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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfangen und Bearbeiten
von gemäß einem Kommunikationsprotokollstapel
aufbereiteten und dabei kryptographisch gesicherten Daten auf einem
portablem Endgerät, sowie ein entsprechend eingerichtetes
Endgerät.
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Für
solche Endgeräte sind spezielle Prozessoren bekannt, mit
denen eine gesicherte Datenbearbeitungsumgebung und eine ungesicherte
Datenbearbeitungsumgebung eingerichtet werden können. In der
gesicherten Datenbearbeitungsumgebung können sicherheitsrelevante
Daten und Applikationen gesichert gespeichert, bearbeitet und ausgeführt werden,
wobei eine ebenfalls in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
eingerichtete Steuereinrichtung ein Umschalten zwischen der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
und der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung kontrolliert. Die
ungesicherte Datenbearbeitungsumgebung wird in der Regel von einem
gewöhnlichen Betriebssystem des Endgeräts verwaltet,
während die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung durch
ein separates, meist sehr kompaktes Sicherheitsbetriebssystem verwaltet wird.
Derartige Prozessoren wurden z. B. von der Firma ARM entwickelt
(
WO 2004/046934
A2 ;
ARM White Paper „TrustZone: Integrated
Hardware and Software Security, Enabling Trusted Computing in Embedded
Systems"; T. Alves, D. Felton, Juli 2004). Weiterhin
ist es bekannt, ähnliche gesicherte Datenbearbeitungsumgebungen
mittels verschiedener Virtualisierungstechniken zu schaffen.
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Allerdings
sind Betriebssysteme portabler Endgeräte, z. B. von Mobilfunkendgeräten,
in der Regel nicht in der Lage, sichere Datenbearbeitungsumgebungen
in der beschriebenen Form, also beispielsweise eine TrustZone-Technologie,
zu unterstützen, noch sind die erwähnten Virtualisierungstechniken zum
Einrichten sicherer Datenbearbeitungsumgebungen Teil dieser Betriebssysteme.
Aus diesem Grund werden sicherheitsrelevante Daten und Anwendungen
im Zusammenhang mit portablen Endgeräten meist, wie z.
B. bei OTA-Verfahren („Over The Air”, d. h. über
die Luftschnittstelle) im Mobilfunk, auf einem in das Endgerät
integrierbaren gesicherten portablen Datenträger, z. B.
auf einer (U)SIM-Mobilfunkkarte, gespeichert und dort ausgeführt.
Die Speicherkapazität und Rechenleistung solcher portabler Datenträger
ist jedoch bauartbedingt eingeschränkt und macht dementsprechend
eine Bearbeitung sicherheitsrelevanter Daten auf dem Datenträger
ineffizient. Weiterhin ist eine solche Vorgehensweise für eine
gesicherte Datenübertragung, welche das Endgerät
selbst betrifft, z. B. zur Administration desselben, ungeeignet.
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Es
ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gesichertes
Bearbeiten von kryptographisch gesichert übertragenen Daten
in einem portablen Endgerät zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein portables Endgerät
mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem
portablen Endgerät von einer externen Datenverarbeitungsvorrichtung
empfangene Daten, welche von dieser gemäß einem
Kommunikationsprotokollstapel aufbereitete (d. h. mit entsprechenden
Protokolldaten versehene) und dabei gemäß ei nem
in dem Kommunikationsprotokollstapel vorgesehenen Sicherheitsprotokoll
kryptographisch gesicherte Nutzdaten repräsentieren, derart
bearbeitet, dass die übertragenen Nutzdaten von der Protokollinformation
wieder bereinigt werden. Erfindungsgemäß werden
die empfangenen Daten dabei gemäß unterhalb des
Sicherheitsprotokolls liegenden Kommunikationsprotokollen des Kommunikationsprotokollstapels
in einer ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts
bearbeitet und zumindest gemäß dem Sicherheitsprotokoll
in einer gesicherten Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts
bearbeitet.
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Ein
erfindungsgemäßes Endgerät umfasst eine
Datenkommunikationsschnittstelle sowie jeweils eine ungesicherte
Datenbearbeitungsumgebung und eine gesicherte Datenbearbeitungsumgebung
zum ungesicherten und gesicherten Bearbeiten von über die
Datenkommunikationsschnittstelle empfangenen Daten. Erfindungsgemäß umfasst
das Endgerät ferner eine Datenbearbeitungseinrichtung in
der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung und eine Sicherheitsdatenbearbeitungseinrichtung
in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung, wobei die Datenbearbeitungseinrichtung
eingerichtet ist, über die Datenkommunikationsschnittstelle
empfangene, gemäß einem Kommunikationsprotokollstapel
aufbereitete und dabei gemäß einem Sicherheitsprotokoll kryptographisch
gesicherte Daten in der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung
gemäß der Kommunikationsprotokolle unterhalb des
Sicherheitsprotokolls zu bearbeiten, während die Sicherheitsdatenbearbeitungseinrichtung
eingerichtet ist, die Daten zumindest gemäß dem
Sicherheitsprotokoll in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
zu bearbeiten.
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Allgemein
verläuft eine Datenübertragung zwischen einem
portablen Endgerät, z. B. einem Mobilfunkendgerät,
und einer externen Datenverarbei tungsvorrichtung, z. B. einem Internet-Server
oder dergleichen, über ein Kommunikationsnetzwerk, z. B. das
Internet und/oder ein Mobilfunknetz, gemäß verschiedenen
Netzwerk- bzw. Kommunikationsprotokollen, die die Datenübertragung
auf jeweils verschiedenen technischen Datenübertragungsebenen ermöglichen.
Entsprechend sind die verschiedenen Kommunikationsprotokolle verschiedenen
Schichten eines so genannten Kommunikationsprotokollstapels zugeordnet,
in welchem die Kommunikationsprotokolle in einer anhand den jeweiligen
technischen Datenübertragungsebenen geordneten Weise anordnet sind.
Jeder Schicht, d. h. jedem Kommunikationsprotokoll einer bestimmten
Schicht des Kommunikationsprotokollstapels, sind definierte Aufgaben
im Rahmen der gesamten Datenübertragung über das Kommunikationsnetzwerk
zugeordnet. Dabei nimmt ein Kommunikationsprotokoll jeweils einer
Schicht die Dienste eines Kommunikationsprotokolls der darunter
liegenden Schicht in Anspruch und stellt seinerseits Kommunikationsprotokollen
der darüber liegenden Schicht definierte Dienste zur Verfügung.
Im Zusammenhang mit dem bekannten TCP/IP-Protokollstapel gemäß dem
TCP/IP-Referenzmodell, welches Kommunikationsprotokolle vereint,
die zur Datenübertragung über das Internet verwendet
werden, werden beispielsweise vier Schichten unterschieden, die nachfolgend
grob skizziert werden: die Netzzugangsschicht, die Internet- oder
Vermittlungsschicht, die Transportschicht und die Anwendungsschicht.
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Die
Kommunikationsprotokolle der Netzzugangsschicht regeln dabei die
Punkt-zu-Punkt Datenübertragung auf physikalischer Ebene.
Dies sind beispielsweise Funkprotokolle wie WLAN oder im Mobilfunk
verwendete Protokolle, wie z. B. CDMA. Die Kommunikationsprotokolle
der darüber liegenden Vermittlungsschicht, z. B. das IP-Protokoll,
sind für die Weitervermittlung der zu übertragenden
Daten und die Wegauswahl innerhalb des Kommunikationsnetzwerks zuständig.
Die Kommunikationsprotokolle der Transportschicht, die oberhalb
der Vermittlungsschicht liegt, z. B. das TCP-Protokoll, stellen
eine Ende-zu-Ende Verbindung zwischen den beiden beteiligten Kommunikationspartnern
her, also z. B. zwischen dem portablen Endgerät und der
externen Datenverarbeitungsvorrichtung. Die Kommunikationsprotokolle
der obersten Schicht schließlich, der Anwendungsschicht,
z. B. das HTTP-Protokoll, arbeiten mit Anwendungsprogrammen auf
den jeweiligen Geräten zusammen.
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Bei
einer Datenübertragung werden die zu übertragenden
Daten gemäß dem vorstehend skizzierten Kommunikationsprotokollstapel
zunächst von der externen Datenverarbeitungsvorrichtung
aufbereitet. Dazu werden die Nutzdaten von jedem der ausgewählten
Protokolle des Kommunikationsprotokollstapels mit Protokolldaten
versehen, bevor sie schließlich übertragen werden.
Mittels des Sicherheitsprotokolls, das in dem Kommunikationsprotokollstapel
an einer geeigneten Stelle eingefügt ist, werden die Nutzdaten
(eventuell einschließlich der Protokolldaten höherer
Schichten) kryptographisch gesichert, beispielsweise verschlüsselt.
Das erfindungsgemäße portable Endgerät
bearbeitet die empfangenen, aufbereiteten Daten – in umgekehrter
Reihenfolge – gemäß den zur Datenübertragung
verwendeten Kommunikationsprotokollen, indem die jeweilige Protokolldaten
derart entfernt bzw. verarbeitet werden, dass schließlich
die Nutzdaten auf dem Endgerät vorliegen. Ein Bearbeiten
gemäß dem Sicherheitsprotokoll bedeutet dann beispielsweise
ein Entschlüsseln der verschlüsselten Daten.
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Erfindungsgemäß wird
also nur genau derjenige Teil der Bearbeitung der Daten in der gesicherten
Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts durchgeführt,
für den dies erforderlich ist, um die gesichert empfangenen
Daten (bzw. die Nutzdaten) in dem Endgerät auch gesichert
zu verwalten, nämlich die Bearbeitung der empfangenen Daten
gemäß dem Sicherheitsprotokoll.
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Auf
diese Weise können die dazu in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
vorzuhaltenden Ressourcen, beispielsweise Speicher, Rechenkapazität
und gespeicherter ausführbarer Code, gering und effizient
gehalten werden. Es werden keine nicht unbedingt sicherheitsrelevanten
Bearbeitungen in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung durchgeführt,
so dass die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung für tatsächlich
sicherheitsrelevante Daten und Anwendungen vorbehalten und betriebsbereit
bleibt. Ebenso ermöglicht die vorliegende Erfindung, das
Endgerät bzw. dessen gesicherte Datenbearbeitungsumgebung
als Endpunkt einer kryptographisch gesicherten Datenübertragung
einzurichten, ohne dass dazu auf Sicherheitsfunktionalitäten
eines in das Endgerät integrierten portablen Datenträgers
mit seinen inhärent begrenzten Ressourcen zurückgegriffen
werden muss. Sicherheitsrelevante empfangene Daten können
direkt in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts
bearbeitet und gespeichert werden.
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Auf
Seiten des erfindungsgemäßen Endgeräts
bedeutet dies insbesondere, dass in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
lediglich diejenigen Kommunikationsprotokolle des Kommunikationsprotokollstapels
implementiert sein müssen, die zu einer gesicherten Bearbeitung
der Daten in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung erforderlich
sind. Dies ist in erster Linie das Sicherheitsprotokoll selbst.
Kommunikationsprotokolle unterhalb des Sicherheitsprotokolls können
gefahrlos in der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung abgearbeitet werden.
Dadurch bleibt die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung frei von
nicht notwendigerweise sicherheitsrelevanten Applikationen.
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Die
Erfindung ermöglicht also eine einfache und effiziente,
gleichzeitig aber vollständig gesicherte Bearbeitung von
im Rahmen einer gesicherten Daten übertragung über
ein Kommunikationsnetzwerk von einem portablen Endgerät
empfangen Daten. Auch die Funktionalität des Endgeräts
kann dadurch in gesicherter Weise erhöht werden, beispielsweise durch
Empfangen von sicherheitsrelevanten Authentisierungsapplikationen
und/oder Authentisierungsdaten. Schließlich wird eine gesicherte
Administration des Endgeräts möglich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Daten
vor dem Bearbeiten gemäß dem Sicherheitsprotokoll
von der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung in die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung übergeben.
Auf diese Weise wird ein unberechtigter Zugriff auf die Daten beim
und/oder nach dem Bearbeiten gemäß dem Sicherheitsprotokoll,
also z. B. beim oder nach dem Entschlüsseln der bis dahin
verschlüsselten Daten, zuverlässig verhindert.
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Vorzugsweise
erfolgt auch die Bearbeitung der Daten gemäß den
Kommunikationsprotokollen des Kommunikationsprotokollstapels oberhalb
des Sicherheitsprotokolls in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung,
damit auf die Nutzdaten zu keinem Zeitpunkt in der ungesicherten
Datenbearbeitungsumgebung zugegriffen werden kann. Dies ist insbesondere
dann erforderlich, wenn die Nutzdaten selbst sicherheitsrelevante
Daten darstellen. Deswegen sind die entsprechenden Kommunikationsprotokolle
oberhalb des Sicherheitsprotokolls eventuell nicht ausschließlich
in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung implementiert. Es kann
eine weitere Implementierung dieser Kommunikationsprotokolle in
der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung vorliegen, welche dort
zur Bearbeitung nicht sicherheitsrelevanter, ungesichert übertragener
Daten dient. Andere Anwendungen sind denkbar, bei denen die Daten,
nachdem sie in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung gemäß dem
Sicherheitsprotokoll bearbeitet worden sind, beispielsweise um eine Berechtigung
eines Nutzers zur Weiterverarbeitung der Daten zu prüfen,
in der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung weiterverarbeitet
werden, beispielsweise durch Abspielen der Daten als Video/Audiodaten
(„streaming media”) durch eine Wiedergabeapplikation.
Hier werden die Daten also ausschließlich gemäß dem
Sicherheitsprotokoll in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
bearbeitet.
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Vorzugsweise
wird ein solches Sicherheitsprotokoll verwendet, welches eine einseitige und/oder
gegenseitige Authentisierung der beiden Kommunikationspartner unterstützt,
also beispielsweise eine Authentisierung eines Servers gegenüber einem
Endgerät und gegebenenfalls auch eine Authentisierung des
Endgeräts oder eines Nutzers des Endgeräts gegenüber
dem Server. Eine solche Authentisierung erfolgt beispielsweise mittels
Zertifikaten. Zur Herstellung eines geeigneten Zertifikats auf der
Seite des Nutzes bzw. des Endgeräts wird ein (geheimzuhaltender)
Authentisierungsschlüssel benötigt. Eine Authentisierung
eines Nutzers bzw. Endgeräts gegenüber dem Server
kann aber auch direkt über einen Authentisierungsschlüssels
oder über ein Passwort erfolgen. Weiterhin unterstützt
ein verwendetes Sicherheitsprotokoll vorzugsweise ein Verschlüsseln
von zu übertragenden Daten. Dazu kann beispielsweise zwischen
den Kommunikationspartnern ein für eine Datenübertragungssitzung
gültiger Sitzungs- oder Transportschlüssel ausgehandelt werden,
beispielsweise mittels des Diffie-Hellman-Verfahrens. Dieser temporäre
Transportschlüssel dient dann zur Verschlüsselung
der Daten, beispielsweise mittels eines symmetrischen Verschlüsselungsverfahren
wie DES oder AES.
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Der
Transportschlüssel und der Authentisierungsschlüssel
können in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung des
Endgeräts gespeichert werden, wo sie vor unberechtigten
Zugriffen geschützt sind. Dabei unterliegt der Au thentisierungsschlüssel
besonderen Sicherheitsanforderungen, da er im Zusammenhang mit nicht
nur jeweils einer Datenübertragung, sondern jeder Datenübertragung
sicherheitsrelevant ist. Denn bei Verlust dieses Authentisierungsschlüssels
ist für den unrechtmäßigen Besitzer desselben
ein Vortäuschen der Identität des Nutzers bzw.
Endgeräts möglich. Deshalb ist es vorteilhaft,
den Authentisierungsschlüssel auf einem gesicherten portablen
Datenträger zu speichern, der in die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung
des Endgeräts integriert ist. Beispielsweise kann ausschließlich
von der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts
aus auf den Datenträger zugegriffen werden. Derartige geeignete
sichere Datenträger sind beispielsweise (U)SIM-Mobilfunkkarten
oder sichere Multimediakarten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird als Sicherheitsprotokoll
ein Kommunikationsprotokoll verwendet, welches an einer Stelle des
Kommunikationsprotokollstapels angeordnet ist, die es ermöglicht,
die Daten lediglich in genau dem Umfang zu sichern, wie es die jeweilige
Anwendung erfordert. D. h. das Sicherheitsprotokoll liegt vorzugsweise
zwischen der Transportschicht und der Anwendungsschicht des TCP/IP-Referenzmodells,
wie beispielsweise das SSL/TLS-Sicherheitsprotokoll. Wenn die Anwendungsschicht
durch mehrere Kommunikationsprotokolle repräsentiert wird,
ist es auch möglich, dass das Sicherheitsprotokoll an einer
geeigneten Stelle zwischen diesen Kommunikationsprotokollen, also
innerhalb der Anwendungsschicht, angeordnet ist.
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Unterhalb
des Sicherheitsprotokolls, in der Vermittlungs- oder Internet-Schicht
bzw. in der Transportschicht des TCP/IP-Referenzmodells, werden vorzugsweise
das IP-Protokoll bzw. das TCP-Protokoll bei einer Datenübertragung
verwendet. Geeignete Kommunikationsprotokolle der Anwen dungsschicht,
die zumeist oberhalb des Sicherheitsprotokolls angeordnet sind,
sind beispielsweise das HTTP-Protokoll oder das SOAP-Protokoll.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren, dass für
eine Datenverarbeitungsvorrichtung eine gesicherte Datenkommunikationsverbindung
in die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts
hergestellt wird. D. h. eine kryptographisch gesicherte Datenkommunikationsverbindung zwischen
der Datenverarbeitungsvorrichtung und dem Endgerät endet
in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts.
Als Sicherheitsprotokoll eignet sich hierzu beispielsweise ein SSH-Protokoll.
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Zum
Ausbilden der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung des Endgeräts
sind mehrere Technologien verfügbar, beispielsweise die
beschriebene TrustZone®-Technologie,
welche eine gesicherte Datenbearbeitungsumgebung auch auf Hardware-Ebene
bereitstellt. Mittels verschiedener bekannter Virtualisierungstechniken
kann ebenso eine gesicherte Datenbearbeitungsumgebung, teilweise auf
Hardware-Ebene oder lediglich softwarebasiert, realisiert werden.
Für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine
konkrete Realisierung nur insofern relevant, als dass eine gesicherte
Datenbearbeitungsumgebung gewährleistet sein muss, die
ein gesichertes Speichern von Daten und ein gesichertes Ausführen
von sicherheitsrelevanten Applikationen in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung unterstützt.
D. h. ein Zugriff auf in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung
gespeicherte Daten und/oder ein Beeinflussen von in der gesicherten
Datenbearbeitungsumgebung ausgeführten Applikationen aus
der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung heraus muss zuverlässig
unterbunden werden können.
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Portable
Endgeräte, die erfindungsgemäß ausgebildet
sein können, sind beispielsweise so genannte Handhelds,
insbesondere Mobilfunkendgeräte oder PDAs, weiterhin Spielekonsolen,
Multimediawiedergabegeräte oder so genannte Netbooks und dergleichen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegende Figur
beispielhaft beschrieben. Diese zeigt schematisch den Verlauf einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Von
einer Datenverarbeitungsvorrichtung 100 in Form eines Internet-Servers
werden in einem Schritt S0 Nutzdaten (DATA) 70 über
das Internet 200 an ein portables Endgerät 10 übertragen,
welches hier als Mobilfunkendgerät dargestellt ist. Anstelle des
Internet-Servers 100 können beliebige andere Datenverarbeitungseinrichtungen
treten, die eingerichtet sind, Daten über ein Kommunikationsnetzwerk,
z. B. das Internet 200 und/oder ein Mobilfunknetz (nicht
gezeigt) zu übertragen. Auch das portable Endgerät 10 kann
in verschiedenen Ausgestaltungen auftreten. Alle Arten von Handhelds,
also insbesondere PDAs und dergleichen, aber auch Spielekonsolen,
Multimediawiedergabegeräte oder Netbooks und ähnliche
portable Geräte können im Rahmen der vorliegenden
Erfindung als portable Endgeräte 10 verstanden
werden.
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Um
eine Übertragung der Nutzdaten 70 über das
Internet 200 zu ermöglichen, werden die Nutzdaten 70 gemäß geeigneter
Kommunikationsprotokolle 22, 24, 26, 32, 34 des
TCP/IP-Protokollstapels aufbereitet. Dazu werden den Nutzdaten 70 jeweils
durch ein Kommunikationsprotokoll einer Schicht des Kommunikationsprotokollstapels
Protokolldaten hinzugefügt, um den durch das Kommunikationsprotokoll
auf der entsprechenden Schicht bereitzustellenden Dienst auf kontrollierte
Weise durchführen zu können. In der beschriebenen
Ausführungsform werden die Nutzdaten 70 auf der
Anwendungsschicht gemäß dem HTTP-Protokoll 34 als
HTTP-Seite 70A aufbereitet, welche nach Empfang auf dem
Endgerät 10 beispielsweise vom einem Web-Browser
(nicht gezeigt) angezeigt werden kann. Andere Kommunikationsprotokolle
neben oder über HTTP kommen gleichfalls in Frage, beispielsweise
das SOAP-Protokoll.
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Um
eine gesicherte Datenübertragung in dem Sinne zu ermöglichen,
dass die Nutzdaten 70 während der Datenübertragung
nicht durch unbefugte Dritte ausgespäht oder unbemerkt
manipuliert werden können, werden die Daten 70A mittels
eines Sicherheitsprotokolls 32, hier konkret mittels SSL/TLS, gesichert.
Auf diese Weise kann auch die Identität des Senders, also
des Servers 100, durch den Empfänger, also das
Endgerät 10, zweifelsfrei festgestellt werden,
d. h. eine Authentisierung des Servers 100 gegenüber
dem Endgerät 10 wird unterstützt. Auch eine
Authentisierung des Endgeräts 10 gegenüber dem
Server 100 mittels eines geeigneten Zertifikats ist vorgesehen.
Die resultierenden, gesicherten Daten 70B werden, um übertragen
werden zu können, um weitere Protokolldaten ergänzt.
Einmal durch das TCP-Protokoll 26 der Transportschicht,
einmal durch das IP-Protokoll 24 der Internetschicht. Es
ergeben sich die Daten 70C bzw. 70D. Damit die
Daten 70D schließlich über eine Funkschnittstelle
an das Endgerät 10 übertragen werden
können, ist ein weiteres Kommunikationsprotokoll, diesmal
der Netzzugangsschicht, notwendig, beispielsweise WCDMA, welches
eine konkrete, physikalische Datenübertragung der Daten 70E,
beispielsweise über ein UMTS-Mobilfunknetz, ermöglicht.
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Das
Endgerät 10 empfängt die derart aufbereiteten
Daten 70E in Schritt S1 über eine Datenkommunikationsschnittstelle 12,
im konkreten Fall eine Antenne.
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In
dem Endgerät 10 sind jeweils eine ungesicherte
Datenbearbeitungsumgebung 14 und eine gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 ausgebildet.
Die ungesicherte Datenbearbeitungsumgebung 14 wird durch
ein gewöhnliches Betriebssystem (nicht gezeigt) gesteuert
und verfügt über Rechen- und Speicherkapazitäten,
um in bekannter Weise auf dem Endgerät 10 Daten
zu speichern und Applikationen auszuführen. Beispielsweise
werden die Daten 70E nach dem Empfangen durch das Endgerät 10 in der
ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 gespeichert
und, wie nachfolgend detailliert beschrieben, durch die Datenbearbeitungseinrichtung 20,
bearbeitet.
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Auch
die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 ist derart
eingerichtet, dass darin Daten gespeichert und Applikationen ausgeführt
werden können. Beispielsweise bearbeitet die Sicherheitsdatenbearbeitungseinrichtung 30 darin
die Daten 70B, wie nachfolgend beschrieben. Im Unterschied
zu der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 ist die
gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 speziell gegen
unbefugten Zugriff, insbesondere aus der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 heraus,
gesichert. D. h. ein eigens eingerichtetes Sicherheitsbetriebssystem
(nicht gezeigt) verwaltet die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16.
Die Steuereinrichtung 40 steuert als Teil des Sicherheitsbetriebssystems
den Zugriff auf die Ressourcen der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16,
also insbesondere die darin gespeicherten Daten 70B, 70A und
die darin implementierten Applikationen 30. Weiterhin ist
die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 in der beschriebenen
Ausführungsform von der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 bereits
auf Hardwareebene getrennt, d. h. insbesondere, dass in der gesicherten
Datenbearbeitungsumgebung beispielsweise eigene, separate Speicherbereiche 50 vorliegen,
die lediglich aus der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 heraus
ansprechbar sind. Weitere hardwarebasierte Sicherheitsmaßnahmen
sind möglich, beispielsweise separate Busse, Prozessoren
und Peripherie nebst zugehörigen separaten Treibern. Eine
solche bereits auf Hardwareebene angelegte Sicherheitsarchitektur,
die ungesicherte 14 und gesicherte Datenbearbeitungsumgebungen 16 bereitstellt,
ist beispielsweise auf Prozessoren der Firma ARM implementiert und
als TrustZone®-Technologie bekannt.
Alternativ können gesicherte Datenbearbeitungsumgebungen 16 auch mittels
verschiedener bekannter Virtualisierungstechniken, dann meist auf
Softwarebasis, erreicht werden.
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Um
besonders hohen Sicherheitsanforderungen zu genügen, umfasst
die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 in der gezeigten
Ausführungsform zusätzlich einen in das Endgerät 10 integrierten
gesicherten portablen Datenträger 60, hier eine
(U)SIM-Mobilfunkkarte. Darin gespeicherte Daten 62 sind
also in doppelter Weise gegen unbefugten Zugriff gesichert. Genauso
wie der Speicherbereich 50 ist der gesicherte Datenträger 60 ausschließlich
aus der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 heraus
ansprechbar.
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Die
von dem Endgerät 10 empfangen Daten 70E werden
nun zuerst gemäß den Kommunikationsprotokollen
unterhalb des Sicherheitsprotokolls SSL/TLS 32 durch die
Datenbearbeitungseinrichtung 20 in der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 bearbeitet.
Dabei werden in den Schritten S2, S3 und S4 nacheinander insbesondere
die Protokolldaten, welche gemäß dem WCDMA-Protokoll 22,
dem IP-Protokoll 24 und dem TCP-Protokoll 26 zu
den Nutzdaten 70 hinzugefügt worden sind, wieder
entfernt. Dazu umfasst die Datenbearbeitungseinrichtung 20 Implementationen
der entsprechenden Protokolle 22, 24, 26.
Die Bearbeitung der Daten 70E durch die Datenbearbeitungseinrichtung 20,
welche im Ergebnis die Daten 70B erzeugt, belasten also
die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 in keiner Weise,
weder in Bezug auf Speicherressourcen, noch in Bezug auf Rechenkapazität.
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Es
kann weiterhin unterbleiben, dass die Kommunikationsprotokolle 22, 24, 26 unterhalb
des Sicherheitsprotokolls 32 in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 als
lauffähiger Code vorliegen.
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Die
Daten 70B, welche den mittels des Sicherheitsprotokolls 32 verschlüsselten
und gemäß einem Anwendungsprotokoll 34 aufbereiteten
Nutzdaten 70 entsprechen, werden im Schritt S5 mittels der
Steuereinrichtung 40 von der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 in
die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 übergeben.
Dazu können geeignete Mechanismen der Prozesskommunikation
(IPC, „inter-process communication”) verwendet
werden. Im einfachsten Fall kann die Steuereinrichtung 40 der
Sicherheitsdatenbearbeitungseinrichtung 30 oder einer dieser
Einrichtung zugeordneten Hilfsapplikation (nicht gezeigt) erlauben,
auf einen Speicherbereich der ungesicherten Datenbearbeitungsumgebung 14 zuzugreifen,
in welchem die Datenbearbeitungseinrichtung 20 die Daten 70B gespeichert
hat, und die Daten 70B in die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung
zu übertragen.
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Im
Schritt S6 bearbeitet die Sicherheitsdatenbearbeitungseinrichtung 30 mittels
einer Implementation des SSL/TLS-Protokolls 32 die Daten 70B. Vor
dem Übertragen der Daten 70E an das Endgerät 10 erfolgte
eine gegenseitige Authentisierung zwischen dem Endgerät 10 und
dem Server 100, bei der beide Kommunikationspartner die
jeweiligen Zertifikate der Gegenseite verifiziert haben. Das Zertifikat des
Endgeräts 10 ist dabei mittels eines Authentisierungsschlüssels 62 erstellt
worden, welcher in besonders sicherer Weise auf dem gesicherten
portablen Datenträger 60 gespeichert ist. Der
Server 100 und das Endgerät 10 haben
dann zur Verschlüsselung der Daten 70A einen Transportschlüssel 52 ausgehandelt,
der in dem Endgerät 10 in dem Speicher 50 der
gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 gespeichert worden
ist. Der Server 100 hat daraufhin die Daten 70A mit
Hilfe des Transportschlüs sels 52 gemäß einem
symmetrischen Verschlüsselungsverfahren, beispielsweise
DES oder AES, verschlüsselt und die verschlüsselten
Daten 70B erhalten, welche dann, wie vorstehend beschrieben,
durch den Server gemäß der weiteren Kommunikationsprotokolle 26, 24, 22 aufbereitet
und an das Endgerät 10 übertragen worden
sind. Die derart verschlüsselten und bereits meistenteils
wieder „ausgepackten” Daten 70B werden
nun, erneut unter Zuhilfenahme des Transportschlüssels 52,
in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 des Endgeräts 10 mittels
der SSL/TLS-Implementierung entschlüsselt, woraus die nur
noch gemäß dem HTTP-Protokoll 34 bearbeiteten
Daten 70A resultieren.
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In
Schritt S7 und eventuell (nicht gezeigten) weiteren Schritten werden
die Daten 70A mittels geeigneter Applikationen 34 in
der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 als nun unverschlüsselte Daten 70A bearbeitet.
Jedoch sind die Daten 70A weiterhin dadurch gesichert,
dass sie in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 gespeichert und
deshalb lediglich von darin implementierten, gesicherten Applikationen 32, 34 verarbeitet
werden können.
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Das
beschriebene Verfahren besitzt zahlreiche Anwendungen. Es wird beispielsweise
möglich, sicherheitsrelevante Applikationen, wie z. B.
einen Home-Banking-Client (nicht gezeigt), auf gesicherte Weise,
wie vorstehend mit Bezug auf den Nutzdatensatz 70 beschrieben,
auf das Endgerät 10 zu übertragen und
dort in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 mittels
des Sicherheitsbetriebssystems zu installieren. Damit wird für
einen Nutzer des Endgeräts 10 im Rahmen einer
Home-Banking-Anwendung eine sichere Überprüfung
der Authentizität des Gegenseite, d. h. des Home-Banking-Servers, dadurch
möglich, dass eine Server-Zertifikatsprüfung in
der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 stattfinden
kann. Weiterhin stellt die sichere Datenbearbeitungsumgebung 16 gesicherte
Speicherbereiche für sicherheitsrelevante Daten, wie z.
B. PIN, TAN, kryptographische Schlüssel und dergleichen bereit,
welche auf Applikationsebene Ende-zu-Ende gesichert, beispielsweise
wie vorstehend beschrieben mittels einer Sicherung mittels des SSL/TLS-Sicherheitsprotokolls
oberhalb des TCP-Protokolls, von der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 zu
dem Home-Banking-Server übermittelt werden.
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Eine
zweite Anwendung betrifft die gesicherte Administration des Endgeräts 10.
In beschriebener Weise kann gesichert ein Administrationsmodul (nicht
gezeigt) in der gesicherten Datenbearbeitungsumgebung 16 des
Endgeräts 10 installiert werden. Dieses Administrationsmodul
kann dann die Administration und das Device-Management des Endgeräts 10 übernehmen,
beispielsweise gemäß den bekannten Spezifikationen
der Open Mobile Alliance (OMA DM bzw. OMA SCWS). Da die für
die Administration benötigten Daten gesichert in die gesicherte Datenbearbeitungsumgebung 16 übertragen
worden sind, ist die Integrität und Vertraulichkeit bereits
durch die Transportsicherung gewährleistet. Auf diese Weise
kann die Zuverlässigkeit und Sicherheit dieser und ähnlicher
OTA-Management Systeme verbessert werden.
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Schließlich
eignet sich das beschriebene Verfahren auch ganz allgemein dazu,
eine kryptographisch gesicherte Datenkommunikationsverbindung von
einer externen Datenverarbeitungsvorrichtung, z. B. einen Internet-Server,
zu einem Endgerät, beispielsweise ein Mobilfunkendgerät,
aufzubauen, wobei die Datenkommunikationsverbindung direkt auf dem
Endgerät, d. h. in einer gesicherten Datenverarbeitungsumgebung
des Endgeräts, endet. Als Sicherheitsprotokoll kann hier
z. B. ein SSH-Protokoll verwendet werden. Auch über eine
derart hergestellte, gesicherte Datenkommunikationsverbindung ist beispielsweise
eine Wartung oder ein Update des Endgeräts einfach und
sicher durchführbar, ohne dass dazu auf Sicherheitsfunktionalitäten
eines in das Endgerät integrierten gesicherten portablen
Datenträgers zurückgegriffen werden muss.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/046934
A2 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ARM White
Paper „TrustZone: Integrated Hardware and Software Security,
Enabling Trusted Computing in Embedded Systems”; T. Alves,
D. Felton, Juli 2004 [0002]