EP2893667A1 - Verfahren zur authentisierung eines portablen datenträgers - Google Patents

Verfahren zur authentisierung eines portablen datenträgers

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Publication number
EP2893667A1
EP2893667A1 EP13747354.2A EP13747354A EP2893667A1 EP 2893667 A1 EP2893667 A1 EP 2893667A1 EP 13747354 A EP13747354 A EP 13747354A EP 2893667 A1 EP2893667 A1 EP 2893667A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
key
secret
data carrier
public
ski
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13747354.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gisela Meister
Jens Urmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Original Assignee
Giesecke and Devrient GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Giesecke and Devrient GmbH filed Critical Giesecke and Devrient GmbH
Publication of EP2893667A1 publication Critical patent/EP2893667A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0838—Key agreement, i.e. key establishment technique in which a shared key is derived by parties as a function of information contributed by, or associated with, each of these
    • H04L9/0841—Key agreement, i.e. key establishment technique in which a shared key is derived by parties as a function of information contributed by, or associated with, each of these involving Diffie-Hellman or related key agreement protocols
    • H04L9/0844—Key agreement, i.e. key establishment technique in which a shared key is derived by parties as a function of information contributed by, or associated with, each of these involving Diffie-Hellman or related key agreement protocols with user authentication or key authentication, e.g. ElGamal, MTI, MQV-Menezes-Qu-Vanstone protocol or Diffie-Hellman protocols using implicitly-certified keys
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/04—Key management, e.g. using generic bootstrapping architecture [GBA]
    • H04W12/041—Key generation or derivation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/04—Key management, e.g. using generic bootstrapping architecture [GBA]
    • H04W12/047—Key management, e.g. using generic bootstrapping architecture [GBA] without using a trusted network node as an anchor
    • H04W12/0471—Key exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/06—Authentication
    • H04W12/069—Authentication using certificates or pre-shared keys
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/10—Integrity
    • H04W12/108—Source integrity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L2209/00—Additional information or applications relating to cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communication H04L9/00
    • H04L2209/80—Wireless

Definitions

  • the invention relates to a method for authenticating a portable data carrier in relation to a term device, a correspondingly set up portable data carrier, a correspondingly set up terminal device and a system consisting thereof.
  • a portable data carrier for example in the form of an electronic identity document, comprises an integrated circuit with a processor and a memory.
  • the memory typically stores data that provides information about the owner of the volume, such as the name of the owner.
  • An authentication application can be executed on the processor, via which the data carrier can authenticate against a term device, in the case of an identification document, for example, at a border control or the like.
  • a secure data confor- mation between the data carrier and the term device is prepared by agreeing a secret communication key for the symmetric encryption of a subsequent data communication, for example by means of the known Diffie and Hellman key exchange method or other suitable methods. Furthermore, as a rule, at least the terrestrial device verifies the authenticity of the data carrier, for example by means of a certificate.
  • both the terminal and the data carrier each have a secret key and a public key Provide key.
  • the certificate of the volume may affect its public key.
  • each volume of a set or group of volumes is personalized with an individual key pair consisting of a public key and a secret key, problems arise with regard to the anonymity of the owner of the volume. It would then be possible to uniquely assign each use of the data carrier to the corresponding owner on the basis of the individual public key, thus creating, for example, a complete movement profile of the owner.
  • WO2012 / 031681 describes an authentication method which preserves the anonymity of the owner of a data carrier and in which the compromising of one of the data carriers has no negative effects on the security of other data carriers.
  • a public key and a secret key of the data carrier as well as a public session key and a secret session key of the term device are used.
  • the volume uses a public group key as the public key.
  • a secret key the volume uses a secret key derived from a secret group key associated with the public group key.
  • the public key used is the public group key, which is not volume-specific, but is identical for all volumes in the group. In this regard, all volumes of a group are indistinguishable. Thus, the anonymity of the owner of the data carrier can be maintained.
  • the attacker issuing the disk calculates the following values:
  • PK0 A SKT an attacker can successfully portray himself as an authentic data carrier in relation to a terrestrial device without knowing the private group key SKO or a key derived therefrom, eg SKI.
  • the object of the present invention is to ensure that the process described in WO 2012/031681 while retaining its advantages over the attack described above.
  • the data carrier uses the public group key PKO as the public key and a key SKI as the secret key, which is derived from a secret group key SKO assigned to the public group key PKO using a derivation parameter RND1.
  • the portable data carrier uses the secret group key SKO to generate a digital signature Sig (gl) of a data element gl required for the authentication, into which the derivation parameter RND1 flows.
  • the secret key of the data carrier SKI is replaced by a secret key SKI "of the data carrier derived from the secret key. ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/>
  • the secret key SKI" deriving from the secret key is preferably replaced by a first multiplication of the secret key.
  • key SKI with another random number RND1 1 and a second multiplication with another random number RND1 "generated.
  • the public group key PKO and the secret key SKI of the data carrier and the public session key PKT and the secret session key SKT of the term means a communication key KK between the data carrier and the Terrnmal raised agreed, preferably by means of a Diffie-Hellman ScM Kunststoffe.
  • the Schnorr signature is used, into which the secret group key SKO flows.
  • the secret key SKI is derived from the secret group key SKO using a first random number RND1.
  • the public group key PKO is determined by exponentiation of a given prirnitivwurzel or base g with the secret group key SKO, the secret key SKI formed by multiplication of the secret group key SKO with a first random number RND1 and a derived base gl means of an exponentiation of the primitive root or Basis g formed with the reciprocal of the first random number RND1.
  • the derived base gl of the term means is provided by the data carrier.
  • the public session key PKT of the terminal device is determined by means of exponentiation of the derivative base gl provided by the data carrier with the secret session key SKT of the terrestrial device.
  • a portable data carrier comprising a processor, a memory, and a data correspondence courier to a terminal device, the portable data medium adapted to authenticate to the terminal device using a public key PKO and a secret key SKI of the disk coming out of a public secret key PKO is derived using a derivation parameter RND1, and a public session key PKT and a secret session key SKT of the terrestrial device, wherein the portable data carrier is further configured to use the secret group key SKO a digital signature Sig (gl ) to generate a required for the authentication data element gl, in which the derivative parameter RND1 flows.
  • a term means is provided which is set up to authenticate to a portable data carrier using a public key PKO and a secret key SKI of the data carrier which consists of a public group key PKO secret group key SKO using a Derivation parameter RND1 is derived, as well as a public session key PKT and a secret session key SKT the Termmal Vietnamese perform, the Termmal pain is adapted to check using the secret group key SKO a digital signature Sig (gl) of a data required for the authentication data gl, in that the derivative parameter RND1 flows into.
  • the term means is adapted to determine its public key PKT using a derived base gl provided by the data carrier in combination with the secret session key SKT of the term means.
  • FIG. 2 is a flowchart showing steps of a preferred embodiment of the method according to the invention for authenticating a data carrier
  • Fig. 3 is a flow chart, the further steps of a preferred
  • Embodiment of the inventive method for au- thentization of a data carrier with respect to a terminal device shows, and
  • FIG. 4 shows a flow diagram which, according to a preferred embodiment, shows the steps made by the data carrier for authenticating in a further session with a terminal device.
  • 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a portable data carrier according to the invention in the form of a chip card 10.
  • the chip card 10 is configured to exchange data with an external entity in the form of a termmarker 20.
  • a data exchange can be described by the transmitter-receiver model known from information theory: data or information is encoded in characters and then transmitted from a transmitter to a receiver via a transmission channel.
  • both the chip card 10 and the term device 20 have suitable communication interfaces 12 and 22.
  • the interfaces 12 and 22 may, for example, be designed such that the communication between them or between the chip card 10 and the term device 20 is contactless, ie via the air interface, as indicated in FIG.
  • the chip card 10 via the interface 12 galvanic, ie contact-related, with the interface 22 of the Termmal boots 20 are in communication.
  • the interface 12 is usually designed as a contact field arranged on the chip card 10 with a plurality of contact surfaces for data exchange with the terminal device 20.
  • the present invention also includes portable data carriers which both have an interface to the contact-type as well as an interface for contactless Koimnunikation with a terminal device and the Professional in the context of smart cards are known as dual-interface smart cards.
  • the portable data carrier 10 in the form of a chip card comprises a central processing unit (CPU) in the form of a microprocessor 14 which is in communication with the interface 12 for communication with the term device 20 stands.
  • the central tasks of the CPU or the microprocessor 14 include the execution of arithmetic and logic functions and the reading and writing of data, as defined by a computer program running on the microprocessor 14 in the form of machine instructions.
  • a memory unit 16 which is in communication with the microprocessor 14 comprises, in particular, a volatile random access memory (RAM) for receiving the machine instructions of a computer program to be executed by the microprocessor 14.
  • RAM volatile random access memory
  • the memory unit 16 may comprise a nonvolatile, preferably rewritable memory in which data can be securely stored, which relate, inter alia, to the owner of the portable data carrier 10.
  • the nonvolatile memory is a flash memory (flash EEPROM). This may be, for example, a flash memory with a NAND or a NOR architecture.
  • the memory unit 16 may also comprise a read-only memory (ROM).
  • ROM read-only memory
  • a portable data carrier 10 according to the invention may have further electronic elements than those shown in FIG.
  • the portable data carrier 10 could also have a memory management unit interacting with the microprocessor 14 for managing the memory unit 16, or the microprocessor 14 could have its own internal memory unit or a coprocessor for performing cryptographic calculations ,
  • the portable data carrier 10 if it represents, for example, an electronic identity document, further features (not shown). These can be visibly applied to a surface of the portable data carrier 10, for example printed on it, and designate the holder of the data carrier, for example by its name or a photo.
  • FIG. 2 shows preparatory steps. These can be carried out, for example, during the production of the data carrier 10, for example in a personalization phase.
  • a secret group key SKO and a public group key PKO are formed as part of a public key infrastructure (PKI).
  • PKI public key infrastructure
  • the public group key PKO is calculated as the result of an exponentiation of a given base gO, which is also known to the person skilled in the art as a primitive root or generator, modulo a predetermined prime number p. All calculations described below are to be read modulo the prime number p, without this being always explicitly stated.
  • the two keys SKO and PKO form a group key pair and provide the basis for the key architecture for a group of like volumes 10 described below.
  • step S2 a certificate Cert (PK0) is formed, which serves for the verification of the public group key PKO.
  • the data carrier 10 which represents a data carrier of a given group of data carriers, is equipped with a key pair.
  • the public group key PKO serves the volume 10 as a public key.
  • a secret key SKI of the data carrier 10 is randomized, ie using a random number RND1, from the derived secret group key SKO.
  • each data carrier 10 of the group is equipped with a key pair, which differs from a corresponding key pair of another data carrier of the group-due to the randomized component in the key derivation-by respectively different secret keys SKI.
  • all volumes 10 of the group comprise the same public key PKO.
  • all secret keys of the group of volumes have been derived from the same secret group key SKO.
  • a derived basis gl for the data carrier is calculated.
  • the reciprocal 1 / RND1 of the random number RND1 forms the multiplicative inverse of the random number RND1 with respect to the multiplication modulo the prime number p and is also known in the art as RND1 -1 .
  • a signature Sig (gl) of the derived base gl is created using the secret group key SKO.
  • the Schnorr signature is used here.
  • H stands for a suitable hash function and M
  • r for the concatenation of the data element M to be signed with the value r g A k derived from the random number r.
  • Schnorr signature as well as other signature methods suitable according to the invention, such as DSA, ElGamal and the like, can be found, for example, in section 11 and in particular section 11.5 of the book "Handbook of Applied Cryptography" by A. Menezes, P. van Oorschot and S. Vanstone, 1997, to which reference is hereby incorporated by reference.
  • the Schnorr signature preferred according to the present invention as the signature method
  • the key SKI derived from the secret group key SKO and the public group key PKO are written in substep TS34 together with the derived base gl, the signature sig (gl) of the derived base g1, the original base g0 and the certificate Cert (PKO) in the memory unit 16 of the portable data carrier 10 is stored.
  • the original base gO can be included in the certificate Cert (PKO).
  • the Random number RND1 and secret group key SKO are not stored in the volume 10. This is set up to perform an authentication with respect to the termimaging device 20, as will be described in greater detail with reference to FIG.
  • the portable data carrier 10 provides the terminal device 20 with the data necessary for mutual authentication.
  • a communication key KK requires the term means 20 in the illustrated embodiment, the derived base gl and the public group key PKO.
  • the signature device 20 provides the signature Sig (g1) of the derived base g1 created in substep TS33 and the original base g0.
  • the terrestrial device 20 requires the corresponding certificate Cert (PKO).
  • PKO certificate Cert
  • the original base gO can also be integrated in such a chain or be part of the certificate Cert (PKO), for example, if it is a certificate according to the standard X.509. It is also possible that the data to be provided to the termmaker 20 in step S4 are stored in a freely readable memory area of the memory unit 16 of the portable data carrier 10 and are read out by the termmaker 20 if necessary.
  • step S5 the terrestrial device 20 verifies by means of the digital signature Sig (gl) whether the derived base gl transmitted from the data carrier 10 corresponds to the base with which the signature Sig (gl) was originally created. that is.
  • the teririnal device 20 is followed by the signature Sig (gl) being generated by means of a matching secret key has been, ie by means of the secret group key SK0 or a key derived therefrom, e.g. the key SK, as is the case with a preferred embodiment of the invention described in connection with FIG. 4 at subsequent sessions.
  • step S6 the toll device 20 checks the certificate Cert (PKO) of the public group key PKO.
  • This check of the certificate can alternatively also take place after the agreement of the communication key KK in step S8 and / or of the secret session key SKT in step S7.
  • step S7 the toll device 20 prepares the authentication. It generates a secret session key SKT. This can be done, for example randomized, ie using a random number.
  • a public session key PKT of the term device 20 calculates this by means of exponentiation of the derived base gl provided by the portable data carrier 10 with its own secret session
  • PKT: gl A ST rj> he public session key PKT is provided to the portable volume 10 by the term means 20.
  • step S8 the communication key KK is now concretely agreed between the terrrunal worn 20 and the portable data carrier 10.
  • the data carrier 10 calculates this communication key KK by exponentiation of the public session key PKT of the term device 20 with its own derived secret key SKI:
  • the Termmal acquired 20 calculates the communication key KK by exponentiation of the public group key PK0 with the secret session key SKT the Terrnmal pain 20:
  • the portable data carrier 10 and the terrarium device 20 arrive at the same result, ie at the same key of the communication key KK, on the basis of the respective data available to them. This is the authentication between the portable data carrier 10 and the terminal device 20 is completed.
  • the data stored in the portable data carrier 10 are preferably in accordance with the following
  • the method described with reference to FIG. 4 varies from session to session. This relates to the derived secret key SKI as well as the derived base gl. This is, as described above, transmitted to the terminal device 20 as part of the authentication procedure or provided in another way. An unchanged, data carrier-individual basis gl could thus be used to identify the data carrier 10.
  • the deduced key SKI 'and the derived base gl' would be used in a further authentication session used in the preferred embodiment in which a sniffer Signature is used and in which in step S4 to verify the signature Sig (gl ') of the new base gl' of Terrrunal stimulating 20 both the new derived base gl 'and the previous base gl are transmitted, the Terrrunal stimulating 20 or a so Connected background sys tem clearly identify the portable data carrier 10, since the Terrrunal responded 20 and the background system knows the base gl and the original base gO that they have been provided by the portable data carrier 10 in the previous authentication session.
  • step S12 the further derived base is signed using the secret key SKI ', preferably again using the Schnorr signature
  • the further derived secret key SKI ", the further derived base gl", the signature Sig (Gl ") and the base gl 'derived in step S10 are stored in the data carrier 10 for the next authentication session.
  • the data carrier 10 would preferably provide the values gl ", Sig (gl"), gl 1 , PK0 and Cert (PKO) in a step analogous to step S4 of the term means 20. Since the memory device 20 can not relate the values gl "and gl 'to the values gl and gO used in the preceding authentication session, the preferred method illustrated in FIG. 4 ensures that the data carrier 10 can not be tracked.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Storage Device Security (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Authentisierung eines portablen Datenträgers gegenüber einer Terminaleinrichtung unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels und eines geheimen Schlüssels des Datenträgers sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels und eines geheimen Sitzungsschlüssels der Terminaleinrichtung bereitgestellt. Dabei verwendet der Datenträger als öffentlichen Schlüssel einen öffentlichen Gruppenschlüssel und als geheimen Schlüssel einen Schlüssel, der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel unter Verwendung eines Ableitungsparameters abgleitet wird. Der portable Datenträger erzeugt unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels eine digitale Signatur eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements, in das der Ableitungsparameter einfließt.

Description

Verfahren zur Authentisierung
eines portablen Datenträgers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Authentisierung eines portablen Datenträgers gegenüber einer Termmaleinrichtung, einen entsprechend eingerichteten portablen Datenträger, eine entsprechend eingerichtete Terminaleinrichtung sowie ein daraus bestehendes System. Ein portabler Datenträger, beispielsweise in Form eines elektronischen Ausweisdokuments, umfasst einen integrierten Schaltkreis mit einem Prozessor und einem Speicher. In dem Speicher sind in der Regel Daten gespeichert, die Informationen über den Inhaber des Datenträgers liefern, beispielsweise den Namen des Inhabers. Auf dem Prozessor ist eine Authentisierungs- applikation ausführbar, über welche sich der Datenträger gegenüber einer Termmaleinrichtung authentisieren kann, im Fall eines Ausweisdokuments beispielsweise bei einer Grenzkontrolle oder dergleichen.
Während eines solchen Authentisierungsvorgangs wird eine gesicherte Da- tenkonmaunikation zwischen dem Datenträger und der Termmaleinrichtung vorbereitet, indem ein geheimer Kommunikationsschlüssel zur symmetrischen Verschlüsselung einer nachfolgenden Datenkommunikation vereinbart wird, beispielsweise mittels des bekannten Schlüsselaustauschverfahrens nach Diffie und Hellman oder anderen geeigneten Verfahren. Wei- terhin verifiziert in der Regel zumindest die Terrrimaleinrichtung die Authentizität des Datenträgers, beispielsweise anhand eines Zertifikats.
Zur Durchführung eines Verfahrens zur Vereinbarung des geheimen Kommunikationsschlüssels ist es notwendig, dass sowohl das Terminal als auch der Datenträger jeweils einen geheimen Schlüssel und einen öffentlichen Schlüssel bereitstellen. Das Zertifikat des Datenträgers kann beispielsweise dessen öffentlichen Schlüssel betreffen.
Wird jeder Datenträger einer Menge oder Gruppe von Datenträgern mit ei- nem individuellen Schlüsselpaar, bestehend aus einem öffentlichen Schlüssel und einem geheimen Schlüssel, personalisiert, ergeben sich Probleme hinsichtlich der Anonymität des Inhabers des Datenträgers. Es wäre dann möglich, jede Verwendung des Datenträgers aufgrund des individuellen öffentlichen Schlüssels eindeutig dem entsprechenden Inhaber zuzuordnen und auf diese Weise beispielsweise ein vollständiges Bewegungsprofil des Inhabers anzulegen.
Um diesem Problem gerecht zu werden, ist vorgeschlagen worden, eine Mehrzahl oder Gruppe von Datenträgern mit jeweils einem identischen, so genannten Gruppenschlüsselpaar, bestehend aus einem öffentlichen Gruppenschlüssel und einem geheimen Gruppenschlüssel, auszustatten. Damit kann die Anonymität des Inhabers eines Datenträgers, zumindest innerhalb der Gruppe, wieder hergestellt werden. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass in dem Fall, dass einer der Datenträger der Gruppe kompromittiert wird, die gesamte Gruppe von Datenträgern ausgetauscht werden muss. Wenn beispielsweise der geheime Gruppenschlüssel eines der Datenträger der Gruppe ausgespäht worden ist, kann keiner der Datenträger der Gruppe sicher weiterverwendet werden. Aufwand und Kosten einer notwendigen Austauschaktion können enorm sein.
Die WO2012/ 031681 beschreibt ein Authentisierungsverfahren, das die Anonymität des Inhabers eines Datenträgers wahrt und bei dem die Kompromittierung eines der Datenträger keine negativen Auswirkungen auf die Sicherheit anderer Datenträger hat. Bei dem Verfahren zum Authentisieren eines portablen Datenträgers gegenüber einer Termmaleinrichtung gemäß der WO2012/ 031681 werden ein öffentlicher Schlüssel und ein geheimer Schlüssels des Datenträgers sowie ein öffentlicher Sitzungsschlüssel und ein geheimer Sitzungsschlüssel der Termmaleinrichtung verwendet. Der Datenträger verwendet als öffentlichen Schlüssel einen öffentlichen Gruppenschlüssel. Als geheimen Schlüssel verwendet der Datenträger einen geheimen Schlüssel, der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel abgeleitet wird.
Bei dem Verfahren gemäß der WO 2012/ 031681 ist ein Speichern des geheimen Gruppenschlüssels in dem Datenträger nicht mehr notwendig, so dass ein solcher bei einem Angriff auf den Datenträger auch nicht ausgespäht werden kann. Geheime Sitzungsschlüssel anderer, nicht angegriffener Datenträger einer Gruppe von Datenträgern können weiterverwendet werden.
Ein Verfolgen des Datenträgers anhand eines datenträgerindividuellen öffentlichen Schlüssels ist nicht möglich, da ein solcher in dem Datenträger nicht vorliegt. Als öffentlicher Schlüssel wird der öffentliche Gruppenschlüssel verwendet, welcher nicht datenträgerindividuell ist, sondern für alle Datenträger der Gruppe identisch ist. In dieser Hinsicht sind sämtliche Datenträger einer Gruppe ununterscheidbar. Damit kann die Anonymität des Inhabers des Datenträgers gewahrt werden.
Obgleich die vorstehend beschriebenen Probleme gut durch das in der WO2012/ 031681 vorgeschlagene Authentisierungsprotokoll zwischen dem portablen Datenträger und einer Termmaleinrichtung behoben werden, hat sich herausgestellt, dass dieses Authentisierungsprotokoll unter bestimmten Voraussetzungen anfällig für den nachstehend beschriebenen Angriff sein kann. Bei dem in der WO2012/031681 beschriebenen Authentisierungsprotokoll wird im Rahmen einer PubHc-Key-Infrastiuktur (PKI) zur Vereinbarung eines geheimen Kommunikationsschlüssels KK vom portablen Datenträger ein öffentlicher Gruppenschlüssel PK0 eines Schlüsselpaars, ein Zertifikat des Gruppenschlüssels Cert(PKO) sowie eine Basis gl an die Terrninaleinrichtung übertragen, die aus einer Originalbasis gO abgeleitet ist. Der öffentliche Gruppenschlüssel PK0 ist über die Originalbasis folgendermaßen mit einem geheimen Gruppenschlüssel SK0 verknüpft: PK0 = g0ASK0, d.h. der öffentliche Gruppenschlüssel PK0 berechnet sich als Ergebnis einer Exponentiation der Originalbasis gO (dem Fachmann auch als Primitivwurzel oder Generator bekannt) modulo einer vorgegebenen Primzahl p. Sämtliche im Folgenden beschriebenen Berechnungen sind modulo der Primzahl p zu lesen, ohne dass dies stets explizit angegeben ist. Ferner gelten die folgenden Beziehungen für die abgeleite Basis gl und den geheimen Schlüssel SKI des Datenträ- gers: gl = g0A(l/RNDl) und SKI = SKORND1, wobei RND1 eine Zufallszahl ist.
Mittels der vom Datenträger übermittelten abgeleiteten Basis gl bestimmt die Termmaleinrichtung einen öffentlichen Schlüssel PKT durch eine Mo- dulo-Exponentation eines von der Terrnmaleinrichtung gewählten geheimen Schlüssels SKT zur Basis gl, d.h. PKT = glASKT. Der geheime Kommunika- tionsschlüssel KK ergibt sich für die Termmaleinrichtung durch eine modu- lare Exponentiation des geheimen Sitzungsschlüssels SKT zur Basis PK0, d.h. KK = PK0ASKT.
Auf der Grundlage des bekannten öffentlichen Gruppenschlüssels PK0 und eines beliebigen Werts s kann ein Angreifer eine Basis gl* = PK0As wählen und an die Termmaleinrichtung übertragen. Dabei muss der Wert s lediglich invertierbar sein, d.h. s-(l/s) = 1. In diesem Fall berechnet die Terrriinalein- richtung die folgenden Werte:
PKT = gl*ASKT = (PK0As)ASKT = PK0A(s-SKT) und
KK = PK0ASKT
Der sich als Datenträger ausgebende Angreifer berechnet die folgenden Werte:
KK = PKTA(l/s)
= PK0A(SKT-s-(l/s))
= PK0ASKT
Die Termmaleinrichtung und der sich als Datenträger ausgebende Angreifer berechnen somit denselben Kommunikationsschlüssel, nämlich KK =
PK0ASKT. Mit anderen Worten: ein Angreifer kann sich gegenüber einer Terrrunaleinrichtung erfolgreich als authentischer Datenträger ausgeben, ohne den privaten Gruppenschlüssel SKO oder einen daraus abgeleiteten Schlüssel, z.B. SKI, zu kennen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass in der WO 2012/031681 beschriebene Verfahren unter Beibehaltung von dessen Vorteilen gegenüber dem vorstehend beschriebenen Angriff abzusichern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, einen Datenträger, eine Terminal- einrichtung und ein System mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Authenti- sierung eines portablen Datenträgers gegenüber einer Termmaleinrichtung unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels PKO und eines geheimen Schlüssels SKI des Datenträgers sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels PKT und eines geheimen Sitzungsschlüssels SKT der Termmaleinrichtung bereitgestellt. Dabei verwendet der Datenträger als öffentlichen Schlüssel den öffentlichen Gruppenschlüssel PKO und als geheimen Schlüssel einen Schlüssel SKI, der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel PKO zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel SKO unter Verwendung eines Ablei- tungsparameters RND1 abgleitet wird. Der portable Datenträger erzeugt unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels SKO eine digitale Signatur Sig(gl) eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements gl, in das der Ableitungsparameter RND1 einfließt. Vorzugsweise wird vor einer weiteren Ausführung des Authentisierungs- verfahrens der geheime Schlüssel des Datenträgers SKI durch einen aus dem geheimen Schlüssel abgeleiteten geheimen Schlüssel SKI" des Datenträgers ersetzt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der abgeleite geheime Schlüssel SKI" vorzugsweise durch eine erste Multiplikation des gehei- men Schlüssels SKI mit einer weiteren Zufallszahl RND11 und eine zweite Multiplikation mit einer noch weiteren Zufallszahl RND1" erzeugt.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen wird mittels des öffentlichen Gruppenschlüssels PKO und des geheimen Schlüssels SKI des Datenträgers sowie des öffentlichen Sitzungsschlüssels PKT und des geheimen Sitzungsschlüssels SKT der Termmaleinrichtung ein Kommunikationsschlüssel KK zwischen dem Datenträger und der Terrnmaleinrichtung vereinbart, vorzugsweise mittels eines Diffie-Hellman-ScMüsselaustauschverfahreris. Vorzugsweise wird zur Erstellung der digitalen Signatur Sig(gl) die Schnorr- Signatur verwendet, in die der geheime Gruppenschlüssel SKO einfließt.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen wird der geheime Schlüssel SKI aus dem geheimen Gruppenschlüssel SKO unter Verwendung einer ersten Zufallszahl RND1 abgeleitet.
Vorzugsweise wird der öffentliche Gruppenschlüssel PKO mittels Exponentiation einer vorgegebenen Prirnitivwurzel bzw. Basis g mit dem geheimen Gruppenschlüssel SKO bestimmt, der geheime Schlüssel SKI mittels Multiplikation des geheimen Gruppenschlüssels SKO mit einer ersten Zufallszahl RND1 gebildet und eine abgeleitete Basis gl mittels einer Exponentiation der Primitivwurzel bzw. Basis g mit dem Reziproken der ersten Zufallszahl RND1 gebildet.
Vorzugsweise wird die abgeleitete Basis gl der Termmaleinrichtung durch den Datenträger bereitgestellt.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen wird der öffentliche Sitzungs- Schlüssel PKT der Terminaleinrichtung mittels Exponentiation der durch den Datenträger bereitgestellten abgeleiteten Basis gl mit dem geheimen Sitzungsschlüssel SKT der Terrrünaleinrichtung bestimmt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein portabler Datenträger bereitgestellt, umfassend einen Prozessor, einen Speicher und eine Daten- korrunurrikatiorisschmttstelle zu einer Terminaleinrichtung, wobei der portable Datenträger dazu eingerichtet ist, eine Authentisierung gegenüber der Terminaleinrichtung unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels PKO und eines geheimen Schlüssels SKI des Datenträgers, der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel PKO zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel SKO unter Verwendung eines Ableitungsparameters RND1 abgleitet wird, sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels PKT und eines geheimen Sitzungsschlüssels SKT der Terrrrnialeinrichtung durchzuführen, wobei der portable Datenträger ferner dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels SKO eine digitale Signatur Sig(gl) eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements gl zu erzeugen, in das der Ableitungsparameter RND1 einfließt.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Termmaleinrichtung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, eine Authentisierung gegenüber einem portablen Datenträger unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels PKO und eines geheimen Schlüssels SKI des Datenträgers, der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel PKO zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel SKO unter Verwendung eines Ableitungsparameters RND1 abgleitet wird, sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels PKT und eines geheimen Sitzungsschlüssels SKT der Termmaleinrichtung durchzuführen, wobei die Termmaleinrichtung dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels SKO eine digitale Signatur Sig(gl) eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements gl zu überprüfen, in das der Ableitungsparameter RND1 einfließt.
Vorzugsweise ist die Termmaleinrichtung dazu eingerichtet, ihren öffentlichen Schlüssel PKT unter Verwendung einer durch den Datenträger bereitgestellten abgeleiteten Basis gl in Kombination mit dem geheimen Sitzungsschlüssel SKT der Termmaleinrichtung zu bestimmen.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, umfassend einen portablen Datenträger gemäß dem zweiten Aspekt der Er- findung sowie eine Termmaleinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, eingerichtet zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und Ausführungsalternativen hervor. Es wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen zeigen: Fig. 1 eine Schema tische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen portablen Datenträgers in Form einer Chipkarte in Kommunikation mit einer Terminaleinrichtung,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, das Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Authenti- sieren eines Datenträgers zeigt,
Fig. 3 ein Ablauf diagramm, das weitere Schritte einer bevorzugten
Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Au- thentisieren eines Datenträgers gegenüber einer Terminaleinrichtung zeigt, und
Fig. 4 ein Ablaufdiagram, das die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vom Datenträger vorgenommenen Schritte zum Au- thentisieren bei einer weiteren Sitzung mit einer Terminaleinrichtung zeigt. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen portablen Datenträgers in Form einer Chipkarte 10. Die Chipkarte 10 ist dazu ausgestaltet mit einer externen Instanz in Form einer Termmaleinrichtung 20 Daten auszutauschen. Als ein Austausch von Daten wird hier eine Signalübertragung, eine wechselseitige Steuerung und in einfachen Fällen auch eine Verbindung zwischen der Chipkarte 10 und der Termmaleinrichtung 20 verstanden. Im Allgemeinen kann ein Datenaustausch durch das aus der Informationstheorie bekannte Sender- Empfänger-Modell beschrieben werden: Daten bzw. Informationen werden in Zeichen kodiert und dann von einem Sender über einen Übertragungskanal an einen Empfänger übertragen. Dabei ist entscheidend, dass der Sender und der Empfänger dieselbe Kodierung verwenden, damit der Empfänger die Nachricht verstehen kann, d.h. die empfangenen Daten dekodieren kann. Zur Datenübertragung bzw. Kommunikation zwischen der Chipkarte 10 und der Termmaleinrichtung 20 weisen sowohl die Chipkarte 10 als auch die Termmaleinrichtung 20 geeignete Kommunikationsschnittstellen 12 und 22 auf. Die Schnittstellen 12 und 22 können beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die Kommunikation zwischen diesen bzw. zwischen der Chipkarte 10 und der Termmaleinrichtung 20 kontaktlos, d.h. über die Luftechnittstelle, erfolgt, wie dies in Figur 1 angedeutet ist. Alternativ kann die Chipkarte 10 über die Schnittstelle 12 galvanisch, d.h. kontaktbehaftet, mit der Schnittstelle 22 der Termmaleinrichtung 20 in Verbindung stehen. In diesem Fall ist die Schnittstelle 12 in der Regel als ein auf der Chipkarte 10 angeordnetes Kon- taktfeld mit mehreren Kontaktflächen zum Datenaustausch mit der Terminaleinrichtung 20 ausgebildet. Selbstverständlich werden von der vorliegenden Erfindung auch portable Datenträger umfasst, die sowohl eine Schnittstelle zur kontaktbehafteten als auch eine Schnittstelle zur kontaktlosen Koimnunikation mit einer Terminaleinrichtung aufweisen und die dem Fachmann im Zusammenhang mit Chipkarten als Dual-Interface-Chipkarten bekannt sind.
Neben der Schnittstelle 12 zur Kommunikation mit der Termmaleinrichtung 20 umfasst der portable Datenträger 10 in Form einer Chipkarte eine zentrale Verarbeitungseinheit ("central processing unit"; CPU) in Form eines Mikroprozessors 14, der in Kommunikationsverbindung mit der Schnittstelle 12 zur Kommunikation mit der Termmaleinrichtung 20 steht. Bekanntermaßen gehören zu den zentralen Aufgaben der CPU bzw. des Mikroprozessors 14 das Ausführen von arithmetischen und logischen Funktionen und das Lesen und Schreiben von Daten, wie dies durch ein auf dem Mikroprozessor 14 ablaufendes Computerprogramm in Form von Maschinenbefehlen definiert wird. Eine Speichereinheit ("memory unit") 16, die in Kommuriikationsverbindung mit dem Mikroprozessor 14 steht, umfasst insbesondere zur Aufnahme der Maschinenbefehle eines vom Mikroprozessor 14 auszuführenden Computerprogramms einen flüchtigen Arbeitsspeicher (RAM). Ferner kann die Speichereinheit 16 einen nichtflüchtigen, vorzugsweise wieder beschreibba- ren Speicher umfassen, in dem Daten sicher gespeichert sein können, die unter anderem den Inhaber des portablen Datenträgers 10 betreffen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem nichtflüchtigen Speicher um einen Flash- Speicher (Flash-EEPROM). Dabei kann es sich beispielsweise um einen Flash-Speicher mit einer NAND- oder einer NOR-Architektur handeln.
Selbstverständlich kann die Speichereinheit 16 auch einen Festwertspeicher ("read only memory"; ROM) umfassen.
Wie dies dem Fachmann bekannt ist, kann die Kornmunikation zwischen dem Mikroprozessor 14, der Speichereinheit 16, der Schnittstelle 12 und ggf. weiteren Komponenten des portablen Datenträgers 10 in Form einer Chipkarte vorzugsweise über einen oder mehrere Daten-, Adress- und/ oder Steuerbusse erfolgen, wie dies in Figur 1 durch gerade Doppelpfeile angedeutet ist. Der Fachmann wird ferner erkennen, dass ein erfindungsgemäßer portabler Datenträger 10 noch weitere als die in Figur 1 dargestellten elektronischen Elemente aufweisen kann. So könnte der portable Datenträger 10 beispielsweise ferner eine mit dem Mikroprozessor 14 interagierende Speicherverwaltungseinheit ("memory management unit") zur Verwaltung der Speichereinheit 16 aufweisen, oder der Mikroprozessor 14 könnte eine eige- ne interne Speichereinheit oder einen Coprozessor zur Durchführung kryp- tographischer Berechnungen aufweisen.
Der portable Datenträger 10 kann, wenn er beispielsweise ein elektronisches Ausweisdokument darstellt, weitere Merkmale umfassen (nicht gezeigt). Diese können sichtbar auf einer Oberfläche des portablen Datenträgers 10 aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt, sein und den Inhaber des Datenträgers bezeichnen, beispielsweise durch seinen Namen oder ein Foto.
Auf der Speichereinheit 16 sind Daten und/ oder Programmcode hinterlegt, mittels der eine Authentisierung des Datenträgers 10 gegenüber der Terminaleinrichtung 20 durchgeführt werden kann. Die Funktionsweise des portablen Datenträgers 10 bei der Authentisierung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 genauer beschrieben. Mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 wird nun eine Ausführungsform des Verfahrens zur Authentisierung des Datenträgers 10 gegenüber der Terminaleinrichtung 20 genauer beschrieben. In Figur 2 sind vorbereitende Schritte gezeigt. Diese können beispielsweise während der Herstellung des Datenträgers 10, etwa in einer Personalisierungsphase, durchgeführt werden. In einem ersten Schritt Sl werden im Rahmen einer Public-Key-Infrastruktur (PKI) ein geheimer Gruppenschlüssel SKO sowie ein öffentlicher Gruppenschlüssel PKO gebildet. Der öffentliche Gruppenschlüssel PKO berechnet sich als Ergebnis einer Exponentiation einer vorgegebenen Basis gO, die dem Fachmann auch als Primitivwurzel oder Generator bekannt ist, modulo einer vorgegebenen Primzahl p. Sämtliche im Folgenden beschriebenen Berechnungen sind modulo der Primzahl p zu lesen, ohne dass dies stets explizit angegeben ist. Die beiden Schlüssel SKO und PKO bilden ein Gruppenschlüs- selpaar und stellen die Grundlage für die nachstehend beschriebene Schlüs- selarchitektur für eine Gruppe von gleichartigen Datenträgern 10 bereit.
An dieser Stelle ist zu bemerken, dass sämtliche Berechnungen, d.h. Multiplikationen und Exponentiationen, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung dargestellt werden, nicht lediglich über einer primen Restklassen- gruppe modulo p, sondern über einer beliebigen Gruppe - hier verstanden als mathematischer Struktur und nicht zu verwechseln mit der oben genannten Gruppe von Datenträgern - durchgeführt werden können, beispielsweise auch basierend auf elliptischen Kurven. In Schritt S2 wird ein Zertifikat Cert(PK0) gebildet, welches zur Verifikation des öffentlichen Gruppenschlüssels PKO dient.
Auch der nachfolgende Schritt S3, der die Teilschritte TS31 bis TS34 umf asst, findet vorzugsweise während der Personalisierung des portablen Datenträ- gers 10 statt. Dabei wird der Datenträger 10, welcher einen Datenträger einer vorgegebenen Gruppe von Datenträgern darstellt, mit einem Schlüsselpaar ausgestattet. Der öffentliche Gruppenschlüssel PKO dient dem Datenträger 10 als öffentlicher Schlüssel. Ein geheimer Schlüssel SKI des Datenträgers 10 wird randomisiert, d.h. unter Verwendung einer Zufallszahl RNDl, aus dem geheimen Gruppenschlüssel SKO abgeleitet. Auf diese Weise wird jeder Datenträger 10 der Gruppe mit einem Schlüsselpaar ausgestattet, welches sich von einem entsprechenden Schlüsselpaar eines anderen Datenträgers der Gruppe - aufgrund der randomisierten Komponente bei der Schlüsselablei- tung - durch jeweils verschiedene geheime Schlüssel SKI unterscheidet. Auf der anderen Seite umfassen alle Datenträger 10 der Gruppe denselben öffentlichen Schlüssel PKO. Weiterhin sind sämtliche geheimen Schlüssel der Gruppe von Datenträgern aus demselben geheimen Gruppenschlüssel SKO abgeleitet worden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, wird in Teilschritt TS31 ein datenträgerindividueller geheimer Schlüssel SKI abgeleitet, indem der geheime Gruppenschlüssel SKO mit der Zufallszahl RND1 multipliziert wird, d.h. SKI = SK0-RND1.
In einem weiteren Teilschritt TS32 wird, ausgehend von der Basis gO, eine abgeleitete Basis gl für den Datenträger berechnet. Dabei wird die Basis gO mit dem Reziproken der Zufallszahl RND1, welche bereits zum Bestimmen des geheimen Schlüssels SKI verwendet worden ist, exponentiert, d.h. gl := g0A (1 /RND1). Das Reziproke 1/RND1 der Zufallszahl RND1 bildet dabei das multiplikative Inverse der Zufallszahl RND1 bezüglich der Multiplikation modulo der Primzahl p und ist dem Fachmann auch als RND1-1 bekannt.
In Teilschritt TS33 wird eine Signatur Sig(gl) der abgeleiteten Basis gl unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels SKO erstellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt hierbei die Schnorr- Signatur zum Einsatz. Wie dies dem Fachmann bekannt ist, wird bei der Erstellung der Schnorr-Signatur eines Datenelements M vom Signierenden, der ein PKI-Schlüsselpaar in Form eines öffentlichen Schlüssels PK und eines geheimen Schlüssels SK (mit PK = gASK) besitzt, der Wert s = k - SK-e berechnet, wobei k eine Zufallszahl aus der Restklasse modulo p ist und e = H(M r) gilt. Dabei steht H für eine geeignete Hashfunktion und M || r für die Konkatenation des zu signierenden Datenelements M mit dem aus der Zu- fallszahl r abgeleiteten Wert r = gAk. Weitere Details zur Schnorr-Signatur sowie zu weiteren gemäß der Erfindung geeigneten Signaturverfahren, wie beispielsweise DSA, ElGamal und dergleichen, lassen sich beispielsweise dem Abschnitt 11 und insbesondere dem Abschnitt 11.5 des Buchs "Handbook of Applied Cryptography" von A. Menezes, P. van Oorschot und S. Vanstone, 1997 entnehmen, auf das hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Wählt man als Signaturverfahren die gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugte Schnorr-Signatur so ergibt sich für die Signatur Sig(gl) der folgende Wert: Sig(gl) = (1/RND1) - SKOH(gl). Dabei wurde für die Schnorr- Signatur als Zufallszahl k das Inverse der Zufallszahl RND1, d.h. 1/RND1, gewählt, die in den Schritten TS31 und TS32 für die Ableitung des geheimen Schlüssels SKI und der Basis gl verwendet worden ist, woraus sich für den Wert r = gOAk = gOA(l/RNDl) = gl ergibt, sofern, wie hier bevorzugt, das im allgemeinen Fall der Schnorr-Signatur zu signierende Datenelement M weggelassen wird. Wie man leicht erkennt, fließt in die Berechnung der Schnorr- Signatur der geheime Gruppenschlüssel SKO ein.
Der aus dem geheimen Gruppenschlüssel SKO abgeleitete Schlüssel SKI und der öffentliche Gruppenschlüssel PKO werden in Teilschritt TS34 zusammen mit der abgeleiteten Basis gl, der Signatur Sig(gl) der abgeleiteten Basis gl, der ursprünglichen Basis gO und dem Zertifikat Cert(PKO) in der Speichereinheit 16 des portablen Datenträgers 10 gespeichert. Dabei kann beispielsweise die ursprüngliche Basis gO im Zertifikat Cert(PKO) enthalten sein. Die Zufallszahl RND1 und der geheime Gruppenschlüssel SKO werden nicht in dem Datenträger 10 gespeichert. Dieser ist damit eingerichtet, eine Authenti- sierung gegenüber der Termmaleinrichtung 20 durchzuführen, wie dies mit Bezug auf Figur 3 genauer beschrieben wird.
In Schritt S4 von Figur 3 stellt der portable Datenträger 10 der Terminaleinrichtung 20 die zur gegenseitigen Authentisierung notwendigen Daten bereit. Zum Vereinbaren eines Kommunikationsschlüssels KK benötigt die Termmaleinrichtung 20 in der dargestellten Ausfuhrungsform die abgeleitete Basis gl sowie den öffentlichen Gruppenschlüssel PKO. Zur Verifizierung der Integrität der abgeleiteten Basis gl wird der Termmaleinrichtung 20 die in Teilschritt TS33 erstellte Signatur Sig(gl) der abgeleiteten Basis gl sowie die ursprüngliche Basis gO bereitgestellt. Zur Verifizierung des öffentlichen Gruppenschlüssels PKO benötigt die TerrrLmaleinrichtung 20 das entsprechende Zertifikat Cert(PKO). Diese im portablen Datenträger 10 in Teilschritt TS34 hinterlegten Daten kann der portable Datenträger 10 an die Terminaleinrichtung 20 senden. Dabei können die abgeleite Basis gl und deren Signatur Sig(gl) in konkatenierter Form, d.h. in der Form gl || Sig(gl), an die Ter- mmaleinrichtung 20 gesendet werden. Die ursprüngliche Basis gO kann ebenfalls in so eine Verkettung integriert werden oder auch Teil des Zertifikats Cert(PKO) sein, beispielsweise wenn es sich um Zertifikat gemäß dem Standard X.509 handelt. Es ist auch möglich, dass die der Termmaleinrichtung 20 in Schritt S4 bereitzustellenden Daten in einem frei auslesbaren Speicherbereich der Speichereinheit 16 des portablen Datenträgers 10 gespeichert sind und von der Termmaleinrichtung 20 bei Bedarf ausgelesen werden.
In Schritt S5 verifiziert die Terrrunaleimichtung 20 mittels der digitalen Signatur Sig(gl), ob die vom Datenträger 10 übermittelte abgeleitete Basis gl der Basis entspricht, mit der die Signatur Sig(gl) ursprünglich erstellt wor- den ist. Im bevorzugten Fall einer Schnorr-Signatur verifiziert die Terminaleinrichtung 20 die Signatur, indem überprüft wird, dass der vorstehend beschriebene Wert r = gOAk = gOA(l/RNDl) = gl gleich dem folgenden von der Termmalemrichtung 20 berechneten Wert rv ist:
·
rv = g0ASig(gl)-PK0AH(gl) (Def. von Sig(gl))
= g0A((l/RNDl) - SK0-H(gl) PK0AH(gl) (Def. von PKO)
= g0A((l/RNDl) - SK0-H(gl))-(g0ASK0)AH(gl) (Umformung)
= g0A(l/RNDl)
= gl
Aus der Tatsache, dass in die Überprüfung der Signatur Sig(gl) auf Seiten der Termmaleinrichtung 20 der öffentliche Gruppenschlüssel PKO sowie die ursprüngliche Basis gO einfließt, folgt für die Teririinaleinrichtung 20, dass die Signatur Sig(gl) mittels eines dazu passenden geheimen Schlüssels erzeugt worden ist, d.h. mittels des geheimen Gruppenschlüssels SK0 oder eines daraus abgeleiteten Schlüssels, z.B. dem Schlüssel SK , wie dies bei einer im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei nachfolgenden Sitzungen der Fall ist.
In Schritt S6 prüft die Terrnmaleinrichtung 20 das Zertifikat Cert(PKO) des öffentlichen Gruppenschlüssels PKO. Diese Prüfung des Zertifikats kann alternativ auch nach dem Vereinbaren des Kommunikationsschlüssels KK in Schritt S8 und/ oder des geheimen Sitzungsschlüssels SKT in Schritt S7 erfol- gen.
In Schritt S7 bereitet die Terrnmaleinrichtung 20 die Authentisierung vor. Sie erzeugt dazu einen geheimen Sitzungsschlüssel SKT. Dies kann beispielsweise randomisiert geschehen, d.h. unter Verwendung einer Zufallszahl. Einen öffentlichen Sitzungsschlüssel PKT der Termmaleinrichtung 20 berechnet diese mittels Exponentiation der durch den portablen Datenträger 10 bereitgestellten abgeleiteten Basis gl mit dem eigenen geheimen Sitzungs-
Schlüssel: PKT := glAS T rj>er öffentliche Sitzungsschlüssel PKT wird dem portablen Datenträger 10 durch die Termmaleinrichtung 20 bereitgestellt.
Im folgenden Schritt S8 wird nun zwischen der Terrrunaleinrichtung 20 und dem portablen Datenträger 10 der Kommunikationsschlüssel KK konkret vereinbart. Der Datenträger 10 berechnet diesen Kommunikationsschlüssel KK durch Exponentiation des öffentlichen Sitzungsschlüssels PKT der Termmaleinrichtung 20 mit dem eigenen abgeleiteten geheimen Schlüssel SKI:
KK := PKTASK1
= (glASKT)ASKl (Def. von PKT)
= ((gA (1 / RND1)A SKT)ASK1 (Def. von gl)
= ((gA (1 / RND1)ASKT)A (SK0"RND1) (Def. von SKI)
= gA((l/RNDl)-SKT-SK0-RNDl) (Umformung)
= gA(SKT-SK0)
Die Termmaleinrichtung 20 berechnet den Kommunikationsschlüssel KK mittels Exponentiation des öffentlichen Gruppenschlüssels PK0 mit dem geheimen Sitzungsschlüssel SKT der Terrnmaleinrichtung 20:
KK := PK0ASKT
= (gASK0)ASKT (Def. von PK0)
= gA(SKT-SK0) (Umformung)
Es zeigt sich also, dass der portable Datenträger 10 und die Terrrunaleinrichtung 20 aufgrund der ihnen jeweils vorliegenden Daten zu demselben Ergebnis, d.h. zu demselben Konuxiunikationsschlüssel KK gelangen. Damit ist die Authentisierung zwischen dem portablen Datenträger 10 und der Terminaleinrichtung 20 abgeschlossen.
Damit der Datenträger 10 bei nachfolgenden, weiteren Authentisierungen bzw. Sitzungen gegenüber derselben oder einer anderen Terminaleinrichtung bzw. einem Hintergrundsystem nicht identifiziert und somit nicht eindeutig dem Inhaber des Datenträgers 10 zugeordnet werden kann, werden vorzugsweise die in dem portablen Datenträger 10 hinterlegten Daten gemäß dem nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 4 beschriebenen Verf ah- ren von Sitzung zu Sitzung variiert. Dies betrifft den abgeleiteten geheimen Schlüssel SKI sowie die abgeleitete Basis gl. Diese wird, wie vorstehend beschrieben im Rahmen des Authentisierungsverfahrens an die Terminaleinrichtung 20 übertragen oder dieser auf andere Weise bereitgestellt. Eine unveränderte, datenträgerindividuelle Basis gl könnte somit zur Identifizie- rung des Datenträgers 10 verwendet werden. Dasselbe gilt für einen geheimen Schlüssel SKI des Datenträgers 10, sofern dieser statisch datenträgerindividuell wäre und beispielsweise im Rahmen eines Challenge-Response- Verfahrens eingesetzt werden würde. In Schritt S10 werden auf der Grundlage einer weiteren Zufallszahl RND1' vom Datenträger 10 ein neuer geheimer Schlüssel SKI1 aus dem geheimen Schlüssel SKI und eine neue Basis gl1 aus der Basis gl abgeleitet, und zwar vorzugsweise gemäß den folgenden Beziehungen: SKI' = SKl'RNDl' und gl'=glA(l/RNDl'). Wie sich dies leicht erkennen lässt, entsprechen diese Beziehungen den vorstehend im Zusammenhang mit den Teilschritten TS31 und TS32 beschriebenen Beziehungen zur Ableitung des geheimen Schlüssels SKI und der Basis gl. Würden nun der abgeleite Schlüssel SKI' und die abgeleitete Basis gl' bei einer weiteren Authentisierungssession eingesetzt werden, so würden bei der bevorzugten Ausgestaltung, bei der eine Schnorr- Signatur verwendet wird und bei der in Schritt S4 zur Überprüfung der Signatur Sig(gl') der neuen Basis gl' der Terrrunaleinrichtung 20 sowohl die neue abgeleitete Basis gl' als auch die vorherige Basis gl übertragen werden, könnte die Terrrunaleinrichtung 20 bzw. ein damit verbundenes Hinter- grundsy stem den portablen Datenträger 10 eindeutig identifizieren, da die Terrrunaleinrichtung 20 bzw. das Hintergrundsystem die Basis gl sowie die ursprüngliche Basis gO kennt, die dieser vom portablen Datenträger 10 bei der vorhergehenden Authentisierungssession bereitgestellt worden sind. Um dies zu verhindern, werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Schritt Sil auf der Grundlage einer noch weiteren ZufaUs- zahl R D1" vom Datenträger 10 ein weiterer neuer geheimer Schlüssel SKI" aus dem geheimen Schlüssel SKI' und eine weitere neue Basis gl" aus der Basis gl' abgeleitet, und zwar vorzugsweise gemäß den folgenden Beziehungen: SKI" = SKl'-RNDl" und gl"=gl'A(l/RNDl").
In Schritt S12 wird die weitere abgeleitete Basis gl" unter Verwendung des geheimen Schlüssels SKI' signiert, vorzugsweise wiederum unter Verwendung der Schnorr-Signatur. In Schritt S13 werden der weitere abgeleitete geheime Schlüssel SKI", die weitere abgeleite Basis gl", die Signatur Sig(gl") sowie die in Schritt S10 abgeleitete Basis gl' im Datenträger 10 für die nächste Authentisierungssession hinterlegt. Bei einer solchen weiteren Authentisierungssession würde der Datenträger 10 in einem zu Schritt S4 analogen Schritt der Termmaleinrichtung 20 vorzugsweise die Werte gl", Sig(gl"), gl1, PK0 und Cert(PKO) bereitstellen. Da die Terrnmaleinrichtung 20 die Werte gl" und gl' nicht zu den bei der vorhergehenden Authentisierungssession verwendeten Werten gl und gO in Beziehung setzen kann, wird durch das in Figur 4 dargestellte bevorzugte Verfahren sicher gestellt, dass der Datenträger 10 nicht verfolgt werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Authentisierung eines portablen Datenträgers (10) gegenüber einer Term aleinrichtung (20) unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels (PKO) und eines geheimen Schlüssels (SKI) des Datenträgers (10) sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels (PKT) und eines geheimen Sitzungsschlüssels (SKT) der Terrrdnaleinrichtung (20), wobei der Datenträ- ger (10) als öffentlichen Schlüssel den öffentlichen Gruppenschlüssel (PKO) verwendet und als geheimen Schlüssel einen Schlüssel (SKI) verwendet, der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel (PKO) zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel (SK0) unter Verwendung eines Ableitungsparameters (RND1) abgleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der portable Datenträger (10) unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels (SK0) eine digitale Signatur (Sig(gl)) eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements (gl) erzeugt, in das der Ableitungsparameter (RND1) einfließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer weiteren Ausführung des Authentisierungsverfahrens der geheime Schlüssel (SKI) des Datenträgers (10) durch einen aus dem geheimen Schlüssel (SKI) abgeleiteten geheimen Schlüssel (SKI") des Datenträgers (10) ersetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der abgeleite geheime Schlüssel (SKI") durch eine erste Multiplikation des geheimen Schlüssels (SKI) mit einer weiteren Zufallszahl (RND11) und eine zweite Multiplikation mit einer noch weiteren Zufallszahl ( ND1") erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des öffentlichen Gruppenschlüssels (PKO) und des geheimen Schlüssels (SKI) des Datenträgers (10) sowie des öffentlichen Sitzungsschlüssels (PKT) und des geheimen Sitzungsschlüssels (SKT) der Termmaleinrich- tung (20) ein Kommunikationsschlüssel (KK) zwischen dem Datenträger (10) und der Terrrunaleinrichtung (20) vereinbart wird, vorzugsweise mittels eines Diffie-Hellman-ScWüsselaustauschverfahrens.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass zur Erstellung der digitalen Signatur (Sig(gl)) die Schnorr-Signatur verwendet wird, in die der geheime Gruppenschlüssel (SKO) einfließt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime Schlüssel (SKI) aus dem geheimen Gruppenschlüssel (SKO) unter Verwendung einer ersten Zufallszahl (RNDl) abgeleitet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der öffentliche Gruppenschlüssel (PKO) mittels Exponentiation einer vorgegebenen Primitivwurzel (g) mit dem geheimen Gruppenschlüssel (SKO) bestimmt wird, der geheime Schlüssel (SK ) mittels Multiplikation des geheimen Gruppenschlüssels (SKO) mit einer ersten Zufallszahl (RNDl) gebildet wird und eine abgeleitete Basis (gl) mittels einer Exponentiation der Primitivwurzel (g) mit dem Reziproken der ersten Zufallszahl (RNDl) gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleitete Basis (gl) der Termmaleinrichtung (20) durch den Datenträger (10) bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass der öffentliche Sitzungsschlüssel (PKT) der Terminaleirtrichtung (20) mittels Exponen- tiation der durch den Datenträger (10) bereitgestellten ersten Basis (gl) mit dem geheimen Sitzungsschlüssel (SKT) der Terrrimaleinrichtung (20) bestimmt wird.
10. Portabler Datenträger (10), umfassend einen Prozessor (14), einen Speicher (16) und eine Datenkommunikationsschnittstelle (12) zu einer Terminaleinrichtung (20), wobei der portable Datenträger (10) dazu eingerichtet ist, eine Authentisierung gegenüber der Termmaleinrichtung (20) unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels (PKO) und eines geheimen Schlüssels (SKI) des Datenträgers (10), der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel (PKO) zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel (SK0) unter Verwendung eines Ableitungsparameters (RND1) abgleitet wird, sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels (PKT) und eines geheimen Sitzungsschlüssels (SKT) der Termmaleinrichtung (20) durchzuführen, wobei der portable Datenträger (10) ferner dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels (SK0) eine digitale Signatur (Sig(gl)) eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements (gl) zu erzeugen, in das der Ableitungsparameter (RND1) einfließt.
11. Portabler Datenträger (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger (10) eingerichtet ist, sich gegenüber der Terminal- einrichtung (20) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zu authentisieren.
12. Tern maleinrichtung (20) zur Datenkommunikation mit einem portablen Datenträger (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Terminaleinrichtung eingerichtet ist, eine Authentisierung gegenüber dem portablen Daten- träger (10) unter Verwendung eines öffentlichen Schlüssels (P O) und eines geheimen Schlüssels (SKI) des Datenträgers (10), der aus einem dem öffentlichen Gruppenschlüssel (PKO) zugeordneten geheimen Gruppenschlüssel (SKO) unter Verwendung eines Ableitungsparameters (RND1) abgleitet wird, sowie eines öffentlichen Sitzungsschlüssels (PKT) und eines geheimen Sitzungsschlüssels (SKT) der Termmaleinrichtung (20) durchzuführen, wobei die Termmaleinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, unter Verwendung des geheimen Gruppenschlüssels (SKO) eine digitale Signatur (Sig(gl)) eines für die Authentisierung erforderlichen Datenelements (gl) zu überprüfen, in das der Ableitungsparameter (RND1) einfließt.
13. Termmaleinrichtung (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Termmaleirmchtung (20) eingerichtet ist, ihren öffentlichen Schlüssel (PKT) unter Verwendung einer durch den Datenträger (10) bereitgestellten Basis (gl) in Kombination mit dem geheimen Sitzungsschlüssel (SKT) der Terrnmaleinrichtung (20) zu bestimmen.
14. Terrnmaleinrichtung (20) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Termmaleinrichtung (20) eingerichtet ist, sich gegenüber einem portablen Datenträger (10) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zu authentisieren.
15. System, umfassend einen portablen Datenträger (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 sowie eine Terrnmaleinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, eingerichtet zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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