係已被描述於說明介紹中。 第一圖右半係顯示擴展先前技術基礎上微控制器之本 發明程式計數器感測器。程式計數器感測器2 0係具有被暫 存器形成，一延遲裝置21，用於辨識指令及新程式計數器 值之一邏輯單元22，及一程式計數器模擬23。此外，具有 I比較被+儲存於程式計數器模擬2 3中之值及實際程式計數 裔4之内容’其於此實施例中係被延遲裝置2 1於延遲後提 供丄延遲褒置21中之暫存器係可儲存程式計數器4目前之 内谷i使程式計數器感測器2 0可獲得流程控制器2之程式 計數裔值的暫時偏置確認。產生程式計數器4之新值錯誤

第7頁 2004. 06.23.007 1229258 索號五、發明說明（4) 正 改^ (跳越）之攻擊者，亦不會產生被執行於程式計數器感 I測器2 0中之下個指令之錯誤確認，其可增加攻擊辨識可靠 I性：可辨識指令及新程式計數器值之邏輯單元22及程式計 數，模擬23 ’係以其操作型式對應流程控制器2中之功能 性單兀，其負責確認程式計數器4之新值。 由於本發明，新程式計數器值可被程式計數5|感測器 Γ平1確認。ΐ式計數器模擬23之内容接著被與比〜較器24 中之程式計數器4做比較。第一圖之實施例中，此係於修 改程式計數器4之内容後完成。因延遲被暫存器2丨 之 ^匕^時域改變應為至少一時脈週期，但亦可為伸展為複數 個時脈週期。針對程式計數器感測器2〇中之資， I脈訊號CLK係被施加至後者。 、為了辨識指令，邏輯單元22繼續檢查被轉換資料丨5以 |決定其是否包含指令，及其是否具有程式計數器或程 |數器模擬23之新值。一旦包含用於接下來被執行之指令 、(如跳越指令）之位址之指令被辨識時，則新指令之位址 =存於程式計數器模擬23中。如亦發生於用於程 裔4之流程控制器2，若被辨識指令並不產生程式計數器任 =顯改變，也就是若線性程式流程存在時，則被儲存於 ^式計數器模擬23中之位址係於指令長度基礎上被增加，' 1因而可指示將被執行之線性下一個指令。 |若比較器24建立程式計數器模擬23及^式計數器4之内 相異，則其輸出警示訊號25。此可連續被用來 理裝置之安全重…替代是，“採取被警；訊；= 第8頁 20〇4· 06· 23. 〇〇8 1229258 修正 案號 92119761 五、發明說明（5) 發之反測量。 第一圖簡略描繪先前技術基礎上之微控制器組件，及 其彼此相隔之程式計數器感測器1。然而，真實實施例 中，程式計數器感測器2 0之組件係被整合入亦包含標準組 件之電路中。因此非常難以辨識全部電路中之程式計數器 感測器2 0，意指對攻擊者實體攻擊具有良好的保護。保護 微控制器之標準組件亦自然可保護程式計數器感測器2 0之 組件。 另一方面，因為此確保這些組件對干擾之反應不同， 所以程式計數器感測器使用不同於實際程式計數器4之電 路技術來製造係具有優點。

第9頁 2004.06.23.009 1229258 Ιϊ] _案號92119761 月日曰丨 修正_ 圖式簡單說明 第一圖簡略描繪先前技術基礎上之微控制器組件，及 其彼此相隔之程式計數器感測器1。 元件符號說明 1 執 行 單 元 2 流 程 控 制 器 3 匯 流 排 介 面 4 程 式 計 數 器 5 .指 令 解 碼 器 6 算 術 及 邏 輯 單 元 7 資 料 暫 存 器 8 位 址 暫 存 器 9 資 料 匯 流 排 驅 動 器 10 控 制 匯 流 排 驅 動 11 位 址 匯 流 排 驅 動 器 12 資 料 匯 流 排 13 控 制 匯 流 排 14 位 址 匯 流 排 15 内 部 匯 流 排 20 程 式 計 數 器 感 測 21 針 對 延 遲 之 暫 存 器 22 可 辨 識 指 令 及 新 程式計數 器 值 之 邏 輯 單 元 23 程 式 計 數 器 模 擬 24 比 較 器 25 警 示 訊 號 CLK 時 脈 訊 號

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Claims (1)

1229258 / ---- 案號 H19761_月?: ^,τ__ 六、申請專利範圍 一’ ·一一一一—’:2ϋ 1 · 一種資料處理裝置，具有 一執行單元（1 )及 一具有程式計數器（4 )之流程控制器（2 )， 其特徵在於 一程式計數器感測器（2 0 )，其係被連接至一資料匯流 排及該程式計數器（4)，具有 一裝置（2 2 )，其可經由該資料匯流排從被轉換之資料 確認接著被執行之該指令位址之裝置（2 2 )，及 一比較器（2 4 )，其可比較該被確認位址及該程式計數

器（4 )内容，且若有任何不相符時觸發一警示訊號。 2·如申請專利範圍第丨項之資料處理裝置，其中 該程式計數器感測器（2 0 )具有可延遲該資料匯流排上 之該資料及該程式計數器（4 )之該内容之一延遲裝置 (21)〇 3 ·如申請專利範圍第1或2項之資料處理裝置，其中 該警示訊號（2 5 )觸發資料處理裝置之重設。 4 ·如申請專利範圍第1或2項之一資料處理裝置，其中 該程式計數器感測器（2 0 )係使用不同於流程控制器（2 ) 之電路技術來製造。

5 ·如申請專利範園第3項之一資料處理裝置，其中 該程式計數器感測器（2 0 )係使用不同於流程控制器 之電路技術來製造。