DE60026531T2 - Verfahren zur erzeugung einer antwort zur verwendung in einem authentifizierungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft in erster Linie Authentifizierungsvorrichtungen zum Authentifizieren beispielsweise einer Smartcard oder einer ähnlichen Vorrichtung auf der Basis eines geheimen Schlüssels. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Schutz eines geheimen Schlüssels vor Versuchen eines Angreifers, den geheimen Schlüssel herauszufinden. Geheime Schlüssel werden in Authentifizierungsvorgängen zum Beispiel mit Smartcards verwendet, wobei jede Smartcard einen individuellen geheimen Schlüssel zur Bestätigung ihrer Identität hat. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht nur auf Smartcards beschränkt, sondern die Lösung der Erfindung kann auch in anderen Situationen verwendet werden, die den Schutz eines geheimen Schlüssels erfordern. Jedoch wird die Erfindung nachstehend anhand eines Beispiels mit Bezug hauptsächlich auf Smartcards beschrieben.
  • Bislang ist eine Smartcard bekannt, die einen Speicher, zum Beispiel einen EEPROM-Speicher, aufweist, in welchem ein geheimer Schlüssel gespeichert ist. Der geheime Schlüssel besteht typisch aus einer Bitfolge mit einer Länge von nicht weniger als 64 Bit. Die Smartcard weist auch einen Prozessor auf. Um ihre Identität zu bestätigen, kommuniziert die Smartcard mit einem externen Authentifizierungsprozeß, wobei der Authentifizierungsprozeß in die Smartcard eine aus einer Bitfolge bestehende Eingabe eingibt. Der Prozessor der Smartcard holt dann aus dem Speicher einen geheimen Schlüssel, der darin vorab gespeichert worden ist, und der Prozessor führt dann eine Berechnung gemäß einer vorgegebenen Funktion durch, wobei er bei der Berechnung die in die Smartcard eingegebene Bitfolge und den aus dem Speicher geholten geheimen Schlüssel verwendet. Die Smartcard schickt das Ergebnis der Berechnung, d.h. die Antwort, über ihren Ausgang zum Authentifizierungsprozeß.
  • Da der Authentifizierungsprozeß den geheimen Schlüssel der Smartcard und die Funktion, die der Prozessor der Smartcard verwendet, kennt, kann er die gleiche Berechnung wie die Smartcard durchführen. Wenn das Ergebnis der von dem Authentifizierungsprozeß durchgeführten Berechnung mit dem am Ausgang der Smartcard ausgegebenen Ergebnis übereinstimmt, wird die Identität der Smartcard bestätigt, da es nur eine einzige Smartcard mit diesem darin enthaltenen geheimen Schlüssel gibt, die als Antwort auf die eingegebene Eingabe folglich diese Antwort erzeugt.
  • Eine mit der obigen bekannten Smartcard zusammenhängende Schwäche ist, daß es für einen Angreifer Wege gibt, um den in dem Speicher der Smartcard gespeicherten geheimen Schlüssel herauszufinden. Einer dieser Wege ist DPA (Differential Power Analysis), wobei der Smartcard wiederholt (mehrere tausend Male) unterschiedliche Eingaben eingegeben werden und gleichzeitig die am Ausgang der Smartcard ausgegebene Antwort, die von der Smartcard während der Berechnung verbrauchte Energie und die während der Berechnung von der Smartcard erzeugte Strahlung überwacht werden. Durch Führen einer Statistik über Eingabe, Energieverbrauch, Strahlung und Antwort kann der Angreifer den im Speicher der Smartcard gespeicherten geheimen Schlüssel herausfinden. Wenn ein Angreifer den geheimen Schlüssel herausfindet, kann er beispielsweise die Smartcard klonen, das heißt, eine andere Smartcard herstellen, in welcher der gleiche geheime Schlüssel gespeichert ist. Ein solches Klonen kann beträchtlichen Schaden bewirken, beispielsweise wenn die Smartcard eine Identitätskarte einer Person ist, mittels welcher die Person elektronisch identifiziert werden kann.
  • Bislang ist außerdem aus der WO-A1-9935782 eine lecksichere kryptographische Methode und Vorrichtung bekannt, wobei der geheime Schlüssel einer Vorrichtung in kodierter Form zusammen mit einer schlüsselspezifischen Zahl in einem Speicher der Vorrichtung gespeichert ist. Bei dieser Lösung ist der Schlüssel so kodiert worden, daß die von einer ersten vorgegebenen Funk tion erzeugte Ausgabe dadurch erzeugt werden kann, daß bei der Berechnung gemäß der ersten Funktion der kodierte Schlüssel direkt verwendet wird. Eine solche Lösung hat den Nachteil, daß es in der Praxis nur eine begrenzte Anzahl von Methoden gibt, den Schlüssel so zu kodieren, daß sich der kodierte Schlüssel dazu eignet, in der ersten Funktion direkt verwendet zu werden. Dies erhöht das Risiko, daß ein Angreifer herausfinden kann, wie der Schlüssel kodiert worden ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das obige Problem zu vermeiden und eine Lösung bereitzustellen, um sicherzustellen, daß ein Angreifer den zur Erzeugung einer Antwort verwendeten geheimen Schlüssel nicht herausfinden kann. Diese Aufgabe wird erfüllt durch das Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1, die Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 4 und das System nach dem unabhängigen Anspruch 6. Die Erfindung basiert auf der Idee, daß das Herausfinden des geheimen Schlüssels, der die Antwort erzeugt, beträchtlich schwieriger wird, wenn bei der Erzeugung der Antwort eine schlüsselspezifische Zahl aus dem Speicher der Vorrichtung ausgelesen wird und in vorgegebenen Berechnungen zur Erzeugung der Antwort verwendet wird. Dies deshalb, weil in diesem Fall die bei der Erzeugung der Antwort der Vorrichtung verbrauchte Energie und Strahlung nicht mehr nur von dem geheimen Schlüssel, der Eingabe und der bei der Berechnung verwendeten Funktion abhängen, sondern weil auch die Verarbeitung der schlüsselspezifischen Zahl einen gewissen meßbaren Energieverbrauch und eine gewisse meßbare Strahlung hervorruft, was es noch schwieriger macht, den geheimen Schlüssel herauszufinden. In diesem Fall kann sich ein Angreifer nicht sicher sein, welcher Teil des meßbaren Energieverbrauchs oder der meßbaren Strahlung durch die Verarbeitung der schlüsselspezifischen Zahl hervorgerufen ist und welcher Teil durch die Erzeugung der tatsächlichen Antwort hervorgerufen ist.
  • Gemäß der Erfindung wird der geheime Schlüssel unter Verwendung einer zweiten vorgegebenen Funktion und einer schlüsselspezifischen Zahl kodiert. In diesem Fall sind der kodierte Schlüssel und die schlüsselspezifische Zahl im Speicher der Vorrichtung gespeichert. Wenn die Antwort erzeugt wird, werden der kodierte Schlüssel und die schlüsselspezifische Zahl aus dem Speicher der Vorrichtung ausgelesen, woraufhin die inverse Funktion der zweiten Funktion verwendet wird, um den geheimen Schlüssel zu berechnen, der zur Erzeugung der Antwort verwendet wird. In diesem Fall verhindern die Strahlung und der Energieverbrauch, die durch die Berechnung des geheimen Schlüssels hervorgerufen werden, daß ein Angreifer die Strahlung und den Energieverbrauch, die bei der Erzeugung der Antwort hervorgerufen werden, ermitteln kann. Ferner ist der Schlüssel überhaupt nicht im Speicher der Vorrichtung gespeichert. Bekannte Lösungen haben gezeigt, daß das Auslesen eines geheimen Schlüssels aus einem Speicher ein Vorgang ist, der einen Angreifer eine beträchtliche Menge Information liefert.
  • Anstatt dessen, daß die Berechnungseinrichtungen der Vorrichtung eine separate Funktion und einen separaten geheimen Schlüssel verwenden, ist auch denkbar, daß der geheime Schlüssel Teil der verwendeten Funktion ist. In diesem Fall bedeutet zum Beispiel eine Änderung des geheimen Schlüssels tatsächlich eine Änderung der vorrichtungsspezifischen Funktion und desgleichen bedeutet das Herausfinden des geheimen Schlüssels tatsächlich ein Herausfinden der geheimen vorrichtungsspezifischen Funktion.
  • Eine schlüsselspezifische Zahl bezieht sich auf eine Zahl, die im wesentlichen während der gesamten Lebensdauer des kodierten Schlüssels in Gebrauch ist. Mit anderen Worten, wenn ein kodierter geheimer Schlüssel geändert wird, wird auch die schlüsselspezifische Zahl geändert. Die schlüsselspezifische Zahl kann zum Beispiel aus einer Zufallszahl bestehen, die mit einem Zufallszahlengenerator erzeugt wird, wenn der neue kodierte geheime Schlüssel in Gebrauch genommen wird. Alternativ kann die schlüsselspezifische Zahl zum Beispiel aus einer Pseudozufallszahl bestehen. Es ist jedoch wichtig, daß eine verwendete schlüsselspezifische Zahl nicht sehr oft neu in Gebrauch genommen wird.
  • Der bedeutendste Vorteil der Lösung der Erfindung ist der, daß ein Angreifer es zunehmend schwieriger findet, den bei der Erzeugung einer Antwort verwendeten geheimen Schlüssel herauszufinden, da zum Beispiel der Energieverbrauch und die Strahlung der Vorrichtung nicht mehr dem tatsächlichen Energieverbrauch und der tatsächlichen Strahlung entsprechen, die durch Erzeugung der Antwort hervorgerufen werden, weshalb statistische Methoden nicht in der Lage sind, den verwendeten geheimen Schlüssel herauszufinden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung weist die Vorrichtung Einrichtungen auf, um in gegebenen Intervallen, zum Beispiel wenn die Vorrichtung 1000 Antworten erzeugt hat, einen neuen kodierten Schlüssel mit Hilfe einer neuen schlüsselspezifischen Zahl und einer zweiten vorgegebenen Funktion zu berechnen. Die Vorrichtung speichert diesen neuen kodierten Schlüssel und diese neue schlüsselspezifische Zahl in ihrem Speicher anstelle der vorherigen. Diese Ausführungsform der Erfindung macht es noch schwieriger, den geheimen Schlüssel herauszufinden, da ein Angreifer Statistiken über Strahlung und Energieverbrauch während der Erzeugung der beispielsweise 1000 Antworten führen kann, woraufhin eine wesentliche Änderung in den zur Erzeugung der Antwort auszuführenden Berechnungsoperationen erfolgt und die Statistiken somit nutzlos werden.
  • Die bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung und des Systems der Erfindung sind in den angefügten abhängigen Ansprüchen 2, 3, 5, 7 und 8 offenbart.
  • Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detaillierter beschrieben.
  • 1 ist ein Flußdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung,
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung,
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung,
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung,
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Systems der Erfindung, und
  • 6 ist ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Systems der Erfindung.
  • Das Flußdiagramm von 1 kann beispielsweise zum Authentifizieren einer Smartcard verwendet werden, d.h. es dient dazu, sicherzustellen, daß es sich um eine Smartcard handelt, die als Antwort auf eine eingegebene Eingabe tatsächlich eine vorgegebene Antwort erzeugt, deren Wert von einem smartcard-spezifischen geheimen Schlüssel abhängt. Ein smartcard-spezifischer geheimer Schlüssel bedeutet, daß von allen in Gebrauch befindlichen Smartcards nur eine einzige diesen geheimen Schlüssel verwendet, wenn sie die Antwort erzeugt.
  • In 1 wird in Block A eine bestimmte Eingabe INPUT in die Vorrichtung, d.h. in eine Smartcard, eingegeben. In der Praxis besteht diese Eingabe aus einer Bitfolge einer vorgegebenen Länge.
  • In Block B wird eine in einem Speicher der Vorrichtung gespeicherte schlüsselspezifische Zahl RND herausgeholt. Sie kann zum Beispiel eine Zufallszahl sein, die zur gleichen Zeit, zu welcher der geheime Schlüssel für die Smartcard festgelegt wurde, festgelegt und im Speicher der Vorrichtung gespeichert wird.
  • In Block C wird von den Berechnungseinrichtungen unter Verwendung einer ersten Funktion f mittels eines geheimen Schlüssels und einer Eingabe INPUT die Antwort OUTPUT berechnet. Während der Berechnung der Antwort werden im Block B auch vorgegebene Berechnungsoperationen auf der Basis der gelesenen schlüsselspezifischen Zahl RND ausgeführt.
  • Falls im Speicher der Vorrichtung der geheime Schlüssel A gespeichert ist, sind die mit der schlüsselspezifischen Zahl RND zusammenhängenden Berechnungsoperationen derart, daß sie keine Auswirkung auf die von den Berechnungseinrichtungen berechnete Antwort OUTPUT haben. Mit anderen Worten, in diesem Fall wird eine geeignete Berechnungsformel verwendet, wodurch der Energieverbrauch und die Strahlung, die durch die Berechnung hervorgerufen werden, den Gesamtenergieverbrauch und die Gesamtstrahlung der Vorrichtung verzerren, wenn die Antwort erzeugt wird.
  • Wenn im Gegensatz dazu im Speicher der Vorrichtung nicht der geheime Schlüssel A gespeichert ist, sondern statt dessen zusätzlich zur schlüsselspezifischen Zahl RND ein unter Verwendung des geheimen Schlüssels A, der schlüsselspezifischen Zahl RND und der zweiten vorgegebenen Funktion g berechneter kodierter Schlüssel A' (d.h. A' = g(RND, A)) im Speicher der Vorrichtung gespeichert ist, sind die mit der schlüsselspezifischen Zahl RND zusammenhängenden Berechnungsoperationen derart, daß sie als Ergebnis den geheimen Schlüssel A ergeben. In diesem Fall wird die inverse Funktion g' der zweiten vorgegebenen Funktion g verwendet, um auf der Basis der schlüsselspezifischen Zahl RND und des kodierten Schlüssels A' den geheimen Schlüssel A zu berechnen (d.h. A = g'(RND, A')). Dabei verzerren die durch Berechnung des Schlüssels A erzeugte Energie und Strahlung den Gesamtenergieverbrauch und die Gesamtstrahlung, die bei der Erzeugung der Antwort OUTPUT hervorgerufen werden.
  • In Block D wird die Antwort OUTPUT am Ausgang der Vorrichtung ausgegeben. Beispielsweise kann ein externes Authentifizierungsgerät die Antwort verwenden, um sicherzustellen, daß es sich um die richtige Smartcard handelt. Dies erfolgt durch das Authentifizierungsgerät, das die Funktion f, den geheimen Schlüssel A und die Eingabe INPUT kennt und eine Rechenoperation ausführt, die derjenigen entspricht, die von der Smartcard ausgeführt wird. Dadurch sollte die von der Smartcard erzeugte Antwort OUTPUT gleich dem Ergebnis der von dem Authentifizierungsgerät ausgeführten Rechenoperation sein.
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung. Die Vorrichtung in 2 kann zum Beispiel sein: eine Identitätskarte, durch welche die Identität einer Person elektronisch bestätigt werden kann; eine elektronische Kreditkarte, in deren Speicher ein bestimmter Geldbetrag gespeichert ist; eine Erlaubniskarte, die einem mit einem TV-Gerät verbundenen Satellitenempfänger anzeigt, daß das Anschauen eines bestimmten Abonnementkanals erlaubt ist; oder irgendeine andere Vorrichtung, die zuverlässig authentifiziert werden muß.
  • Die Vorrichtung 1 weist Berechnungseinrichtungen auf, die einen Prozessor P aufweisen, der eine bestimmte Berechnungsfunktion f verwendet. Die Vorrichtung 1 weist außerdem einen Speicher M, zum Beispiel einen EEPROM-Speicher, auf. Im Speicher M ist der geheime Schlüssel A der Vorrichtung 1 gespeichert, der aus einer Bitfolge besteht, deren Länge zum Beispiel 64 Bit sein kann. Im Speicher M ist außerdem eine schlüsselspezifische Zahl RND gespeichert, die ebenfalls aus einer Bitfolge besteht.
  • Wenn in den Eingang 2 der Vorrichtung 1 eine bestimmte Eingabe INPUT eingegeben wird, holt der Prozessor P aus dem Speicher M den geheimen Schlüssel A und die darin gespeicherte schlüsselspezifische Zahl RND. Der Prozessor P verwendet dann die erste vorgegebene Funktion f, um die Antwort OUTPUT zu berechnen, deren Wert von dem geheimen Schlüssel A und der Eingabe INPUT abhängt, d.h. OUTPUT = f(INPUT, A). Beim Berechnen der Antwort OUTPUT führt der Prozessor P auch eine Berechnung unter Verwendung einer Funktion f2 und der schlüsselspezifischen Zahl RND durch. Die mit der Funktion f2 durchgeführten Berechnungen wirken sich nicht auf die von dem Prozessor erzeugte Antwort OUTPUT aus, wohingegen sich der Energieverbrauch bei der Berechnung und die durch die Berechnung hervorgerufene Strahlung ändern, wodurch es für einen Angreifer unmöglich wird, die zur Erzeugung der Antwort OUTPUT benötigte Energie und die dadurch hervorgerufene Strahlung herauszufinden.
  • Im Gegensatz zum Fall von 2 ist es auch denkbar, daß die Vorrichtung 1 zwei Prozessoren aufweist, von denen der eine Berechnungen auf der Basis der Funktion f und der zweite diejenigen auf der Basis der Funktion f2 durchführt.
  • Wenn im Fall von 2 der Prozessor P die Berechnungen mit den Funktionen f und f2 beendet hat, schickt er die von der Funktion f erzeugte Antwort OUTPUT zum Ausgang 3 der Vorrichtung 1, wo sie beispielsweise ein externer Authentifizierungsprozeß auslesen kann.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung. Die Ausführungsform von 3 entspricht größtenteils derjenigen von 2. Im Fall von 3 ist im Speicher M' jedoch statt des geheimen Schlüssels A ein kodierter Schlüssel A' gespeichert. Folglich ist in der Vorrichtung 1' kein geheimer Schlüssel A gespeichert, was es unmöglich macht, den geheimen Schlüssel zu irgendeinem Zeitpunkt aus dem Speicher auszulesen. Insbesondere ist das Auslesen eines geheimen Schlüssels aus einem Speicher eine solche Maßnahme, die einem Angreifer besonders viel Information zum Herausfinden des geheimen Schlüssels der Vorrichtung liefert.
  • Im Fall von 3 sind im Speicher M' der Vorrichtung 1' der kodierte Schlüssel A' und die schlüsselspezifische Zahl RND gespeichert. Der kodierte Schlüssel A' ist mit Hilfe des geheimen Schlüssels A und der schlüsselspezifischen Zahl RND und einer zweiten vorgegebenen Funktion g erzeugt worden, so daß A' = g(A, RND).
  • Wenn der Prozessor P' die über den Eingang 2 der Vorrichtung 1' eingegebene Eingabe INPUT empfängt, holt er den kodierten Schlüssel A' und die schlüsselspezifische Zahl RND aus dem Speicher M'. Der Prozessor P" verwendet dann die aus dem Speicher geholten Bitfolgen A' und RND in Berechnungen, die auf der Basis der inversen Funktion g' der zweiten vorgegebenen Funktion g durchgeführt werden. Als ein Ergebnis dieser Berechnungen findet der Prozessor P' den geheimen Schlüssel heraus, d.h. A = g'(A', RND).
  • Sobald der Prozessor den geheimen Schlüssel A kennt, verwendet er ihn in Berechnungen, die auf der Basis der ersten vorgegebenen Funktion f durchgeführt werden und deren Ergebnis die Antwort OUTPUT ist, d.h. OUTPUT = f(INPUT, A).
  • Berechnen des geheimen Schlüssels aus dem kodierten Schlüssel und der schlüsselspezifischen Zahl bringt den Vorteil mit sich, daß die von der Vorrichtung 1' zur Erzeugung der Antwort verbrauchte Energie und die dabei hervorgerufene Strahlung höher oder niedriger erscheinen, als sie wirklich sind. Ein Angreifer ist nicht in der Lage, die zur Erzeugung der Antwort verbrauchte tatsächliche Energie und die dabei hervorgerufene Strahlung von anderem Energieverbrauch und anderer Strahlung zu unterscheiden.
  • Es ist im Gegensatz zum Fall von 3 natürlich denkbar, daß die Vorrichtung zwei Prozessoren aufweist, wovon einer die Berechnungen unter Verwendung der Funktion g' und der zweite diejenigen unter Verwendung der Funktion f durchführt.
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung. Die Ausführungsform von 4 entspricht größtenteils derjenigen von 3. Im Fall von 4 weist die Vorrichtung 1'' jedoch Einrichtungen zum Ingebrauchnehmen eines neuen kodierten Schlüssels A' und einer neuen schlüsselspezifischen Zahl RND auf.
  • Im Fall von 4 weist der Prozessor P'' einen Zähler auf, um zu registrieren, wie viele Male der Prozessor P'' die Antwort OUTPUT erzeugt hat. Sobald der Zähler einen vorgegebenen Grenzwert, z.B. 1000, erreicht hat, initiiert der Prozessor P'' einen Prozeß, um einen neuen kodierten Schlüssel A' und eine neue schlüsselspezifische Zahl RND in Gebrauch zu nehmen. In diesem Fall berechnet der Prozessor P'' den geheimen Schlüssel A auf der Basis des kodierten Schlüssels A', der schlüsselspezifischen Zahl RND und der Funktion g', die im Speicher M'' gespeichert sind. Der Prozessor P'' schickt den auf diese Weise gewonnenen geheimen Schlüssel A zu einem zweiten Prozessor 5'' (im Gegensatz zu dem Beispiel in 4 kann die Vorrichtung 1'' auch einen einzigen Prozessor aufweisen, in welchem Fall der Prozessor P'' von 4 auch die Funktionen des zweiten Prozessors 5'' von 4 durchführt). Gleichzeitig weist der Prozessor P'' einen Zufallszahlengenerator 4'' an, eine neue Zufallszahl zu erzeugen, welche der Zufallszahlengenerator zum zweiten Prozessor 5'' schickt.
  • Der zweite Prozessor 5'' ist programmiert, um Berechnungen mit Hilfe der zweiten vorgegebenen Funktion g durchzuführen. Somit berechnet er den neuen kodierten Schlüssel A' auf der Basis des geheimen Schlüssels A und der neuen Zufallszahl RND, d.h. A' = g(A, RND). Der Prozessor 5'' speichert den neuen kodierten Schlüssel A' zusammen mit der neuen schlüsselspezifischen Zahl RND, die eine Zufallszahl aufweist, im Speicher M'', um den vorherigen kodierten Schlüssel und den vorherigen schlüsselspezifischen Code zu ersetzen.
  • Schließlich setzt der Prozessor P'' den Zähler auf Null, woraufhin die Vorrichtung 1'' den neuen kodierten Schlüssel und die neue schlüsselspezifische Zahl verwendet, bis der Zähler wieder anzeigt, daß der Prozessor P'' eine Anzahl von Antworten OUTPUT erzeugt hat, die dem Grenzwert (z.B. 1000) entspricht, wodurch erneut die Berechnung eines neuen kodierten Schlüssels beginnt.
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Systems der Erfindung. Das System von 5 verwendet die in Zusammenhang mit 2 beschriebene Vorrichtung 1.
  • Die Vorrichtung 1 wird mit einem Gerät 10 verbunden, das zum Beispiel ein Authentifizierungsgerät sein kann. Die Vorrichtung 1 und das Gerät 10 müssen nicht physikalisch miteinander verbunden werden, sondern das Gerät 10 kann zum Beispiel ein Computer sein, der über das Internet oder über ein anderes Informationsnetz eine Datenübertragungsverbindung mit der Vorrichtung 1 hat. Wenn die Vorrichtung 1 eine elektronische Identitätskarte ist, die im Kartenleser eines mit dem Internet verbundenen Computers eingesetzt ist, ist das Gerät 10 in der Lage, über das Internet und die Vorrichtung 1 die Identität des aktuellen Benutzers des Computers zu verifizieren, unter der Voraussetzung, daß die betreffende Person diejenige ist, deren Karte zur Zeit im Leser eingesetzt ist.
  • Das Gerät 10 weist einen Speicher M2 auf, in welchem die geheimen Schlüssel aller verfügbaren Vorrichtungen (Identitätskarten) gespeichert sind. Wenn das Gerät folglich sicherstellen möchte, daß es sich um eine bestimmte Vorrichtung 1 handelt, holt es zum Authentifizieren den geheimen Schlüssel A der Vorrichtung 1 aus dem Speicher M2. Dabei erzeugt eine Steuereinheit 11 in dem Gerät 10 auch eine vorgegebene Eingabe INPUT. Die Steuereinheit 11 schickt diese Eingabe zur Vorrichtung 1 und zu einem Prozessor P2 in dem Gerät. Der Prozessor P2 in dem Gerät verwendet die gleiche Funktion f wie der Prozessor P in der Vorrichtung 1. Da beide Prozessoren die gleiche Funktion f, den gleichen geheimen Schlüssel A und die gleiche Eingabe INPUT verwenden, sollte die von ihnen erzeugte Antwort OUTPUT eben falls die gleiche sein. Um dies festzustellen, weist das Gerät eine Vergleichseinrichtung 12 auf, die die am Ausgang 3 der Vorrichtung ausgegebene Antwort mit der von dem Prozessor P2 erzeugten Antwort vergleicht und auf der Basis des Vergleichs zum Beispiel ein Signal erzeugt, welches das Ergebnis des Vergleichs repräsentiert.
  • Das Gerät 10 kann auch verwendet werden, um den geheimen Schlüssel der Vorrichtung 1 zu ändern. In diesem Fall erzeugt die Steuereinheit 11 des Geräts einen neuen geheimen Schlüssel A, den sie im Speicher M2 speichert und zu der Vorrichtung 1 überträgt . Wenn der neue geheime Schlüssel A erzeugt wird, erzeugt ein Zufallszahlengenerator 13 in dem Gerät 10 auch eine neue schlüsselspezifische Zahl RND, welche das Gerät ebenfalls zu der Vorrichtung 1 überträgt. Somit empfängt die Vorrichtung 1 den neuen geheimen Schlüssel A und die neue schlüsselspezifische Zahl RND, welche sie im Speicher M speichert, um die vorherigen zu ersetzen.
  • 6 ist ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Systems der Erfindung. Die Ausführungsform von 6 entspricht größtenteils derjenigen von 5.
  • In der Ausführungsform von 6 überträgt das Gerät 10' jedoch nicht einen neuen geheimen Schlüssel A, der im Speicher der Vorrichtung 1' gespeichert wird. Statt dessen werden der neue geheime Schlüssel A und die von dem Zufallszahlengenerator 13 erzeugte neue schlüsselspezifische Zahl zu einem Prozessor 14 geschickt. Der geheime Schlüssel A wird außerdem im Speicher M2 gespeichert.
  • Der Prozessor 14 verwendet die zweite vorgegebene Funktion g und die schlüsselspezifische Zahl, um den kodierten Schlüssel A' zu berechnen, d.h. A' = g(RND, A). Die Vorrichtung 10' überträgt dann den neuen kodierten Schlüssel A' und die schlüsselspezifische Zahl RND zur Vorrichtung 1', die sie im Speicher M' speichert. Die Vorrichtung 1' verwendet diesen kodierten Schlüssel A' und die schlüsselspezifische Zahl RND so, wie in Zusammenhang mit 3 beschrieben ist.
  • Selbstverständlich sind die obige Beschreibung und die dazugehörigen Figuren nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gedacht. Es ist für Fachleute offensichtlich, daß an der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den angefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer Antwort mit einer Vorrichtung, die aufweist: einen Eingang (2) zum Empfangen einer Eingabe (INPUT); Berechnungseinrichtungen (P, P', P'') zur Erzeugung einer Antwort (OUTPUT), die unter Verwendung einer ersten vorgegebenen Funktion (f) von der Eingabe und einem geheimen Schlüssel (A) abhängig ist, und einem Ausgang (3) zum Weiterleiten der Antwort (OUTPUT), wobei das Verfahren aufweist: Speichern einer schlüsselspezifischen Zahl (RND) und eines kodierten Schlüssels (A'), der mit Hilfe des geheimen Schlüssels (A), der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und einer zweiten vorgegebenen Funktion (g) berechnet ist, in einem Speicher (M', M'') der Vorrichtung und bei der Erzeugung der Antwort (OUTPUT) Auslesen der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und des kodierten Schlüssels (A') aus dem Speicher, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner aufweist: Berechnen des geheimen Schlüssels (A) auf der Basis der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und des kodierten Schlüssels (A') unter Verwendung der inversen Funktion (g') der zweiten vorgegebenen Funktion (g), und Verwenden des berechneten geheimen Schlüssels (A), um die Antwort (OUTPUT) zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite vorgegebene Funktion (g) eine vorrichtungsspezifische Funktion ist, und dadurch, daß die schlüsselspezifische Zahl (RND) eine Zufallszahl ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein neuer kodierter Schlüssel (A') und eine neue schlüsselspezifische Zahl (RND) berechnet und in dem Speicher (M'') der Vorrichtung (1'') gespeichert werden, wenn die Berechnungseinrichtung (P'') die erste vorgegebene Funktion (f) eine vorgegebene Anzahl von Malen verwendet hat.
  4. Vorrichtung (1, 1', 1'') mit: einem Eingang zum Empfangen einer Eingabe; Berechnungseinrichtungen (P, P', P'') zur Erzeugung einer Antwort (OUTPUT), die unter Verwendung einer ersten vorgegebenen Funktion (f) von der Eingabe (INPUT) und einem geheimen Schlüssel (A) abhängig ist, und einem Ausgang (3) zum Weiterleiten der Antwort (OUTPUT), und einem Speicher (M, M', M'') zum Speichern einer schlüsselspezifischen Zahl (RND) und eines kodierten Schlüssels (A'), der mit Hilfe des geheimen Schlüssels (A), der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und einer zweiten vorgegebenen Funktion (g) berechnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: Einrichtungen, um die schlüsselspezifische Zahl (RND) und den kodierten Schlüssel (A') aus dem Speicher (M, M', M'') auszulesen und sie in die Berechnungseinrichtungen (P, P', P'') einzulesen, die eingerichtet sind, um bei der Erzeugung der Antwort (OUTPUT) den geheimen Schlüssel (A) mit Hilfe des kodierten Schlüssels (A'), der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und der inversen Funktion (g') der zweiten vorgegebenen Funktion (g) zu berechnen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1'') Kodierungseinrichtungen (5'') aufweist, um einen neuen kodierten Schlüssel (A') mit Hilfe des geheimen Schlüssels (A), einer den Kodierungseinrichtungen zuzuführenden neuen schlüsselspezifischen Zahl (RND) und der zweiten vorgegebenen Funktion (g) zu berechnen, und dadurch, daß die Vorrichtung (1'') Einrichtungen aufweist, um den kodierten Schlüssel (A') und die schlüsselspezifische Zahl (RND), die in dem Speicher (M'') gespeichert sind, durch den von den Kodierungseinrichtungen (5'') berechneten neuen kodierten Schlüssel (A') und die neue schlüsselspezifische Zahl (RND) zu ersetzen.
  6. System mit: einer Vorrichtung (1, 1', 1'') mit einem Eingang zum Empfangen einer Eingabe (INPUT); Berechnungseinrichtungen (P, P', P'') zur Erzeugung einer Antwort (OUTPUT), die unter Verwendung einer ersten vorgegebenen Funktion (f) von der Eingabe und einem geheimen Schlüssel (A) abhängig ist, und einem Ausgang zum Weiterleiten der Antwort, und einem Speicher (M, M', M'') zum Speichern einer schlüsselspezifischen Zahl (RND) und eines kodierten Schlüssels (A'), der mit Hilfe des geheimen Schlüssels (A), der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und einer zweiten vorgegebenen Funktion (g) berechnet ist, und einem Gerät (10, 10'), das mit dem Eingang der Vorrichtung (1, 1', 1'') verbunden ist, um die Eingabe (INPUT) in die Vorrichtung einzulesen, und mit dem Ausgang der Vorrichtung verbunden ist, um die Antwort (OUTPUT) zu empfangen, wobei das Gerät (10, 10') ferner aufweist: einen Speicher (M2) zum Speichern des geheimen Schlüssels (A), Berechnungseinrichtungen (P2) zum Berechnen eines Prüfwerts mit Hilfe der Eingabe (INPUT), des geheimen Schlüssels (A) und der ersten vorgegebenen Funktion (f), und Einrichtungen (12), die die von dem Ausgang der Vorrichtung (1) gewonnene Antwort (OUTPUT) mit dem Prüfwert vergleichen und anzeigen, ob die Antwort dem Prüfwert entspricht, wobei die Vorrichtung (1, 1', 1'') ferner aufweist: Einrichtungen, um die schlüsselspezifische Zahl (RND) und den kodierten Schlüssel (A') aus dem Speicher (M, M', M'') auszulesen und sie in die Berechnungseinrichtungen (P, P', P'') einzulesen, die bei der Erzeugung der Antwort (OUTPUT) den geheimen Schlüssel (A) mit Hilfe des kodierten Schlüssels (A'), der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und der inversen Funktion (g') der zweiten vorgegebenen Funktion (g) berechnen.
  7. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (10') aufweist: Einrichtungen zum Berechnen des kodierten Schlüssels (A') mit Hilfe des geheimen Schlüssels (A), der schlüsselspezifischen Zahl (RND) und der zweiten vorgegebenen Funktion (g), und Einrichtungen zum Speichern des kodierten Schlüssels (A') und der schlüsselspezifischen Zahl (RND) in dem Speicher (M') der Vorrichtung (1').
  8. System mach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (10') ferner einen Zufallszahlengenerator (13) aufweist, um während der Berechnung des kodierten Schlüssels (A') die schlüsselspezifische Zahl (RND) zu erzeugen.
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