DE19816571A1

DE19816571A1 - Access protection for security modules

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Publication number: DE19816571A1
Application number: DE1998116571
Authority: DE
Inventors: Stephan Guenther
Original assignee: Francotyp Postalia GmbH
Current assignee: Francotyp Postalia GmbH
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 1999-10-14

Abstract

The access protection for a security system has a lock mechanism (23) that has a piezoelectric element (3) that is controlled by a manipulation protection system. The piezo device is of a bimorph strip type that when activated deflects and so allows the lock to be released

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für den Zugriffsschutz für Sicherheitsmodule, insbesondere zur Verhinderung des Auslesens oder der unberechtigten Manipulation sicherheitsrelevanter Daten. Die Sicherheitsmodule sind in der Regel als physikalisch abgeschlos sene Einheiten ausgeführt. Die Daten können sicherheitslevante Teile eines Maschinenprogramms, Guthabenwerte oder andere sicherheits relevante Funktionen betreffen.The invention relates to an arrangement for access protection for Security modules, in particular to prevent reading or the unauthorized manipulation of security-relevant data. The security modules are usually physically isolated units executed. The data can contain safety-relevant parts a machine program, credit values or other security relate to relevant functions.

Derartige Module werden beispielsweise in ASICS in Frankiermaschi nen oder in Geldautomaten eingesetzt.Such modules are used, for example, in ASICS in franking machines or used in ATMs.

Zum allgemeinen Schutz und zum Schutz gegen Manipulationen wer den diese Module üblicherweise mit einer aushärtenden Vergußmasse umgeben, siehe EP 0 717 370 A2. Die Vergußmasse ist in der Regel ein Epoxydharz oder ein anderer geeigneter Plast.For general protection and protection against manipulation who which these modules usually have with a hardening casting compound surrounded, see EP 0 717 370 A2. The potting compound is usually an epoxy resin or other suitable plastic.

Damit werden Manipulationen zwar erschwert, jedoch nicht verhindert. This makes manipulation difficult, but not prevented.

Um Manipulationen an derartigen Sicherheitsmodulen vornehmen zu können, würde man zunächst den Modul einer Röntgenuntersuchung unterziehen und anschließend an den für einen Zugang geeigneten Stellen aufschleifen oder aufbohren. Weiterhin besteht noch die Möglichkeit der Beeinflussung über die elektrischen Anschlüsse.To manipulate such security modules too , you would first have the module of an X-ray examination undergo and then to the one suitable for access Grind or drill open spots. The still exists Possibility of influencing via the electrical connections.

Eine andere bekannte Schutzmaßnahme besteht darin, den Modul mit einer Folie mit einem mäanderförmigen Leiter hoher Packungsdichte zu umschließen und mit diesem elektrisch zu koppeln, siehe Bennet Yee "Using Secure Coprocessors" May 1994 CMU-CS-94-149, School of Computer Science Carnegie Mellon University Pittsburgh, page 7.Another known protective measure is to use the module a film with a meandering conductor of high packing density enclose and electrically couple with it, see Bennet Yee "Using Secure Coprocessors" May 1994 CMU-CS-94-149, School of Computer Science Carnegie Mellon University Pittsburgh, page 7.

Der Leiter wird von einer Langlebensdauerbatterie gespeist. Bei Durch trennung an irgendeiner Stelle werden der Stromkreis unterbrochen und infolgedessen die sicherheitsrelevanten Daten im Modul gezielt manipuliert bis hin zur vollständigen Löschung derselben.The conductor is powered by a long-life battery. When through disconnection at any point the circuit will be interrupted and consequently the security-relevant data in the module manipulated up to the complete deletion of the same.

Diese Lösung erfordert eine zuverlässige Stromquelle. Der Einsatz derartiger Mäanderfolien ist auf Grund der minimal zulässigen Biege winkel nur für relativ große Baueinheiten möglich.This solution requires a reliable power source. The stake Such meander foils are due to the minimal allowable bending angle only possible for relatively large units.

Zweck der Erfindung ist eine Verbesserung der Manipulations sicherheit.The purpose of the invention is to improve the manipulation safety.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für Geräte mit Sicherheitsmodulen beliebiger Größe zu schaffen, mit der ein wirksamer Zugriffsschutz mit gezielter Manulationsmöglichkeit und unter Verzicht auf zusätzliche Batterien langer Lebensdauer erreicht wird.The invention has for its object an arrangement for devices to create with security modules of any size, with the one effective access protection with targeted manipulation options and long lifespan achieved without additional batteries becomes.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.According to the invention, this object is achieved according to the main claim solved. Further advantageous features of the invention are the Unteran to take sayings.

Die elektrische Kopplung des Sicherheitsmoduls mit einem unauffällig angeordneten Piezoelement, das wiederum auf einfache Weise mit einem üblichen Verschluß, beispielweise in Form einer Gewinde schraube, mechanisch gekoppelt ist, führt zu einem unerwartet wirk samen Schutz des ersteren. Eine Energiequelle ist nicht erforderlich da die benötigte Energie vom unberechtigten Manipulator selbst in Form der mechanischen Energie zur Lösung des Verschlusses geliefert die dann teilweise durch das Piezoelement in elektrische Energie zur Manipulation des Sicherheitsmoduls umgewandelt wird.The electrical coupling of the security module with an inconspicuous arranged piezo element, which in turn in a simple manner a usual closure, for example in the form of a thread screw, mechanically coupled, leads to an unexpected effect protection of the former. An energy source is not required since the energy required by the unauthorized manipulator itself Form of mechanical energy supplied to release the closure which is then partially converted into electrical energy by the piezo element Manipulation of the security module is converted.

Die Erfindung wird nachstehend am Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using the exemplary embodiment explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 1 is a schematic diagram of the arrangement according to the invention,

Fig. 2 ein Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit separater Manipulationsschaltung, Fig. 2 is a schematic diagram of the arrangement according to the invention with separate manipulation circuit,

Fig. 3 einen Längsschnitt des Verschlusses nebst Betätigungselement gemäß Detail AA in Fig. 2, Fig. 3 shows a longitudinal section of the closure, together with actuating member as shown in detail A in FIG. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt des Verschlusses nebst Betätigungselement und Piezoelement und Kondensator, Fig. 4 shows a cross section of the closure together with the actuating element and the piezoelectric element and capacitor,

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung. Fig. 5 is a schematic diagram of the arrangement according to the invention.

Zur Vereinfachung und zum leichteren Verständnis ist die Darstellung schematisiert ausgeführt.The illustration is for simplification and easier understanding carried out schematically.

Gemäß Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Anordnung im wesent lichen aus einem Sicherheitsmodul 1, einem Piezoelement 3 und einem zugehörigen Betätigungselement 5 sowie einem alles umgebenden Gehäuse 2. Das Piezoelement 3 und der Sicherheitsmodul 1 sind über eine Platine 6 miteinander elektrisch verbunden.Referring to FIG. 1, the arrangement of the invention in Wesent union of a security module 1, a piezoelectric element 3 and an associated actuating member 5 and a housing 2 surrounding all. The piezo element 3 and the security module 1 are electrically connected to one another via a circuit board 6 .

Das Gehäuse 2 ist aus einer Gehäusekappe 21, einem Gehäuseboden 22 sowie einem Verschluß 23 zusammengesetzt, der über das Betäti gungselement 5 mit dem Piezoelement 3 mechanisch gekoppelt ist.The housing 2 is composed of a housing cap 21 , a housing base 22 and a closure 23 which is mechanically coupled to the piezo element 3 via the actuating element 5 .

Bei Öffnung des Verschlusses 23 wird das Betätigungselement 5 mechanisch ausgelöst, das wiederum das Piezoelement 3 verformt, deren Piezospannung dann zur elektrischen Beeinflussung des Sicher heitsmoduls 1 dient.When the closure 23 is opened, the actuating element 5 is triggered mechanically, which in turn deforms the piezo element 3 , the piezo voltage of which then serves to influence the safety module 1 electrically.

In Fig. 2 ist zwischen den Sicherheitsmodul 1 und das Piezoelement 3 eine separate Manipulationsschaltung 4 geschaltet. Dadurch werden bessere Möglichkeiten für eine Spannungsanpassung und eine Varia tion der gezielten Manipulation geschaffen.In FIG. 2, a separate manipulation circuit 4 is connected between the security module 1 and the piezo element 3 . This creates better opportunities for voltage adjustment and a variation of targeted manipulation.

Entsprechend Fig. 3 besteht der Verschluß 23 im wesentlichen aus einer metallischen Dose 230 mit einem Hohlzylinder 235 aus einem nichtleitenden Kunststoff und einer Gewindeschraube 237. In der Dose 230 sind sowohl das Piezoelement 3 als auch dessen Betätigungs element 5 angeordnet, siehe auch Fig. 4.According to FIG. 3, the closure 23 consists essentially of a metallic box 230 with a hollow cylinder 235 made of a non-conductive plastic and a threaded screw 237 . Both the piezo element 3 and its actuating element 5 are arranged in the socket 230 , see also FIG. 4.

Das Betätigungselement 5 ist als metallische Spiralfeder mit abgewin kelten Enden 51, 52 ausgeführt.The actuator 5 is designed as a metallic coil spring with angled ends 51 , 52 .

Die Dose 230 ist seitlich mit ihrer Öffnung auf den Gehäuseboden 22 aufgesetzt. Die Gehäusekappe 21 wird mittels der Gewindeschraube 237 gegen den Gehäuseboden 22 gedrückt, der mit einem Gewinde loch 221 versehen ist.The can 230 is placed laterally with its opening on the housing base 22 . The housing cap 21 is pressed by means of the threaded screw 237 against the housing base 22 , which is provided with a threaded hole 221 .

Die Gewindeschraube 237 ragt darüberhinaus in den Hohlzylinder 235 hinein, auf den außen die Spiralfeder 5 geschoben ist. Das eine Ende 52 der Spiralfeder 5 ist in der Dose 230 isoliert verankert, während das andere, freie Ende 51 an einer verstellbaren Zahnstange 231 aus einem nichtleitenden Kunststoff kraftschlüssig anliegt, die quer zum Hohlzylinder 235 in einer Bohrung 2353 des Zylindermantels 2351 mit Spiel geführt ist. Die Zahnstange 231 ist in Eingriff mit einem Ritzel 236, das in der Zylinderbohrung 2352 drehbar angeordnet ist. Das Ritzel 236 ist mit einem Gewindeloch 2361 für die Gewindeschraube 237 versehen.The threaded screw 237 also projects into the hollow cylinder 235 , onto which the spiral spring 5 is pushed on the outside. One end 52 of the spiral spring 5 is anchored in an insulated manner in the socket 230 , while the other, free end 51 is frictionally connected to an adjustable toothed rack 231 made of a non-conductive plastic which is guided with play transversely to the hollow cylinder 235 in a bore 2353 of the cylinder jacket 2351 . The rack 231 is engaged with a pinion 236 which is rotatably arranged in the cylinder bore 2352 . The pinion 236 is provided with a threaded hole 2361 for the threaded screw 237 .

Das Piezoelement 3 ist auf einem Träger 31 mit seinem einen Belag anliegend befestigt. Der Träger 31 ist als metallische Blattfeder ausge führt und in der Dose 230 leitend befestigt.The piezo element 3 is fastened on a carrier 31 with its one covering. The carrier 31 is out as a metallic leaf spring and conductively fastened in the box 230 .

Bei Rechtsdrehung der Gewindeschraube 237 wird die Zahnstange 231 durch das Ritzel 236 innerhalb des Spiels in der Bohrung 2353 nach außen gedrückt und auf Grund von Reibung bis an einen An schlag 232 in der Dose 230 geschoben. Bei weiterem Drehen tritt ein Rutschkupplungseffekt ein.When the threaded screw 237 is turned clockwise, the toothed rack 231 is pressed outwards by the pinion 236 within the play in the bore 2353 and, due to friction, is pushed up to a stop 232 in the can 230 . With further turning, a slip clutch effect occurs.

Bei Linksdrehung der Gewindeschraube 237 wird die Zahnstange 231 formschlüssig durch das Ritzel 236 erfaßt und von dem Anschlag 232 wegbewegt. Unterschreitet das dem Anschlag 232 zugewandte Ende der Zahnstange 231 das Niveau der Spiralfeder 5, so wird das freie Ende 51 derselben freigegeben und schnellt entgegen der Uhrzeiger richtung um den Hohlzylinder 235 herum, bis es auf das in seiner Bewegungsbahn befindliche freie Ende des Piezoelementes 3 trifft und dieses mitsamt dem Träger 31 so weit auslenkt und dabei krümmt, bis es vorbeigleiten kann bis zu einem metallischen Anschlag 233, der in einer Isolierbuchse 234 in der Dose 230 befestigt ist und an den eine Leitung zu dem Sicherheitsmodul 1, siehe auch Fig 5, angeschlossen ist.When the threaded screw 237 is turned to the left, the toothed rack 231 is positively gripped by the pinion 236 and moved away from the stop 232 . If the end of the toothed rack 231 facing the stop 232 falls below the level of the spiral spring 5 , the free end 51 thereof is released and swings counterclockwise around the hollow cylinder 235 until it meets the free end of the piezo element 3 in its path of movement and this, together with the carrier 31, deflects and bends until it can slide past to a metallic stop 233 , which is fastened in an insulating bush 234 in the socket 230 and to which a line to the safety module 1 , see also FIG. 5 , connected.

Der Anschlag 233 ist ein Kontakt C des durch die Spiralfeder 5 gebildeten Schalters.The stop 233 is a contact C of the switch formed by the coil spring 5 .

Die Spiralfeder 5 ist als fester Kontakt B außerdem ständig über eine durch eine weitere Isolierbuchse 234 geführte elektrische Leitung mit dem Potentialanschluß des Kondensators 41 verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem Massekontakt A verbunden ist. Der Träger 31 und damit der eine Belag des Piezoelementes 3 sowie die Dose 230 und der 0V-Eingang des Sicherheitsmoduls 1 liegen auf Massepo tential.The spiral spring 5 is also permanently connected as a fixed contact B to the potential connection of the capacitor 41 , the other connection of which is connected to the ground contact A, via an electrical line led through a further insulating bush 234 . The carrier 31 and thus the one covering of the piezo element 3 and the socket 230 and the 0V input of the security module 1 are at ground potential.

Da das freie Ende 51 der Spiralfeder 50 den äußeren Belag des Piezo elementes 3 bei dessen maximaler Auslenkung wieder freigibt, wird auf diese Weise die maximale Piezospannung auf den Kondensator 41 geladen.Since the free end 51 of the spiral spring 50 releases the outer coating of the piezo element 3 at its maximum deflection, the maximum piezo voltage is charged in this way to the capacitor 41 .

Das freie Ende 51 der Spiralfeder 50 liegt bei Anlage an dem Anschlag 233 außerhalb der Bewegungsbahn der Zahnstange 231 und ist dem zufolge durch diese bei beliebiger Drehung der Gewindeschraube nicht beinflußbar. Eine erneute Auslenkung des Piezoelementes 3 ist somit auch nicht mehr möglich.The free end 51 of the spiral spring 50 lies on the stop 233 outside the movement path of the rack 231 and is therefore not influenced by this with any rotation of the threaded screw. A renewed deflection of the piezo element 3 is therefore no longer possible.

In Fig. 5 ist die Schaltfolge gut erkennbar. Das freie Ende 51 der Spiralfeder 5 nimmt bei Anlage an der Zahnstange 231 die Stellung ein, die dem offenen Kontakt E entspricht. Bei Freigabe durch die Zahnstange 231 liegt das Ende 51 zunächst an dem äußeren Belag des Piezoelementes 3 an, das entspricht der Kontaktstellung D, in der eine Verbindung zum Kondensator 41 hergestellt ist. Schließlich liegt das freie Ende 51 nach Verlassen des Piezoelementes 3 an dem Anschlag 233 an, das entspricht der Kontaktstellung C, in der der Kondensator mit dem Schreibeingang WE des Sicherheitsmoduls 1 verbunden ist. In FIG. 5, the switching sequence is clearly visible. The free end 51 of the spiral spring 5 assumes the position corresponding to the open contact E when it contacts the rack 231 . When released by the toothed rack 231 , the end 51 initially abuts the outer coating of the piezo element 3 , which corresponds to the contact position D in which a connection to the capacitor 41 is established. Finally, the free end 51 abuts the stop 233 after leaving the piezo element 3 , which corresponds to the contact position C in which the capacitor is connected to the write input WE of the security module 1 .

Reference list

11

Sicherheitsmodul, nichtflüchtiger Speicher (NVRAM = non volatile random access memory)
Security module, non-volatile memory (NVRAM = non volatile random access memory)

22nd

Gehäuse
casing

2121

Gehäusekappe
Housing cap

2222

Gehäuseboden
Case back

221221

Gewindeloch im Gehäuseboden Threaded hole in the case back

2222

2323

Verschluß des Gehäuses Closure of the housing

22nd

230230

Dose
Can

231231

Zahnstange
Rack

232232

Anschlag für Zahnstange Rack stop

231231

233233

Anschlag für Ende Stop for end

5151

der Spiralfeder the coil spring

55

, Kontakt C
, Contact C

234234

Isolierbuchse
Insulating bush

235235

Hohlzylinder
Hollow cylinder

23512351

Zylindermantel
Cylinder jacket

23522352

Zylinderbohrung
Cylinder bore

23532353

Bohrung für Zahnstange Hole for rack

231231

236236

Ritzel
pinion

23612361

Gewindeloch für Gewindeschraube Threaded hole for threaded screw

237237

Gewindeschraube
Threaded screw

33rd

Piezoelement
Piezo element

3131

Träger für Piezoelement Support for piezo element

33rd

, Blattfeder
, Leaf spring

44th

Manipulationsschaltung
Manipulation circuit

4141

Kondensator
capacitor

55

Betätigungselement für das Piezoelement Actuator for the piezo element

33rd

, Spiralfeder
, Coil spring

5151

freies Ende der Spiralfeder free end of the coil spring

55

5252

festes Ende der Spiralfeder fixed end of the coil spring

55

66

Platine
A Massekontakt, Massebelag des Piezoelementes circuit board
A Ground contact, ground covering of the piezo element

33rd

, 0V- Eingang des Sicherheitsmoduls , 0V- Security module input

11

B Potentialanschluß des Kondensators B Potential connection of the capacitor

4141

C Potentialeingang des Sicherheitsmoduls C Potential input of the safety module

11

, Schreibfrei gabe (WE = write enable)
D Potentialkontakt, Potentialbelag des Piezoelementes , Write-free delivery (WE = write enable)
D Potential contact, potential covering of the piezo element

33rd

E offener Kontakt
NVRAM Non Volatile Random Access Memory
OV Null Volt
WE Write Enable
E open contact
NVRAM Non Volatile Random Access Memory
OV zero volts
WE Write Enable

Claims

1. Arrangement for access protection for security modules, characterized in that at least one security module ( 1 ) is surrounded by a housing ( 2 ), the closure ( 23 ) of which is mechanically coupled to at least one piezo element ( 3 ), which in turn is electrically connected to the security module ( 1 ) is connected for the purpose of targeted manipulation.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the closure ( 23 ) is coupled to an actuating element ( 5 ) for the piezo element ( 3 ) which serves to deform the Piezoelemen tes ( 3 ) when the closure ( 23 ) opens.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the actuating element ( 5 ) after the opening of the closure ( 23 ) and triggering of the piezo element ( 3 ) is separated from the latter.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the piezo element ( 3 ) with the security module ( 1 ) is connected directly.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the piezo element ( 3 ) via a manipulation circuit ( 4 ) with the security module ( 1 ) is connected.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the manipulation circuit ( 4 ) consists of a capacitor ( 41 ).

7. Arrangement according to claim 1 and 6, characterized in that the security module ( 1 ) is designed as a non-volatile memory, the ground input (0 V) with a connection of the capacitor ( 41 ) and the piezo element ( 3 ) is connected.

8. Arrangement according to claim 2, characterized in that the actuating element ( 5 ) is also designed as an electrical switch.

9. Arrangement according to claim 7 and 8, characterized in that the actuating element ( 5 ) is designed as a sequence switch which, after tripping, the potential coating (D) of the piezo element ( 3 ) with the potential terminal (B) of the capacitor ( 41 ) and then connects it to the write input (WE) of the security module ( 1 ).

10. The arrangement according to claim 2, characterized in that the closure ( 23 ) consists essentially of a metallic box ( 230 ) with a hollow cylinder ( 235 ) made of a non-conductive plastic and a threaded screw ( 237 ) and that in the box ( 230 ) both the piezo element ( 3 ) and its actuating element ( 5 ) are arranged.

11. Arrangement according to 1 and 10, characterized in that
that the housing ( 2 ) from a housing cap ( 21 ), a housing base ( 22 ) and the closure ( 23 ) is composed,
that the box ( 230 ) is placed laterally with its opening on the housing base ( 22 ),
that the threaded screw ( 237 ) projects through the housing cap ( 21 ) and the housing base ( 22 ) into the hollow cylinder ( 235 ),
that the actuating element ( 5 ) is designed as a metallic spiral spring which is pushed onto the outside of the hollow cylinder ( 235 ) and one end ( 52 ) of which is anchored in an insulated manner in the socket ( 230 ), while the other, free end ( 51 ) is on one adjustable rack ( 231 ) made of a non-conductive plastic, which is guided with play transversely to the hollow cylinder ( 235 ) in a bore ( 2353 ) of the cylinder jacket ( 2351 ),
that the rack ( 231 ) is in engagement with a pinion ( 236 ) which is rotatably arranged in the cylinder bore ( 2352 ) and is provided with a threaded hole ( 2361 ) for the threaded screw ( 237 ),
that the connection between pinion ( 236 ) and rack ( 231 ) in the direction of a stop ( 232 ) is designed as a friction or slip clutch and away from it as a tooth clutch.

12. Arrangement according to 10 and 11, characterized in that the piezo element ( 3 ) is fixed with its one covering on a support ( 31 ) in the form of a metallic leaf spring, which in turn is conductively fastened in the can ( 230 ) so that the free end of the piezo element ( 3 ) lies in the path of movement of the free end ( 51 ) of the coil spring.

13. Arrangement according to claim 12 and 9, characterized in that
that in the path of movement of the free end ( 51 ) of the coil spring after the free end of the piezo element ( 3 ) is a metallic stop ( 233 ) which is fixed in an insulating bush ( 234 ) in the socket ( 230 ) and which is used as a switch contact (C ) is electrically connected to the write input (WE) of the security module ( 1 ) and
that the coil spring forms both the switching arm and a switching contact (B) which is electrically connected to the potential connection of the capacitor ( 41 ) by means of a further insulating bush ( 234 ).