DE69717063T2 - Verfahren und System zur sicheren Datenverarbeitung - Google Patents

Verfahren und System zur sicheren Datenverarbeitung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein sicheres Datenverarbeitungsverfahren und -system und besitzt insbesondere eine Anwendung bei einem Finanz-Terminal.
  • In einem Datenverarbeitungssystem ist es üblich, eine programmierbare zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher und andere Software- und Hardware-Komponenten bereitzustellen. Es ist wünschenswert, eine Software- und Hardware-Umgebung bereitzustellen, in der sich der Nutzer oder Operator des Systems auf alle Software- und Hardware-Komponenten des Systems verlassen kann. Um diese Aufgabe zu erfüllen, müssen einige Mittel vorgesehen sein, um zu entscheiden, ob die Komponenten dieses Systems entweder bei der ursprünglichen Installation der Komponenten oder, zu einem späteren Zeitpunkt beeinträchtigt (kompromittiert) wurden, wenn neue oder weiterentwickelte Komponenten in das System eingeführt wurden.
  • Bei einem Datenverarbeitungssystem mit einer programmierbaren zentralen Verarbeitungseinheit ist es wichtig, das Betriebssystem der zentralen Verarbeitungseinheit zu authentifizieren. Falls Steckkarten verwendet werden, um Weiterentwicklungen für die Funktionalität des Systems bereitzustellen, ist es auch wichtig, diese Steckkarten zu authentifizieren. Das Mittel zur Authentifizierung der Komponenten des Datenverarbeitungssystems muss so gebildet sein, dass Sicherheit für das Authentifizierungsverfahren an sich bereitgestellt wird, falls das Authentifizierungsverfahren in Bezug auf die Erfassung jeglicher Beeinträchtigung der Komponenten des Systems zuverlässig sein soll.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirksames Verfahren und System zum Testen von einer oder mehreren Komponenten eines Datenverarbeitungssystems bereitzustellen, um die Authentizität der getesteten Komponente oder Komponenten zu bestimmen.
  • US-A-5 473 692 offenbart eine integrierte Schaltkreiskomponente zur Durchsetzung von Lizenzrestriktionen. Der integrierte Schaltkreis verwendet eine Fernübertragung von Zugriffsprivilegien zur Durchführung eines lizenzierten Programms, so dass der integrierte Schaltkreis als ein elektronischer Dongle arbeitet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Authentizität von einer oder mehreren Systemkomponenten eines Datenverarbeitungssystems bereitgestellt, das auch eine programmierbare zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher, eine Sicherheitsschaltung mit einem kryptographischen System und einen kryptographischen Schlüsselspeicher enthält, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: sicheres Eingeben von mindestens einem Schlüssel für jede Systemkomponente in den kryptographischen Schlüsselspeicher; Erzeugen einer digitalen Signatur mittels des kryptographischen Systems, die auf eine zu authentifizierende Komponente des Systems bezogen ist, wobei der oder die Schlüssel verwendet werden, die diese Komponente betreffen; Erzeugen einer digitalen Signatur von der Komponente, die authentifiziert werden soll; und Bereitstellung eines Hinweises der Authentizität durch Vergleich der digitalen Signatur, die durch das kryptographische System erzeugt worden ist, mit der digitalen Signatur, die aus der zu authentifizierenden Komponente erzeugt worden ist.
  • Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Datenverarbeitungssystem bereitgestellt, das eine oder mehrere Komponenten enthält, deren Authentizität geprüft werden soll, wobei das Datenverarbeitungssystem umfasst: eine programmierbare zentrale Verarbeitungseinheit; einen Speicher; und eine Sicherheitsschaltung mit einem kryptographischen System und einem kryptographischen Schlüsselspeicher; dadurch gekennzeichnet, dass der kryptographische Schlüsselspeicher sicher einen oder mehrere kryptographische Schlüssel für jede Systemkomponente speichert und das kryptographische System betätigbar ist, um eine digitale Signatur zu erzeugen, die auf eine Komponente bezogen ist, deren Authentizität unter Verwendung des oder der gespeicherten Schlüssel geprüft werden soll, die diese Komponente betreffen; und dass ferner Mittel vorgesehen sind zur Erzeugung einer digitalen Signatur von der Komponente, deren Authentizität geprüft werden soll, und zur Bereitstellung eines Authentizitätshinweises durch Vergleich der digitalen Signatur, die durch das kryptographische System erzeugt worden ist, und der Signatur, die durch die zu authentifizierende Komponente erzeugt worden ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1: ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Datenverarbeitungssystems,
  • Fig. 2: Einzelheiten einer Sicherheitsschaltung, die in dem System gemäß Fig. 1 enthalten ist,
  • Fig. 3: ein Flussdiagramm des Betriebs des Systems gemäß den Fig. 1 und 2, und
  • Fig. 4: ein Flussdiagramm betreffend die Aktualisierung der kryptographischen Schlüssel, die im System gemäß den Fig. 1 und 2 verwendet werden.
  • Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen, wo ein Datenverarbeitungssystem 10 gezeigt ist, das ein Geldautomat oder ein Personalcomputer-System sein kann. Das System 10 besitzt eine zentrale Verarbeitungseinheit 11, einen Speicher 12, Vorkehrungen 13 für zusätzliche Steckkarten, einen Permanentspeicher 14, eine Sicherheitsschaltung 15 in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) und sog. Boot-Firmware 16. Die Komponenten des Datenverarbeitungssystems 10 sind in herkömmlicher, dem Fachmann gut verständlicher Weise durch eine Prozessor-Datenbus 17 verbunden. Des Weiteren läuft das System unter einem Betriebssystem (OS) in einer in der Technik an sich gut verstandenen Weise.
  • Die Sicherheitsschaltung 15 ist mit weiteren Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt. Gemäß Fig. 2 enthält die Schaltung 15 einen kryptographischen Schlüssel- und Passwortspeicher 18, ein kryptographisches System 19, einen Speicher 20 für eine digitale Signatur, Steuerungs- und Schnittstellen-Firmware 21 und einen I/O-Bus 22, der mit dem Systembus 17 kommuniziert. Das kryptographische System 19 unterstützt sowohl symmetrische als auch asymmetrische Algorithmen. Die Steuerungs- und Schnittstellen- Firmware 21 ist so gebildet, dass das anfängliche Anfahren des Datenverarbeitungssystems durchgeführt wird.
  • Es sind ferner (nicht dargestellt) Mittel vorgesehen, die dem Systemoperator erlauben, Schlüssel- und Passwörter in die Sicherheitsschaltung 15 einzugeben. Alle in dem Speicher 18 gespeicherten Schlüssel sind Passwort-geschützt, wobei das Passwort durch eine Eingabe des Nutzers des Systems bestimmt wird (und veränderlich ist). Ein Schlüssel kann daher nur geändert werden, falls das entsprechende Passwort bekannt ist und durch den Nutzer eingegeben wird.
  • Die Schlüssel im Speicher 18 sind gegeben, um zu ermöglichen, dass Systemkomponenten einschließlich Firmware-Komponenten und Software-Komponenten authentifiziert werden. Die Komponenten, die im System gemäß Fig. 1 authentifiziert werden sollen, enthalten des Betriebssystem (OS), die Firmware auf den Steckkarten und die Boot-Firmware 16. Die Erfindung kann auf ein System angewendet werden, das mehr oder weniger Systemkomponenten, die authentifiziert werden sollen, besitzt als das in Fig. 1 gezeigte System. Zum Beispiel muss ein einfacheres System nicht mit den Steckkarten ausgestattet sein, wobei in diesem Fall keine Vorkehrungen erforderlich sind, um derartige Karten zu authentifizieren.
  • Jede der Komponenten des Systems, die authentifiziert werden sollen, enthält eine digitale Signatur, die in die Firmwäre der Komponente eingebettet ist. Die digitale Signatur ist an einer vorbestimmten Position eingebettet und durch den Lieferanten der Komponente als Teil des Herstellungsprozesses erzeugt. Der Algorithmus zur Erzeugung der digitalen Signatur verwendet ein asymmetrisches Schlüsselpaar, wobei der (Lieferant) den privaten Schlüssel sicher behält und den öffentlichen Schlüssel mit der zu authentifizierenden Komponente verteilt. Der öffentliche Schlüssel wird in die Schaltung 15 eingegeben, wenn die Komponente in das Datenverarbeitungssystem 10 installiert wird.
  • Der Generator von jedem der kryptographischen Schlüssel, die in die Schaltung 15 eingegeben worden sind, wird von der Quelle der Komponente abhängen, auf die sich die Schlüssel beziehen. Die Schlüssel können symmetrisch oder asymmetrisch sein und die entsprechenden Komponenten des Systems gemäß dem kryptographischen Verfahren validieren, das in der Sicherheitsschaltung 15 bestimmt ist. Das Authentifizierungsverfahren ist aufgrund der Tatsache, dass das Verfahren in der Sicherheitsschaltung 15 (A- SIC) enthalten ist, gegen Eingriffe gesichert, und es ist nicht in der Lage, die Inhalte dieser ASIC-Schaltung zu ändern. Das Sicherheitssystem kann nicht außer Kraft gesetzt werden.
  • Eine Anzahl von Schlüsseln sind vordefiniert, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist. Tabelle 1
  • Das Verfahren zum Starten des Datenverarbeitungssystems gemäß den Fig. 1 und 2 ist im Flussdiagramm der Fig. 3 illustriert. Gemäß Fig. 3 folgt dem Schritt "Einschalten" 23 der Schritt "Prozessorstart" 24 und bei Schritt 25 die Ausführung des Initialcodes der ASIC-Schaltung 15.. Bei Schritt 26 wird eine Entscheidung gefällt, ob der Boot-Schlüssel geladen worden ist und entweder bei Schritt 27 die Validierung des Boot-PROM 16 direkt oder über Schritt 28 stattfindet, wenn der Boot- Schlüssel eingegeben werden muss. Der Validierungsprozess bei Schritt 27 umfasst die Erzeugung der erwarteten digitalen Signatur unter Verwendung des "Boot"-Schlüssels in der ASIC- Schaltung 15. Die erzeugte digitale Signatur wird dann mit der tatsächlichen digitalen Signatur vom Boot-PROM 16 verglichen und bei Schritt 29 wird ein Hinweis erzeugt, ob der Boot-PROM gültig ist. Falls er nicht gültig ist, wird das Verfahren gemäß Fig. 3 gestoppt.
  • Wenn der Boot-PROM 16 validiert worden ist, setzt sich das Verfahren über den Schritt 30 fort, um den Boot-PROM abzuarbeiten, und beginnt dann bei Schritt 31, umauf jeder der Steckkarten zu arbeiten. Im Flussdiagramm gemäß Fig. 3 wird jede Karte x (x ist die Nummer jeder in Betracht gezogener Karte) geprüft, indem bei Schritt 32 bestimmt wird, ob der entsprechende Kartenschlüssel in die ASIC-Schaltung 15 eingegeben worden ist, und die Validierung schreitet fort entweder direkt mit Schritt 33, falls der Schlüssel eingegeben worden ist, oder über Schritt 34, falls der Schlüssel noch eingegeben werden muss. Die Validierung jeder Steckkarte wird durch Vergleich der digitalen Signatur, die für diese Karte durch das kryptographische System 19 erzeugt worden ist, mit der digitalen Signatur erreicht, die in der Karte eingebettet ist, wobei der geeignete "Karte x" - Schlüssel verwendet wird (x ist die Nummer der betrachteten Karte). Bei Schritt 35 wird ein Hinweis erzeugt, ob die Karte gültig ist. Falls die Karte gültig ist, wird bei Schritt 36 der Initialisierungscode ausgeführt.
  • Wenn aufeinanderfolgend Karten validiert werden sollen, wird dies bei Schritt 37 bestimmt, und die Validierung von all diesen Karten wird fortgesetzt, bis alle validiert worden sind. Auf die Validierung der Karten folgend wird bei Schritt 38 die Boot-Aufzeichnung validiert und bei Schritt 39 ein Hinweis geliefert, falls die Boot-Aufzeichnung gültig ist. Der Validierungsvorgang in Schritt 38 wird durch Erzeugung einer digitalen Signatur für den Betriebssystems-Boot unter Verwendung des "OS"-Schlüssels und durch den Vergleich von diesem mit der digitalen Signatur durchgeführt, die im Speicher 20 der digitalen Signatur gespeichert ist. Falls die Boot-Aufzeichnung gültig ist, wird bei Schritt 40 der Boot-Aufzeicbnungs-Code durchgeführt, und das System läuft.
  • Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo das Verfahren der Aktualisierung der Schlüssel beschrieben wird. Um eine Aktualisierung des Betriebssystems oder des Kartenschlüssels ab Schritt 41 zu beginnen, wird bei Schritt 42 eine Prüfung durchgeführt, ob das Terminal läuft. Falls es nicht läuft, wird das System bei Schritt 43 eingeschaltet und bei Schritt 44 eine Prüfung durchgeführt, ob das System ausgefallen ist. Falls ja, wird eine Aktualisierungsfunktions-Taste gedrückt, ein Passwort für den gewählten Schlüssel wird eingegeben und der neue Schlüssel wird eingegeben, um bei Schritt 45 anzukommen, bei dem das System normal startet.
  • Falls bei Schritt 44 das Terminal nicht ausgefallen ist, wird das Aktualisierungsprogramm bei Schritt 46 durchgeführt und der Operator des Systems wählt bei Schritt 47 aus, welcher Schlüssel aktualisiert werden soll. Bei Schritt 48 wird das Passwort für den ausgewählten Schlüssel eingegeben, der neue Schlüssel wird bei Schritt 49 eingegeben, und bei Schritt 50 wird das System heruntergefahren. Bei Schritt 51 wird die Systemkomponente (entweder eine Karte oder das BIOS) ersetzt und bei Schritt 52 wird das Terminal wieder hochgefahren.
  • Falls, wie bei Schritt 53 gezeigt ist, ein Boot-Aufzeichnungsfehler auftritt, wird bei Schritt 54 eine Aktualisierungsfunktions-Taste gedrückt, und bei Schritt 55 wird das Passwort für die Betriebssystem-Signatur eingegeben. Dies ergibt, dass die digitale Signatur des Betriebssystems regeneriert wird. Das Betriebssystem wird bei Schritt 56 normal betrieben.
  • Wenn das Betriebssystem gestartet wird, ist die Sicherheit die Verantwortlichkeit der Betriebssystems-Software. Die Sicherheits-Schaltung 15 (ASIC) kann dann die Validierung der digital gezeichneten Software bereitstellen.
  • Es ist ersichtlich, dass das beschriebene System eine bestätigte Startfolge ermöglicht, die für die erfolgreiche Bereitstellung eines vollständig sicheren Systems erforderlich ist. Es ist gezeigt worden, dass die Schlüssel im Speicher außerhalb der Sicherheitsschaltung 15 (ASIC) gespeichert werden könnten. Beispielsweise könnten sie unter einem Hauptschlüssel kodiert werden, der in der Sicherheits-Schaltung 15 (ASIC) gehalten wird und es unmöglich machen würde, die Schlüssel zu ändern oder zu ersetzen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung der Authentizität von einer oder mehreren Systemkomponenten eines Datenverarbeitungssystems, das ferner eine programmierbare zentrale Verarbeitungseinheit, einen Speicher, eine Sicherheitsschaltung mit einem kryptographischen System und einen kryptographischen Schlüsselspeicher umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: sicheres Eingeben von mindestens einem Schlüssel für jede Systemkomponente in den kryptographischen Schlüsselspeicher; ferner gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen einer digitalen Signatur mit den kryptographischen System, die auf eine Komponente des Systems, die validiert werden soll, bezogen ist, unter Verwendung des Schlüssels oder der Schlüssel, die sich auf diese Komponente beziehen;
Erzeugen einer digitalen Signatur der zu authentifizierenden Komponente; und
Bereitstellung eines Hinweises der Authentizität durch Vergleich der durch das kryptographische System erzeugten digitalen Signatur mit der Signatur, die von der zu authentifizierenden Komponente erzeugt worden ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dass ferner die Schritte umfasst: Aktualisieren eines Schlüssels im kryptographischen Schlüsselspeicher durch Auswahl eines Schlüssels, der aktualisiert werden soll; Eingeben eines Passworts für den ausgewählten Schlüssel; und Eingeben des aktualisierten Schlüssels.
3. Datenverarbeitungssystem (10), das eine oder mehrere Komponenten (16) enthält, deren Authentizität geprüft werden soll, wobei das Datenverarbeitungssystem umfasst: eine programmierbare zentrale Verarbeitungseinheit (11), einen Speicher (12), und eine Sicherheitsschaltung (15) mit einem kryptographischen System (19) und einem kryptographischen Schlüsselspeicher (18), wobei der kryptographische Schlüsselspeicher sicher einen oder mehrere kryptographische Schlüssel für jede Systemkomponente speichert, wobei das kryptographische System dadurch gekennzeichnet ist, dass es betätigbar ist, um eine digitale Signatur zu erzeugen, die auf eine Komponente bezogen ist, deren Authentizität geprüft werden soll, unter Verwendung des gespeicherten Schlüssels oder der Schlüssel, die sich auf diese Komponente beziehen; und ferner umfasst: Mittel zur Erzeugung einer digitalen Signatur von der Komponente, deren Authentizität geprüft werden soll, und zum Bereitstellen eines Hinweises der Authentizität durch Vergleichen der durch das kryptographische System erzeugten digitalen Signatur mit der Signatur, die von der Komponente erzeugt worden ist, die authentifiziert werden soll.
4. Datenverarbeitungssystem gemäß Anspruch 3, wobei eine Komponente, deren Authentizität geprüft werden soll, Boot-Firmware (16) für das System umfasst.
5. Datenverarbeitungssystem gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem eine Komponente, deren Authentizität geprüft werden soll, ein Betriebssystem umfasst.
6. Datenverarbeitungssystem gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem eine Komponente, deren Authentizität geprüft werden soll, eine Steckkarte umfasst.
7. Datenverarbeitungssystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Sicherheitsschaltung (15) ein Mittel zum Speichern von Passwörtern enthält, um die Eingabe von kryptographischen Schlüsseln in den kryptographischen Schlüsselspeicher zu steuern.
8. Datenverarbeitungssystem gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Sicherheitsschaltung (15) eine integrierte Schaltung umfasst.
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