DE4411450C1 - Fahrzeugsicherungseinrichtung mit elektronischer Nutzungsberechtigungscodierung - Google Patents
Fahrzeugsicherungseinrichtung mit elektronischer NutzungsberechtigungscodierungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugsicherungseinrich
tung mit elektronischer Nutzungsberechtigungscodierung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei derartigen Einrichtungen
erfolgt ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen Schlüssel-
und Fahrzeugseite während Nutzungsberechtigungsprüfungen.
Fahrzeugsicherungseinrichtungen mit unidirektionaler Datenüber
tragung zur Nutzungsberechtigungsprüfung nur von der Schlüssel-
zur Fahrzeugseite sind z. B. als nach einem sogenannten Wechsel
codeverfahren arbeitende elektronische Wegfahrsperren zum
Schutz vor einer unberechtigten Fremdnutzung des Fahrzeugs be
kannt, siehe z. B. den Firmenprospekt "Diebstahlschutz für das
Auto" der Firma TEMIC TELEFUNKEN microelektronik GmbH vom
August 1993. Gegenüber früher gebräuchlichen Festcodeverfahren,
wie es beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 29 11 828
A1 beschrieben ist, ist bei derartigen Wechselcodeverfahren die
Sicherheit gegenüber einer unberechtigten Fahrzeugbenutzung
nach Abhören eines oder mehrerer Codesendeprotokolle dadurch
erhöht, daß die Codeinformation bei jedem sogenannten Authen
tikationsvorgang, d. h. bei jedem Prüfvorgang der Nutzungsbe
rechtigung, wechselt. Dieser Codewechsel läßt sich unter Bei
behaltung der vom Festcodeverfahren her bekannten unidirektio
nalen Codeinformationsübertragung nur von der Schlüssel- zur
Fahrzeugseite dadurch realisieren, daß sowohl auf der Schlüs
sel- wie auch auf der Fahrzeugseite eine geheime Basiszahlin
formation und ein Algorithmus abgelegt werden, nach welchem die
aufeinanderfolgenden Codeinformationen aus der Basiszahl ab
leitbar sind, so daß fahrzeugseitig durch jeweiligen Vergleich
der fahrzeugseitig erzeugten Codeinformation mit der schlüs
selseitig gesendeten Codeinformation die Benutzerberechtigung
geprüft werden kann. Alternativ ist es bekannt, in die Schlüs
sel- und die Fahrzeugseite nach jeder erfolgreichen Authen
tikation durch eine Zwangssynchronisation jeweils eine neue,
zufällig ausgewählte oder deterministisch festgelegte berech
tigende Codeinformation für die nächste Authentikation einzu
bringen, siehe z. B. die Offenlegungsschrift DE 32 34 539 A1 und
die Patentschrift DE 33 13 098 C1.
Sicherungssysteme mit nur unidirektionaler Datenübertragung
besitzen wie auch manche bidirektional arbeitenden Systeme
folgenden Schwachpunkt. Übergibt ein autorisierter Benutzer
seine Schlüsseleinheit zeitweise an eine andere Person, z. B.
bei einem Hotelaufenthalt zwecks Einparken, so kann sich diese
Person unter Auslesen der schlüsselseitig abgegebenen Infor
mationen und Abspeichern derselben auf einfache Weise einen
Nachschlüssel anfertigen, wonach er dem autorisierten Benutzer
die Schlüsseleinheit zurückgibt. Bevor nun der autorisierte
Benutzer das Fahrzeug selbst zum nächsten Mal benutzt, kann
sich ein anderer unbefugterweise unter Verwendung des Nach
schlüssels gegenüber dem Fahrzeug authentifizieren und es damit
anschließend unberechtigerweise benutzen. Diese Vorgehensweise,
sich unberechtigt in Fahrzeugbesitz zu bringen, läßt sich zudem
eventuell schwerer nachweisen als ein direkter Schlüsseldieb
stahl. Einem derartigen Fahrzeugdiebstahlversuch kann im Rahmen
eines Codesicherungssystems dadurch begegnet werden, daß für
die Authentikation ein bidirektionaler Datenaustausch statt
findet, bei dem eine für einen Außenstehenden unvorhersehbare
Information von der Fahrzeug- zur Schlüsselseite übertragen
wird, welche in die von der Schlüsseleinheit zurückgesendete
Authentikationsinformation eingeht.
Es sind bereits Fahrzeugsicherungssysteme der eingangs ge
nannten Art in Form sogenannter symmetrischer Verschlüsse
lungsverfahren bekannt, bei denen die Authentikation über
bidirektionalen Datenaustausch erfolgt, wobei einerseits auf
der Schlüsselseite und andererseits auf der Fahrzeugseite
jeweils ein gleichartiger, geheimer Codieralgorithmus abgelegt
ist. Dieser Algorithmus erzeugt auf eine beiden Seiten zuge
führte Eingangsinformation, z. B. einer Zufallszahlinformation,
hin eine jeweilige Codeinformation, wobei anschließend die
schlüsselseitige Codeinformation zur Fahrzeugseite gesendet und
dort mit der fahrzeugseitig erzeugten Codeinformation auf
Übereinstimmung geprüft wird. Ein Verfahren dieser Art ist in
der Offenlegungsschrift DE 32 25 754 A1 beschrieben.
Sämtliche der obigen bekannten Verfahren erfordern mithin die
Speicherung einer geheimen Information auf der Fahrzeugseite in
allen an der Authentikation beteiligten Geräteeinheiten. Dies
bedingt entsprechenden sicherheitslogistischen Aufwand zum
Einbringen derartiger geheimer Daten in Formationen beim
Fahrzeughersteller, beim Komponentenhersteller und/oder in
Werkstätten, in welchen diese geheime fahrzeugspezifische
Information in Austauschgeräteeinheiten einzubringen ist.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
einer Fahrzeugsicherungseinrichtung der eingangs genannten Art
zugrunde, die bei verhältnismäßig geringem Aufwand und einem
möglichst geringen Maß an fahrzeugseitig abgelegter geheimer
Information sowie komfortabler Bedienung einen relativ hohen
Schutz vor unberechtigter Fremdnutzung des Fahrzeugs bietet,
wobei es einem Unberechtigten insbesondere nicht möglich ist,
einfach durch Abhören und Speichern von während Authentika
tionsversuchen übertragener Information das Fahrzeug anschließend
in einfacher Weise durch erfolgreiche Authentikation unter
Benutzung der abgehörten Informationen unberechtigt zu nutzen.
Dieses Problem wird durch eine Fahrzeugsicherungseinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Fahrzeug
sicherungseinrichtung bietet bei vergleichsweise geringem Auf
wand einen verhältnismäßig hohen Schutz gegen unberechtigte
Fremdnutzung des Fahrzeugs, wobei höchstens in einer einzigen
fahrzeugseitigen Geräteeinheit eine geheime Information ge
speichert zu sein braucht, was den sicherheitslogistischen
Aufwand beim Fahrzeughersteller und in den Werkstätten und
damit verbundene Sicherheitsrisiken sehr gering hält. Das
System bietet insbesondere die Sicherheit, daß sich durch
Abhören von bei Authentikationsversuchen gesendeten Authenti
kationsinformationen keine Nachschlüssel herstellen lassen, mit
denen eine anschließende erfolgreiche Authentikation möglich
ist, da die schlüsselseitig gesendete Benutzercodeinformation
bei jedem Authentikationsversuch von einer zuvor fahrzeugseitig
gesendeten Zufallsinformation abhängt. Die sicherheitslogisti
schen Maßnahmen erhöhen sich nicht wesentlich, wenn zur Authen
tikation fahrzeugseitig eine Vielzahl von Geräteeinheiten
beteiligt ist, um eine Umgehung der Wegfahrsperre durch ein
fachen Austausch einer oder einiger weniger authentikations
beteiligter Geräteeinheiten unökonomisch zu machen. Die Code
sicherheit der Authentikation beruht auf der definitionsgemäßen
Eigenschaft einer mathematischen Einwegfunktion, daß nämlich
der Algorithmus zur Berechnung eines Einwegfunktionswertes zu
einem Urbildwert vergleichsweise einfach ist, hingegen die Ge
winnung eines zu einem gegebenen Einwegfunktionswert gehörigen
Urbildwertes nicht mit praktisch realisierbarem Rechenaufwand
innerhalb einer zur Verfügung stehenden Zeitspanne möglich ist.
Die Eigenschaft einer Funktion, eine Einwegfunktion zu sein,
hängt daher auch von der vorhandenen Rechnerkapazität ab. Beim
derzeitigen Stand der Rechnertechnologie sind derartige Einweg
funktionen z. B. in Form sogenannter Hashfunktionen bekannt, die
vor allem zur Nachrichtensicherung in der Kryptographie Ver
wendung finden, wobei als Obergrenze für den praktisch be
herrschbaren Rechenaufwand heutzutage eine Anzahl von ca. 2⁵⁰
Berechnungs- und Speichervorgängen von Hashwerten angenommen
werden kann. Aufgrund der praktischen Nichtumkehrbarkeit der
Einwegfunktion brauchen die Einwegfunktionswerte fahrzeugseitig
nicht geheim behandelt zu werden, denn selbst ein unberechtig
tes Auslesen derselben aus dem Fahrzeug würde einen Unberech
tigten nicht in die Lage versetzen, die zugehörigen Urbildwerte
aufzufinden und damit einen elektronischen Nachschlüssel anzu
fertigen. Die Sicherheit des Systems ist weiter dadurch gege
ben, daß für jeden Authentikationsversuch eine neue Urbild
wert-Codeinformation gesendet wird. Abhängig vom Ergebnis des
Vergleiches von Ist- und Soll-Berechtigungsinformation gibt die
fahrzeugseitige Authentikationseinheit eine Nutzungsfreigabe
information ab, die bei positivem Authentikationsversuch zur
Entschärfung einer zugehörigen elektronischen Wegfahrsperre und
bei negativem Authentikationsversuch zu deren bleibender Schär
fung führt, wobei die elektronische Wegfahrsperre beinhaltet,
daß nach Abziehen des Zündschlüssels wenigstens eine fahrzeug
seitige, für den Zugang zum Fahrzeug oder für den Betrieb des
Fahrzeugs relevante Geräteeinheit, z. B. eine Schließsteuerung,
ein Motorsteuergerät etc., in einer Blockierstellung gehalten
wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 realisiert in
vorteilhafter, einfacher Weise die Bereitstellung der schlüs
selseitig abgelegten Urbildwerte, indem diese Wertefolge durch
Hintereinanderausführung der Einwegfunktion gebildet wird, wo
nach sie im laufenden Schlüsselbetrieb rückwärts, d. h. vom
zuletzt bestimmten bis zum anfänglichen Urbildwert ausgelesen
wird. Fahrzeugseitig bringt dies den speichertechnischen Vor
teil, daß nicht sämtliche zu den Urbildwerten gehörige Einweg
funktionswerte abgespeichert zu werden brauchen. Vielmehr ge
nügt zur Bereitstellung der Soll-Berechtigungsinformation die
anfängliche Abspeicherung des zu dem ersten gesendeten Urbild
wert gehörigen Einwegfunktionswertes, wonach diese Speicher
information jeweils bei einer erfolgreichen Authentikation mit
derselben Schlüsseleinheit mit der für diese Authentikation ge
sendeten Urbildwertinformation überschrieben wird, da ein zuvor
gesendeter Urbildwert stets gerade der Einwegfunktionswert des
nachfolgend gesendeten Urbildwertes ist.
Mit einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 läßt sich
auf der Schlüsselseite Speicherplatz einsparen, indem nicht
sämtliche über die Lebensdauer der Schlüsseleinheit benötigte
Urbildwerte, sondern lediglich Stützstellen in ausgewählten Ab
ständen der gesamten Urbildwertfolge sowie ein jeweils aktuel
ler Wertebereich zwischen zwei Stützstellen abgespeichert ge
halten sind. Mit Hilfe des auch auf der Schlüsselseite abgeleg
ten Einwegfunktionsalgorithmus läßt sich immer dann, wenn ein
aktueller Bereich bis auf einen vorgebbaren Rest verbraucht
ist, von der nächsten Stützstelle aus ein neuer aktueller Be
reich durch rekursive Anwendung der Einwegfunktion generieren
und abspeichern.
Durch eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 ist
fahrzeugseitig ein sogenannter Fangbereich gebildet, der es in
einem vorgebbaren Umfang ermöglicht, die Fahrzeugseite wieder
mit der Schlüsselseite zu synchronisieren, wenn die Synchroni
sation aufgrund einer oder mehrerer Sendeaktivitäten auf der
Schlüsselseite, denen keine fahrzeugseitige Empfangsaktivität
gegenüberstand, verlorengegangen ist. Entspricht der Einweg
funktionswert eines empfangenen Urbildwertes als Ist-Berechti
gungsinformation nicht der momentanen fahrzeugseitigen Soll-
Berechtigungsinformation, so wird durch den Fangbereich für
eine vorgegebene maximale Anzahl von Wiederholungen das Durch
laufen einer rekursiven Einwegfunktionsbildung zugelassen, wo
bei der jeweils aus der bisherigen Ist-Berechtigungsinformation
erzeugte Einwegfunktionswert als neue Ist-Berechtigungsinforma
tion dient. Wenn mit einer derart neu bestimmten Ist-Berechti
gungsinformation innerhalb des Fangbereichs Übereinstimmung mit
der fahrzeugseitig gespeicherten Soll-Berechtigungsinformation
erkannt wird, wird dies als positiver Authentikationsversuch
gewertet, und demgemäß wird dann die Wegfahrsperre aufgehoben
sowie die gesendete Urbildwertinformation als neue Soll-Berech
tigungsinformation für den nächsten Authentikationsversuch mit
diesem Schlüssel abgespeichert. Wird der Fangbereich so groß
gewählt wie die Mächtigkeit einer insgesamt möglichen Urbild
wertsequenz in der Schlüsseleinheit, so ermöglicht dies zudem
ein vorteilhaft einfaches Einbinden eines berechtigenden Er
satzschlüssels bei gleichzeitigem automatischem Ungültigwerden
des ersetzten Schlüssels. Dazu kann der Ersatzschlüssel bevor
zugt durch eine Weiterbildung nach Anspruch 5 initialisiert
werden, wofür lediglich die Abspeicherung eines einzigen gehei
men Startwertes zur Einwegfunktionswertbildung für die Initia
lisierung des ersten und aller weiteren, den vorigen bei Bedarf
sukzessive ersetzenden Schlüssel in einer Schlüsselzentrale
nötig ist.
Als Einwegfunktion ist gemäß Anspruch 6 eine der aus der
Kryptographie bekannten Hash-Funktionen, speziell der RIPEMD-
Algorithmus, verwendbar, wofür nach dem heutigen Stand der
kryptographischen Wissenschaft die geforderte Einwegfunktions
eigenschaft angenommen werden kann.
In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 7 sind mehrere
fahrzeugseitige Geräteeinheiten parallel in die Authentikation
einbezogen, wofür sie günstigerweise über einen gemeinsamen
Datenbus verbunden sein können. Diese dezentrale Verteilung der
Authentikation, die sich über alle fahrzeugrelevanten Geräte
einheiten erstrecken kann, erschwert wesentlich eine Umgehung
der Wegfahrsperre durch mechanische Manipulationen in Form
eines Geräteaustauschs, da dann alle diese von der Authentika
tion und der Wegfahrsperre betroffenen Geräteeinheiten ausge
tauscht werden müßten, um das Fahrzeug für einen Unberechtigten
nutzbar zu machen, der nicht über die Möglichkeit einer erfolg
reichen Authentikation verfügt. Die einbezogenen Geräteeinhei
ten, insbesondere Steuergeräte der Fahrzeugelektronik, können
dabei so ausgewählt sein, daß deren Austausch einen im Verhält
nis zum gewonnenen Nutzen unverhältnismäßig hohen Aufwand be
deutet und daher uninteressant wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 ist
jedenfalls die Schließsteuerung des Fahrzeugs in die Authenti
kation einbezogen, so daß sich das Fahrzeug ohne berechtigte
Authentikation nicht nur nicht starten, sondern auch nicht ohne
gewaltsame Manipulation öffnen läßt. Sind weitere Geräteein
heiten beteiligt, können diese beispielsweise durch einen
Datenbus untereinander und mit der Schließsteuerung verbunden
sein, wobei dann ein einziger fahrzeugseitiger Empfänger für
die schlüsselseitig gesendeten Daten ausreicht, der beispiels
weise der Schließsteuerung zugeordnet sein kann.
Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 hat den Vor
teil, daß durch die anfängliche Identifizierungsprüfung bezüg
lich des Fahrzeugs und des Schlüssels erst einmal festgestellt
wird, ob legitimierte Hardware-Einheiten miteinander in Verbin
dung stehen, bevor der eigentliche Authentikationsvorgang
durchgeführt wird. So läßt sich die unnötige Aktivierung von
Authentikationsoperationen, die wegen unrichtiger Schlüssel-
Fahrzeug-Kombination nicht zum Erfolg führen können, vermeiden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 10 erlaubt die
Verwendung eines Schlüsselsatzes mit mehreren Schlüsseln für
das Fahrzeug in schaltungstechnisch vorteilhafter Weise und
unter Beibehaltung des Einwegfunktions-Codieralgorithmus.
Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 11 hat den Vor
teil, daß die Funktionen, die nicht direkt mit dem eigentlichen
Authentikationsvorgang zu tun haben, fahrzeugseitig zentral nur
in einer Geräteeinheit, z. B. einem Schließsteuergerät, vorge
sehen werden, während die authentisierenden Funktionen zwecks
hohem Wegfahrsperrschutz in jedem Steuergerät angeordnet sind.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 12 wird eine besonders vorteil
hafte Ausgestaltung der Codeverknüpfung von Urbildwert-Infor
mation und Zufallsinformation realisiert, die bei verhältnis
mäßig geringem Codieraufwand einen hohen Mißbrauchsschutz
bietet. Die Verwendung der Zufallsinformation stellt sicher,
daß eine alte, eventuell abgehörte Benutzercodeinformation
nicht mehr zu einer erneuten erfolgreichen Authentikation
führen kann. Durch die Verwendung des laufenden Zählerwertes
wird sichergestellt, daß sich der Hashfunktionswert, mit dem
der jeweilige Urbildwert XOR-verknüpft wird, sich auch dann
nicht wiederholt, wenn die Zufallsinformation von einem Un
berechtigten wiederholt würde. Die Verwendung einer einzigen,
in nur einer fahrzeugseitigen Geräteeinheit abgelegten geheimen
Information erscheint vom Gesichtspunkt der Sicherheitslogistik
noch akzeptabel und bewirkt, daß ein Außenstehender den mit dem
Urbildwert XOR-verknüpften Hashfunktionswert ohne Besitz der
Schlüsseleinheit nicht berechnen kann, wobei selbstverständlich
das Auslesen der geheimen Information, z. B. aus einem EEPROM
der Schlüssel- oder Geräteeinheit, nicht mit vertretbarem Auf
wand möglich sein darf. Damit stellt dieser Verknüpfungsalgo
rithmus einen zuverlässigen Codeschutz bei vergleichsweise
geringem Rechenaufwand und Speicherplatzbedarf bereit.
Der in Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 13 gewählte
Algorithmus zur Zufallszahlerzeugung gewährleistet die Unvor
hersagbarkeit der jeweils nächsten Zufallszahl für einen Außen
stehenden, da sich die Eingabewerte für die Hashfunktion bei
der Zufallszahlerzeugung nicht vorhersagbar wiederholen. Ins
gesamt ergibt sich bei einer Realisierung der Fahrzeugsiche
rungseinrichtung, insbesondere bei Ausgestaltung nach Anspruch
13, daß eine unbefugte Authentikation durch Manipulationen auf
der Übertragungsstrecke zwischen Schlüssel- und Fahrzeugseite
weder durch Fälschen von gesendeten Authentikationsinformatio
nen noch durch Einspielen früherer, abgehörter Authentikations
informationen mit einer signifikanten Wahrscheinlichkeit zum
Erfolg führen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich
nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm einer Fahr
zeugsicherungseinrichtung mit elektronischer Nutzungs
berechtigungsprüfung mittels bidirektionalem Codeaus
tausch.
Die Fahrzeugsicherungseinrichtung beinhaltet benutzerseitig
mehrere, z. B. acht, elektronische Schlüssel (1), von denen
stellvertretend einer gezeigt ist, sowie fahrzeugseitig eine
Mehrzahl von in die Nutzungssicherung einbezogenen Geräteein
heiten (2), von denen eine eine Schließsteuerung ist, deren
Aufbau stellvertretend für die übrigen Geräteeinheiten in der
Figur dargestellt ist, während die übrigen Geräteeinheiten die
sonstigen Steuergeräte der fahrzeugelektrischen Anlage sind.
Dabei ist der in der Figur auf der Fahrzeugseite links von der
rechten punktierten Trennlinie dargestellte Schaltungsteil (2′)
nur in der Schließsteuerung vorhanden, während der rechts von
dieser Trennlinie befindliche Schaltungsteil (2") für alle ein
bezogenen Geräteeinheiten in identischer Form vorhanden ist.
Sämtliche in die Sicherung einbezogenen Geräteeinheiten (2)
kommunizieren in nicht gezeigter Weise über einen CAN-Bus,
alternativ über eine andere Datenaustauschverbindung im Fahr
zeug, untereinander sowie mit dem nur in der Schließsteuerung
vorhandenen empfangsseitigen Schaltungsteil (2′). Schlüssel-
und Geräteeinheiten (1, 2) sind dabei jeweils mit einem Pro
zessorchip bestückt, in denen die in der Figur jeweils in
Blockform illustrierten und nachfolgend beschriebenen Funk
tionseinheiten weitgehend softwaremäßig implementiert sind.
Die Schlüsseleinheiten (1) besitzen jeweils einen Sender (5),
mit dem schlüsselseitige Daten codiert über eine Infrarot
strecke (9) zur Fahrzeugseite gesendet werden können, wo sie
von einem Empfänger (10) im Eingangsschaltungsteil (2′) der
Schließsteuerung (2) empfangen und anschließend decodiert
werden können, sowie einen Empfänger (26) zum Empfangen einer
Zufallsinformation (RND), die von einem Sender (25) in der
Schließsteuerung abgegeben werden kann. Jede Schlüsseleinheit
(1) besitzt des weiteren eine Einheit (7) zur rekursiven Erzeu
gung von Einwegfunktionswerten einer z. B. in der Kryptographie
verwendeten Hashfunktion (H), wobei hier speziell als Hash-
Einwegfunktion die aus "Ripe Integrity Primitives, Final report
of RACE Integrity Primitives Evaluation (R1040) (June 1992),
Part 111 Recommended Integrity Primitives, Chapter 3 RIPEMD, S.
67-109" bekannte RIPEMD-Funktion verwendet ist. Eine Einweg
funktion ist hierbei als eine mathematische Funktion definiert,
für die der Funktionswert eines gegebenen Urbildes aus ihrem
Definitionsbereich eindeutig und vergleichsweise einfach be
stimmbar ist, während es selbst mit in der Praxis maximal zur
Verfügung stehendem Rechenaufwand nicht möglich ist, zu einem
gegebenen Einwegfunktionswert einen Urbildwert zu finden. Die
Bitlänge eines RIPEMD-Funktionswertes beträgt 16 Byte, wobei es
für den vorliegenden Zweck der Fahrzeugsicherung ausreicht, den
16-Byte-Wert durch einen geeigneten Algorithmus in einen ver
kürzten 8-Byte-Wert zu transformieren, um Speicherplatz ein
zusparen. Mit dieser Hashfunktionswert-Erzeugungseinheit (7)
werden durch wiederholtes Anwenden der Hashfunktion beginnend
mit einem Startwert (m₀) eine Anzahl n von Werten erzeugt und
als Urbildwerte in einem Urbildwertspeicher (3) abgelegt, der
über einen Zeigerzähler (21) rückwärts, d. h. beginnend mit dem
letzten Wert (mn-1) der Urbildwertsequenz (m₀, . . . , mn-1)
sukzessive in eine Codierstufe (4) auslesbar ist. Die Anzahl n
bestimmt die Anzahl der durch die Schlüsseleinheit (1) während
ihrer Lebensdauer maximal auslösbaren Authentikationsversuche
und ist entsprechend zu wählen, z. B. n=100 000 für ca. 20
Schlüsselbetätigungen täglich bei ca. 10 Jahren Schlüssel
lebensdauer. Der Codierstufe (4) ist außerdem eine in einem
Speicher (27) abgelegte geheime Information (g) sowie die
empfangene Zufallsinformation (RND) und ein laufender Zählwert
(i′) des Zählers (21) zuführbar. Sie verknüpft diese Eingangs
informationen mittels XOR-Verknüpfungen und einer Hash-Funk
tionswertbildung gemäß der Beziehung
m = mi XOR H(RND XOR g XOR i′)
zu einer codierten Urbildwertinformation (m).
Zur Abspeicherung von Hardware-Identifikationsdaten, die eine
fahrzeugspezifische sowie eine schlüsselspezifische Information
umfassen, weist jede Schlüsseleinheit (1) einen Identifika
tionsdatenspeicher (8) auf, dessen Daten die Schlüsseleinheit
(1) mit der jeweils aus der Codierstufe (4) kommenden codierten
Urbildwertinformation (m) zu der als Nachricht zu sendenden Be
nutzercodeinformation (M) verknüpft. Zur Einleitung einer
Authentikation ist eine Benutzertaste (6) vorgesehen, deren
Startsignal (SST) zur fahrzeugseitigen Schließsteuerung (2)
gesendet werden kann.
Fahrzeugseitig beinhaltet der informationseingangsseitige
Schaltungsteil (2′) der Schließsteuerung (2) einen Identifi
kationsdatenspeicher (11), einen Identifikationsdatenverglei
cher (12) sowie eine Gatterfunktion (13). Der Komparator (12)
vergleicht die in diesem Schließsteuergerät-Schaltungsteil (2′)
aus der empfangenen Benutzercodeinformation (M) extrahierte
Identifikationsdateninformation (IDS) mit der in dem fahrzeug
seitigen Identifikationsdatenspeicher (11) abgelegten Iden
tifikationsdateninformation (IDK) und beaufschlagt mit seinem
Ausgangssignal einen Steuereingang des Gatters (13), dessen
anderer Eingang vom Benutzercodeinformationssignal (M) beauf
schlagt wird. Wahlweise kann an die Schließsteuerung (2) eine
Diagnoseschnittstelle (19) angeschlossen werden, wie in der
Figur punktiert angedeutet ist.
Weiter beinhaltet dieser Schließsteuerungs-Schaltungsteil (2′)
einen Speicher (23), in dem die geheime Information (g) fahr
zeugseitig abgelegt ist, eine Decodierstufe (22), eine Zufalls
informationserzeugungsstufe (24), einen Zufallsinformations
speicher (28) und eine Gatterstufe (29) zum Durchlassen des
Startsignals (SST) an die zufallsinformationserzeugende Einheit
(24). Die Decodierung erfolgt dabei passend zur Codierung in
der Schlüsseleinheit (1) gemäß der Beziehung
m′′ = m XOR H(RND XOR g XOR i′),
und die zufallsinformationserzeugende Einheit (24) erzeugt aus
einer bisherigen Zufallsinformation (RNDa), der geheimen Infor
mation (g) und einem bei einer vorangegangenen Authentikation
gesendeten Urbildwert (mi+1) durch XOR-Verknüpfungen und
Hash-Funktionswertbildung eine neue Zufallsinformation (RNDn)
gemäß der Beziehung
RNDn = H(RNDa XOR g XOR mi+1).
Der rechts von der rechten punktierten Trennlinie in der Figur
gezeigte Schließsteuerungs-Schaltungsteil (2′′) , der auch in
allen anderen, in das Fahrzeugsicherungssystem einbezogenen
Geräteeinheiten (2) in identischer Form vorhanden ist, beinhal
tet, wiederum softwarerealisiert, eine Einheit (14) zur Hash-
Funktionswertberechnung sowie eine Gatterfunktion (15), denen
beiden die jeweils in der Benutzercodeinformation (M) enthal
tene Urbildwertinformation (mi) zuführbar ist. Der Ausgang die
ses Gatters (15) ist mit einem Soll-Berechtigungsinformations
speicher (16) mit einer der Anzahl von Schlüsseleinheiten (1)
entsprechenden Speicherstellenanzahl verbunden, wobei die ein
zelnen Speicherstellen abhängig von der erkannten Schlüssel
identität (IDj), d. h. der Schlüsselnummer, ansprechbar sind.
Der Ausgang dieses Speichers (16) wiederum ist mit einem Ein
gang eines Komparatorblocks (17) verbunden, dem über einen wei
teren Eingang das Ausgangssignal (m′) der Hash-Funktionswerter
zeugungseinheit (14) zuführbar ist. Dieses Ausgangssignal (m′)
ist außerdem einem weiteren Gatterblock (18) zugeführt, dessen
Steuereingang von einem Nichtübereinstimmungssignal (NU) des
Komparators (17) beaufschlagt wird. Bei erkannter Übereinstim
mung erzeugt hingegen der Komparator (17) ein Nutzungsfreigabe
signal (SF) zum Aufheben eines die Software-Betriebsbereit
schaft der betreffenden Geräteeinheit (2) blockierenden Zustan
des, der Teil einer alle diese Geräteeinheiten blockiert hal
tenden elektronischen Wegfahrsperre ist. Das Nutzungsfreigabe
signal (SF), das eine erfolgreiche Authentikation, d. h. Nut
zungsberechtigungsprüfung, repräsentiert, verläßt dabei nicht
die zugehörige Geräteeinheit und vorzugsweise nicht einmal den
Chipbereich, was eine hohe Sicherheit gegen unbefugte Fremdein
speisung der Nutzungsfreigabeinformation bietet, und ist außer
dem als Steuersignal dem mit der gesendeten Urbildwertinforma
tion (mi) beaufschlagten Gatterblock (15) zugeführt, um ein Ab
speichern dieser Information als neue Soll-Berechtigungsinfor
mation zu ermöglichen. Zur Durchführung von Sonderfunktionen
über die ggf. an die Schließsteuerung angeschlossene Diagnose
schnittstelle (19) oder eine Schlüsseleinheit (1) ist bei Be
darf ein zusätzlicher Sonderfunktions-Sollberechtigungsinfor
mationsspeicher (20) parallel zu dem normalen Soll-Berechti
gungsinformationsspeicher (16) vorgesehen, wie in der Figur
gestrichelt angedeutet.
Wie oben erwähnt, sind alle in den Authentikationsvorgang ein
bezogenen Geräteeinheiten (2) gleichzeitig auch in eine elek
tronische Wegfahrsperre einbezogen, die durch Abstellen der
Zündung jeweils geschärft wird und durch einen nachfolgenden
erfolgreichen Authentikationsvorgang wieder entschärfbar ist.
Da in allen diesen Geräteeinheiten (2) dieselben Authentika
tionsoperationen durchgeführt werden, werden alle diese Ein
heiten (2) bei einer berechtigten Nutzungsanforderung gleich
zeitig wieder betriebsbereit, während bei einer unberechtigten
Nutzungsanforderung wenigstens eine gesperrt bleibt. Die Ver
teilung des Authentikationsvorgangs auf alle diese Fahrzeug
geräteeinheiten und die korrespondierende Sperrung derselben
hat den Vorteil, daß sich das Fahrzeug nicht durch einfachen
Austausch einer oder einiger weniger Geräteeinheiten unter
Umgehung der Authentikationsnotwendigkeit weiterbenutzen läßt.
Vielmehr müßten alle diese Geräteeinheiten ausgetauscht werden,
was mit so hohem Kostenaufwand verbunden ist, daß ein derarti
ger Versuch einer unberechtigten Fremdnutzung uninteressant
ist.
Nachfolgend wird im Detail auf die Funktionsweise der wie oben
beschrieben aufgebauten Fahrzeugsicherungseinrichtung einge
gangen.
Der Gesamtablauf beginnt zunächst vor der Fahrzeuginbetrieb
nahme mit den nötigen Initialisierungsvorgängen beim Schlüssel
hersteller bzw. einer für diesen Zweck eingerichteten Schlüs
selzentrale (SH). Dort wird zunächst für jeden Schlüssel indi
viduell ein geheimer Zufallswert (r₀) erzeugt. Aus diesem wird
dann durch mehrfaches, z. B. 400 000faches, aufeinanderfolgendes
Anwenden der Hashfunktion der geheime Urbildstartwert (m₀) be
rechnet und in die jeweilige Schlüsseleinheit (1) in den Ur
bildwertspeicher (3) eingebracht. Die zunächst nicht verwende
ten Hashfunktionswerte zwischen dem geheimen Anfangszufallswert
(r₀) und dem Urbildstartwert (m₀) können als Hilfsmittel für
einen weiter unten beschriebenen Schlüsselersatz dienen, wozu
der zugehörige Anfangszufallswert (r₀) in einem geschützten
Speicher der Schlüsselzentrale (SH) aufbewahrt wird. Neben dem
Urbildstartwert (m₀) werden bei der Produktion der Schlüssel
einheit (1) auch die Identifikationsdaten (IDS) in den zuge
hörigen Speicher (8) eingebracht, wobei diese Daten neben fahr
zeugspezifischen Daten auch eine Schlüsselnummer enthalten,
welche die für ein Fahrzeug gleichzeitig gültigen Schlüsselein
heiten voneinander unterscheidet. Bis auf die Schlüsselnummer
sind die Identifikationsdaten der für ein Fahrzeug gleichzeitig
gültigen Schlüsseleinheiten (1) gleich und bilden folglich eine
Art Schlüsselsatznummer. Parallel werden die identischen Iden
tifikationsdaten von der Schlüsselzentrale (SH) zum Einspei
chern in den zugehörigen Speicher (11) der Schließsteuerung zur
Verfügung gestellt. Weiter werden in der Schlüsselzentrale (SH)
bei der Initialisierung ausgehend von dem Urbildstartwert (m₀)
die nächsten n rekursiven Hash-Funktionswerte (HJ(m₀); J=1,
. . ., n-1) vorausberechnet und der erhaltene Endwert (mn) als
schlüsselspezifischer Soll-Berechtigungsinformationsstartwert
zur fahrzeugseitigen Initialisierung der zugehörigen Speicher
stelle der jeweiligen Soll-Berechtigungsinformationsspeicher
(16) zusammen mit den Identifikationsdaten an den Fahrzeugher
steller übergeben. Außerdem wird bei der Schlüsselproduktion
noch die fahrzeugspezifische geheime Information (g) auslese
sicher eingespeist und selbige auch dem Fahrzeughersteller (FH)
zum Eingeben in das Schließsteuergerät (2) zur Verfügung
gestellt.
Mit den von der Schlüsselzentrale (SH) erhaltenen Initialisie
rungsdaten erfolgt die fahrzeugseitige Initialisierung durch
den Fahrzeughersteller weiter durch Einbringen eines fahrzeug
spezifischen Hash-Funktionswertes, der zu einer ebenfalls in
der Schlüsselzentrale (SH) erzeugten Hash-Funktionswertfolge
gehört, in den Sonder-Hashfunktionswertspeicher (20), und zwar
je nach Sicherheitsanforderung zum Abschluß der Produktion beim
Fahrzeughersteller oder beim Geräteeinbau am Band bzw. in der
Werkstatt. Zur Initialisierung der Soll-Berechtigungsinforma
tionsspeicher (16) wird im Verlauf der Produktion jede einer
bestimmten Schlüsseleinheit (1) zugeordnete Speicherstelle die
ser Speicher (16) aller beteiligten Geräteeinheiten (2) mit dem
von der Schlüsselzentrale (SH) hierfür schlüsselspezifisch zur
Verfügung gestellten Startwert (mn) geladen. Hierzu muß sich
die Bedienperson über die Diagnoseschnittstelle (19) und den
fahrzeugspezifisch im Sonderfunktionsspeicher (20) abgelegten
Hash-Funktionswert authorisieren, bevor sie die Anfangsinitia
lisierung durch Überschreiben des Anfangswertes null mit dem
schlüsselspezifischen Soll-Berechtigungsinformationsanfangswert
(mn) vornehmen kann, wobei die Speicherstellen der Soll-Berech
tigungsinformationsspeicher (16) gegen normales Überschreiben
geschützt werden, solange sie den Wert null beinhalten. Der
Sonderfunktionsspeicher (20) dient dabei als Transportschutz
für die Geräteeinheiten, kann jedoch je nach Bedarf die Ausfüh
rung weiterer Sonderfunktionen ermöglichen. Sichergestellt wer
den muß bei dieser Geräteinitialisierung, daß die Nullwerte
aller Speicherstellen für die verschiedenen Schlüssel eines
Satzes überschrieben werden, um eine spätere unberechtigte
Fremdinitialisierung zu verhindern. Alternativ ist es möglich,
den Soll-Berechtigungsinformationsstartwert (mn) mit einer
ersten Schlüsselbetätigung auf die Fahrzeugseite zur Initiali
sierung zu übergeben. Im Fall eines Reparaturaustauschs einer
beteiligten Geräteeinheit (2) kann zudem vorgesehen sein, die
neu eingesetzte Einheit über den CAN-Bus mit den Startwerten,
die in den anderen Einheiten vorliegen, zu initialisieren, was
automatisch das Überschreiben sämtlicher Startwerte null
sicherstellt. Zur Unterscheidung, ob die einer Geräteeinheit
(2) zugeführte Information (M) eine normale Authentikation oder
eine Sonderfunktionsoperation beinhaltet, enthält die zuge
führte Information (M) neben den Identifikationsdaten, die ca.
8 Byte umfassen, und der auf 8 Byte verkürzten Urbildwertinfor
mation zusätzlich einen Funktionscode, für den eine Datenlänge
von 1 Byte ausreichend ist.
Nach erfolgter Initialisierung generiert jede Schlüsseleinheit
(1) mit dem erstmaligen Anschließen an die Energieversorgung
über ihre Hashfunktionswert-Erzeugungseinheit (7) aus dem ab
gelegten Startwert (m₀) die übrigen n-1 Werte durch (n-1)malige,
wiederholte Anwendung der Hashfunktion auf den jeweils
zuvor erhaltenen Funktionswert und speichert die erhaltene
Wertefolge als Urbildwertefolge im entsprechenden Speicher (3)
zum sukzessiven Rückwärtsauslesen ab, wobei der zugehörige
Zähler (21) anfangs auf den Wert n-1 gesetzt ist und sich bei
jeder Betätigung der Aktivierungstaste (6) um eins verringert.
Da die Speicherung dieser beispielsweise 100 000 16-Byte-Werte
entsprechenden Speicherbedarf erfordert, ist folgendes, spei
cherplatzsparendes Alternativvorgehen möglich. Es werden aus
gewählte Werte der erzeugten Hash-Funktionswertfolge (m₀ bis
mm-1), z. B. nur jeder hundertste Wert, im Speicher (3) als
Stützstellen fest abgespeichert. Zusätzlich wird jeweils ein
aktuell anstehender Abschnitt der Wertesequenz (m₀ bis mn-1)
zwischen zwei Stützstellen, der z. B. aus jeweils 100 Werten
besteht, im Speicher (3) abgelegt, so daß auf diese Weise zu
jedem Zeitpunkt nur 1100 8-Byte-Werte im Speicher (3) gehalten
werden müssen. Sobald durch laufende Schlüsselbenutzung das
Ende eines aktuellen Wertefolgenabschnitts erreicht ist, wird
mit der nächsten Stützstelle als Eingangsinformation die Hash-
Funktionswertbildung (7) zur Erzeugung des nächstfolgenden
Wertefolgenabschnitts zwischen zwei Stützstellen aktiviert,
woraufhin der verbrauchte Wertefolgenabschnitt durch den neu
berechneten überschrieben wird. Dabei ist vom Gesichtspunkt ge
ringen Speicherbedarfs eine gleichgroße Speicheraufteilung für
die Stützstellen und den Bereich zwischen zwei Stützstellen
noch besser, wobei dann jeder Speicherteil eine ca. der Wurzel
aus der Mächtigkeit (n) der gesamten Wertefolge (m₀ bis mn-1)
entsprechende Speicherstellenanzahl beinhaltet. Für den Fall
geringstmöglicher Speicherbeanspruchung ist es als weitere
Alternative möglich, nur den Anfangswert (m₀) abgespeichert zu
halten und nach jeder Schlüsselaktivierung ausgehend von diesem
Startwert (m₀) erneut eine wiederholte Hashfunktionswertbildung
durchzuführen und diese Bildung sukzessive jeweils einmal weni
ger zu wiederholen sowie den jeweiligen Endwert dann direkt in
den Zwischenspeicher (4) zu geben. Beliebige andere Aufteilun
gen sind gleichfalls möglich, z. B. logarithmische Stützstellen
wahl.
Damit sind die vorbereitenden Operationen für die Aufnahme des
normalen Authentikationsbetriebs mit der Fahrzeugsicherungsein
richtung abgeschlossen. Nachfolgend wird ein derartiger Authen
tikationsversuch, mit der sich ein Benutzer gegenüber dem Fahr
zeug als nutzungsberechtigt auszuweisen und dadurch das Öffnen
des Fahrzeugs sowie das Aufheben der beim Abstellen des Fahr
zeugs geschärften Wegfahrsperre zu erreichen versucht, erläu
tert. Ein solcher Authentikationsvorgang wird durch Betätigen
der Starttaste (6) einer Schlüsseleinheit (1) eingeleitet,
wobei das damit erzeugte Startsignal (SST) zusammen mit den
Identifikationsdaten (IDS) und dem Funktionscode für normale
Authentikation über den Sender (5) und die Übertragungsstrecke
(9) zum Empfänger (10) der Schließsteuerung (2) übertragen
wird. Deren empfangsseitiger Teil (2′) erkennt anhand des
Funktionscodes einen Authentikationsversuch, prüft mit dem
Identifikationsdatenvergleicher (12), ob passende Hardware-
Einheiten miteinander in Verbindung stehen und gibt bei
positivem Vergleich die Gatterfunktion (29) zum Durchlassen des
Startsignals (SST) an die zufallsinformationserzeugende Einheit
(24) frei. Mit dem Absenden der Startinformation (SST) wird in
der Schlüsseleinheit (1) ein Zeitgeber zum Warten auf Empfang
einer Antwort-Zufallsinformation (RND) gesetzt, bei dessen Ab
lauf der Vorgang abgebrochen und keine Antwortnachricht mehr
akzeptiert wird. Die zufallsinformationserzeugende Einheit (24)
wird durch das ankommende Startsignal (SST) aktiviert, liest
daraufhin aus dem Speicher (23) die geheime Information (g),
aus dem Speicher (28) die letzte Zufallsinformation (RNDa) und
aus dem Soll-Berechtigungsinformationsspeicher (16) den schlüs
seleinheitsspezifischen, bei einer letzten erfolgreichen
Authentikation gesendeten Urbildwert (mi+1) ein und erzeugt
daraus nach der oben angegebenen Beziehung die neue Zufalls
information (RNDn). Der neue Wert wird anschließend im Zufalls
informationsspeicher (28) abgelegt und von dort an den fahr
zeugseitigen Sender (25) übertragen, von wo er über die Infra
rotübertragungsstrecke (9) zur Schlüsselseite (1) gelangt, wo
sie vom Empfänger (26) aufgenommen und der Codiereinheit (4)
zugeführt wird. Mit dem Senden der Zufallsinformation (RND)
wird wiederum eine Identifikationsdateninformation (IDK) mit
gesendet und ein Zeitgeber zur Feststellung des Empfangs einer
Antwortnachricht gesetzt. Dieser Zeitgeber dient dem Schutz vor
einem denkbaren Manipulationsversuch mit abgehörten Daten durch
einen manipulierten, verzögerten Startbefehl.
Nach Empfang der Zufallsinformation (RND) werden schlüssel
seitig der Zeitgeber sowie die empfangenen Identifikationsdaten
überprüft, und bei Fehlerfreiheit erzeugt die Codierstufe (4)
die codierte Urbildwertinformation (m), wozu ihr zusätzlich der
neue Zählerwert (i′) und der nächste Urbildwert (mi) zugeführt
werden. Diese codierte Information (m) wird zusammen mit dem
auf Fortsetzung der normalen Authentikation gesetzten Funk
tionscode, den Identifikationsdaten (IDS) und dem nicht codier
ten Zählerwert (i′) als Benutzercodeinformation (M) über den
Sender (5) abgegeben.
Nach Empfang der Benutzercodeinformation (M) durch den Emp
fänger (10) wird in der Schließsteuerung (2) zunächst die
Identifikationsdateninformation (IDS) aus der Benutzercodein
formation (M) extrahiert und mit den fahrzeugseitigen Identi
fikationsdaten (IDK) verglichen. Liegt die dadurch geprüfte,
geforderte Hardware-Identität eines für das Fahrzeug bestimmten
Schlüssels (1) nicht vor, so wird mit einer entsprechenden
Steuerinformation an den Gatterfunktionsblock (13) die Weiter
leitung der Benutzercodeinformation (M) auf den CAN-Bus und von
dort an die weiteren Steuergeräteeinheiten verhindert, und der
Authentikationsvorgang wird abgebrochen, ohne das Fahrzeug zu
entriegeln oder die Wegfahrsperre aufzuheben. Andernfalls wird
anschließend die Funktionscodeinformation daraufhin abgefragt,
ob die Fortsetzung eines normalen Authentikationsvorgang inner
halb der gesetzten Zeitspanne vorliegt.
Nur wenn dies der Fall ist, werden der nicht codierte Zähler
wert (i′) und die codierte Urbildwertinformation (m) aus der
Benutzercodeinformation (M) entnommen und der Decodierstufe
(22) zugeführt. Diese bestimmt unter zusätzlicher Zuführung der
geheimen Information (g) und der aktuellen Zufallsinformation
(RND) mit der oben angegebenen Decodierbeziehung die in der
empfangenen Benutzercodeinformation (M) enthaltene Urbildwert
information (m′′) und gibt diese über den CAN-Bus an alle
beteiligten Steuergeräte (2) und dort jeweils zur Hash-Funk
tionswerterzeugungseinheit (14) und zu dem Gatter (15) weiter.
Es verseht sich, daß bei korrektem Authentikationsvorgang diese
decodierte Urbildwertinformation (m′′) der in die Codierstufe
(4) eingespeisten (mi) entspricht. Die Hash-Funktionswerter
zeugungseinheit (14) berechnet den zum zugeführten Urbildwert
(m′′) gehörigen Hash-Funktionswert (m′) und leitet diesen als
Ist-Berechtigungsinformation (m′) an den Komparator (17) sowie
an das zweite Gatter (18) weiter. Zwischenzeitlich wird anhand
der in der Benutzercodeinformation (M) enthaltenen Identifika
tionsdaten (IDS) die zugehörige Schlüsselnummer (IDj) ermittelt
und der in der zugehörigen Speicherstelle des Soll-Berechti
gungsinformationsspeichers (16) gespeicherte Wert (mi+1) an den
anderen Eingang des Komparators (17) ausgelesen, wobei dieser
Wert (mi+1) der dem Steuergerät (2) bei der letztmalig mit die
ser Schlüsseleinheit (1) erfolgreich durchgeführten Authentika
tion zugeführten Urbildwertinformation entspricht. Stellt der
Komparator (17) Übereinstimmung von Ist- und Soll-Berechti
gungsinformation fest (m′=H(m′′)=H(mi)=mi+1), so erzeugt er das
Nutzungsfreigabesignal (SF), das zum einen als an das Gatter
(15) rückgeführtes Steuersignal das Überschreiben der betref
fenden Speicherstelle durch den bei dieser Authentikation zuge
führten Urbildwert (mi) auslöst und zum anderen zusammen mit
der simultan in den anderen beteiligten Steuergeräten erzeugten
Nutzungsfreigabeinformation die gesamte Aufhebung der elektro
nischen Wegfahrsperre bewirkt, indem alle Steuergeräte wieder
in ihren betriebsbereiten Zustand gebracht werden. Wenn in
einigen Geräteeinheiten Speicherplatz eingespart werden soll,
kann vorgesehen werden, in diesen nur einen Teil, z. B. 2 Byte,
der gesamten Soll-Berechtigungsinformation (mi+1) einzuspei
chern und im Komparatorblock (17) nur diesen Teil mit dem
entsprechenden Teil des Hash-Funktionswertes (m′) zu verglei
chen. Um dennoch eine fehlerhafte Entschärfung der Wegfahr
sperre auszuschließen, die ansonsten wegen des reduzierten
Vergleichs besonders bei großem Fangbereich auftreten könnte,
wird für mindestens eine Geräteeinheit, z. B. das Schließsteuer
gerät, der vollständige Codevergleich beibehalten, dessen
Resultat den Geräten mit verkürztem Vergleich übermittelt wird,
wobei die dortige Erzeugung der Nutzungsfreigabeinformation an
das Vorliegen eines positiven Ergebnisses des vollständigen
Codevergleichs gekoppelt wird.
Stellt der Komparator-Funktionsblock (17) hingegen eine Nicht
übereinstimmung fest, so sendet er, vorausgesetzt, daß die
Anzahl aufeinander folgender Nichtübereinstimmungen noch nicht
den Fangbereich mit einer Anzahl (N) möglicher Wiederholungen
überschritten hat, ein Nichtübereinstimmungssignal (NU) an das
Gatter (18), das daraufhin den geräteseitig erzeugten Hash-
Funktionswert (m′) an die Eingangsseite der Hash-Funktionswert
erzeugungseinheit (14) zurückleitet, woraufhin letztere mit
diesem Eingangswert (m′) eine erneute Hash-Funktionswertbildung
durchführt, deren Ergebnis dann als neue Ist-Berechtigungsin
formation an den Komparator (17) gegeben wird. Diese rekursive
Hash-Funktionswerterzeugung wird so lange fortgesetzt, bis ent
weder der Komparator (17) Übereinstimmung einer der nachein
ander erzeugten Ist-Berechtigungsinformationen mit der vorlie
genden Soll-Berechtigungsinformation (mi+1) feststellt, wonach
wie oben angegeben fortgesetzt wird, oder die Schleifenwieder
holungsanzahl die durch den Fangbereich vorgegebene Maximalan
zahl (N), z. B. N = 100 000, erreicht hat, wonach der Authentika
tionsvorgang als unberechtigt unter Aufrechterhaltung der Weg
fahrsperre abgebrochen wird, oder eine neue Benutzercodeinfor
mation mit richtigen Identifikationsdaten ankommt, wonach der
Schleifenzähler rückgesetzt und die Hash-Funktionswerterzeugung
mit dem neu übertragenen Urbildwert fortgesetzt wird.
Wie bereits oben kurz ausgeführt, dient der Fangbereich dazu,
eine durch eine oder mehrmalige Schlüsselbetätigung ohne Em
pfangskontakt der Fahrzeugseite für das zugehörige Sendeproto
koll außer Tritt geratene Synchronisierung von Schlüssel- und
Fahrzeugseite dadurch wiederherzustellen, daß die Fahrzeugseite
mittels einer entsprechend häufigen, aufeinanderfolgenden Hash-
Funktionswertbildung innerhalb des Fangbereichs auf den inzwi
schen vorliegenden Urbildwert im Schlüssel (1) nachgestellt
wird. Wenn der Fangbereich (N) gerade so groß gewählt ist wie
die Mächtigkeit (n) der Urbildwertfolge, kann die Synchronisa
tion für einen berechtigenden Schlüssel stets wiederhergestellt
werden. Aufgrund der hashfunktionswerttypischen Eigenschaft,
daß die Funktionswerte praktisch mit gleicher Wahrscheinlich
keit über den gesamten Wertebereich verteilt angenommen werden,
und der Tatsache, daß selbst bei Verwendung eines reduzierten
Algorithmus mit 8-Byte-Werten ca. 10²⁰ Funktionswerte möglich
sind, ist es auch bei einer Fangbereichgröße von N=10⁵ ver
schwindend unwahrscheinlich, daß ein Unberechtigter, selbst
wenn er die Identifikationsprüfung auf irgendeine Weise bewäl
tigt haben sollte, durch probeweises Senden von Urbildfunk
tionswerten unter Mithilfe des Fangbereiches eine positive
Authentikation erreicht, wobei häufigere derartige Versuche
ggf. durch ein entsprechendes Zeit- oder Versuchsanzahlfenster
verhindert werden können, innerhalb welchem eine berechtigende
Authentikation auftreten muß, während ansonsten die Fahrzeug
nutzung gegenüber weiteren Authentikationsversuchen gesperrt
bleibt, wobei eine derartige Sperre z. B. nur vom Fahrzeugher
steller über die Diagnoseschnittstelle (19) entriegelbar ist.
Es versteht sich, daß die Arbeitsweise der Fahrzeugsicherungs
einrichtung analog für jeden beliebigen weiteren Authentifika
tionsvorgang derselben sowie anderer Schlüsseleinheiten wie
oben beschrieben abläuft.
Die Wahl eines zur Mächtigkeit der Urbildwertfolge (n) gleich
großen Fangbereichs (N=n) ergibt des weiteren eine sehr kom
fortable Möglichkeit, einen Ersatzschlüssel anzufertigen. Wie
oben erwähnt, wurde beim Schlüsselhersteller (SH) der Urbild
startwert (m₀) durch oftmalige Hash-Funktionswertbildung aus
einem schlüsselspezifischen Anfangszufallswert (r₀) erzeugt,
z. B. durch T-fache Anwendung, d. h. m₀ = HT(r₀), mit beispiels
weise T = 400 000. Soll nun ein Ersatzschlüssel bereitgestellt
werden, wird er beim Schlüsselhersteller (SH) wie der ursprüng
liche Schlüssel initialisiert, mit der Ausnahme, daß ausgehend
vom gleichen Anfangszufallswert (r₀) als Urbildstartwert (m₀′)
der Wert m₀′ = HT-N(r₀) gewählt wird. Nun wird mit diesem Er
satzschlüssel ein Authentikationsdialog mit dem Fahrzeug ge
führt. Der Ersatzschlüssel sendet dabei zuerst den Wert x =
H(m′n-1) = Hn-1(m₀′) = HT-1(r₀) an das Fahrzeug. Dieser Wert
liegt jedoch mit Sicherheit im Fangbereich der Fahrzeugseite,
denn es folgt daraus, daß HN(x) = HT+N -1 (r₀) = HN-1(m₀) ist.
Der Ersatzschlüssel wird damit automatisch durch den erstmali
gen Authentikationsdialog über den Fangbereich als berechtigen
der Schlüssel interpretiert, wodurch gleichzeitig der aktuell
übermittelte Wert (x) in die fahrzeugseitigen Soll-Berechti
gungsinformationsspeicher (16) übernommen wird. Dies macht wie
derum gleichzeitig den ursprünglichen Schlüssel automatisch un
gültig, da dessen Werte mit Sicherheit außerhalb des Fangbe
reichs des neuen Urbildwertes (x) liegen. Ein gesonderter
Sperrvorgang für den ursprünglichen und beispielsweise ver
lorengegangenen Schlüssel ist damit unnötig. Mit dieser Vor
gehensweise lassen sich eine Anzahl T/N von Ersatzschlüsseln
nacheinander authentisieren, als konkretes Beispiel ergibt sich
bei T=400 000 und N=n=100 000 eine Bereitstellung von vier nach
einander einsetzbaren Schlüsseln derselben Schlüsselnummer.
Selbstverständlich ist je nach Bedarf alternativ eine Ersatz
schlüsselimplementierung im Feld durch Verwendung eines zusätz
lichen Verschlüsselungsverfahrens, beispielsweise des asymme
trischen, in der Kryptographie bekannten RSA-Signaturverfahrens
(beschrieben in Annex C von ISO/IEC JTC1/SC20/WG N115, DIS
9594-8, Gloucester, Nov. 1987) oder des symmetrischen DES (data
encryption standard)-Verfahrens, realisierbar, insbesondere,
wenn der Fangbereich kleiner als die Mächtigkeit der Urbild
wertfolge gewählt wird und daher die obige Technik der Ersatz
schlüsselimplementierung nicht möglich ist. Des weiteren kommt
eine Ersatzschlüsselimplementierung als Sonderfunktion über die
Diagnoseschnittstelle und den Sonderfunktionsspeichers (20) in
Betracht.
Die Sicherheit des Systems gegenüber unberechtigten Authenti
kationsangriffen ergibt sich insbesondere unter Berücksichti
gung folgender Punkte. Ein Angreifer kann die nächste Zufalls
information (RND) nicht vorhersagen, da sich die Eingabewerte
(RNDa) und (mi+1) für die zufallsinformationserzeugende Einheit
(24) nicht vorhersagbar wiederholen. Der in der Codierstufe (4)
erzeugte Hashfunktionswert zur Erstellung einer korrekten
Authentikationsnachricht kann von einem Angreifer ohne die
Schlüsseleinheit (1) nicht berechnet werden, da die geheime
Information (g) in die Rechnung eingeht. Selbst wenn ein An
greifer über eine Schlüsseleinheit (1) verfügt, kann er ohne
Fahrzeugkontakt diesen Codier-Hashfunktionswert nicht ermit
teln, solange nicht die Zufallsinformation (RND) vom Fahrzeug
empfangen wird. Wegen der praktischen Nichtumkehrbarkeit der
Hashfunktion ist es für einen Angreifer nicht möglich, aus
abgehörten Start- oder Authentikationsinformationen auf die
geheime Information (g) zu schließen. Innerhalb des durch den
fahrzeugseitigen Zeitgeber vorgegebenen Zeitfensters hat ein
Angreifer nach dem Absenden einer Zufallsinformation folglich
keine bessere Möglichkeit, als die Authentikationsnachricht zu
raten, was bei einer Nachrichtenlänge von 8 Byte praktisch
unwahrscheinlich ist. Insbesondere helfen ihm abgehörte frühere
Authentikationsnachrichten hierzu nicht weiter.
Damit verhindert das System unbefugte Authentikationen durch
Fälschen von Authentikationsnachrichten oder Einspielen
früherer, abgehörter Authentikationsnachrichten. Das System ist
wegen der Existenz der Zeitgeber für den Eingang von Antwort
nachrichten auch sicher gegen einen Angriff der eingangs ge
nannten Art geschützt, bei der ein Unbefugter mißbräuchlichen
Gebrauch von einer ihm zeitweise überlassenen Schlüsseleinheit
macht, indem er eine Authentikationsnachricht abfängt, den
Authentikationsvorgang stoppt, die Schlüsseleinheit dann an den
berechtigten Benutzer zurückgibt und zu einem späteren Zeit
punkt die Authentikationsantwort an das Fahrzeug sendet. Um das
vorliegende System zu überspielen, bedarf es daher schon eines
beträchtlichen technischen Aufwandes und einer hohen Sachkennt
nis eines potentiellen Angreifers, während es gegen ander
weitige Angriffe sicher ist.
Die gezeigte Fahrzeugsicherungseinrichtung stellt folglich eine
verhältnismäßig wenig aufwendige und dennoch einen sehr hohen
Schutz bietende Sicherung vor unberechtigter Fahrzeugfremd
nutzung zur Verfügung, bei der die geschützte Abspeicherung
geheimer Codeinformationen auf der Fahrzeugseite nur in einer
Geräteeinheit erforderlich ist, was die Einbeziehung einer
Vielzahl von weiteren Fahrzeuggeräteeinheiten ohne sicherheits
logistische Probleme erlaubt. Speziell kann noch bemerkt
werden, daß für den Hashfunktionscode 64 Bit ausreichen und
daher die Übertragungszeit sowie der rechentechnische Aufwand
deutlich geringer sind als bei einer ebenfalls denkbaren
Verwendung des RSA-Verfahrens, das als ein asymmetrisches Ver
schlüsselungsverfahren ebenfalls nur eine einseitige Abspeiche
rung einer geheimen Information benötigt, jedoch eine hohe
Wortlänge von 512 Bit hat und somit unter Berücksichtigung der
bei einem Fahrzeug vorhandenen Rechenkapazitäten relativ lange
Rechen- und Übertragungszeiten erfordert.
Es versteht sich, daß zu obigem Beispiel nur die erfindungs
wesentlichsten Einheiten und Operationen erwähnt und daneben
weitere, übliche Einheiten und Betriebsabläufe vorgesehen sind,
und daß der Fachmann im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von
Modifikationen dieser Ausführungsform vorzunehmen vermag, z. B.
die Verwendung einer anderen Einwegfunktion, anwendungsspezi
fische Veränderungen der konkret angegebenen Zahlenbeispiele,
Verzicht auf die Identifikationsprüfung und/oder auf die Son
derfunktionsmöglichkeit oder Verwendung eines Chipkartensystems
anstelle der Infrarotsignalübertragung. Zudem kann selbstver
ständlich ein anderer Zufallsgenerator und/oder ein anderer
Verknüpfungscode in der Codierstufe vorgesehen sein. Schließ
lich ist als Variante auch der Verzicht auf das Vorsehen einer
fahrzeugseitig zu führenden, geheimen Information bei etwas
reduzierter Codesicherheit möglich.
Claims (13)
1. Fahrzeugsicherungseinrichtung mit elektronischer
Nutzungsberechtigungscodierung, mit
- - einer benutzerseitigen Schlüsseleinheit (1) zum Empfangen einer Zufallsinformation (RND) und anschließenden Senden einer von dieser abhängigen Benutzercodeinformation (M),
- - einer fahrzeugseitigen Geräteeinheit (2) zum Senden einer Zufallsinformation (RND) und anschließendem Empfangen einer Benutzercodeinformation (M), zum Bestimmen einer von der empfangenen Benutzercodeinformation abhängigen Ist-Be rechtigungsinformation (m′) und Vergleichen derselben mit einer fahrzeugseitig vorliegenden Soll-Berechtigungsinfor mation (mi+) sowie zum vergleichsabhängigen Erzeugen einer Nutzungsfreigabeinformation (SF), dadurch gekennzeichnet,daß
- - die aufeinanderfolgend gesendeten Benutzercodeinformationen (M) sich ändernde Urbildwerte (mi) für eine Einwegfunktion (H) beinhalten, wobei die Urbildwertinformation jeweils mit der Zufallsinformation (RND) codeverknüpft ist,
- - die Geräteeinheit (2) Mittel (22) zum Extrahieren der Ur bildwertinformation (mi) aus einer empfangenen Benutzer codeinformation aufweist,
- - die Soll-Berechtigungsinformation (mi+1) jeweils der Ein wegfunktionswert (mi+1=H(mi)) des in einer zugehörigen Benutzercodeinformation enthaltenen Urbildwertes (mi) ist und
- - die Bestimmung der Ist-Berechtigungsinformation (m′) aus der empfangenen Benutzercodeinformation (M) die Bildung des Ein wegfunktionswertes (H(mi)) des in der empfangenen Benutzer codeinformation enthaltenen Urbildwertes (mi) beinhaltet.
2. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die aufeinanderfolgend gesendeten Urbildwerte eine Sequenz (m₀, . . . , mn-1) darstellen, die sich durch wiederholte Anwen dung der Einwegfunktion (H) ergibt, wobei diese Urbildwerte in gegenüber der Sequenzbildung umgekehrter Reihenfolge zur Bildung der aufeinanderfolgenden Benutzercodeinformationen herangezogen werden, und
- - die Soll-Berechtigungsinformation jeweils aus demjenigen Ur bildwert (mi+1) besteht, der beim letztmalig mit dieser Schlüsseleinheit (1) positiv verlaufenden Nutzungsberechti gungs-Prüfvorgang mit der Benutzercodeinformation gesendet worden ist.
3. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach Anspruch 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
ausgewählte Folgenglieder der Sequenz (m₀, . . . , mn-1) als
Stützstellen sowie eine jeweils aktuelle Teilsequenz zwischen
zwei Stützstellen in einem Urbildwertspeicher (3) der Schlüs
seleinheit (1) abgespeichert sind, wobei spätestens dann je
weils eine nachfolgende aktuelle Teilsequenz erzeugt und an
stelle der bisherigen abgespeichert wird, wenn der letzte Ur
bildwert der bisherigen Teilsequenz gesendet wurde.
4. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
nach jeweils negativem Ergebnis des Vergleichs von Ist- und
Soll-Berechtigungsinformation für eine vorgegebene maximale An
zahl (N) von Wiederholungen eine neue Ist-Berechtigungsinforma
tion als Einwegfunktionswert der bisherigen Ist-Berechtigungs
information bestimmt und diese mit der Soll-Berechtigungsinformation
verglichen wird.
5. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 2 bis 4, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
für die Schlüsseleinheit (1) sukzessiv einsetzbare Ersatz
schlüsseleinheiten vorgesehen sind, wobei die Urbildwerte einer
nachfolgend benutzbaren Schlüsseleinheit eine unmittelbar vor
der Urbildwertteilsequenz (mv, . . . , mv+n-1) einer vorhergehen
den Schlüsseleinheit liegende Teilsequenz (mv-n, . . . , mv-1)
einer ausgehend von einem schlüsselnummerspezifisch zentral
abgespeicherten Startwert (r₀) durch wiederholte Einwegfunk
tionswertbildung (HT(r₀)) erzeugten Gesamtsequenz (r₀, . . . ,
HT(r₀)) bilden.
6. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 5, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
als Einwegfunktion eine kryptographische Hash-Funktion, insbe
sondere die RIPEMD-Funktion, verwendet ist.
7. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 6, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Mehrzahl von fahrzeugseitigen Geräteeinheiten (2) parallel
zum Bestimmen der jeweiligen Ist-Berechtigungsinformation aus
einer empfangenen Benutzercodeinformation und zum Vergleichen
derselben mit der Soll-Berechtigungsinformation sowie zum ver
gleichsabhängigen Erzeugen einer Nutzungsfreigabeinformation
eingerichtet ist.
8. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 7, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schließsteuergerät des Fahrzeugs eine fahrzeugseitige
Geräteeinheit der Sicherungseinrichtung bildet.
9. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 8, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die jeweils gesendete Benutzercodeinformation (M) eine fahr zeug- und eine schlüsselspezifische Identifizierungsinforma tion beinhaltet und
- - die Identifizierungsinformation einer empfangenen Benutzer codeinformation in einer fahrzeugseitigen Geräteeinheit (2) vorab auswertbar ist, wobei der Nutzungsberechtigungs- Prüfvorgang nach Erkennung nichtberechtigender, gesendeter Identifizierungsdaten abgebrochen wird.
10. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 9, weiter
dadurch gekennzeichnet,daß
- - mehrere berechtigende benutzerseitige Schlüsseleinheiten für ein Fahrzeug vorgesehen sind, die unterschiedliche Urbild wertfolgen (mi) senden,
- - die gesendeten Benutzercodeinformationen (M) jeweils eine Schlüsselidentifizierungsinformation (IDj) beinhalten und
- - in jeder beteiligten fahrzeugseitigen Geräteeinheit (2) für jede Schlüsseleinheit eine spezifische Soll-Berechtigungsin formation in einen Speicher (16), der mit Hilfe der Schlüs selidentifizierungsinformation adressierbar ist, einspei cherbar und aus diesem auslesbar ist.
11. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 10, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittel (22) zum Extrahieren der Urbildwertinformation aus
einer empfangenen Benutzercodeinformation, Mittel (24) zum
Erzeugen einer Zufallsinformation, ein Sender (23) und ein
Empfänger (10) fahrzeugseitig nur in einer einzigen Geräte
einheit (2) angeordnet sind, mit der die übrigen in Datenaus
tauschverbindung stehen.
12. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 10, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
- - in jeder Schlüsseleinheit (1) sowie in einer ausgewählten Geräteeinheit (2) eine geheime Information (g) abgelegt ist und
- - die Urbildwertinformation (mi) durch die Beziehung mi XOR H(RND XOR g XOR i′)mit der Zufallsinformation (RND) codeverknüpft ist, wobei H eine Hashfunktion und i′ ein sich für jeden Authentikations versuch ändernder Zählerwert ist.
13. Fahrzeugsicherungseinrichtung nach Anspruch 12,
weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils eine neue Zufallsinformation (RNDn) durch die Beziehung
RNDn = H(RNDa XOR g XOR mi+1)aus der vorangegangenen Zufallsinformation (RNDa), der geheimen
Information (g) und der bei einer vorangegangenen
Authentikation gesendeten Urbildwertinformation (mi+1) gebildet
wird, wobei H eine Hashfunktion bezeichnet.
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