DE102017214591A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schützen eines Gerätes - Google Patents

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Abstract

Verfahren (10) zum Schützen eines Gerätes,gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- eine Laufzeitumgebung des Gerätes wird individualisiert (20) und- von dem Gerät zu verarbeitende Eingabedaten werden an die individualisierte Laufzeitumgebung angepasst (30).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schützen eines Gerätes. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
  • Stand der Technik
  • Als Sicherheitslücke wird auf dem Gebiet der Informationssicherheit jedweder Fehler in einer Software bezeichnet, durch welchen ein Programm mit Schadwirkung (malware) oder ein Angreifer in ein Computersystem eindringen kann.
  • Sicherheitslücken stellen eine Bedrohung für die Sicherheit eines Computersystems dar. Es besteht das Risiko, dass die betreffende Sicherheitslücke ausgenutzt und das betroffene Computersystem kompromittiert werden kann. Sicherheitslücken entstehen unter anderem durch den unzureichenden Schutz eines Computers vor Angriffen aus dem Netz (beispielsweise mangels Firewall oder anderer Sicherheitssoftware) sowie durch Programmierfehler im Betriebssystem, Webbrowser oder anderen Softwareanwendungen, die auf dem System betrieben werden.
  • DE102015225651A1 offenbart ein Verfahren zum Schützen eines Gerätes. Hierbei erzeugt ein Prüfer eine erste Zufallszahl und eine zweite Zufallszahl, errechnet anhand der zweiten Zufallszahl mittels einer emulierten oder zuvor ausgemessenen Hardwarefunktion des Gerätes einen kryptografischen Schlüssel, verschlüsselt die Software mit dem Schlüssel in ein Kryptogramm, sendet das Kryptogramm und die erste Zufallszahl an das Gerät, empfängt eine Prüfsumme von dem Gerät, errechnet anhand der ersten Zufallszahl und eines nachgebildeten Arbeitsspeichers des Gerätes mittels der emulierten oder zuvor ausgemessenen Hardwarefunktion und einer vorgegebenen kryptografischen Hashfunktion einen Bezugswert, unterzieht die Prüfsumme einer Prüfung anhand des Bezugswertes und sendet, falls die Prüfung gelingt, die zweite Zufallszahl an das Gerät.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Schützen eines Gerätes, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
  • Der erfindungsgemäße Ansatz fußt hierbei auf der Erkenntnis, dass bekannte Sicherheitslücken oder Schwachstellen typischerweise deswegen zu einem massiven Angriff genutzt werden können, da alle Instanzen der fehlerhaften Software die gleiche Sicherheitslücke aufweisen. Dies wiederum ermöglicht es einem Angreifer, eine einzelne Datei oder anderweitige Eingabe zu erstellen, die dann verwendet werden kann, um irgendeines der anfälligen Geräte (oder alle auf einmal) anzugreifen.
  • Der nachfolgend vorgestellten Lösung liegt daher der Gedanke zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Härten von miteinander verbundenen Vorrichtungen gegen diese Art von massiven Angriffen zu schaffen, das die für einen Angriff erforderlichen Anstrengungen deutlich erhöht.
  • Zwei Vorzüge dieser Lösung liegen in der erhöhten Widerstandsfähigkeit erfindungsgemäß gehärteter Systeme gegen softwarebasierte Angriffe, d. h. Angriffe, die Software-Schwachstellen ausnutzen, sowie ihrem minimalen Zusatzaufwand in Bezug auf Rechenleistung, Kodeumfang und Kode-Komplexität.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dem zu schützenden Gerät zufällig eine sogenannte magische Zahl (magic number) oder entsprechende Zeichenkette (string) zuzuordnen, anhand derer Gerät und vorgesehene Eingabedaten individualisiert werden. Mit diesem Begriff wird in der Informatik - neben anderen Bedeutungen - ein spezieller Wert bezeichnet, der ein bestimmtes Dateiformat kennzeichnet. Hierzu wird der betreffende Wert in der Regel am Dateibeginn den eigentlichen Nutzdaten vorangestellt und erlaubt es beispielsweise einem Hilfsprogramm oder Kernelmodul, den Typ der solchermaßen gekennzeichneten Datei ohne eingehende Analyse des Dateiinhaltes zu bestimmen.
  • Angenommen, ein Hacker rekonstruiert ein auf diese Weise geschütztes Gerät bestimmten Typs, z. B. einen Haus- oder Heizungs-Controller oder eine IP-basierte Kamera. Selbst wenn er eine ausnutzbare Software-Schwachstelle findet, hindert die einzigartige, zufällig generierte magische Zahl ihn daran, die entdeckte Sicherheitslücke auf anderen Geräten desselben Typs auszunutzen. Um dies zu tun, müsste der Hacker nämlich eine Datei zusammenstellen, die von betroffenen Geräten in der vom Hacker beabsichtigten Weise verarbeitet wird (z. B. durch eine bestimmte Funktion einer bestimmten Bibliothek, die auf diesen Geräten installiert ist). Wegen der Zufälligkeit der magischen Zahl ist es für den Hacker jedoch unmöglich, eine solche Datei zusammenzustellen, die für ein anderes Gerät in diesem Sinne „gültig“ ist. Wenn ein solches Gerät indes eine Datei mit einer magischen Zahl empfängt, die nicht mit der ihm zugewiesenen übereinstimmt, wird es nicht in der Lage sein, diese Datei zu verarbeiten, sondern sie z. B. einfach verwerfen und damit den Angriffsversuch vereiteln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, die zufällig erzeugten magischen Zahlen oder anderweitigen Attribute in einer Datenbank den jeweiligen Geräten zuzuordnen. Infolgedessen steigt der Aufwand des Hackers für einen erfolgreichen Angriff im Wesentlichen linear mit der Anzahl der Geräte, die er angreifen möchte. Dies folgt aus dem Umstand, dass der Hacker - sofern er die Datenbank nicht kompromittiert hat - jedes Gerät, das er anzugreifen versucht, nachentwickeln (reverse-engineer) müsste. Das wiederum bedeutet, dass jedes System, der Schwachstellen in der Software solchermaßen ausnutzt, eine schlechte Skalierbarkeit aufweist. Somit vermag eine entsprechende Ausführungsform der Erfindung insbesondere die durch Vielanfragen in cyberphysikalischen Systemen verbreitete Verweigerung von Internetdiensten (distributed denial of service, DDoS) wirkungsvoll abzuwenden.
  • Im Ergebnis lassen sich die Sicherheitsrisiken für beliebige miteinander verbundene Systeme auf die beschriebene Weise beträchtlich mindern, indem von vornherein der ökonomische Anreiz zum Angriff auf diese Systeme beseitigt wird.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 schematisch einen ersten Prozess des Verfahrens.
    • 3 schematisch einen zweiten Prozess des Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Im Folgenden wird der Begriff „Datei“ in einem weiten Sinne für die Eingabedaten eines vernetzten Gerätes verwendet. Als Beispiele für Dateien seien etwa ein Software-Update, eine Multimediadatei oder eine - möglicherweise eine Anforderung an das Gerät enthaltende - Textdatei genannt. Im Allgemeinen besteht jede Datei aus Kopfdaten und Nutzdaten. Die Nutzdaten der Datei betreffen deren eigentlichen Inhalt, z. B. ein Bild, einen Film oder einen Text. Der Kopf der Datei enthält deren sogenannte Metadaten wie ihr Format, die Version der Werkzeuge, die zu ihrer Erstellung verwendet wurden usw. Die besagten Metadaten umfassen insbesondere die im Rahmen der Erfindung genutzte magische Zahl.
  • Ein grundlegender Aspekt der Erfindung besteht darin, eine gegebene Datei so an ein bestimmtes Gerät zu binden, dass die Datei ausschließlich auf einem hierzu vorgesehenen Gerät korrekt verarbeitet (d. h. gelesen und interpretiert) werden kann. Eine Übersicht der vorgeschlagenen Methode ist in 1 dargestellt.
  • In einem in 2 gezeigten Geräteindividualisierungsschritt (Prozess 20) wird eine Quelle (21) von (Pseudo-)Zufälligkeit verwendet, um die magische Zahl (M) für einen bestimmten Dateityp für ein bestimmtes Gerät zu erzeugen. Anstatt unmittelbar den Wert der magischen Zahl (M) zu verwenden, kommt allgemein eine Menge (pseudo-)zufällig ausgewählter Attribute in Betracht, etwa die Anzahl von Datenblöcken (chunks) der magischen Zahl (M) oder deren Positionen innerhalb der Datei.
  • Die magische Zahl (M) wird mit einer eindeutigen Kennung (identifier, ID) des jeweiligen Gerätes assoziiert und dem Gerät auf diese Weise in einer Datenbank (Db) für eine spätere Abfrage dauerhaft zugeordnet. Gleichzeitig wird die magische Zahl (M) in den Quellkode (22), der für das Gerät gebaut wird, gleichsam „injiziert“. Beispielsweise kann der C- oder C++-Quellkode (22) einer Bibliothek durch sogenannte Makros parametriert werden, die mittels geeigneter Direktiven durch die magische Zahl (M) ersetzt werden.
  • Das Ergebnis dieses Geräteindividualisierungsschrittes (20) ist eine „maßgeschneiderte“ Binärdatei (24) für das jeweilige Gerät. Diese Binärdatei (24) wird gewissermaßen dazu konfiguriert, den Dateityp anhand der magischen Zahl (M) zu bestimmen.
  • Angenommen sei nun der Fall, dass z. B. ein Software-Update durchgeführt werden soll, während sich das Gerät im Einsatz befindet. Dann wird in einem in 3 gezeigten Dateianpassungsschritt (30) die magische Zahl (M) für das Gerät aus der Datenbank (Db) abgerufen. Die Datei (f), die an das Gerät gebunden werden soll, wird von einer Anpassungsfunktionseinheit (31) verarbeitet, die die magische Zahl (M) in die Datei (f) einfügt. Das Ergebnis dieses Schrittes ist also eine Datei (fM ), die nur vom Gerät korrekt verarbeitet werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015225651 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren (10) zum Schützen eines Gerätes, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - eine Laufzeitumgebung des Gerätes wird individualisiert (20) und - von dem Gerät zu verarbeitende Eingabedaten werden an die individualisierte Laufzeitumgebung angepasst (30).
  2. Verfahren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Individualisieren (10) folgende Schritte umfasst: - mittels eines Zufallszahlengenerators (21) werden zufällige Attribute erzeugt und - die Attribute werden in einer Datenbank (Db) dem Gerät zugeordnet.
  3. Verfahren (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Individualisieren (20) ferner folgende Schritte umfasst: - ein Quellkode (22) der Laufzeitumgebung wird durch eine Individualisierungsfunktionseinheit (23) anhand der Attribute parametrisiert und - der parametrisierte Quellkode (22) wird in eine gerätespezifische Binärdatei (24) überführt.
  4. Verfahren (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen (30) folgende Schritte umfasst: - die dem Gerät zugeordneten Attribute werden aus der Datenbank (Db) abgerufen und - eine die Eingabedaten enthaltende Quelldatei (f) wird durch eine Anpassungsfunktionseinheit (31) anhand der Attribute in eine gerätespezifische Datei (fM) überführt.
  5. Verfahren (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Quelldatei (f) wird in die gerätespezifische Datei (fM) überführt, indem die Attribute in die Quelldatei (f) eingefügt werden.
  6. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: - die Attribute umfassen eine Anzahl von Datenblöcken einer magischen Zahl (M), - die Attribute umfassen Dateipositionen von Datenblöcken einer magischen Zahl (M) oder - die Attribute umfassen einen Wert einer magischen Zahl (M).
  7. Verfahren (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Quellkode (22) umfasst Makros und - die Individualisierungsfunktionseinheit umfasst einen Präprozessor.
  8. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
  10. Vorrichtung, die eingerichtet ist, das Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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