DE19831884C2 - System und Verfahren zum Schutz gegen analytisches Ausspähen von geheimen Informationen - Google Patents

System und Verfahren zum Schutz gegen analytisches Ausspähen von geheimen Informationen

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Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System und Verfahren zum Schutz gegen analytisches Ausspähen von geheimen Informationen auf elektronischen Vorrichtungen insbesondere Chipkarten.
Auf Chipkarten sind geheime Schlüssel gespeichert. Diese werden dazu benutzt, um Zugriffe auf sicherheitsrelevante Funktionen und Daten zu schützen. Hierbei werden die unverschlüsselten Daten mittels eines geheimen Schlüssels in verschlüsselte Daten umgewandelt.
Zur Ver- und Entschlüsselung werden ein oder zwei Schlüssel benötigt. Wenn der Angreifer beispielsweise den geheimen Schlüssel eines Verschlüsselungsalgorithmus herausfindet, dann ist es ihm möglich, die verschlüsselten und damit geschützten Daten zu entschlüsseln, den Inhalt der Daten zu erfahren und sie bei Bedarf abzuändern.
Um den Schlüssel einer Chipkarte herauszufinden, gibt es mehrere Verfahren. Eines dieser Verfahren beruht darauf, den Schlüssel durch spezielle hierfür entwickelte Abhörtechniken herauszufinden. Hierbei werden möglichst viele Verschlüsselungsoperationen initiiert, um aus den abgehörten Informationen den Schlüssel herausfinden zu können. Hierbei erfolgt die Analyse der geheimen Daten über Messungen zum Beispiel an der Stromversorgung der Chipkarte. Diese Messungen sind jedoch rauschüberlagert. Dies erfordert ein ständiges Wiederholen der Benutzungen der Schlüssel, um die Rauschüberlagerungen herauszufiltern.
Schutzvorkehrungen gegen derartige Abhörmaßnahmen bestehen im wesentlichen darin, daß gerade die Schlüssel besonders gegen Ausspähen geschützt sein müssen.
Hierzu gibt es nach dem Stand der Technik folgende Verfahren:
Absicherung durch Fehlerzähler
Die Chipkarte enthält einen Fehlerzähler. Der Fehlerzähler wird weitergezählt, wenn die Chipkarte eine fehlerhafte Benutzung des Schlüssels feststellt, z. B. eine fehlgeschlagene Authentisierung mit falschem Schlüssel. Erreicht der Fehlerzähler einen bestimmten Grenzwert, wird die weitere Benutzung des Schlüssels oder der Chipkarte gesperrt.
Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß nur fehlerhafte Benutzungen gezählt werden. Nicht fehlerhafte Benutzungen werden nicht gezählt. Daher kann dieses Verfahren nicht vor Angriffen schützen, die aus fehlerfreien Benutzungen mittels moderner Abhörtechniken den Schlüssel herausfinden. Dies betrifft insbesondere das Ausspähen von geheimen Informationen durch berechtigte Benutzer.
Die deutsche Patentschrift DE 195 06 921 beschreibt ein derartiges Verfahren für einen tragbaren Datenträger, insbesondere eine Chipkarte. Der tragbare Datenträger kommuniziert mit einer Datenein- und Ausgabevorrichtung. Die geheimen Daten, die in die Datenein- und Ausgabevorrichtung eingeben werden, werden mit den geheimen Daten, die auf der Chipkarte gespeichert sind, verglichen. Ergibt der Vergleich einen Fehler, wird ein Zähler hochgezählt. Nach einer gewissen Anzahl von Fehlversuchen wird die weitere Ausführung automatisch blockiert.
Die amerikanische Patentschrift US 4 798 941 beschreibt eine Chipkarte mit einer Absicherung durch einen Fehlerzähler. Nach Erreichen einer vorbestimmten Anzahl von Fehlbedienungen wird der Zugriff zum Speicher gesperrt, wobei diese Sperre durch Anlegen eines spezifischen Eingangssignals wieder aufgehoben werden kann.
Absicherung durch Benutzungszählung
Dieser Schutzmechanismus besteht darin, die Anzahl der Benutzungen eines Schlüssels durch einen Benutzungszähler zu begrenzen. Hierbei werden auch gültige Benutzungen gezählt. Ein Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß bei zu geringer festgelegter Anzahl der erlaubten Benutzungen die Karte auch durch berechtigte Benutzungen gesperrt werden kann, und daß bei zu hoher festgelegter Anzahl der Benutzungen die Karte bzw. die Schlüssel durch analytische Methoden ausgespäht werden können.
Die japanische Patentschrift 10069435 beschreibt einen derartigen Mechanismus, der die durchgeführten Operationen nach Aktivierung der Karte mittels eines Zählers zählt und bei Überschreiten des Maximalwerts die Karte sperrt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und System zum Schutz gegen das Ausspähen von geheimen Informationen vorzuschlagen, das die Nachteile der obengenannten Verfahren vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1 und 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, daß durch das automatische Zurücksetzen des Zählers auf seinen Ausgangswert beim Eintritt eines definierten Ereignisses eine zusätzliche Reinitialisierung durch eigens hierfür authorisierte Stellen entbehrlich wird. Da jedem Schlüssel ein eigner Zähler zugeordnet werden kann, können unterschiedliche Benutzungsanzahlen für jeden Schlüssel im Hinblick auf seine Funktion festgelegt werden. Da eine Chipkarte eine beliebige Anzahl von Schlüsseln für die verschiedensten Anwendungen enthalten kann, beschränkt sich die Sperrung nur auf die betreffende Anwendung.
Die Benutzung der Chipkarte wird daher nicht als ganze gesperrt. Die Ereignisse lassen sich unterschiedlichen Sicherheits- und Benutzerbedürfnissen des jeweiligen Anwendungsbereiches einfach anpassen.
Die vorliegende Erfindung wird an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit Zeichnungen näher erläutert wobei,
Fig. 1 ein Zustandsschaubild der vorliegenden Erfindung zeigt
Fig. 2 eine Tabelle mit Kombinationsmöglichkeiten zwischen Ereignissen und Schlüssel nach der vorliegenden Erfindung zeigt
Fig. 1 beschreibt in Form eines Zustandsschaubildes die vorliegende Erfindung an Hand eines Zählers zum Zählen der Benutzung eines geschützten Datenelementes bzw. einer geheimen Information, insbesondere eines Schlüssels.
Der Ausgangszustand (A) des Zählers hat einen definierten Ausgangswert (A). Dieser Wert wird bei jedem Auftreten eines definierten Ereignisses (a), z. B. das Benutzen eines Schlüssels, um einen bestimmten Wert erhöht (Zustand B des Zählers). Überschreitet der Zählerwert durch den Eintritt eines bestimmten Ereignisses (b) einen bestimmten definierten Maximalwert (Endzustand C des Zählers), wird der Zugriff auf den Schlüssel gesperrt. Die durch den Schlüssel geschützte Funktion ist nicht mehr ausführbar. Für jeden Schlüssel existiert ein definiertes Ereignis (c), das den Zähler in den Ausgangszustand (A) mit dem definierten Ausgangswert zurücksetzt.
Trifft dieses Ereignis (e) ein, solange der Endzustand (C) noch nicht erreicht ist, wird der Zähler in der Ausgangszustand automatisch zurückgesetzt. Eine weitere Ausführungsvariante kann auch darin bestehen, daß das Ereignis (d) nach der Sperrung des Zugriffs, den Zähler wieder auf seinen Ausgangswert zurücksetzt und den Zugriff auf den Schlüssel wieder freigibt. Das Ereignis kann unabhängig vom der Anzahl der Benutzungen des Schlüssels gewählt werden. So kann das Ereignis z. B. eine erfolgreiche Authentisierung mit einem anderen Schlüssel sein.
Das Ereignis kann daher durch jede definierbare Bedingung, die in der Karte intern überprüfbar und hinterlegbar ist, ausgelöst werden.
Ein Ereignis kann aber auch aus mehreren Teilereignissen bestehen, die in einer UND oder ODER oder NOT Verknüpfung bestehen. So lassen sich für jeden Schlüssel ein bestimmtes Ereignis oder eine bestimmte Anzahl von Ereignissen definieren, die den spezifischen Sicherheits- und Benutzeranforderungen einer speziellen Chipkarte gerecht werden. Auch kann das gleiche Ereignis mehreren Schlüsseln mit unterschiedlichen Wirkungen zugeordnet werden. Welche Möglichkeiten hierbei bestehen ergibt sich aus der nachfolgenden Zeichnung Fig. 2.
Fig. 2 beschreibt an Hand einer Tabelle eine Auswahl von möglichen Ausführungsbeispielen für die vorliegende Erfindung. An Hand der Ereignisse E1, E2, E3, E4 und En und den Schlüsseln S1, S2, S3 und Sn werden die gängigsten Kombinationsmöglichkeiten zwischen Ereignissen und Schlüsseln bzw. deren zugeordneten Zählern dargestellt und erläutert. Die Ereignisse E1, E2, E3, E4 und En sind den Schlüsseln S1, S2, S3 und Sn in einer festgelegten Weise zugeordnet. Ein Ereignis kann hierbei jede eindeutig definierbare Bedingung sein, die sich zum Beispiel auf die Anzahl der Benutzung des Schlüssels beziehen kann. Das Ereignis kann sich jedoch auch auf jede andere ausgewählte technische oder sonstige Bedingung beziehen. Auf jeden Fall löst der Eintritt eines Ereignisses eine Zustandsänderung eines Zählers aus. Die Zustandsänderung des Zählers kann dabei zur Folge haben, daß der Schlüssel gesperrt wird.
Das Ereignis E1 ist zum Beispiel den Schlüsseln S1 und S3 derart zugeordnet, das beim Eintreten des Ereignisses E1 jeweils die Zähler dieser Schlüssel um einen definierten Wert hochgezählt werden. Das Ereignis E2 ist den Schlüsseln S1 und S3 derart zugeordnet, daß die diesen Schlüsseln zugeordneten Zähler beim Eintreten des Ereignisses E2 auf einen Ausgangswert zurückgesetzt werden. Die Ereignisse E3 und E4 sind zum Beispiel in einer Oder-Verknüpfung dem Schlüssel S2 zugeordnet, wobei bei Vorliegen der beiden Ereignisse der Zähler für den Schlüssel S2 um einen bestimmten Wert hochgezählt wird.
Des weiteren ist das Ereignis E3 jeweils dem Schlüssel S3 und Sn derart zugeordnet, daß beim Eintreten des Ereignisses E3 der Zäh er des Schlüssels S3 auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt wird und der Zähler des Schlüssels Sn um einen bestimmten Wert hochgezählt wird.
Das Ereignis E4 ist dem Schlüssel Sn derart zugeordnet, daß beim Eintreten dieses Ereignisses der Zähler des Schlüssels auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt wird, wenn auch das Ergebnis En eingetreten ist.
Schließlich ist das Ereignis En sowohl dem Schlüssel S2 als auch dem Schlüssel Sn derart zugeordnet, daß beim Eintreten des Ereignisses En der Zähler des Schlüssels S2 auf seinen Ausgangswert zurückgesetzt wird.
Besondere Anwendungsbereiche für die vorliegende Erfindung sind unter anderem die Patientenchipkarte, Chipkartenbörse und Zugangskontrollchipkarte. Diese Karten müssen insbesondere auch gegen den berechtigten Benutzer gegen Ausspähen von geheimen Informationen geschützt werden.
Bei der elektronischen Börse besteht die Gefahr, daß der berechtigte Benutzer durch kleine Abbuchungen, z. B. 1- Pfennig Abbuchungen, die Benutzung des Schlüssels derart häufig initialisiert, daß durch analytische Abhörverfahren der Schlüssel ermitteln werden kann. Dies soll durch diese Erfindung dadurch vermieden werden, daß jede Abbuchung den Zählerstand um einen bestimmten Wert erhöht und beim Erreichen eines Maximalwertes die Karte gesperrt wird, wenn nicht vorher Ereignis eintritt, das den Zählerstand wieder auf seinen Ausgangswert zurücksetzt. Dieses Ereignis kann zum Beispiel ein Prüfverfahren der Bank sein, das zum Beispiel beim Aufladen der elektronischen Börse das Abbuchverhalten des Karteninhabers mit statistischen Erfahrungswerten der Bank vergleicht.
Ein anderer Bereich ist die Zugangskontrolle in Gebäuden. Auch hier besteht die Gefahr, daß durch häufiges Passieren der Eingangskontrolle mittels der Zugangs-Chipkarte, die Schlüssel durch analytische Methoden ermittelbar sind. Auch hierfür bietet ein Zähler mit einem definierten Maximalwert eine gewisse Kontrollmöglichkeit. Ein Zurücksetzen des Zählers kann zum Beispiel durch eine autorisierte Stelle, z. B. Pförtner, erfolgen. Auch hier kann das Zurücksetzen des Zählers an das Ereignis geknüpft sein, daß das Verhalten des Inhabers der Karte einen bestimmten Erfahrungsmittelwert entspricht.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere anwendbar für Chipkarten. Darüberhinaus kann die Erfindung aber auch in jeder elektronischen Vorrichtung eingesetzt werden, die geheime oder geheime Funktionen enthält. Zu nennen sind Auto bzw. Türschlüssel mit Sicherheitsmodul oder Uhren mit Sicherheitsmodul.

Claims (14)

1. Verfahren zum Schutz gegen analytisches Ausspähen von geheimen Informationen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Zuordnen eines Zählers zu der geheimen Information (S1-Sn) zur Feststellung der Anzahl der Benutzungen einer geheimen Information
  • b) Setzen des Zählers auf einen Ausgangswert (A)
  • c) Erhöhen des Ausgangswertes (B) des Zählers um einen definierten Wert bei jeder Benutzung (a) der geheimen Information (S1-Sn)
  • d) Zurücksetzen des Zählerwertes (B) auf den Ausgangswert (A) beim Eintreten eines definierten Ereignisses(E2, E3, E4, En)
  • e) Blockieren der Benutzung (b) der geheimen Information beim Erreichen eines definierten Maximalwertes (C).
2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt.
  • a) Entblockieren der Benutzung der geheimen Information beim Vorliegen eines definierten Ereignisses (d) und Zurücksetzen des Zählwertes auf den Ausgangswert (A).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangswert nach Schritt d) ein neuer Ausgangswert ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß Schritt c) sooft wiederholt wird, bis entweder das nach Schritt d) definierten Ereignis eingetreten ist oder der nach Schritt e) definierte Maximalwert erreicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß mehreren geheimen Informationen einem Zähler zugeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß ein Ereignis (E1-En) jede technische, wirtschaftliche oder organisatorische Bedingung sein kann, deren Vorliegen einer JA/Nein-Entscheidung zugänglich ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein Ereignis aus einem oder mehreren Teilereignissen besteht, die mit einer UND oder ODER Verknüpfung miteinander verknüpft sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Ereignis verschiedenen Zählern zugeordnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Eintreten eines Ereignisses in verschiedenen Zählern eine Erhöhung des Zählerwertes hervorruft.
10. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Eintreten eines Ereignisses in einem Zähler zur Erhöhung des Zählerwertes und in einem anderen Zähler zum Zurücksetzen des Zählerwertes auf den Anfangswert führt.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die geheime Information ein Schlüssel zur Verschlüsselung von Daten ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die geheime Information eine geheime Funktion zur Durchführung von sicherheitsrelevanten Operationen auf der Chipkarte ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüssel in einer Chipkarte abgespeichert ist.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch ihre Anordnung auf einer Chipkarte oder einem Sicherheitsmodul.
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