DE102015220053A1 - A method for generating a key in a network and activating a secure communication based on the key in the network - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Generierung eines Schlüssels in einem Netzwerk und zur Aktivierung einer Absicherung einer Kommunikation in dem Netzwerk mithilfe des Schlüssels vorgestellt. Dabei veranlasst ein erster Netzwerkteilnehmer eine Übertragung mindestens einer ersten Wertfolge auf einem Übertragungskanal zumindest teilweise synchron zu einer Übertragung mindestens einer zweiten Wertfolge auf dem Übertragungskanal durch einen zweiten Netzwerkteilnehmer. Der erste Netzwerkteilnehmer ermittelt den Schlüssel auf Basis der mindestens einen ersten Wertfolge und auf Basis einer Überlagerung der mindestens einen ersten Wertfolge und der mindestens einen zweiten Wertfolge auf dem Übertragungskanal. Die Aktivierung der Absicherung der Kommunikation in dem Netzwerk erfolgt nach einer Abstimmung zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer und mindestens einem weiteren Netzwerkteilnehmer.A method is presented for generating a key in a network and activating a hedge of communication in the network using the key. In this case, a first network participant initiates a transmission of at least one first value sequence on a transmission channel at least partially synchronously with a transmission of at least one second value sequence on the transmission channel by a second network participant. The first network subscriber determines the key on the basis of the at least one first value sequence and on the basis of a superposition of the at least one first value sequence and the at least one second value sequence on the transmission channel. The activation of the security of the communication in the network takes place after a coordination between the first network participant and at least one further network participant.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivschaltung oder zum Wechsel einer Absicherung einer Kommunikation zwischen Teilnehmern eines Netzwerks. Die Absicherung der Kommunikation erfolgt dabei auf Basis eines gemeinsamen, kryptographischen Schlüssels, der von den Teilnehmern des Netzwerks generiert wurde.The present invention relates to a method for active switching or to change a hedge of communication between participants of a network. The security of the communication is based on a common, cryptographic key, which was generated by the participants of the network.

Auch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden gewöhnlicher Weise zu den Netzwerken gezählt und sollen hier mit diesem Begriff ebenfalls adressiert sein. Dabei kommunizieren die beiden Teilnehmer über ein gemeinsam genutztes Übertragungsmedium. Hierbei werden logische Bitfolgen (bzw. allgemeiner: Wertfolgen) durch entsprechende Übertragungsverfahren als Signale bzw. Signalfolgen physikalisch übertragen. Das zugrundeliegende Kommunikationssystem kann z.B. ein CAN-Bus sein. Dieser sieht eine Übertragung dominanter und rezessiver Bits bzw. entsprechend dominanter und rezessiver Signale vor, wobei sich ein dominantes Signal bzw. Bit eines Teilnehmers des Netzwerks gegen rezessive Signale bzw. Bits durchsetzt. Ein Zustand entsprechend dem rezessiven Signal stellt sich auf dem Übertragungsmedium nur ein, wenn alle beteiligten Teilnehmer ein rezessives Signal zur Übertragung vorsehen bzw. wenn alle gleichzeitig sendenden Teilnehmer einen rezessiven Signalpegel übertragen.Also point-to-point connections are usually counted as networks and should also be addressed here with this term. The two participants communicate via a shared transmission medium. In this case, logical bit sequences (or, more generally, value sequences) are transmitted physically by means of corresponding transmission methods as signals or signal sequences. The underlying communication system may e.g. be a CAN bus. This provides for transmission of dominant and recessive bits or correspondingly dominant and recessive signals, whereby a dominant signal or bit of a participant of the network intersperses against recessive signals or bits. A state corresponding to the recessive signal adjusts itself to the transmission medium only if all participants involved provide a recessive signal for transmission or if all participants transmitting at the same time transmit a recessive signal level.

Stand der TechnikState of the art

Eine sichere Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten wird in einer zunehmend vernetzten Welt immer wichtiger und stellt in vielen Anwendungsbereichen eine wesentliche Voraussetzung für die Akzeptanz und somit auch den wirtschaftlichen Erfolg der entsprechenden Anwendungen dar. Dies umfasst – je nach Anwendung – verschiedene Schutzziele, wie beispielsweise die Wahrung der Vertraulichkeit der zu übertragenden Daten, die gegenseitige Authentifizierung der beteiligten Knoten oder die Sicherstellung der Datenintegrität. Secure communication between different devices is becoming more and more important in an increasingly networked world and is an essential prerequisite for the acceptance and thus the economic success of the corresponding applications in many areas of application. Depending on the application, this includes various protection goals, such as safeguarding the confidentiality of the data to be transferred, the mutual authentication of the nodes involved or the assurance of data integrity.

Zur Erreichung dieser Schutzziele kommen üblicherweise geeignete kryptographische Verfahren zum Einsatz, die man generell in zwei verschiedene Kategorien unterteilen kann: Zum einen symmetrische Verfahren, bei denen Sender und Empfänger über denselben kryptographischen Schlüssel verfügen, zum anderen asymmetrische Verfahren, bei denen der Sender die zu übertragenden Daten mit dem öffentlichen (d.h. auch einem potenziellen Angreifer möglicherweise bekannten) Schlüssel des Empfängers verschlüsselt, die Entschlüsselung aber nur mit dem zugehörigen privaten Schlüssel erfolgen kann, der idealerweise nur dem Empfänger bekannt ist.In order to achieve these protection goals, suitable cryptographic methods are usually used, which can generally be subdivided into two different categories: on the one hand, symmetrical methods in which the sender and receiver have the same cryptographic key, and on the other asymmetrical methods in which the sender transfers the ones to be transmitted Encrypt data with the public key (that may also be known to a potential attacker) of the recipient, but decrypt it only with the associated private key, ideally known only to the recipient.

Asymmetrische Verfahren haben unter anderem den Nachteil, dass sie in der Regel eine sehr hohe Rechenkomplexität aufweisen. Damit sind sie nur bedingt für ressourcenbeschränkte Knoten, wie z.B. Sensoren, Aktuatoren, o.ä., geeignet, die üblicherweise nur über eine relativ geringe Rechenleistung sowie geringen Speicher verfügen und energieeffizient arbeiten sollen, beispielsweise aufgrund von Batteriebetrieb oder dem Einsatz von Energy Harvesting. Darüber hinaus steht oftmals nur eine begrenzte Bandbreite zur Datenübertragung zur Verfügung, was den Austausch von asymmetrischen Schlüsseln mit Längen von 2048 Bit oder noch mehr unattraktiv macht.One of the disadvantages of asymmetric methods is that they usually have a very high computational complexity. Thus, they are only conditionally for resource constrained nodes, such as e.g. Sensors, actuators, or similar, suitable, which usually have only a relatively low computing power and low memory and energy-efficient work, for example due to battery operation or the use of energy harvesting. In addition, there is often limited bandwidth available for data transmission, making the replacement of asymmetric keys with lengths of 2048 bits or even more unattractive.

Bei symmetrischen Verfahren hingegen muss gewährleistet sein, dass sowohl Empfänger als auch Sender über den gleichen Schlüssel verfügen. Das zugehörige Schlüsselmanagement stellt dabei generell eine sehr anspruchsvolle Aufgabe dar. Im Bereich des Mobilfunks werden Schlüssel beispielsweise mit Hilfe von SIM-Karten in ein Mobiltelefon eingebracht und das zugehörige Netz kann dann der eindeutigen Kennung einer SIM-Karte den entsprechenden Schlüssel zuordnen. Im Fall von Wireless LANs hingegen erfolgt üblicherweise eine manuelle Eingabe der zu verwendenden Schlüssel (in der Regel durch die Eingabe eines Passwortes) bei der Einrichtung eines Netzwerkes. Ein solches Schlüsselmanagement wird allerdings schnell sehr aufwändig und impraktikabel wenn man eine sehr große Anzahl von Knoten hat, beispielsweise in einem Sensornetzwerk oder anderen Maschine-zu-Maschine-Kommunikationssystemen, z.B. auch CAN-basierten Fahrzeugnetzwerken. Darüber hinaus ist eine Änderung der zu verwendenden Schlüssel oftmals überhaupt nicht bzw. nur mit sehr großem Aufwand möglich. Bei aktuellen Verfahren werden die Schlüssel zentral erzeugt. Die Zuordnung zu einzelnen Steuergeräten erfolgt in sicherer Umgebung z. B. im Werk des Fahrzeugherstellers. Dort werden die Schlüssel auch aktiv geschaltet.For symmetric methods, however, it must be ensured that both the receiver and the transmitter have the same key. The associated key management generally represents a very demanding task. In the area of mobile telephony, for example, keys are inserted into a mobile telephone with the aid of SIM cards, and the associated network can then assign the unique identifier of a SIM card to the corresponding key. In the case of wireless LANs, on the other hand, a manual entry of the keys to be used (usually by entering a password) usually takes place when setting up a network. However, such key management quickly becomes very cumbersome and impractical if one has a very large number of nodes, for example in a sensor network or other machine-to-machine communication systems, e.g. also CAN-based vehicle networks. In addition, a change in the key to be used is often not possible or only with great effort. In current procedures, the keys are generated centrally. The assignment to individual ECUs takes place in a secure environment z. B. in the factory of the vehicle manufacturer. There, the keys are also activated.

Verfahren zur Absicherung von Sensordaten gegen Manipulation und die Sicherstellung einer Transaktionsauthentifizierung, z.B. in einem Kraftfahrzeugnetzwerk, mit Hilfe gängiger Verschlüsselungsverfahren sind z.B. in der DE 102009002396 A1 und in der DE 102009045133 A1 offenbart.A method for securing sensor data against manipulation and ensuring transaction authentication, for example in a motor vehicle network, using conventional encryption methods are, for example, in DE 102009002396 A1 and in the DE 102009045133 A1 disclosed.

Seit einiger Zeit werden zudem unter dem Schlagwort „Physical Layer Security“ neuartige Ansätze untersucht und entwickelt, mit Hilfe derer Schlüssel für symmetrische Verfahren automatisch auf der Grundlage physikalischer Eigenschaften der Übertragungskanäle zwischen den involvierten Knoten erzeugt werden können. Dabei nutzt man die Reziprozität und die inhärente Zufälligkeit dieser Übertragungskanäle aus. Insbesondere bei drahtgebundenen oder optischen Systemen ist dieser Ansatz oftmals allerdings nur bedingt geeignet, da entsprechende Kanäle üblicherweise nur eine sehr eingeschränkte zeitliche Variabilität aufweisen und ein Angreifer beispielsweise mit Hilfe einer Modellbildung relativ gut Rückschlüsse auf die Kanalparameter zwischen dem Sender und dem Empfänger ziehen kann. Derartige Verfahren für eine abgesicherte Kommunikation in einem verteilten System auf Basis von Kanaleigenschaften der verbundenen Einheiten sind beispielsweise in den nicht vorveröffentlichten Anmeldungen DE 10 2014 208975 A1 sowie DE 10 2014 209042 A1 beschrieben.For some time now, the term "physical layer security" has been used to investigate and develop novel approaches by means of which keys for symmetrical methods can be generated automatically on the basis of physical properties of the transmission channels between the nodes involved. One uses the reciprocity and the inherent randomness of these transmission channels. Especially with wired or optical systems is this approach often, however, only conditionally suitable, since corresponding channels usually have only a very limited temporal variability and an attacker can draw relatively well, for example with the aid of modeling, conclusions about the channel parameters between the transmitter and the receiver. Such methods for secure communication in a distributed system based on channel characteristics of the connected units are, for example, in the non-prepublished applications DE 10 2014 208975 A1 such as DE 10 2014 209042 A1 described.

Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2015 207220 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Geheimnisses bzw. eines geheimen, symmetrischen Schlüssels mittels öffentlicher Diskussion zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern.The not pre-published DE 10 2015 207220 A1 discloses a method for generating a shared secret by means of public discussion between two communicants.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorgestellten Verfahren zur Generierung eines Geheimnisses bzw. eines kryptographischen Schlüssels erfordern keinerlei manuellen Eingriff und ermöglichen somit den automatisierten Aufbau sicherer Kommunikationsbeziehungen bzw. -verbindungen zwischen zwei Knoten. Zudem weisen die Verfahren eine sehr geringe Komplexität auf, insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Hardwareauslegung, wie z.B. der benötigten Speicherressourcen und Rechenleistung, und sie gehen mit einem geringen Energie- und Zeitbedarf einher. Darüber hinaus bieten die Verfahren sehr hohe Schlüsselgenerierungsraten bei gleichzeitig sehr kleiner Fehlerwahrscheinlichkeit.The presented methods for generating a secret or a cryptographic key do not require any manual intervention and thus enable the automated establishment of secure communication relationships or connections between two nodes. In addition, the methods have a very low complexity, in particular with regard to the required hardware design, such as e.g. the required memory resources and computing power, and they are associated with a low energy and time requirements. In addition, the methods offer very high key generation rates with a very low probability of error.

Dabei gehen die Verfahren davon aus, dass Teilnehmer in einem Netzwerk über einen Kommunikationskanal miteinander kommunizieren. Sie übertragen dabei insbesondere logische Wertfolgen, (falls es sich um binäre Logik handelt, Bitfolgen) mit Hilfe von physikalischen Signalen auf dem Übertragungskanal. Auch wenn mögliche Überlagerungen auf dem Übertragungskanal durch die Signale, also auf der physikalischen Ebene, stattfinden, wird in der Beschreibung im Folgenden vorranging die logische Ebene betrachtet. Es werden somit die übertragenen, logischen Wertfolgen sowie deren logische Überlagerung betrachtet.The methods assume that participants in a network communicate with each other via a communication channel. In particular, they transfer logical sequences of values (in the case of binary logic, bit sequences) with the aid of physical signals on the transmission channel. Even if possible superimpositions take place on the transmission channel through the signals, that is to say on the physical level, in the description below the logical level is primarily considered. Thus, the transferred, logical value sequences as well as their logical overlay are considered.

Teilnehmer des Netzwerks können somit erste Signale (die beispielsweise dem logischen Bit „1“ zugeordnet sind) und zweite Signale (die beispielsweise dem logischen Bit „0“ zugeordnet sind) auf den Kommunikationskanal geben und resultierende Signale auf dem Kommunikationskanal detektieren. Übertragen nun zwei Teilnehmer (weitgehend) gleichzeitig jeweils eine Signalfolge, so können die Teilnehmer die daraus resultierende Überlagerung auf dem Kommunikationskanal detektieren. Das effektive, aus der (weitgehend) gleichzeitigen Übertragung zweier (unabhängiger) Signale resultierende Signal auf dem Kommunikationskanal lässt sich dann wiederum einem (oder mehreren) bestimmten logischen Wert (oder Werten) zuordnen.Subscribers of the network can thus give first signals (for example associated with logical bit "1") and second signals (associated, for example, with logical bit "0") to the communication channel and detect resulting signals on the communication channel. Now transmit two participants (largely) at the same time each one signal sequence, the participants can detect the resulting overlay on the communication channel. The effective signal resulting from the (largely) simultaneous transmission of two (independent) signals on the communication channel can then in turn be assigned to one (or more) specific logical values (or values).

Die Übertragung sollte dabei insofern weitgehend synchron sein, dass eine Überlagerung der einzelnen Signale einer Signalfolge auf dem Übertragungsmedium erfolgt, insbesondere, dass sich das Signal entsprechend dem n-ten logischen Wert bzw. Bit des ersten Teilnehmers mit dem Signal entsprechend dem n-ten logischen Wert bzw. Bit des zweiten Teilnehmers zumindest teilweise überlagert. Diese Überlagerung sollte jeweils dafür ausreichend lange sein, dass die Teilnehmer die Überlagerung erfassen bzw. den entsprechenden Überlagerungswert ermitteln können. The transmission should be largely synchronous in that a superimposition of the individual signals of a signal sequence on the transmission medium takes place, in particular, that the signal corresponding to the n-th logical value or bit of the first subscriber with the signal corresponding to the n-th logical Value or bit of the second participant at least partially superimposed. This overlay should be sufficiently long for the participants to be able to record the overlay or determine the corresponding overlay value.

Die Überlagerung kann dabei durch Arbitrierungsmechanismen oder durch physikalische Signalüberlagerung bestimmt sein. Mit Arbitrierungsmechanismus ist beispielsweise der Fall gemeint, dass ein Knoten einen rezessiven Pegel anlegen möchte, aber auf dem Bus einen dominanten Pegel detektiert und somit die Übertragung unterlässt. In diesem Fall kommt es zu keiner physikalischen Überlagerung zweier Signale, sondern es ist nur das dominante Signal auf dem Übertragungskanal zu sehen. The superimposition can be determined by arbitration mechanisms or by physical signal superposition. By arbitration mechanism is meant, for example, the case that a node wants to apply a recessive level, but detects a dominant level on the bus and thus omits the transmission. In this case, there is no physical interference between two signals, but only the dominant signal is seen on the transmission channel.

Aus der resultierenden Wertfolge der Überlagerung und der eigenen Wertfolge können die Teilnehmer dann einen Schlüssel generieren, der einem außenstehenden Angreifer gegenüber geheim ist. Grund dafür ist, dass der außenstehende Angreifer, der beispielsweise die auf dem gemeinsam genutzten Übertragungsmedium anliegenden effektiven Gesamtsignale abhören kann, nur die Überlagerung der Wertfolgen sieht, aber nicht die Informationen über die einzelnen Wertfolgen der Teilnehmer hat. Damit verfügen die Teilnehmer über mehr Informationen, die sie gegenüber dem Angreifer zur Generierung eines geheimen Schlüssels nutzen können.From the resulting value sequence of the overlay and its own value sequence, the participants can then generate a key that is secret to an outside attacker. The reason for this is that the outside attacker, who can listen to the effective overall signals applied to the shared transmission medium, sees only the superimposition of the value sequences, but does not have the information about the individual value sequences of the participants. Thus, the participants have more information that they can use against the attacker to generate a secret key.

Erzeugen Netzwerkteilnehmer unter Verwendung der beschriebenen Verfahren ihre geheimen Schlüssel selbst, z.B. Steuergeräte eines Fahrzeugs in der Werkstatt nach Austausch eines defekten Steuergerätes, so ist sicherzustellen, dass mit diesen Schlüsseln kryptografisch abgesicherte Botschaften von allen vorgesehenen Empfängern interpretiert werden können. Insbesondere ist sicherzustellen, dass die Aktivschaltung bzw. der Wechsel der Schlüssel so erfolgt, dass dadurch die Kommunikation nicht gestört wird und danach alle Busteilnehmer wieder kryptografisch abgesicherte Nachrichten senden und interpretieren können. Dies wird durch die vorgeschlagenen Verfahrensschritte zur Aktivierung der Verschlüsselung ermöglicht.Network subscribers, using the described methods, generate their secret keys themselves, e.g. Control units of a vehicle in the workshop after replacement of a defective control unit, it is to ensure that with these keys cryptographically secured messages can be interpreted by all intended recipients. In particular, it must be ensured that the active switching or the exchange of the keys takes place in such a way that the communication is not disturbed and thereafter all bus subscribers can again send and interpret cryptographically secured messages. This is made possible by the proposed method steps for activating the encryption.

Mit den beschriebenen Verfahren kann sichergestellt werden, dass das Aktivschalten von neu erzeugten Schlüsseln bzw. der Wechsel von den bisher verwendeten Schlüsseln zu den neu erzeugten Schlüsseln so abläuft, dass weder eine laufende Kommunikation gestört wird, noch dass durch den Schlüsselwechsel einzelne oder alle Knoten eines Netzwerk keine kryptografisch abgesicherten Botschaften mehr austauschen können. With the described method can be ensured that the active switching of newly generated keys or the change from the previously used keys to the newly generated keys so that neither a current communication is disturbed, nor that by the key change single or all nodes of one Network can no longer exchange cryptographically secured messages.

Die Verfahren zur Aktivschaltung der Verschlüsselung wirken sich somit positiv auf die Stabilität und Sicherheit des Systems aus.The methods for activating the encryption thus have a positive effect on the stability and security of the system.

Die beschriebenen Verfahren sind besonders gut in einem CAN-, TTCAN- oder CAN FD-Bussystem umzusetzen. Hier wird ein rezessiver Buspegel durch einen dominanten Buspegel verdrängt. Die Überlagerung von Werten bzw. Signalen der Teilnehmer folgt damit festgelegten Regeln, welche die Teilnehmer zur Ableitung von Informationen aus dem überlagerten Wert bzw. Signal und dem von ihnen übertragenen Wert bzw. Signal nutzen können. Auch für weitere Kommunikationssysteme wie LIN und I2C sind die Verfahren gut geeignet.The described methods can be implemented particularly well in a CAN, TTCAN or CAN FD bus system. Here, a recessive bus level is replaced by a dominant bus level. The superimposition of values or signals of the subscribers thus follows defined rules which the subscribers can use to derive information from the superimposed value or signal and the value or signal transmitted by them. The methods are also well suited for other communication systems such as LIN and I2C.

Ein Netzwerk oder ein Teilnehmer eines Netzwerks sind zur Durchführung der beschriebenen Verfahren insbesondere dadurch eingerichtet, dass sie über die entsprechenden elektronischen Speicher- und Rechenressourcen verfügen. Auf einem Speichermedium eines solchen Teilnehmers oder auf den verteilten Speicherressourcen eines Netzwerks kann auch ein Computerprogramm abgelegt sein, dass dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines entsprechenden Verfahrens auszuführen, wenn es in dem Teilnehmer oder in dem Netzwerk abgearbeitet wird.A network or a participant of a network are set up to carry out the described methods in particular by having the corresponding electronic memory and computing resources. Also stored on a storage medium of such a user or on the distributed storage resources of a network may be a computer program configured to perform all the steps of a corresponding method when executed in the subscriber or in the network.

Zeichnungendrawings

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigenThe invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show

1 schematisch den Aufbau eines beispielhaften, zugrundeliegenden Kommunikationssystems, 1 schematically the structure of an exemplary, underlying communication system,

2 schematisch einen linearen Bus als Beispiel eines zugrundeliegenden Kommunikationssystems, 2 schematically a linear bus as an example of an underlying communication system,

3 schematisch beispielhafte Signalfolgen zweier Teilnehmer eines Netzwerks sowie eine resultierende Überlagerungswertfolge auf einem Übertragungskanal zwischen den Teilnehmern, 3 schematically exemplary signal sequences of two subscribers of a network as well as a resulting superposition value sequence on a transmission channel between the subscribers,

4 schematisch den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zur Schlüsselgenerierung zwischen zwei Teilnehmern eines Netzwerks sowie 4 schematically the flow of an exemplary method for generating a key between two participants of a network as well

5 einen beispielhaften Verfahrensablauf zur Aktivierung einer Verschlüsselung einer Kommunikation zwischen Teilnehmern eines Netzwerks, 5 an exemplary method sequence for activating an encryption of a communication between participants of a network,

6 einen weiteren beispielhaften Verfahrensablauf zur Aktivierung einer Verschlüsselung einer Kommunikation zwischen Teilnehmern eines Netzwerks, 6 a further exemplary method sequence for activating an encryption of a communication between participants of a network,

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Generierung eines gemeinsamen Geheimnisses bzw. (geheimer) symmetrischer kryptographischer Schlüssel zwischen zwei Knoten eines Kommunikationssystems (Teilnehmer eines Netzwerkes), die über ein gemeinsam genutztes Medium (Übertragungskanal des Netzwerks) miteinander kommunizieren. Die Generierung bzw. Aushandlung der kryptographischen Schlüssel basiert dabei auf einem öffentlichen Datenaustausch zwischen den zwei Teilnehmern, wobei es einem möglichen mithörenden Dritten als Angreifer aber dennoch nicht oder nur sehr schwer möglich ist, Rückschlüsse auf die generierten Schlüssel zu ziehen. Mit der Erfindung ist es somit möglich, zwischen zwei verschiedenen Teilnehmern eines Netzwerks vollständig automatisiert und sicher entsprechende symmetrische kryptographische Schlüssel zu etablieren, um darauf aufbauend dann bestimmte Sicherheitsfunktionen, wie z.B. eine Datenverschlüsselung oder eine Nachrichtenauthentisierung, zu realisieren. Wie im Detail noch beschrieben wird hierzu zunächst ein gemeinsames Geheimnis etabliert, welches zur Schlüsselgenerierung herangezogen werden kann. Ein solches gemeinsames Geheimnis kann aber grundsätzlich auch zu anderen Zwecken als für kryptographische Schlüssel im engeren Sinne genutzt werden, z.B. als One-Time-Pad.The present invention relates to a method for generating a shared secret or (secret) symmetric cryptographic key between two nodes of a communication system (participants of a network) communicating with each other via a shared medium (transmission channel of the network). The generation or negotiation of the cryptographic keys is based on a public data exchange between the two participants, although a possible listening third party as an attacker is not or only very difficult to draw conclusions about the generated key. With the invention, it is thus possible to completely automatically and securely establish corresponding symmetrical cryptographic keys between two different subscribers of a network in order then to build certain security functions, such as e.g. a data encryption or a message authentication to realize. As described in detail, a common secret is first established for this, which can be used to generate the key. However, such a shared secret can in principle also be used for purposes other than cryptographic keys in the strict sense, e.g. as a one-time pad.

Die Erfindung eignet sich für eine Vielzahl drahtgebundener oder drahtloser sowie auch optischer Netzwerke bzw. Kommunikationssysteme, insbesondere auch solche, bei denen die verschiedenen Teilnehmer über einen linearen Bus miteinander kommunizieren und der Medienzugriff auf diesen Bus mithilfe einer bitweisen Bus-Arbitrierung erfolgt. Dieses Prinzip stellt beispielsweise die Grundlage des weit verbreiteten CAN-Busses dar. Mögliche Einsatzgebiete der Erfindung umfassen dementsprechend insbesondere auch CAN-basierte Fahrzeugnetzwerke sowie CAN-basierte Netzwerke in der Automatisierungstechnik. The invention is suitable for a variety of wired or wireless as well as optical networks or communication systems, especially those in which the various participants communicate with each other via a linear bus and the media access to this bus using a bitwise bus arbitration. This principle represents, for example, the basis of the widespread CAN bus. Possible fields of application of the invention accordingly include, in particular, CAN-based vehicle networks as well as CAN-based networks in automation technology.

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Ansatz, mit dem automatisiert symmetrische kryptographische Schlüssel in einem, bzw. insbesondere zwischen zwei Knoten eines Netzwerks generiert werden können. Diese Generierung erfolgt dabei unter Ausnutzung von Eigenschaften der entsprechenden Übertragungsschicht. Anders als bei den gängigen Ansätzen der „Physical Layer Security“ werden dafür aber nicht physikalische Parameter des Übertragungskanals wie Übertragungsstärke etc. ausgewertet. Vielmehr gibt es dazu einen öffentlichen Datenaustausch zwischen den beteiligten Knoten, der dank der Eigenschaften des Kommunikationssystems und/oder des verwendeten Modulationsverfahrens einem möglichen lauschenden Angreifer keine, bzw. keine ausreichenden Rückschlüsse auf den daraus ausgehandelten Schlüssel ermöglicht. The present invention describes an approach with which automated symmetric Cryptographic keys can be generated in one, or in particular between two nodes of a network. This generation takes place by exploiting properties of the corresponding transfer layer. Unlike the usual approaches of "physical layer security" but not physical parameters of the transmission channel such as transmission strength, etc. are evaluated. Rather, there is a public data exchange between the nodes involved, thanks to the characteristics of the communication system and / or the modulation method used a possible listening attacker no, or no sufficient conclusions on the negotiated key allows.

Im Folgenden wird eine Anordnung betrachtet, wie sie abstrakt in 1 dargestellt ist. Dabei können verschiedene Teilnehmer 2, 3 und 4 über ein so genanntes geteiltes Übertragungsmedium („shared medium“) 10 miteinander kommunizieren. In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung entspricht dieses geteilte Übertragungsmedium einem linearen Bus (drahtgebunden oder optisch) 30, wie er beispielhaft in 2 dargestellt ist. Das Netzwerk 20 in 2 besteht aus eben diesem linearen Bus 30 als geteiltes Übertragungsmedium (beispielsweise als drahtgebundener Übertragungskanal), Teilnehmern bzw. Knoten 21, 22 und 23 sowie (optionalen) Busterminierungen 31 und 32. The following is an arrangement as abstract in 1 is shown. There are different participants 2 . 3 and 4 via a so-called shared medium ("shared medium") 10 communicate with each other. In an advantageous embodiment of the invention, this divided transmission medium corresponds to a linear bus (wired or optical) 30 as he exemplifies in 2 is shown. The network 20 in 2 consists of just this linear bus 30 as a shared transmission medium (for example as a wired transmission channel), subscribers or nodes 21 . 22 and 23 and (optional) bus terminations 31 and 32 ,

Im Folgenden wird für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Knoten 21, 22 und 23 angenommen, dass sie durch die Unterscheidung von dominanten und rezessiven Werten gekennzeichnet ist. In diesem Beispiel werden als mögliche Wert die Bits „0“ und „1“ angenommen. Dabei kann ein dominantes Bit (z.B. das logische Bit ‚0‘) ein gleichzeitig übertragenes rezessives Bit (z.B. das logische Bit ‚1‘) quasi verdrängen bzw. überschreiben. The following is for communication between the various nodes 21 . 22 and 23 assumed that it is characterized by the distinction between dominant and recessive values. In this example, the possible values are the bits "0" and "1". In this case, a dominant bit (eg, the logical bit, 0 ') quasi displace or overwrite a simultaneously transmitted recessive bit (eg, the logical bit, 1').

Ein Beispiel für ein solches Übertragungsverfahren ist das so genannte On-Off-Keying (On-Off-Keying-Amplitudenumtastung), bei dem genau zwei Übertragungszustände unterschieden werden: Im ersten Fall (Wert ‚On‘, bzw. „0“) wird ein Signal übertragen, beispielsweise in Form eines einfachen Trägersignals, im anderen Fall (Wert ‚Off‘, bzw. „1“) wird kein Signal übertragen. Der Zustand ‚On‘ ist dabei dominant während der Zustand ‚Off‘ rezessiv ist. An example of such a transmission method is the so-called on-off-keying (amplitude-shift keying), in which exactly two transmission states are distinguished: in the first case (value 'on' or '0') becomes Signal transmitted, for example in the form of a simple carrier signal, in the other case (value, Off ', or "1") no signal is transmitted. The state 'On' is dominant while the state 'Off' is recessive.

Ein weiteres Beispiel für ein entsprechendes Kommunikationssystem, das diese Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits unterstützt, ist ein (drahtgebundenes oder optisches) System basierend auf einer bitweisen Bus-Arbitrierung, wie sie beispielsweise beim CAN-Bus zum Einsatz kommt. Die Grundidee dabei besteht ebenfalls darin, dass wenn beispielsweise zwei Knoten gleichzeitig ein Signal übertragen wollen und der eine Knoten eine ‚1‘ überträgt, wohingegen der zweite Knoten eine ‚0‘ sendet, die ‚0‘ „gewinnt“ (also das dominante Bit), d.h. der Signalpegel, der auf dem Bus gemessen werden kann, entspricht einer logischen ‚0‘. Bei CAN wird dieser Mechanismus insbesondere zur Auflösung von möglichen Kollisionen benutzt. Dabei werden höherpriore Nachrichten (d.h. Nachrichten mit früherem, dominantem Signalpegel) vorrangig übertragen, indem jeder Knoten bei der Übertragung seines CAN-Identifiers bitweise gleichzeitig den Signalpegel auf dem Bus überwacht. Sofern der Knoten selbst ein rezessives Bit überträgt, aber auf dem Bus ein dominantes Bit detektiert wird, bricht der entsprechende Knoten seinen Übertragungsversuch zugunsten der höherprioren Nachricht (mit dem früheren dominanten Bit) ab. Another example of a corresponding communication system that supports this distinction between dominant and recessive bits is a (wired or optical) system based on bitwise bus arbitration, such as that used in the CAN bus. The basic idea here is also that if, for example, two nodes want to transmit a signal at the same time and one node transmits a '1', whereas the second node transmits a '0' which 'gains' '0' (ie the dominant bit) ie the signal level which can be measured on the bus corresponds to a logical '0'. In CAN, this mechanism is used in particular for the resolution of possible collisions. In doing so, higher priority messages (i.e., previous dominant signal level messages) are prioritized by each node simultaneously monitoring the signal level on the bus bit by bit in the transmission of its CAN identifier. If the node itself transmits a recessive bit but a dominant bit is detected on the bus, the corresponding node aborts its transmission attempt in favor of the higher priority message (with the earlier dominant bit).

Die Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits erlaubt es, das geteilte Übertragungsmedium als eine Art binären Operator aufzufassen, der die verschiedenen Eingangsbits (=alle gleichzeitig übertragenen Bits) mit Hilfe einer logischen UND-Funktion miteinander verknüpft. The distinction between dominant and recessive bits makes it possible to interpret the shared transmission medium as a kind of binary operator that combines the various input bits (= all bits transmitted simultaneously) using a logical AND function.

In 3 ist beispielsweise dargestellt, wie ein Teilnehmer 1 (T1) die Bitfolge 0, 1, 1, 0, 1 zur Sendung zwischen den Zeitpunkten t0 und t5 über den Übertragungskanal bereit hält. Teilnehmer 2 (T2) hält die Bitfolge 0, 1, 0, 1, 1 zur Sendung zwischen Zeitpunkten t0 und t5 über den Übertragungskanal bereit. Mit den oben beschriebenen Eigenschaften des Kommunikationssystems und unter der Annahme, dass es sich in diesem Beispiel bei dem Bitpegel „0“ um das dominante Bit handelt, wird auf dem Bus (B) die Bitfolge 0, 1, 0, 0, 1 zu sehen sein. Nur zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 sowie zwischen t4 und t5 sehen sowohl Teilnehmer 1 (T1) als auch Teilnehmer 2 (T2) ein rezessives Bit „1“ vor, so dass nur hier die logische UND-Verknüpfung in einen Bitpegel von „1“ auf dem Bus (B) resultiert. In 3 is represented, for example, as a participant 1 (T1) holds the bit sequence 0, 1, 1, 0, 1 ready for transmission between the times t0 and t5 over the transmission channel. Attendees 2 (T2) holds the bit sequence 0, 1, 0, 1, 1 ready for transmission between times t0 and t5 over the transmission channel. With the above-described characteristics of the communication system and assuming that the bit level "0" in this example is the dominant bit, the bit string 0, 1, 0, 0, 1 will be seen on the bus (B) be. Only between the times t1 and t2 and between t4 and t5 see both participants 1 (T1) as well as participants 2 (T2) a recessive bit "1" before, so that only here the logical AND operation results in a bit level of "1" on the bus (B).

Unter Ausnutzung dieser Eigenschaften des Übertragungsverfahrens des Kommunikationssystems kann eine Schlüsselgenerierung zwischen zwei Teilnehmern eines entsprechenden Netzwerks nun erfolgen, indem die Teilnehmer eine Überlagerung von Bitfolgen der beiden Teilnehmer auf dem Übertragungsmedium detektieren und aus dieser Information gemeinsam mit Informationen über die selbst gesendete Bitfolge einen gemeinsamen (symmetrischen), geheimen Schlüssel erzeugen.Taking advantage of these characteristics of the transmission method of the communication system, a key generation between two participants of a corresponding network can now be done by the participants detect a superposition of bit sequences of the two participants on the transmission medium and from this information together with information about the self-transmitted bit sequence a common (symmetric ), generate secret keys.

Eine beispielhafte, besonders bevorzugte Realisierung wird im Folgenden anhand von 4 erläutert.An exemplary, particularly preferred implementation will be described below with reference to FIG 4 explained.

Der Prozess zur Generierung eines symmetrischen Schlüsselpaars wird in Schritt 41 von einem der in diesem Beispiel zwei beteiligten Knoten (Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2) gestartet. Dies kann beispielsweise durch das Versenden einer speziellen Nachricht bzw. eines speziellen Nachrichtenheaders erfolgen. The process for generating a symmetric key pair is in step 41 from one of the two nodes involved in this example (subscribers 1 and participants 2 ) started. This can for example, by sending a special message or a special message header.

Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 generieren in Schritt 42 zunächst lokal (d.h. intern und voneinander unabhängig) eine Bitsequenz. Vorzugsweise ist diese Bitfolge mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal so lang wie der als Resultat des Verfahrens erwünschte gemeinsame Schlüssel. Die Bitfolge wird vorzugsweise jeweils als zufällige oder pseudozufällige Bitabfolge, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Zufallszahlengenerators oder Pseudozufallszahlengenerators erzeugt.Both participants 1 as well as participants 2 generate in step 42 first locally (ie internally and independently) a bit sequence. Preferably, this bit sequence is at least twice, in particular at least three times as long as the common key desired as a result of the method. The bit sequence is preferably generated in each case as a random or pseudo-random bit sequence, for example with the aid of a suitable random number generator or pseudorandom number generator.

Beispiel für lokale Bitfolgen der Länge 20 Bits:

• – Erzeugte Bitsequenz von Teilnehmer 1: S_T1 = 01001101110010110010
• – Erzeugte Bitsequenz von Teilnehmer 2: S_T2 = 10010001101101001011

Example of local bit sequences of length 20 bits:

• - Generated bit sequence of subscribers 1 : S _T1 = 01001101110010110010
• - Generated bit sequence of subscribers 2 : S _T2 = 10010001101101001011

In einem Schritt 43 übertragen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 zueinander (weitgehend) synchron ihre jeweils erzeugten Bitsequenzen über das geteilte Übertragungsmedium (unter Verwendung des Übertragungsverfahrens mit dominanten und rezessiven Bits, wie zuvor bereits erläutert). Dabei sind verschiedene Möglichkeiten zur Synchronisierung der entsprechenden Übertragungen denkbar. So könnte beispielsweise entweder Teilnehmer 1 oder Teilnehmer 2 zunächst eine geeignete Synchronisationsnachricht an den jeweils anderen Knoten senden und nach einer bestimmten Zeitdauer im Anschluss an die vollständige Übertragung dieser Nachricht dann die Übertragung der eigentlichen Bitsequenzen starten. Genauso ist es aber auch denkbar, dass von einem der beiden Knoten nur ein geeigneter Nachrichtenheader übertragen wird (z.B. ein CAN-Header bestehend aus Arbitrierungsfeld und Kontrollfeld) und während der zugehörigen Payload-Phase dann beide Knoten gleichzeitig ihre generierten Bitsequenzen (weitgehend) synchron übermitteln. In einer Variante des Verfahrens können die in Schritt 42 generierten Bitsequenzen eines Teilnehmers in Schritt 43 auch auf mehrere Nachrichten verteilt übertragen werden, beispielsweise wenn dies die (Maximal-)Größen der entsprechenden Nachrichten erforderlich machen. Auch in dieser Variante erfolgt die Übertragung der auf entsprechend viele, entsprechend große Nachrichten verteilten Bitsequenzen des anderen Teilnehmers wiederum (weitgehend) synchron.In one step 43 transmit participants 1 and participants 2 to each other (largely) synchronously their respectively generated bit sequences over the divided transmission medium (using the transmission method with dominant and recessive bits, as already explained above). Different possibilities for synchronizing the corresponding transmissions are conceivable. For example, either participants 1 or participants 2 first send a suitable synchronization message to the respective other node and then start the transmission of the actual bit sequences after a certain period of time following the complete transmission of this message. Equally, however, it is also conceivable that only one suitable message header is transmitted by one of the two nodes (eg a CAN header consisting of arbitration field and control field) and during the associated payload phase then both nodes simultaneously (largely) transmit their generated bit sequences synchronously , In a variant of the method, in step 42 generated bit sequences of a participant in step 43 be transmitted to several messages distributed, for example, if this requires the (maximum) sizes of the corresponding messages. In this variant too, the transmission of the correspondingly large number of correspondingly large messages distributed bit sequences of the other subscriber takes place again (largely) synchronously.

Auf dem geteilten Übertragungsmedium überlagern sich die beiden Bitsequenzen dann, wobei aufgrund der zuvor geforderten Eigenschaft des Systems mit der Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits die einzelnen Bits von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 eine Überlagerung ergeben, im genannten Beispiel de facto UND-verknüpft werden. Damit ergibt sich auf dem Übertragungskanal eine entsprechende Überlagerung, die beispielsweise ein mithörender dritter Teilnehmer detektieren könnte.On the shared transmission medium, the two bit sequences then overlap, whereby due to the previously required property of the system with the distinction of dominant and recessive bits, the individual bits of subscriber 1 and participants 2 result in a superposition, in the example mentioned are in fact AND-linked. This results in a corresponding overlay on the transmission channel, which could detect, for example, a listening third party.

Beispiel einer Überlagerungsbitfolge für die obigen, lokalen Bitfolgen:

• – Effektive Bitsequenz auf dem Übertragungskanal: S_eff = S_T1 AND S_T2 = 00000001100000000010

Example of a overlay bit string for the above local bit strings:

• Effective bit sequence on the transmission channel: S _eff = S _T1 AND S _T2 = 00000001100000000010

Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 detektieren während der Übertragung ihrer Bitsequenzen des Schritts 43 in einem parallelen Schritt 44 die effektiven (überlagerten) Bitsequenzen S_eff auf dem geteilten Übertragungsmedium. Für das Beispiel des CAN-Busses wird dies auch in konventionellen Systemen während der Arbitrierungsphase gewöhnlicherweise ohnehin gemacht. Both participants 1 as well as participants 2 detect during the transmission of their bit sequences of the step 43 in a parallel step 44 the effective (overlaid) bit sequences S _eff on the shared transmission medium. For the example of the CAN bus, this is usually done in conventional systems during the arbitration phase anyway.

Für Systeme mit ‚On-Off-Keying‘ (drahtlos, drahtgebunden oder optisch) ist dies entsprechend ebenfalls möglich. Der praktischen Realisierbarkeit kommt hierbei insbesondere zugute, dass bei einem solchen System der Zustand ‚On‘ dominant und der Zustand ‚Off‘ rezessiv ist (wie zuvor bereits erläutert). Folglich weiß ein Knoten auch ohne Messung, dass der effektive Zustand auf dem „Shared Medium“ dominant ist sofern der Knoten selbst ein dominantes Bit gesendet hat. Hat ein Knoten hingegen ein rezessives Bit gesendet, kennt er den Zustand auf dem geteilten Übertragungsmedium zunächst nicht ohne Weiteres, allerdings kann er in diesem Fall durch eine geeignete Messung bestimmen, wie dieser aussieht. Da der Knoten selbst in diesem Fall nichts sendet, gibt es nämlich auch keine Probleme mit so genannter Selbstinterferenz, die speziell im Fall von drahtlosen Systemen ansonsten eine aufwändige Echokompensation erforderlich machen würde.This is likewise possible for systems with on-off keying (wireless, wired or optical). The practical feasibility here benefits in particular from the fact that in such a system the state 'On' is dominant and the state 'Off' is recessive (as already explained above). Thus, even without measurement, a node knows that the effective state is dominant on the shared medium if the node itself has sent a dominant bit. On the other hand, if a node has sent a recessive bit, it does not readily know the state on the shared transmission medium, but in this case it can determine how it looks by means of a suitable measurement. In fact, since the node does not transmit anything in this case, there are no problems with so-called self-interference, which would otherwise require complex echo cancellation, especially in the case of wireless systems.

In einem nächsten Schritt 45 übertragen sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 ebenfalls wieder (weitgehend) synchron ihre initialen Bitsequenzen S_T1 und S_T2, diesmal allerdings invertiert. Die Synchronisierung der entsprechenden Übertragungen kann dabei wieder genau auf dieselbe Art und Weise realisiert werden, wie oben beschrieben. Auf dem geteilten Kommunikationsmedium werden die beiden Sequenzen dann wieder miteinander UND-verknüpft. Teilnehmer 1 und 2 ermitteln wiederum die effektiven, überlagerten Bitsequenzen S_eff auf dem geteilten Übertragungsmedium.In a next step 45 transmit both participants 1 as well as participants 2 also again (largely) synchronously their initial bit sequences S _T1 and S _T2 , this time, however, inverted. The synchronization of the corresponding transmissions can again be realized exactly in the same way as described above. On the shared communication medium, the two sequences are then ANDed together again. Attendees 1 and 2 in turn determine the effective superimposed bit sequences S _eff on the shared transmission medium.

Beispiel für die obigen Bitfolgen:

• – Invertierte Bitsequenz von Teilnehmer 1: S_T1‘ = 10110010001101001101
• – Invertierte Bitsequenz von Teilnehmer 2: S_T2‘ = 01101110010010110100
• – Effektive, überlagerte Bitsequenz auf dem Kanal: S_eff‘ = S_T1‘ AND S_T2‘ = 00100010000000000100

Example of the above bit sequences:

• Inverted bit sequence of subscribers 1 : S _T1 '= 10110010001101001101
• Inverted bit sequence of subscribers 2 : S _T2 '= 01101110010010110100
• - Effective, superimposed bit sequence on the channel: S _eff '= S _T1 ' AND S _T2 '= 00100010000000000100

Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 ermitteln während der Übertragung ihrer nun invertierten Bitsequenzen dann wieder die effektiven, überlagerten Bitsequenzen auf dem geteilten Übertragungsmedium. Zu diesem Zeitpunkt kennen somit beide Knoten (Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2), sowie auch ein möglicher Angreifer (z.B. Teilnehmer 3), der die Kommunikation auf dem geteilten Übertragungsmedium mithört, die effektiven, überlagerten Bitsequenzen S_eff und S_eff‘. Im Gegensatz zum Angreifer bzw. dritten Teilnehmer kennt aber Teilnehmer 1 noch seine initial erzeugte, lokale Bitsequenz S_T1 und Teilnehmer 2 seine initial erzeugte, lokale Bitsequenz S_T2. Teilnehmer 1 wiederum kennt aber nicht die initial erzeugte, lokale Bitsequenz von Teilnehmer 2 und Teilnehmer 2 nicht die initial erzeugte, lokale Bitsequenz von Teilnehmer 1. Die Detektion der Überlagerungsbitfolge erfolgt wiederum während der Übertragung in Schritt 46. Both participants 1 as well as participants 2 determine during the transmission of their now inverted bit sequences then again the effective, superimposed bit sequences on the shared transmission medium. At this time, both nodes (subscriber 1 and participants 2 ), as well as a possible attacker (eg participants 3 ), which overhears the communication on the shared transmission medium, the effective, superimposed bit sequences S _eff and S _eff '. In contrast to the attacker or third participant knows but participants 1 nor his initially generated, local bit sequence S _T1 and participants 2 its initially generated, local bit sequence S _T2 . Attendees 1 however, it does not know the initially generated local bit sequence of subscribers 2 and participants 2 not the initially generated, local bit sequence of subscribers 1 , The detection of the overlay bit sequence again takes place during the transmission in step 46 ,

Alternativ zu dieser beispielhaften Ausführungsvariante können Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 ihre invertierte, lokale Bitfolge auch direkt mit bzw. direkt nach ihrer ursprünglichen, lokalen Bitfolge versenden, d.h. Schritte 45 und 46 erfolgen mit den Schritten 43 und 44. Die ursprüngliche und die invertierte Bitfolge können dabei in einer Nachricht, aber auch in separaten Nachrichten als Teil-Bitfolgen übermittelt werden.As an alternative to this exemplary embodiment, participants can 1 and participants 2 also send their inverted, local bit sequence directly with or directly after their original, local bit sequence, ie steps 45 and 46 done with the steps 43 and 44 , The original and the inverted bit sequence can be transmitted in a message, but also in separate messages as part bit sequences.

In Schritt 47 verknüpfen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 nun jeweils lokal (also intern) die effektiven, überlagerten Bitfolgen (S_eff und S_eff‘), insbesondere mit einer logischen ODER-Funktion.In step 47 link participants 1 and participants 2 in each case locally (ie internally) the effective superimposed bit sequences (S _eff and S _eff '), in particular with a logical OR function.

Beispiel für die obigen Bitfolgen:
S_ges = S_eff OR S_eff‘ = 00100011100000000110Example of the above bit sequences:
S _tot = S _eff OR S _eff '= 00100011100000000110

Die einzelnen Bits in der aus der ODER-Verknüpfung resultierenden Bitsequenz (S_ges) geben nun an, ob die entsprechenden Bits von S_T1 und S_T2 identisch oder unterschiedlich sind. Ist das n-te Bit innerhalb von S_ges beispielsweise eine ‚0‘, so bedeutet dies, dass das n-te Bit innerhalb von S_T1 invers zu dem entsprechenden Bit innerhalb von S_T2 ist. Gleichermaßen gilt, dass wenn das n-te Bit innerhalb von S_ges eine ‚1‘ ist, die entsprechenden Bits innerhalb von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 identisch sind. The individual bits in the bit sequence (S _ges ) resulting from the OR operation now indicate whether the corresponding bits of S _T1 and S _{T2 are} identical or different. For example, if the nth bit within S _tot is a '0', it means that the nth bit within S _{T1 is} inverse to the corresponding bit within S _T2 . Likewise, if the nth bit within S _{tot is} a '1', then the corresponding bits within Subscriber 1 and participants 2 are identical.

Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 streichen daraufhin in Schritt 48 basierend auf der aus der ODER-Verknüpfung erhaltenen Bitsequenz S_ges in ihren ursprünglichen, initialen Bitsequenzen S_T1 und S_T2 alle Bits, die in beiden Sequenzen identisch sind. Dies führt folglich zu entsprechend verkürzten Bitsequenzen. Attendees 1 and participants 2 then delete in step 48 based on the bit sequence S _ges obtained from the OR combination in their original, initial bit sequences S _T1 and S _T2 all bits which are identical in both sequences. This consequently leads to correspondingly shortened bit sequences.

Beispiel für die obigen Bitfolgen:

• – Verkürzte Bitsequenz von Teilnehmer 1: S_T1,V = 01011100101100
• – Verkürzte Bitsequenz von Teilnehmer 2: S_T2,V = 10100011010011

Example of the above bit sequences:

• - Abbreviated bit sequence of subscribers 1 : S _{T1, V} = 01011100101100
• - Abbreviated bit sequence of subscribers 2 : S _{T2, V} = 10100011010011

Die resultierenden, verkürzten Bitsequenzen S_T1,V und S_T2,V sind nun gerade invers zueinander. Somit kann einer der beiden Teilnehmer durch Inversion seiner verkürzten Bitsequenz exakt diejenige verkürzte Bitsequenz ermitteln, wie sie im anderen Teilnehmer bereits vorliegt.The resulting, shortened bit sequences S _{T1, V} and S _{T2, V} are now just inverse to each other. Thus, by inversion of its shortened bit sequence, one of the two subscribers can determine exactly the shortened bit sequence that already exists in the other subscriber.

Die dermaßen gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz wird nun von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 in Schritt 49 jeweils lokal auf geeignete Art und Weise aufbereitet, um den eigentlich gewünschten Schlüssel der gewünschten Länge N zu generieren. Auch hierbei gibt es wieder eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie diese Aufbereitung erfolgen kann. Eine Möglichkeit ist die Selektion von N Bits aus der gemeinsam vorliegenden, verkürzten Bitsequenz, wobei klar definiert sein muss, welche N Bits zu nehmen sind, z.B. indem einfach immer die ersten N Bits der Sequenz selektiert werden. Ebenfalls möglich ist die Berechnung einer Hashfunktion über die gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz, die einen Hashwert der Länge N liefert. Ganz allgemein kann die Aufbereitung mit jeder beliebigen linearen und nichtlinearen Funktion erfolgen, die bei Anwendung auf die gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz eine Bitsequenz der Länge N Bits zurückliefert. Der Mechanismus der Schlüsselerzeugung aus der gemeinsam vorliegenden, verkürzten Bitsequenz liegt vorzugsweise in beiden Teilnehmern 1 und 2 identisch vor und wird entsprechend auf die gleiche Weise durchgeführt.The so-common, shortened bit sequence is now by subscriber 1 and participants 2 in step 49 each locally processed in a suitable manner to generate the actually desired key of the desired length N. Again, there are a variety of ways that this treatment can be done. One possibility is to select N bits from the common truncated bit sequence, where it must be clearly defined which N bits are to be taken, eg simply by selecting the first N bits of the sequence. It is also possible to calculate a hash function via the shared, shortened bit sequence which provides a hash of length N. In general, the rendering can be done with any linear and nonlinear function that returns a N bit length bit sequence when applied to the co-present truncated bit sequence. The mechanism of key generation from the co-present truncated bit sequence is preferably in both subscribers 1 and 2 identical and is carried out accordingly in the same way.

Im Anschluss an die Schlüsselgenerierung kann ggf. noch verifiziert werden, dass die von Teilnehmer 1 und 2 generierten Schlüssel tatsächlich identisch sind. Following the generation of the key, it may still be possible to verify that the number of participants 1 and 2 generated keys are actually identical.

Dazu könnte beispielsweise eine Checksumme über die generierten Schlüssel berechnet und zwischen Teilnehmer 1 und 2 ausgetauscht werden. Sind beide Checksummen nicht identisch, so ist offensichtlich etwas fehlgeschlagen. In diesem Fall könnte das beschriebene Verfahren zur Schlüsselgenerierung wiederholt werden.For this purpose, for example, a checksum could be calculated using the generated keys and between participants 1 and 2 be replaced. If both checksums are not identical, then obviously something has failed. In this case, the described method for key generation could be repeated.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens zur Schlüsselgenerierung können in verschiedenen Durchläufen zunächst auch eine ganze Reihe von resultierenden, bei Teilnehmer 1 und 2 jeweils vorliegenden, verkürzten Bitsequenzen erzeugt werden, die dann zu einer einzigen großen Sequenz kombiniert werden, bevor der eigentliche Schlüssel davon abgeleitet wird. Dies kann ggf. auch adaptiv erfolgen. Sollte nach dem einmaligen Durchlaufen der beschriebenen Prozedur z.B. die Länge der gemeinsamen, verkürzten Bitsequenz beispielsweise kleiner als die gewünschte Schlüssellänge N sein, so könnte man durch einen erneuten Durchlauf z.B. weitere Bits vor der eigentlichen Schlüsselableitung generieren.In a preferred variant of the method for generating a key, in a number of runs initially a whole series of resulting, in the case of subscribers 1 and 2 each present, truncated bit sequences are generated, which are then combined into a single large sequence, before the actual key is derived therefrom. If necessary, this can also be done adaptively. If, after running through the procedure described above, the length of the common abbreviated bit sequence, for example, be smaller than the desired key length N, one could generate by re-running eg more bits before the actual key derivation.

Das generierte, symmetrische Schlüsselpaar kann nun schließlich von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 in Verbindung mit etablierten (symmetrischen) kryptographischen Verfahren, wie z.B. Chiffren zur Datenverschlüsselung, eingesetzt werden.The generated, symmetric key pair can now finally be subscribed 1 and participants 2 used in conjunction with established (symmetric) cryptographic methods, such as ciphers for data encryption.

Ein möglicher Angreifer (z.B. Teilnehmer 3) kann die öffentliche Datenübertragung zwischen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 abhören und somit wie beschrieben Kenntnis der effektiven, überlagerten Bitfolgen (S_eff und S_eff‘) erlangen. Damit weiß der Angreifer dann allerdings nur, welche Bits in den lokal generierten Bitsequenzen von Teilnehmer 1 und 2 identisch sind und welche nicht. Bei den identischen Bits kann der Angreifer darüber hinaus sogar noch feststellen, ob es sich dabei um eine ‚1‘ oder eine ‚0‘ handelt. Für eine vollständige Kenntnis der resultierenden, verkürzten Bitfolge (und damit der Grundlage zur Schlüsselgenerierung) fehlen ihm aber die Informationen über die nicht identischen Bits. Um dem Angreifer mögliche Angriffe weiter zu erschweren, werden in einer bevorzugten Variante zusätzlich die in den ursprünglichen, lokal erzeugten Bitfolgen der Teilnehmer 1 und 2 identischen Bitwerte gelöscht. Damit verfügt Teilnehmer 3 nur über Informationen, die für die Schlüsselgenerierung gar nicht verwendet werden. Er weiß zwar, dass entsprechend verkürzte Bitfolgen aus den zwischen den lokalen Bitfolgen der Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 unterschiedlichen Bits hervorgehen. Er weiß aber nicht, welche Bits Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 jeweils gesendet haben.A possible attacker (eg participant 3 ) can be the public data transfer between participants 1 and participants 2 listen as described and thus gain knowledge of the effective, superimposed bit sequences (S _eff and S _eff '). But then the attacker only knows which bits in the locally generated bit sequences of participants 1 and 2 are identical and which are not. In addition, with the identical bits, the attacker can even determine whether it is a '1' or a '0'. For a complete knowledge of the resulting, shortened bit sequence (and thus the basis for the key generation), however, he lacks the information about the non-identical bits. In order to further complicate the attacker possible attacks, in a preferred variant in addition to the original, locally generated bit sequences of the participants 1 and 2 identical bit values deleted. This has participants 3 only about information that is not used for key generation. Although he knows that correspondingly shortened bit sequences from the between the local bit sequences of the participants 1 and participants 2 different bits emerge. He does not know which bits are subscribers 1 and participants 2 have each sent.

Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 haben zusätzlich zu der Information über die überlagerte Gesamt-Bitfolge noch die Information über die jeweils von ihnen gesendete, lokal generierte Bitfolge. Aus diesem Informationsvorsprung gegenüber einem lediglich der öffentlichen Datenübertragung folgenden Teilnehmer 3 rührt die Tatsache, dass die in Teilnehmer 1 und 2 generierten Schlüssel trotz der öffentlichen Datenübertragung als Grundlage geheim bleiben. Attendees 1 and participants 2 In addition to the information about the superimposed overall bit sequence, they also have the information about the locally generated bit sequence that they have each sent. For this information advantage compared to a subscriber following only the public data transmission 3 stems from the fact that in participants 1 and 2 generated key remain secret despite the public data transfer as a basis.

Wurde zwischen zwei Netzwerkteilnehmern ein gemeinsamer Schlüssel generiert, so können diese eine gegenseitige Kommunikation mit diesem Schlüssel absichern, insbesondere verschlüsseln oder über eine Nachrichtenauthentisierung (MAC) absichern. Soll eine Kommunikation zwischen mehreren Netzwerkteilnehmern abgesichert werden, kann dies mit einem gemeinsamen Gruppenschlüssel erfolgen. Hierzu können z.B. immer zwei Netzwerkteilnehmer untereinander einen gemeinsamen Schlüssel mit den beschriebenen Verfahren generieren. Über die damit abgesicherten Kanäle kann dann ein gemeinsamer Gruppenschlüssel ausgehandelt und ausgetauscht werden. Dieser kann dabei wiederum von zwei der Netzwerkteilnehmer mit den beschriebenen Verfahren generiert werden.If a common key has been generated between two network users, they can secure a mutual communication with this key, in particular encrypt it or secure it via message authentication (MAC). If a communication between several network participants to be secured, this can be done with a common group key. For this, e.g. always two network participants generate a common key among themselves with the described methods. The shared channels can then be used to negotiate and exchange a common group key. This can in turn be generated by two of the network participants using the methods described.

Existiert ein gemeinsamer Schlüssel zwischen Netzwerkteilnehmern als Basis für eine Absicherung der gemeinsamen Kommunikation, so ist zwischen den Netzwerkteilnehmern noch abzustimmen, wann die Absicherung auf Basis dieses Schlüssels aktiviert werden soll. Abstimmung bedeutet hier insbesondere einen Informationsfluss (z.B. einen Informationsaustausch) zwischen beteiligten Netzwerkteilnehmern über den Zeitpunkt der Aktivierung der Absicherung. Erfolgt diese Aktivierung zwischen den Teilnehmern nämlich nicht abgestimmt bzw. synchron, so droht ein Verlust an Informationen, da Teilnehmer Botschaften, die für sie bestimmt sind, gegebenenfalls nicht entschlüsseln und damit nicht lesen und verarbeiten können. Dies gilt nicht nur für die Aktivierung einer ersten Absicherung (also den Übergang von einer nicht abgesicherten Kommunikation auf eine abgesicherte Kommunikation), sondern auch für den Wechsel von einer ersten Absicherung (basierend auf einem ersten, z.B. älteren Schlüssel) zu einer zweiten Absicherung (basierend auf einem zweiten, z.B. neuen Schlüssel).If a common key exists between network participants as the basis for securing the common communication, it is still necessary to agree between the network participants when the protection based on this key should be activated. Voting here means, in particular, an information flow (for example an exchange of information) between participating network participants about the time of activation of the security. If this activation between the participants is not coordinated or synchronous, then a loss of information threatens because participants may not decrypt messages that are intended for them, and thus can not read and process. This applies not only to the activation of a first security (ie the transition from an unsecured communication to a secured communication), but also to the change from a first security (based on a first, eg older key) to a second security (based on a second, eg new key).

Vor der Aktivierung der Absicherung kann zwischen den (beteiligten) Netzwerkteilnehmern noch eine Abgleich erfolgen, ob tatsächlich ein gemeinsamer Schlüssel bzw. Gruppenschlüssel vorliegt.Before activating the protection, a comparison can be made between the (participating) network participants as to whether a common key or group key actually exists.

Zur Vorbereitung der Aktivierung der kryptografischen Absicherung bzw. zur Vorbereitung eines Schlüsselwechsels sendet nun vorzugsweise ein erster Teilnehmer (insbesondere ein Master-Teilnehmer des Netzwerks) eine Botschaft an alle oder ausgewählte andere Netzwerkteilnehmer. Je nach zugrunde liegendem Kommunikationssystem (z.B. im Fall eines CAN-Busses) kann diese Botschaft durch eine vordefinierte Botschafts-ID (Message Identifier), durch einen vorbestimmten Inhalt in den Nutzdaten oder durch eine Kombination hieraus charakterisiert sein bzw. von den anderen Netzwerkteilnehmern identifiziert werden. Idealerweise ist die Botschaft bezüglich Datenintegrität und Authentizität geschützt.To prepare for activation of the cryptographic security or to prepare for a key change, a first user (in particular a master user of the network) now preferably sends a message to all or selected other network users. Depending on the underlying communication system (eg in the case of a CAN bus), this message can be characterized by a predefined message ID (Message Identifier), by a predetermined content in the payload or by a combination thereof or identified by the other network subscribers , Ideally, the message is protected in terms of data integrity and authenticity.

Nach dem Empfang dieser Botschaft können die Netzwerkteilnehmer nun die Aktivschaltung der Absicherung bzw. den Schlüsselwechsel vorbereiten. Für den Fall, dass bei einem Netzwerkteilnehmer kryptografisch ungesicherte Botschaften oder mit einem veralteten Schlüssel abgesicherte Botschaften für den Versand bereitstehen (Transmission Requested), wird die Sendeanforderung für diese Botschaften zurückgesetzt (Cancellation) oder es wird abgewartet, bis diese Botschaften versandt sind. After receiving this message, the network participants can now prepare the active circuit of the protection or the key change. In the case of a network subscriber cryptographically unsecured messages or messages secured with an outdated key are ready for transmission (Transmission Requested), the send request for these messages are reset (Cancellation) or it is waited until these messages are sent.

Anschließend meldet der Knoten vorzugsweise die Bereitschaft zur Aktivschaltung der Absicherung bzw. zum Schlüsselwechsel an die anderen (beteiligten) Netzwerkteilnehmer oder wiederum an einen bestimmten Netzwerkteilnehmer, insbesondere an einen Netzwerk-Master. Je nach zugrunde liegendem Kommunikationssystem (z.B. im Fall eines CAN-Busses) kann diese Botschaft durch eine vordefinierte Botschafts-ID, durch einen vorbestimmten Inhalt in den Nutzdaten oder durch eine Kombination hieraus charakterisiert sein bzw. von den anderen Netzwerkteilnehmern identifiziert werden. Idealerweise ist die Botschaft bezüglich Datenintegrität und Authentizität geschützt. Die Botschaft zur Anzeige der Bereitschaft kann Absendeinformationen enthalten, gegebenenfalls wiederum kodiert durch eine Botschafts-ID oder Nutzdaten-Inhalte.Subsequently, the node preferably notifies the readiness for active switching of the security or the key change to the other (participating) network subscribers or, in turn, to a specific network subscriber, in particular to a network master. Depending on the underlying communication system (e.g., in the case of a CAN bus), this message may be characterized by a predefined message ID, by a predetermined content in the payload or by a combination thereof, or identified by the other network subscribers. Ideally, the message is protected in terms of data integrity and authenticity. The readiness notification message may include sender information, optionally encoded by a message ID or payload content.

In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung können die Aktivschaltung der Absicherung bzw. der Schlüsselwechsel auch direkt nach Empfang einer entsprechenden Botschaft erfolgen, insbesondere falls alle (beteiligten) Netzwerkteilnehmer in der Lage sind, die Sendeanforderung für kryptografisch ungesicherte Botschaften oder mit einem veralteten Schlüssel abgesicherte Botschaften, die für den Versand bereitstehen (Transmission Requested), so schnell zurückzusetzen (Cancellation), dass keine dieser Botschaften mehr versandt wird.In a preferred further refinement, the active switching of the security or the key change can also take place directly after receiving a corresponding message, in particular if all (participating) network users are able to transmit the request for cryptographically unsecured messages or messages secured with an outdated key ready for shipment (Transmission Requested) to reset so quickly (Cancellation) that none of these messages will be sent.

In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung könnte die Umschaltung auch eine gewisse Zeit nach dem Empfang einer bestimmten Botschaft automatisch in den (beteiligten) Netzwerkteilnehmern durchgeführt werden. Dazu könnte der Zeitpunkt für den Schlüsselwechsel in der Payload der Botschaft mit übertragen werden oder vorkonfiguriert sein. Der Zeitpunkt für den Wechsel kann dabei durch eine Zeitspanne nach Empfang der Botschaft (relative Zeit) oder durch eine für alle beteiligten Netzwerkteilnehmer einheitliche Systemzeit (absolute Zeit) bestimmt sein. Jeder dieser Netzwerkteilnehmer weiß in diesem Fall genau, wann die Aktivschaltung der Absicherung bzw. der Schlüsselwechsel erfolgen sollen, und kann so insbesondere die Sendeanforderungen für alle mit dem alten Schlüssel verschlüsselten Botschaften zurücksetzen (Cancellation). Für diese Alternative sollten die (beteiligten) Netzwerkteilnehmer über eine gemeinsame Zeitbasis verfügen.In a preferred further refinement, the switchover could also be carried out automatically in the (participating) network subscribers a certain time after receiving a specific message. For this purpose, the time for the key change in the payload of the message could be transferred or preconfigured. The time for the change can be determined by a time span after the message has been received (relative time) or by a system time (absolute time) which is the same for all participating network subscribers. In this case, each of these network subscribers knows exactly when the active switching of the security or the key change is to take place, and can therefore, in particular, reset the send requests for all messages encrypted with the old key (cancellation). For this alternative, the (participating) network participants should have a common time base.

Netzwerkteilnehmer, für die eine Aktivierung (zum jetzigen oder gewünschten Zeitpunkt noch) nicht möglich ist, sollten dies an alle oder einen bestimmten (insbesondere an einen Netzwerk-Master) der (beteiligten) Netzwerkteilnehmer melden. Die Aktivierung kann dann gegebenenfalls (z.B. von einem NetzwerkMaster) abgebrochen werden. Network subscribers for whom activation (at the present or desired time) is not possible should report this to all or a specific (in particular to a network master) of the (participating) network participants. The activation may then be aborted if necessary (e.g., by a Network Master).

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überprüft ein bestimmter Netzwerkteilnehmer, insbesondere ein Netzwerk-Master, ob er von allen (beteiligten) Netzwerkteilnehmern oder ob von einer vorbestimmten Zahl an Netzwerkteilnehmern oder ob von allen einer vorbestimmten Gruppe an Netzwerkteilnehmern Bereitschaftsbotschaften erhalten hat. Falls ja, sendet er eine Botschaft mit dem Befehl zur Aktivschaltung bzw. zum Schlüsselwechsel. Diese kann wiederum durch Botschafts-ID, Nutzdateninhalte oder eine Kombination hieraus identifizierbar sein.In a further preferred refinement, a particular network subscriber, in particular a network master, checks whether he has received ready messages from all (participating) network subscribers or from a predetermined number of network subscribers or from all a predetermined group of network subscribers. If so, it sends a message with the command to activate or change the key. This can in turn be identifiable by message ID, user data content or a combination thereof.

Sobald der Befehl zur Aktivschaltung empfangen wurde, werden von den (beteiligten) Netzwerkteilnehmern zu versendende Botschaften mit dem neuen (Gruppen-)Schlüssel abgesichert.As soon as the command for active switching has been received, messages to be sent by the (involved) network participants are protected with the new (group) key.

Sollte der bestimmte Netzwerkteilnehmer, insbesondere Netzwerk-Master (insbesondere innerhalb einer konfigurierbaren Zeit) nicht alle notwendigen, positiven Rückmeldungen erhalten haben, so sendet er eine Botschaft, dass die Aktivschaltung bzw. der Schlüsselwechsel abgebrochen wurde bzw. abgebrochen werden soll. In diesem Fall kommunizieren die Netzwerkteilnehmer nun vorzugsweise weiter kryptografisch ungesichert bzw. mit dem alten Schlüssel abgesichert. Alternativ kann die Kommunikation sicherheitshalber eingestellt werden.If the particular network subscriber, in particular network master (in particular within a configurable time) have not received all the necessary positive feedback, he sends a message that the active circuit or the key change has been aborted or should be aborted. In this case, the network participants now preferably communicate further cryptographically unsecured or secured with the old key. Alternatively, the communication can be set for safety's sake.

Insbesondere im Fall eines CAN-Bussystems als zugrunde liegendem Kommunikationssystem kann für die Botschaften „Vorbereitung der Aktivschaltung“ und „Aktivschaltung“ ggf. die gleiche Botschafts-ID verwendet werden. Eine hinreichende Unterscheidung ist durch eine Diversifizierung im Nutzdaten-Teil möglich. In particular, in the case of a CAN bus system as the underlying communication system can be used for the messages "preparation of the active circuit" and "active circuit" if necessary, the same message ID. A sufficient distinction is possible by diversification in the payload part.

Eine Botschafts-ID einer „Bereitschafts“-Nachricht sollte sich je nach Sender unterscheiden. Insbesondere gilt das für CAN-Bussysteme, da nach CAN-Spezifikation in einem CAN-Netzwerk eine Botschafts-ID nur von maximal einem Sender gesendet werden darf. A message ID of a "ready" message should be different depending on the sender. This applies in particular to CAN bus systems, since according to the CAN specification in a CAN network, a message ID may only be sent by a maximum of one sender.

In 5 ist ein erster beispielhafter Ablauf von Verfahrensschritten zur Aktivierung einer (kryptographischen) Absicherung einer Kommunikation gezeigt. In einem ersten Schritt 51 wird das Verfahren gestartet. In einem zweiten Schritt 52 erfolgt eine Verifikation des gemeinsamen Schlüssels oder Gruppenschlüssels durch die beteiligten Netzwerkteilnehmer. Scheitert die Verifikation, so wird in einem abschließenden Schritt 59 die Kommunikation unabgesichert oder mit altem Schlüssel abgesichert fortgesetzt oder abgebrochen. In 5 A first exemplary sequence of method steps for activating a (cryptographic) protection of a communication is shown. In a first step 51 the procedure is started. In a second step 52 a verification of the common key or group key by the participating network participants. If the verification fails, it will be in a final step 59 the communication is continued unsecured or secured with an old key or canceled.

Ist die Verifikation erfolgreich, so sendet ein bestimmter Netzwerkteilnehmer in Schritt 53 eine Botschaft zur Vorbereitung der Aktivierung an andere beteiligte Netzwerkteilnehmer. Diese geben bei Bereitschaft zur Aktivierung in Schritt 54 eine entsprechende Rückmeldung. Werden von dem bestimmten Netzwerkteilnehmer innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nicht die erforderlichen Bestätigungen zur Bereitschaft durch die anderen beteiligten Netzwerkteilnehmer empfangen oder werden negativen Rückmeldung empfangen, dass Netzwerkteilnehmer nicht zur Aktivierung bereit sind, dann erfolgt in Schritt 58 ein Abbruch der Aktivierung. Von dort wird wiederum in Schritt 59 verzweigt.If the verification succeeds, then a specific network participant sends in step 53 a message to prepare for activation to others participating network participants. These indicate when ready for activation in step 54 a corresponding feedback. If the requisite confirmations of readiness by the other participating network subscribers are not received from the particular network subscriber within a predetermined time interval, or if negative acknowledgment is received that network subscribers are not ready for activation, then the process takes place in step 58 an abort of activation. From there, turn in step 59 branched.

Empfängt der bestimmte Netzwerkteilnehmer dagegen die nötigen Bereitschaftsbotschaften der anderen beteiligten Netzwerkteilnehmer, so sendet er daraufhin in Schritt 55 eine Botschaft an die beteiligten Netzwerkteilnehmer, mit welcher die Aktivierung angeordnet wird. Daraufhin erfolgt die Aktivierung durch die beteiligten Netzwerkteilnehmer in Schritt 56. Das Verfahren wird in Schritt 57 abgeschlossen.On the other hand, if the particular network participant receives the necessary readiness messages from the other network participants involved, he then sends in step 55 a message to the participating network participants, with which the activation is arranged. The activation is then carried out by the participating network participants in step 56 , The procedure is in step 57 completed.

In 6 ist ein zweiter beispielhafter Ablauf von Verfahrensschritten zur Aktivierung einer Absicherung gezeigt. In einem ersten Schritt 61 wird das Verfahren gestartet. In einem zweiten Schritt 62 erfolgt eine Verifikation des gemeinsamen Schlüssels oder Gruppenschlüssels durch die beteiligten Netzwerkteilnehmer. Scheitert die Verifikation, so wird in einem abschließenden Schritt 69 die Kommunikation unabgesichert oder mit altem Schlüssel abgesichert fortgesetzt oder abgebrochen. In 6 a second exemplary flow of method steps for activating a hedge is shown. In a first step 61 the procedure is started. In a second step 62 a verification of the common key or group key by the participating network participants. If the verification fails, it will be in a final step 69 the communication is continued unsecured or secured with an old key or canceled.

Ist die Verifikation erfolgreich, so sendet ein bestimmter Netzwerkteilnehmer (insbesondere ein Netzwerk-Master) eine Botschaft zur Vorbereitung der Aktivierung der Absicherung. Mit dieser Botschaft ist ein bestimmter Zeitpunkt zur Aktivierung verknüpft. Eine Information zu diesem Zeitpunkt kann entweder in den beteiligten Netzwerkteilnehmer vorkonfiguriert sein oder in der Botschaft enthalten sein. If the verification succeeds, a particular network participant (especially a network master) sends a message to prepare for the activation of the protection. This message is linked to a specific activation time. Information at this time may either be preconfigured in the participating network participants or included in the message.

In einem Schritt 64 warten die Netzwerkteilnehmer bis zum vorgesehen Zeitpunkt zur Aktivierung. Kann bis zu diesem Zeitpunkt durch einen Netzwerkteilnehmer keine Aktivierung erfolgen, so meldet dieser dies an die anderen beteiligten In one step 64 the network participants wait until the scheduled time for activation. If activation can not be performed by a network participant by this time, then this informs the others involved

Netzwerkteilnehmer oder an einen bestimmten Netzwerkteilnehmer (insbesondere den Netzwerk-Master). In diesem Fall erfolgt ein Abbruch der Aktivierung in Schritt 68. Von dort wird wiederum in Schritt 69 verzweigt.Network participants or to a specific network participant (in particular the network master). In this case, the activation is canceled in step 68 , From there, turn in step 69 branched.

Kann die Aktivierung in allen Netzwerkteilnehmern erfolgen, erfolgt nach der Wartezeit in Schritt 64 die tatsächliche Aktivierung in Schritt 65. Das Verfahren wird in Schritt 66 abgeschlossen.If the activation can take place in all network participants, it will be done after the waiting time in step 64 the actual activation in step 65 , The procedure is in step 66 completed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102009002396 A1 [0007] DE 102009002396 A1 [0007]
• DE 102009045133 A1 [0007] DE 102009045133 A1 [0007]
• DE 102014208975 A1 [0008] DE 102014208975 A1 [0008]
• DE 102014209042 A1 [0008] DE 102014209042 A1 [0008]
• DE 102015207220 A1 [0009] DE 102015207220 A1 [0009]

Claims (21)

Verfahren zur Generierung eines Schlüssels in einem Netzwerk und zur Aktivierung einer Absicherung einer Kommunikation in dem Netzwerk mithilfe des Schlüssels, wobei ein erster Netzwerkteilnehmer (21) eine Übertragung mindestens einer ersten Wertfolge auf einem Übertragungskanal (30) zumindest teilweise synchron zu einer Übertragung mindestens einer zweiten Wertfolge auf dem Übertragungskanal durch einen zweiten Netzwerkteilnehmer (22) veranlasst und den Schlüssel auf Basis der mindestens einen ersten Wertfolge und auf Basis einer Überlagerung der mindestens einen ersten Wertfolge und der mindestens einen zweiten Wertfolge auf dem Übertragungskanal (30) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Absicherung der Kommunikation in dem Netzwerk nach einer Abstimmung zwischen dem ersten Netzwerkteilnehmer (21) und mindestens einem weiteren Netzwerkteilnehmer (22, 23) erfolgt.A method for generating a key in a network and activating a security of a communication in the network using the key, wherein a first network participant ( 21 ) transmission of at least one first value sequence on a transmission channel ( 30 ) at least partially in synchronism with a transmission of at least one second value sequence on the transmission channel by a second network participant ( 22 ) and the key based on the at least one first value sequence and on the basis of an overlay of the at least one first value sequence and the at least one second value sequence on the transmission channel ( 30 ), characterized in that the activation of the securing of the communication in the network after a coordination between the first network participant ( 21 ) and at least one other network participant ( 22 . 23 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Netzwerk die Kommunikation einer Gruppe von Netzwerkteilnehmern abgesichert wird und dass hierfür mithilfe des generierten Schlüssels ein Gruppenschlüssel etabliert wird.A method according to claim 1, characterized in that in the network, the communication of a group of network participants is secured and that for this purpose by means of the generated key, a group key is established. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstimmung unter beteiligten Netzwerkteilnehmern für die Aktivierung durch eine erste Botschaft eines bestimmten Netzwerkteilnehmers, insbesondere eines Masters des Netzwerks, initiiert wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that a vote among participating network participants for the activation by a first message of a particular network participant, in particular a master of the network is initiated. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Botschaft von dem bestimmten Netzwerkteilnehmer an alle anderen Netzwerkteilnehmer oder an alle beteiligten Netzwerkteilnehmer, welche die abgesicherte Kommunikation empfangen sollen, geschickt wird.A method according to claim 3, characterized in that the first message is sent by the particular network subscriber to all other network subscribers or to all participating network subscribers to receive the secure communication. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Aktivierung der Absicherung noch nicht gesendete, aber zur Versendung bereit stehende Botschaften bearbeitet werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that not yet sent, but ready for sending messages are processed before activation of the hedge. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die noch nicht gesendeten Botschaften eine Sendeanforderung zurück gesetzt wird.A method according to claim 5, characterized in that for the messages not yet sent a send request is reset. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die noch nicht gesendeten Botschaften noch vor der Aktivierung der Absicherung versendet werden.A method according to claim 5, characterized in that the not yet sent messages are sent before the activation of the hedge. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkteilnehmer mit den noch nicht gesendeten, aber zur Versendung bereit stehenden Botschaften eine zweite Botschaft an einen oder mehrere andere Netzwerkteilnehmer versenden, insbesondere an einen Master des Netzwerkes, sobald die noch nicht gesendeten, aber zur Versendung bereit stehenden Botschaften bearbeitet wurden.Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the network subscribers with the not yet sent, but ready for sending messages send a second message to one or more other network participants, in particular to a master of the network, as soon as the not yet sent but were processed to send ready messages. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Botschaft Absenderinformationen umfasst, insbesondere in einer Botschafts-ID oder in Nutzdaten der zweiten Botschaft.Method according to Claim 8, characterized in that the second message comprises sender information, in particular in a message ID or in user data of the second message. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dass die Aktivierung durch eine dritte Botschaft eines bestimmten Netzwerkteilnehmers, insbesondere eines Masters des Netzwerks, angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, that the activation by a third message of a particular network participant, in particular a master of the network, is arranged. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Botschaft von dem bestimmten Netzwerkteilnehmer an alle anderen Netzwerkteilnehmer oder an alle beteiligten Netzwerkteilnehmer, welche die abgesicherte Kommunikation empfangen sollen, geschickt wird.A method according to claim 10, characterized in that the third message is sent by the particular network subscriber to all other network subscribers or to all participating network subscribers to receive the secure communication. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Netzwerkteilnehmer die dritte Botschaft versendet, sobald er von allen Netzwerkteilnehmern oder von allen einer bestimmten Gruppe von Netzwerkteilnehmern eine Rückmeldung erhalten hat, dass diese zur Aktivierung der Absicherung bereit sind.A method according to any one of claims 10 or 11, characterized in that the particular network subscriber sends the third message as soon as he has received feedback from all network users or from all a particular group of network participants that they are ready to activate the security. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Netzwerkteilnehmer eine Aktivierung der Absicherung abbricht, wenn er, insbesondere innerhalb einer bestimmten Zeit, nicht von allen Netzwerkteilnehmern oder nicht von allen einer bestimmten Gruppe von Netzwerkteilnehmern eine Rückmeldung erhalten hat, dass diese zur Aktivierung der Absicherung bereit sind.A method according to claim 12, characterized in that the particular network subscriber cancels an activation of the hedge, if he has not received feedback from all network users or from all a particular group of network participants, in particular within a certain time, that this is to activate the Hedging are ready. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Absicherung direkt nach oder eine bestimmte Zeit nach Versendung oder Empfang der dritten Botschaft erfolgt.A method according to claim 10, characterized in that the activation of the protection takes place directly after or a certain time after sending or receiving the third message. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeit in den beteiligten Netzwerkteilnehmern vorkonfiguriert ist oder dass die bestimmte Zeit mit der dritten Botschaft übertragen wird.A method according to claim 14, characterized in that the specific time is preconfigured in the network participants involved or that the specific time is transmitted with the third message. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet dass die bestimmte Zeit als relative Zeitdauer oder als absolute Systemzeit vorgegeben ist.Method according to one of claims 14 or 15, characterized in that the specific time is predetermined as a relative time duration or as an absolute system time. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Netzwerkteilnehmer, welchem keine Aktivierung der Absicherung möglich ist, dies allen anderen Netzwerkteilnehmern oder einem bestimmten Netzwerkteilnehmer, insbesondere einem Master des Netzwerkes, mitteilt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a Network participants, which no activation of the hedge is possible, this all other network participants or a specific network participant, in particular a master of the network, notifies. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung der Absicherung einen Übergang von einer nicht abgesicherten Kommunikation auf eine abgesicherte Kommunikation oder einen Übergang von einer mit einem ersten, insbesondere älteren, Schlüssel abgesicherten Kommunikation zu einer mit einem zweiten, insbesondere neueren, Schlüssel abgesicherten Kommunikation umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the activation of the hedge a transition from an unsecured communication to a secure communication or a transition from a secured with a first, especially older, key secured communication to one with a second, in particular newer, Key secured communication includes. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Abstimmung zur Aktivierung der Absicherung verifiziert wird, ob an der abgesicherten Kommunikation beteiligten Netzwerkteilnehmern ein gleicher Schlüssel vorliegt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is verified before the vote for activating the hedge, if there is an identical key to the network participants involved in the secure communication. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 durchzuführen.Computer program adapted to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 19. Netzwerkteilnehmer, welcher dazu eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 durchzuführen.Network subscriber adapted to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 19.

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