[发明专利]用于去除载波信号的装置

说明书

本发明公开了一种用于去除载波信号的装置，其包括依次连接的采集电路、整流电路和载波去除电路。其中，采集电路用于采集电磁信号。整流电路用于对采集的电磁信号进行整流。载波去除电路用于去除经整流的电磁信号的载波信号，载波去除电路包括基于LC滤波电路且具有带阻功能的低通滤波电路。本发明的电路结构简单，避免了引入外部电源和设计晶振；本发明的操作简单，精度高，避免了鲁尔大学研究人员设计的载波去除电路采用RC滤波电路导致的不适用于高频电路的缺陷，极大有利于侧信道电磁攻击。

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种用于去除载波信号的装置。

背景技术

随着网络信息技术的迅猛发展，使用身份认证和金融支付的媒介越来越多，如银行IC卡，U盾，社保卡，身份证，手机支付等。为了保证金融支付安全和用户隐私，这类支付终端目前是以密码算法为安全基础的密码集成电路。密码集成电路涉及了密码算法、密钥等关键信息必然会受到攻击者的攻击，攻击者对密码设备进行非法读取、分析、解剖以获得敏感信息和非法利益。因此对密码设备的安全性进行评测越来越受到重视。侧信道攻击提取密钥是评价智能IC卡安全性的一种重要方式。随着我国国密算法的应用，目前国内检测机构常用的进口设备已无法满足我国芯片安全性检测的需要。为了打破目前国内检测机构的检测设备大量依赖进口的窘境，且解决设备不能二次开发的关键问题，因此自主研究开发芯片安全性检测平台越来越受到学术界和工业界的关注。其中进行侧信道电磁攻击设备中关键环节是对电磁信号的采集和载波的去除，因此对载波去除装置的设计是影响侧信道电磁攻击成功的关键。

以载波为13.56MHz的非接触式智能IC卡为例，智能IC卡的谐振频率与读卡器的发送频率相同，智能IC卡将通过交换电磁场获取能量，从而导致读卡器天线端电流的变化。智能IC卡天线端的负载电阻会由MCU(Microcontroller Unit,微控制单元)根据通信协议和数字基带信号控制负载电阻不断的开启或者关闭，负载电阻的断开和接通会引起读卡器端内阻两端电压的变化，读卡器检测到这种变化完成智能IC卡端对读卡器的通信。这种数据传输的方法被称为负载调制方法。

智能IC卡是一种密码设备，密码设备的实现大多依赖于内部硬件，硬件在进行加解密的过程中不可避免的会泄露功耗、电磁辐射、声音等物理信息，这些信息成为旁路信息。针对智能卡的侧信道分析方法中，功耗分析仅对接触式智能卡有效，而电磁攻击可以分析接触式智能卡也可以分析非接触式智能卡。因此获取有效的电磁信息是侧信道电磁攻击的关键。由于利用电磁信号对非接触式智能卡进行攻击时，采集到与密钥相关操作的电磁信号十分微弱，而射频信号中存在幅度特别大的载波为13.56MHz的载波信号，而且测量系统与卡片内部的各种幅度和相位噪声等因素的干扰，导致采集的有用的电磁信号被掩盖，因此需要通过一定手段对电磁信号进行预处理，减少大幅度的载波对有用电磁信号的影响。

2011年芯片制造商恩智浦半导体(NXP Semiconductors)的Mifare系列芯片MF3ICD40芯片被德国鲁尔大学(Bochum；RUB)的研究人员利用侧信道攻击的方式破解，他们所设计的破解设备要3000美元。这一事件迫使NXP公司将这款被NASA、旧金山、澳大利亚和捷克的客户广泛使用的芯片进行升级。具体地，德国鲁尔大学的方案是引出13.56MHz的载波然后进行衰减和移相最后和探头采集的信号进行减法运算后放大出信号。其中关键模块是进行衰减和移相，需要直流电源进行额外供电。然而，额外电源必然会引入噪声；而且使用简单的RC电路进行相位和幅值的匹配，利用两个可调电阻实现对衰减电路和移相电路的传递函数的控制。这种控制方法操作不方便，同时精度不高。他们在电路中使用一个独立的晶振去生成13.56MHz的标准正弦波作为载波，由于与读卡器的晶振不同源，将会造成减法器两个输入端有不同的扰动，从而在电路中进行了叠加降低了信噪比。

发明内容