一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)及防攻擊的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)及防攻擊的方法，依據(jù)本發(fā)明，采用蓋板，以保護(hù)芯片，再開蓋攻擊時(shí)，會(huì)造成蓋板的變形，而導(dǎo)致其電阻發(fā)生變化，據(jù)此進(jìn)行因電阻變化所產(chǎn)生的信號(hào)變化的采集，從而有效防止通過開蓋所導(dǎo)致的芯片信息的泄漏。
【專利說明】一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)及防攻擊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)及防攻擊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]安全芯片使得信息的安全性大為增強(qiáng)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于信息安全領(lǐng)域，然而隨著技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)安全芯片的攻擊策略也層出不窮，因而，需要針對(duì)安全芯片面臨的攻擊策略以及將來可能產(chǎn)生的攻擊策略作出研究或者預(yù)研。
[0003]關(guān)于安全芯片，早期，普遍認(rèn)為采用復(fù)雜的認(rèn)證算法、密鑰等即可保護(hù)數(shù)據(jù)，甚至電路結(jié)構(gòu)避免未授權(quán)的使用，諸如IC (integrated circuit,集成電路)卡,具有比較高的安全性，然而到了上世紀(jì)90年代中期，大部分的IC卡上的芯片都能夠被成功的實(shí)施反向工程。
[0004]于一些攻擊策略中，對(duì)安全芯片進(jìn)行物理級(jí)攻擊方法，通過某種方式打開芯片的封裝體，使電路結(jié)構(gòu)暴露出來，然后通過如高倍顯微鏡、照相機(jī)進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的拍照和匹配的圖像處理對(duì)電路進(jìn)行解構(gòu)。
[0005]針對(duì)上述通過物理解剖的攻擊策略，傳統(tǒng)芯片封裝后，缺少防止其他人做開蓋實(shí)驗(yàn)，從而容易導(dǎo)致芯片信息泄露。
[0006]目前安全芯片的防止措施，是在芯片內(nèi)部做電路，如可在芯片內(nèi)置光敏檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路以及頻率檢測(cè)電路等電路單元對(duì)芯片的工作環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)芯片遭受解剖重新上電或者工作環(huán)境不夠理想時(shí)，產(chǎn)生警告信息或者匹配的安全防范措施，以防止攻擊者進(jìn)行分析，但是隨著現(xiàn)在科技的進(jìn)步，可以采取掃描、能量分析等手段，在開蓋后可以對(duì)芯片不產(chǎn)生損壞的情況下，掌握芯片內(nèi)部大致構(gòu)造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為此，本發(fā)明目的在于提供一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)及防攻擊的方法，借以提高安全芯片的抗攻擊能力。
[0008]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，于芯片的有源面覆蓋有具有導(dǎo)電性的蓋板，并于蓋板至少第一方向上的預(yù)定長(zhǎng)度設(shè)有匹配該預(yù)定長(zhǎng)度電阻的第一檢測(cè)點(diǎn)；
其中，第一檢測(cè)點(diǎn)輸出連接有第一比較電路，而第一比較電路輸出推動(dòng)執(zhí)行電路；
蓋板與芯片間留有填充間隙。
[0009]具體地，所述蓋板為矩形蓋板，其中第一方向匹配該矩形蓋板之一對(duì)角線，而具有第一電阻；
進(jìn)而還在該矩形蓋板的另一對(duì)角線形成有第二方向，而匹配有第二電阻，并匹配有第二檢測(cè)點(diǎn)和第二比較器，第二比較器亦輸出推動(dòng)所述執(zhí)行電路。
[0010]進(jìn)一步地，所述第一比較電路、第二比較電路，以及執(zhí)行電路位于芯片的內(nèi)部，而在芯片上設(shè)有用于與蓋板匹配連接的焊盤。
[0011]優(yōu)選地，所述焊盤分布在芯片的四角，以匹配矩形蓋板的四角。[0012]優(yōu)選地，在矩形蓋板的四角各設(shè)有一個(gè)貼片，相應(yīng)地，在貼片的下方各形成有一個(gè)與該貼片貼合的導(dǎo)電接觸塊，每一導(dǎo)電接觸塊與相應(yīng)角的焊盤匹配連接。
[0013]優(yōu)選地，焊盤與導(dǎo)電接觸塊之間的連接為通過金屬鍵合線的連接。
[0014]優(yōu)選地，所述蓋板為封裝體所包覆。
[0015]優(yōu)選地，所述第一比較電路為一比較器。
[0016]依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在距離芯片有源面預(yù)定距離處覆蓋一具有導(dǎo)電性的蓋板；
在蓋板選定的至少第一方向上預(yù)定長(zhǎng)度設(shè)置匹配該預(yù)定長(zhǎng)度電阻的第一檢測(cè)點(diǎn)，而輸
出第一信號(hào)；
藉由第一檢測(cè)點(diǎn)輸出連接第一比較電路，通過設(shè)定的翻轉(zhuǎn)閾值，在所述電阻發(fā)生變化而使所輸出的第一信號(hào)超出所述翻轉(zhuǎn)閾值時(shí)，第一比較電路翻轉(zhuǎn)，而送出一個(gè)開關(guān)量；由所述開關(guān)量驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，而產(chǎn)生預(yù)定的防護(hù)措施。
[0017]具體地，所述蓋板為矩形蓋板，從而，匹配該蓋板的對(duì)角線，形成所述第一方向和第二方向，對(duì)應(yīng)有第一電阻和第二電阻；
相應(yīng)于第二電阻形成有第二檢測(cè)點(diǎn)，并輸出連接第二比較電路，該第二比較電路的輸出信號(hào)也驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行電路。
[0018]依據(jù)本發(fā)明，采用蓋板，以保護(hù)芯片，再開蓋攻擊時(shí)，會(huì)造成蓋板的變形，而導(dǎo)致其電阻發(fā)生變化，據(jù)此進(jìn)行因電阻變化所產(chǎn)生的信號(hào)變化的采集，從而有效防止通過開蓋所導(dǎo)致的芯片信息的泄漏。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為依據(jù)本發(fā)明的一種安全芯片防攻擊裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為一種芯片打線后的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為一種蓋板結(jié)構(gòu)配置示意圖。
[0022]圖4為一種檢測(cè)電路原理圖。
[0023]圖5為一種檢測(cè)電路原理圖。
[0024]圖中:1.芯片，21-24.電壓采集焊墊，31-34.導(dǎo)電接觸塊，4.鍵合線，5.封裝基準(zhǔn)面，6.蓋板，71-74.貝占片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]芯片I通常為片狀體，一般為矩形結(jié)構(gòu)，芯片I要形成與外部鏈接的引腳或者其他連接結(jié)構(gòu)，如圖1中雙點(diǎn)劃線所表示的與外部設(shè)備連接的結(jié)構(gòu)。
[0026]芯片I要進(jìn)行封裝，以獲得所需要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和對(duì)內(nèi)部的保護(hù)。
[0027]于一些攻擊策略中，對(duì)封裝體進(jìn)行開蓋，以暴露出芯片I的內(nèi)部電路，然后進(jìn)行芯片I內(nèi)部電路的解構(gòu)。
[0028]為有效避免開蓋所產(chǎn)生的芯片數(shù)據(jù)的丟失，依據(jù)較佳的實(shí)施例，參見說明書附圖1-5，一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，于芯片I的有源面覆蓋有具有導(dǎo)電性的蓋板6，蓋板6具有一定的電阻，一般采用金屬質(zhì)的蓋板，如鋼板、鋁板、銅板或者其他金屬材質(zhì)的板材，還可以采用其他的導(dǎo)電材質(zhì)板，如石墨等導(dǎo)電材料。[0029]需要注意，板不代表其具有較厚的厚度，蓋板6自身也可以叫做蓋片，其本質(zhì)是提供一種具有一定電阻的導(dǎo)電板材，通過變形而產(chǎn)生的電阻變化來提高安全性。
[0030]據(jù)此，可以根據(jù)對(duì)變形響應(yīng)性比較好的材質(zhì)進(jìn)行制作，另外，對(duì)厚度變化的響應(yīng)性也可以通過少量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證得出。
[0031]蓋板6的電阻變化可以在加電狀態(tài)下被采集，電阻的變化往往表現(xiàn)為電流或者電壓的變化，這兩個(gè)量的變化與電阻的變化有直接關(guān)系，因而，可以利用這種匹配性，采集電流或者電壓的變化。
[0032]圖4中所示的結(jié)構(gòu)為對(duì)A點(diǎn)的電位檢測(cè)，圖5中的所示的結(jié)構(gòu)為對(duì)B點(diǎn)的電位檢測(cè)。
[0033]假定對(duì)于矩形的蓋板的兩對(duì)角線匹配有第一電阻和第二電阻，圖4中的Rcl為第一電阻，Rc2為第二電阻，第一電阻和第二電阻各串接一個(gè)電阻(Rl和R2)，用于A點(diǎn)電壓和B點(diǎn)電壓的初始設(shè)定和在第一電阻或者第二電阻發(fā)生變化時(shí)，A點(diǎn)電壓和B點(diǎn)電壓也會(huì)發(fā)生變化。
[0034]從而，在配置時(shí)，如第一電阻與電阻Rl串接，用于設(shè)定A點(diǎn)電位，而第二電阻與R2串接用于設(shè)定B點(diǎn)電位，將第一電阻與電阻Rl串接形成的支路看成一個(gè)預(yù)定長(zhǎng)度電阻的單元，定義為電阻單元，也可以輔助有更復(fù)雜的配置。
[0035]在一些應(yīng)用者，第一電阻和第二電阻也可以構(gòu)造在一個(gè)回路中。
[0036]進(jìn)一步地，于蓋板6至少第一方向上的預(yù)定長(zhǎng)度設(shè)有匹配該預(yù)定長(zhǎng)度電阻的第一檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)電阻發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在該電阻上的電壓降發(fā)生變化，或者通過該電阻的電流發(fā)生變化，從而可進(jìn)行電壓或者電流的采集。
[0037]由于如第一電阻和第二電阻可以接入到其他回路中，因此，電阻Rl和電阻R2可以不單獨(dú)設(shè)置。
[0038]關(guān)于方向的數(shù)量選擇，一般不多于4個(gè)，如4個(gè)時(shí)，通過產(chǎn)生多個(gè)電阻變化，從而更好的判斷是破壞式所產(chǎn)生的變形，還是其他變形，并對(duì)輕微變形具有更好的檢測(cè)效果，且變形未必發(fā)生在某一電阻單元的回路內(nèi)，因此，較多的數(shù)量及其合理分布有助于對(duì)蓋板6的全面檢測(cè)。
[0039]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述蓋板6為矩形蓋板，其中第一方向匹配該矩形蓋板之一對(duì)角線，而具有第一電阻；
進(jìn)而還在該矩形蓋板的另一對(duì)角線形成有第二方向，而匹配有第二電阻，并匹配有第二檢測(cè)點(diǎn)和第二比較器，第二比較器亦輸出推動(dòng)所述執(zhí)行電路，第一電阻和第二電阻匹配有第一檢測(cè)點(diǎn)和第二檢測(cè)點(diǎn)。
[0040]當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電阻值也會(huì)發(fā)生變化，如果如圖4和圖5所示，外界環(huán)境的變化，對(duì)第一電阻Rcl和第二電阻Rc2的影響是一樣的，同時(shí)，對(duì)電阻Rl和電阻R2的影響也是一樣的，那么A點(diǎn)電位不會(huì)因此而發(fā)生明顯的變化，只有在蓋板6變形時(shí)，對(duì)不同方向的電阻影響不一樣，會(huì)導(dǎo)致A點(diǎn)電位發(fā)生不一樣的變化。
[0041]自然，電阻的溫度系數(shù)未必一致，不過對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其選擇，必然是選擇溫度系數(shù)基本一致的電阻。
[0042]如前所述，在一些實(shí)施例中，還可以選擇第一電阻Rcl和第二電阻Rc2同屬于一個(gè)回路中的情形，兩者可串聯(lián)，并于兩者之間的節(jié)點(diǎn)作為檢測(cè)點(diǎn)。[0043]這種雙電阻的設(shè)計(jì)能夠有效的提升檢測(cè)的靈敏度，能夠有效防止其他人破壞如金屬蓋片的同時(shí)避開檢測(cè)路徑。
[0044]如圖4所示，第一檢測(cè)點(diǎn)電位的變化，可以采用比較電路，用于產(chǎn)生所需要的如中斷，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，因而，第一檢測(cè)點(diǎn)輸出連接有比較電路，而比較電路輸出推動(dòng)執(zhí)行電路，如圖4所不，ICl表不比較電路,輸出一個(gè)Vflag,該信號(hào)輸出為標(biāo)志位信號(hào),或者直接轉(zhuǎn)換為如芯片I的一個(gè)外部中斷信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)相關(guān)的執(zhí)行電路動(dòng)作。
[0045]執(zhí)行電路在各種安全芯片中已經(jīng)比較成熟，如匹配有相關(guān)的中斷處理程序，用于使芯片停止運(yùn)行、自鎖或者自毀。
[0046]另外，如圖1所示，有些封裝結(jié)構(gòu)需要打線，打線需要定義的弧度而需要占據(jù)一定的厚度，顯然蓋板6不能與如所打金線短接，因而需要有一定的隔離距離，為此，蓋板6與芯片I間留有填充間隙，一方面產(chǎn)生所需要的隔離距離，而一方面在封裝時(shí)封裝料可以填充進(jìn)去，增加整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0047]另外，如金屬板，強(qiáng)度比較高，能夠提高封裝體整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0048]所述比較電路和執(zhí)行電路位于芯片的內(nèi)部，而在芯片上設(shè)有用于與蓋板匹配連接的焊盤(pad)，如圖1中所示的電壓采集焊墊21、電壓采集焊墊22、電壓采集焊墊23和電壓采集焊墊24。
[0049]參見附圖1和附圖3，所述焊盤分布在芯片的四角，以匹配矩形蓋板的四角，以此，減少鍵合線的長(zhǎng)度，如圖中所示的鍵合線4的長(zhǎng)度。
[0050]進(jìn)一步地，在矩形蓋板的四角各設(shè)有一個(gè)貼片71-74，相應(yīng)地，在貼片71-74的下方各形成有一個(gè)與該貼片貼合的導(dǎo)電接觸塊31-34，每一導(dǎo)電接觸塊31-34與相應(yīng)角的焊盤匹配連接，如圖1所示，依次結(jié)構(gòu)形成可靠的電氣連接。
[0051]另外，貼片71-74與導(dǎo)電接觸塊31-34的匹配貼合能夠減少連接電阻。
[0052]鑒于蓋板6相對(duì)較大，用以覆蓋芯片1，導(dǎo)電接觸塊31-34分布在芯片I的周圍，因而焊墊通過與導(dǎo)電接觸塊之間的連接為通過金屬鍵合線4的連接。
[0053]圖2中，封裝基準(zhǔn)面5表示封裝體的上底面，圖中芯片被封裝在內(nèi)，形成保護(hù)作用，芯片I基于封裝工藝打線，進(jìn)行引線鍵合后，增加蓋片6，并使蓋片6上的貼片71-74與導(dǎo)電接觸塊31-34匹配通過導(dǎo)電膠進(jìn)行粘結(jié)，蓋片6的上底面在圖2中可以與封裝基準(zhǔn)面同面，也可以稍低，為封裝體所整體包覆。
[0054]在前述的填充間隙注入塑封膠后進(jìn)行整體的塑封。
[0055]比較電路，通常叫做電壓比較電路，目前已經(jīng)非常成熟，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，直接采用比較器，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。
[0056]在前文中，已經(jīng)涉及到防攻擊的一些方法，更具體地，一種安全芯片防攻擊方法，在距離芯片有源面預(yù)定距離處覆蓋一具有導(dǎo)電性的蓋板；
在蓋板選定的至少第一方向上預(yù)定長(zhǎng)度設(shè)置匹配該預(yù)定長(zhǎng)度電阻的第一檢測(cè)點(diǎn)，而輸
出第一信號(hào)；
藉由第一檢測(cè)點(diǎn)輸出連接第一比較電路，通過設(shè)定的翻轉(zhuǎn)閾值，在所述電阻發(fā)生變化而使所輸出的第一信號(hào)超出所述翻轉(zhuǎn)閾值時(shí)，第一比較電路翻轉(zhuǎn)，而送出一個(gè)開關(guān)量；由所述開關(guān)量驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，而產(chǎn)生預(yù)定的防護(hù)措施。
[0057]正常情況下，也就是蓋板6沒有被破壞時(shí)，A點(diǎn)電位基本保持不變，比較器ICl并不輸出電壓信號(hào)，當(dāng)蓋板6被破壞時(shí)，通常表現(xiàn)為相應(yīng)電阻的減小，A點(diǎn)或者B點(diǎn)電位通常為降低，自然在有些實(shí)施例中，通過不同的配置，也可以表現(xiàn)為A點(diǎn)電位的提高，如A點(diǎn)設(shè)置在RCl的下邊，A點(diǎn)的下邊再串接一個(gè)電阻(理想狀態(tài)下，該電阻阻值不變)。
[0058]當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn),或者說輸出一個(gè)標(biāo)志位信號(hào)(Vflag),或者轉(zhuǎn)換為一個(gè)中斷信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路動(dòng)作即可。
[0059]關(guān)于執(zhí)行電路不再深入描述，比如可以進(jìn)行芯片的自鎖或者其他措施，還可以進(jìn)行物理的損壞。
[0060]進(jìn)一步地，所述蓋板為矩形蓋板，從而，匹配該蓋板的對(duì)角線，形成所述第一方向和第二方向,對(duì)應(yīng)有第一電阻和第二電阻；
相應(yīng)于第二電阻形成有第二檢測(cè)點(diǎn)，并輸出連接第二比較電路，該第二比較電路的輸出信號(hào)也驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行電路。
【權(quán)利要求】
1.一種安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，于芯片的有源面覆蓋有具有導(dǎo)電性的蓋板，并于蓋板至少第一方向上的預(yù)定長(zhǎng)度設(shè)有匹配該預(yù)定長(zhǎng)度電阻的第一檢測(cè)點(diǎn)； 其中，第一檢測(cè)點(diǎn)輸出連接有第一比較電路，而第一比較電路輸出推動(dòng)執(zhí)行電路； 蓋板與芯片間留有填充間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述蓋板為矩形蓋板，其中第一方向匹配該矩形蓋板之一對(duì)角線，而具有第一電阻； 進(jìn)而還在該矩形蓋板的另一對(duì)角線形成有第二方向，而匹配有第二電阻，并匹配有第二檢測(cè)點(diǎn)和第二比較器，第二比較器亦輸出推動(dòng)所述執(zhí)行電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一比較電路、第二比較電路，以及執(zhí)行電路位于芯片的內(nèi)部，而在芯片上設(shè)有用于與蓋板匹配連接的焊盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊盤分布在芯片的四角，以匹配矩形蓋板的四角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，在矩形蓋板的四角各設(shè)有一個(gè)貼片，相應(yīng)地，在貼片的下方各形成有一個(gè)與該貼片貼合的導(dǎo)電接觸塊，每一導(dǎo)電接觸塊與相應(yīng)角的焊盤匹配連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，焊盤與導(dǎo)電接觸塊之間的連接為通過金屬鍵合線的連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述蓋板為封裝體所包覆。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的安全芯片防攻擊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一比較電路為一比較器。
9.一種安全芯片防攻擊方法，其特征在于，在距離芯片有源面預(yù)定距離處覆蓋一具有導(dǎo)電性的蓋板； 在蓋板選定的至少第一方向上預(yù)定長(zhǎng)度設(shè)置匹配該預(yù)定長(zhǎng)度電阻的第一檢測(cè)點(diǎn)，而輸出第一信號(hào)； 藉由第一檢測(cè)點(diǎn)輸出連接第一比較電路，通過設(shè)定的翻轉(zhuǎn)閾值，在所述電阻發(fā)生變化而使所輸出的第一信號(hào)超出所述翻轉(zhuǎn)閾值時(shí)，第一比較電路翻轉(zhuǎn)，而送出一個(gè)開關(guān)量； 由所述開關(guān)量驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路，而產(chǎn)生預(yù)定的防護(hù)措施。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的安全芯片防攻擊方法，其特征在于，所述蓋板為矩形蓋板，從而，匹配該蓋板的對(duì)角線，形成所述第一方向和第二方向，對(duì)應(yīng)有第一電阻和第二電阻； 相應(yīng)于第二電阻形成有第二檢測(cè)點(diǎn)，并輸出連接第二比較電路，該第二比較電路的輸出信號(hào)也驅(qū)動(dòng)所述執(zhí)行電路。
【文檔編號(hào)】H01L23/04GK103985674SQ201410241376
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】王冬冬, 張洪柳, 石易明 申請(qǐng)人:山東華芯半導(dǎo)體有限公司