WO2004056030A2 - Personalisierung von sicherheitsmoduln - Google Patents

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WO2004056030A2
WO2004056030A2 PCT/DE2003/003853 DE0303853W WO2004056030A2 WO 2004056030 A2 WO2004056030 A2 WO 2004056030A2 DE 0303853 W DE0303853 W DE 0303853W WO 2004056030 A2 WO2004056030 A2 WO 2004056030A2
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WO
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security module
personalizer
module
connection
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Michael Nolte
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Wincor Nixdorf International Gmbh
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    • G07F7/1016—Devices or methods for securing the PIN and other transaction-data, e.g. by encryption

Definitions

  • the invention relates to the personalization of cryptographic security modules.
  • security modules which comprise a cryptographic processor and a key memory.
  • the security module secures all messages from or to a central system by the security module cryptographically.
  • the key store cannot be read from the outside, but can only be used for cryptographic operations, so that a key that has been transferred to the security module can no longer be compromised.
  • This process is critical in terms of security. This applies in particular to the previously used symmetrical encryption, e.g. the DES process, in which the same key is used for encryption and decryption. Therefore, the manufacturer of the security module requires a lot of effort to secure the keys used against being spied on. In particular, the personalization must take place in access-secured rooms with special staff. If only a few master keys are used, a particularly high level of security is required. Custom programming requires a large amount of logistics and warehousing, including guarding the warehouse and transportation.
  • US Pat. No. 6,442,690 B1 describes a personalization system for a cryptographic module.
  • the cryptographic module is provided with a temporary key.
  • For personalization it is first checked whether this provisional key is present and, if necessary, exchanged for a new one.
  • the new keys are provided by the personalizer via a key management.
  • the use of asymmetrical methods is also proposed, in which a key pair consisting of a public key and a secret key is used.
  • the properties and advantages of asymmetrical methods over symmetrical methods are known from the relevant literature; their knowledge is assumed in the following without further ado.
  • US Pat. No. 6,298,336 B1 describes a portable activation device for chip cards with a payment function, the chip cards being unusable for the intended applications up to the, cryptographically secured, activation.
  • Patent specification DE 199 19 909 C2 describes a method in which a message can be signed with symmetrical encryption and transmitted in plain text without the location forming the signature having to have the secret key. This method is optionally used in one embodiment of the invention.
  • the invention uses the knowledge that a portable personalization device, which is constructed similarly to a security module and in particular contains a protected key memory and a cryptographic processor operating with it, is a particularly advantageous handling of the method described by the invention allowed.
  • a portable personalization device which is constructed similarly to a security module and in particular contains a protected key memory and a cryptographic processor operating with it, is a particularly advantageous handling of the method described by the invention allowed.
  • chip cards in particular is of great advantage here since, together with mobile computers, they make a portable personalization device readily available. If such a personalization device is connected to the security module on site, this already provides a high degree of security that the correct security module is also personalized.
  • a particular advantage is that the security module is already at the final location and therefore no further transport is required that can be secured by security.
  • mutual authentication of the security module and personalizer is additionally provided, in which the security module is provisionally initialized by the manufacturer but not personalized. This initialization can be the same for all modules, except for serial numbers if necessary.
  • the security module containing the secret key of a key pair for asymmetric encryption, the personalizer generating a certificate about the public key of the key pair and together with the public key of a central system sends to the security module.
  • the security module uses this certificate and the public key to secure communication with a central system, especially in the banking sector.
  • FIG. 1 the invention is shown schematically in context.
  • An automated teller machine 10 contains a security module 12 and is via a network connection 24 of a network
  • a personalizer 30 which has a chip card 32 with a cryptographic processor and secured key memory.
  • the dashed line in FIG. 1 is intended to indicate that the personalizer 30 is only temporarily brought into the proximity of the security module 10 and is connected via the data connection 34.
  • central system is used generically for communication remote sites connected to the security module in the operating state.
  • the personalizer is preferably a mobile computer that is equipped with a chip card as a cryptographic unit.
  • This chip card comprises a secured key memory and uses the keys stored there to carry out the required cryptographic methods using data which are transmitted via the chip card interface.
  • the key store is secured to the extent that the protocol on the interface is completely monitored by the processor on the chip card and is designed in such a way that the secret keys from the key store are not transmitted via the interface; only their application to data is possible.
  • the integrity of public keys is effected either by storage in the key store or storage of cryptographic hash values in the key store.
  • a processor card in PCMCIA format or an external module connected via USB or Firewire can also be used.
  • the personalizer has a communication interface with which a connection to the security module can be temporarily established.
  • this is a serial connection according to V.24, whereby a cable with plugs is inserted temporarily and the connection is controlled by a user.
  • Other data connections such as I 2 C, USB, Firewire etc. are also possible.
  • Wireless connections via infrared or radio, such as IrDA or Bluetooth, can be used equally well; here there is no physical connection. Bluetooth has the additional advantage that encryption of the communication is built in, although the key management is left to the application. This is the case here anyway.
  • Cable and infrared connections have the advantage that the operator can ensure quite well that the intended device is personalized if the connection leads directly to the security module to be personalized. This authentication may be sufficient for some purposes, so that the preferred cryptographic authentication described below can be omitted.
  • the security module After delivery and before the start of personalization, the security module is in a personalization state that differs from the subsequent operating state.
  • connection between the personalizer and the security module is preferably a cryptographically secured connection according to known methods, such as are known, for example, as TLS in connection with HTTPS. If the connection is established and available, then These procedures ensure that the subsequent communication cannot be intercepted or modified. As a rule, a random key is used for this, which is provided either according to the Diffie-Hellmann method without authentication or as part of an authentication, for example according to publication WO 91/14980.
  • the security requirements for mutual authentication which must be determined depending on the application, thus determine the requirements for the authentication to be used.
  • the aforementioned patent specification DE 199 19 909 C2 can also serve this purpose, according to which the manufacturer can insert a certificate into a security module without having the key for the verification.
  • each security module has a random key, which is included in the accompanying documents or is transmitted independently via secure channels.
  • Mutual authentication is then carried out using known challenge-response methods, for example in accordance with European patent EP 552392.
  • the security module then sends the public key of a key pair, the private key of which is stored in its secure key memory is.
  • This key pair also referred to below as module key, can already be generated during production, since the private key does not leave the security module and therefore cannot be compromised by the manufacturer.
  • the key pair is preferably only generated as part of the personalization because then the influence of the manufacturer is less and thus his security measures are less complex.
  • a modifier specified by the personalizer also referred to in the literature as 'salt', can also be transmitted, which influences the key pair generated.
  • the security module now transmits the public key to the personalizer. This uses the secret key stored in itself of a further key pair, hereinafter referred to as the signing key, and thus signs the public module key received by the security module. Such a signature of a public key, with or without this signed public key, is referred to below as a certificate.
  • the personalizer sends the certificate back over the existing secure connection to the security module, which stores the certificate permanently and securely against change for use in the operating state described below. As mentioned above, the integrity is ensured by means of the secure key store.
  • the personalizer together with the certificate, also sends back a public key of a central system to which the security module is to be connected in the operating state in the future.
  • This personal key is also preferably provided with a certificate by the personalizer, although the security module cannot check it until a secure public key of the personalizer is present in the security module.
  • the third party therefore sends his public key together with another certificate. This can either be issued by the central system and can then be checked with the public key of the central system that is also transmitted.
  • This circular certification should be seen more as a plausibility check because the personalizer can easily generate any key pair for the central system himself and then produce the necessary certificates.
  • the solution is better in which the personalizer's public key is replaced by another key pair of the Manufacturer was signed, whereby the manufacturer has entered his public key in the security module during manufacture.
  • the personalizer transfers the corresponding certificate to the security module.
  • Authentication of the personalizer to the security module is then no longer necessary when establishing the connection, since the certificates transmitted by the personalizer are checked as part of the personalization.
  • the fact that the public module key can then be read out without authorization is not critical according to the principle of asymmetrical encryption. The manufacturer only has to sign the customer's signing keys as required and enter their own public key in the security module.
  • the public key of the manufacturer is preferably also exchanged.
  • the security module then generates another key pair at the end of the manufacturing process, which is permanently retained and is used for the secure identification of the security module.
  • the associated public key is signed by the manufacturer and the certificate is loaded into the security module.
  • the security module can thus prove its identity by signing its serial number and other data specified by the personalizer, such as time stamps and random numbers, so that it can authenticate itself.
  • Security module dismantled and the personalizer separated from the security module.
  • the safety module thus changes to the normal operating state, in which another Personalization is not possible.
  • a new personalization can be forced through a direct intervention in the security module (or also a command, however, which is protected against misuse, for example from the central system).
  • this reset to the personalization state is associated with the security module deleting the key pair and forcing the generation of a new key pair as part of the subsequent personalization.
  • a connection is now established between the security module and the central system, which is also secured by cryptographic means, in particular session keys.
  • the security module sends the certificate issued by the personalizer together with its public key to the central system.
  • the personalizer's public key was previously transmitted to the central system through an integrity-controlled connection. (For example, the chip card is personalized by the central system).
  • the central system can use this to check whether the security module is authorized for the subsequent transactions and can, for example, reliably transmit that an authentic bank card for a certain account number is available for payment of an amount sent.
  • the security module has received the public key of the central system from the personalizer, it is in turn ensured for the security module that the messages received from the central system, e.g. the order for the payment of an amount of money comes from an authorized central system.
  • a symmetrical key can also be transmitted from the central system to the security module, which is then entered in the secure key memory and for a limited time for transactions based on previous ones symmetric cryptography based method is used.
  • each personalization on the chip card is listed in a log. This ensures that the certificates issued can be traced at any time. If the chip card is compromised, an effective countermeasure is quickly available by blocking the associated public key in the central system.
  • a security module that is not personalized by the invention does not have to be specially guarded during storage or transport, since it cannot be used without personalization. This means that the value of the module is not significantly above the manufacturing value and is also not customer-specific.
  • the personalization device in the preferred embodiment can only be used with a chip card as the cryptography unit, only the chip card can be secured against misuse if the software is designed accordingly.
  • a variant of the invention uses the existing data network, which is required anyway in the operating state, to connect the security module to the personalizer. This allows the personalizer to be operated securely and can also be integrated into the central system. In the latter case, the transmission of the public signing key from the signing system to the central system, which is to be protected against tampering, is simplified.
  • a first solution is for an operator to enter a one-time transaction number via a temporary direct data connection, which is sent to the personalizer.
  • This transaction number can be carried in security envelopes and can contain, for example, 16 or more characters.
  • the connection to the security module does not need to be secured either, since the transaction number becomes worthless immediately after being entered.
  • a simple keyboard with a simple serial interface that is temporarily connected to the security module is therefore sufficient. If the security module has a keyboard anyway, for example for diagnostic purposes, then this can be used to enter the transaction number.
  • a mobile computer with one of the interfaces specified above is used for very long transaction numbers.
  • the transaction numbers are then preferably stored on a chip card, although (encrypted) storage in the file system of the mobile computer is also possible.
  • a mobile computer that provides secure identification.
  • the mobile computer uses two data interfaces, one for local and one for long-distance connections.
  • the above-mentioned devices come into consideration, via which the personalization is temporarily connected in the other variants. Either cellular connections or other network connections are possible for the long-distance connections. Routing of these connections via the local connection is also possible.
  • the mobile computer can therefore also be a mobile phone.
  • a variant of this mediated identification generates a random number in the mobile computer and, on the one hand, sends it via the local connection to the security module, which immediately forwards it to the personalizer. At the same time, the random number is sent directly to the personalizer via the remote connection.
  • the caller number provided by the network operator will be sufficient to ensure the identity of the mobile phone.
  • a secure HTTP connection with the TLS protocol is preferably used, and a chip card can also be used to secure the certificates used.
  • the identifying random number can be generated by each of the three devices.
  • the random number is preferably generated in the personalizer, which sends it to the security module, which sends it to the mobile computer, which sends it back to the personalizer. Only then will the personalization continue.
  • the random number has the same function as the transaction number before; it is only formed when necessary. The quality is assured by education in the personalizer. Accordingly, the random number can also be formed in the security module.
  • a mobile device is temporarily connected to the security module and secures the identity of the security module to be personalized to the personalizer.
  • the security module is personalized in that the public key of a key pair generated in the security module is certified by a certifier.
  • the certificate obtained in this way is stored in the security module and is characteristic of the subsequent operating state.
  • Authentication to the certification server is based on a temporary data connection between the Security module and a mobile input unit used for this by an operator.

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Abstract

Sicherheitsmodul, Personalisierer und Verfahren zu deren Benutzung, wobei der Sicherheitsmodul einen geheimen Schlüssel eines Schlüsselpaares für asymmetrische Verschlüsslung enthält, der Personalisierer ein Zertifikat über den öffentlichen Schlüssel des Schlüsselpaares erzeugt und zusammen mit dem öffentlichen Schlüssel eines Zentralsystems an den Sicherheitsmodul sendet. Der Sicherheitsmodul verwendet dieses Zertifikat und den öffentlichen Schlüssel zur Sicherung der Kommunikation mit einem Zentralsystem, insbesondere im Bankenbereich.

Description

Personalisierung von Sicherheitsmoduln
Die Erfindung betrifft die Personalisierung von krypto- graphischen Sicherheitsmoduln.
Stand der Technik
Für den Betrieb insbesondere von Geldautomaten werden Sicherheitsmodule verwendet, die einen kryptographisehen Prozessor und einen Schlüsselspeicher umfassen. Bei dem Betrieb des Geldautomaten werden durch den Sicherheitsmodul alle Nachrichten von oder zu einem Zentralsystem durch den Sicherheitsmodul kryptographiseh gesichert. Der Schlüsselspeicher ist von außen nicht auslesbar, sondern kann nur für kryptographisehe Operationen verwendet werden, so dass ein einmal in den Sicherheitsmodul übertragener Schlüssel nicht mehr kompromittiert werden kann.
Dieser als Personalisierung bezeichnete Vorgang ist sicherheitstechnisch kritisch. Dies gilt in besonderem Maße für die bislang verwendete symmetrische Verschlüsslung, z.B. das DES-Verfahren, bei dem ein und derselbe Schlüssel zur Ver- wie auch Entschlüsslung verwendet wird. Daher ist beim Hersteller des Sicherheitsmoduls ein hoher Aufwand notwendig, um die verwendeten Schlüssel gegen Ausspähung zu sichern. Insbesondere muss die Personalisierung in zugangsgesicherten Räumlichkeiten mit speziellem Personal erfolgen. Bei Verwendung nur weniger Masterschlüssel ist ein besonders hoher Sicherheitsaufwand notwendig. Eine kundenspezifische Programmierung erfordert einen großen Logistik- und Lageraufwand, einschließlich der Bewachung von Lager und Transport .
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereit zu stellen, durch welches die Personalisierung unmittelbar während der Inbetriebnahme durch den Kunden selbst am Einsatzort oder einer anderen nicht besonders gesicherten Umgebung erfolgen kann. In der Patentschrift US 6,442,690 Bl wird ein Personali- sierungsSystem für einen kryptographisehen Modul beschrieben. Hierbei wird der kryptographisehe Modul mit einem vorläufigen Schlüssel versehen. Zur Personalisierung wird zunächst überprüft, ob dieser vorläufige Schlüssel vorhanden ist, und gegebenenfalls gegen einen neuen ausgetauscht. Die neuen Schlüssel werden dabei über ein Schlüsselmanagement von dem Personalisierer bereitgestellt. Vorgeschlagen wird auch die Verwendung von asymmetrischen Verfahren, bei denen ein Schlüsselpaar aus öffentlichem Schlüssel und geheimem Schlüssel Verwendung findet. Die Eigenschaften und Vorteile von asymmetrischen Verfahren gegenüber symmetrischen Verfahren sind aus der einschlägigen Literatur bekannt; ihre Kenntnis wird im folgenden ohne weiteres vorausgesetzt.
In der Patentschrift US 6,298,336 Bl wird ein transportables Aktivierungsgerät für Chipkarten mit Bezahlfunktion beschrieben, wobei die Chipkarten bis zur, kryptographiseh gesicherten, Aktivierung für die vorgesehenen Anwendungen unbenutzbar sind.
In der Patentschrift DE 199 19 909 C2 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Nachricht mit symmetrischer Ver- schlüsslung signiert und im Klartext übertragen werden kann, ohne dass die die Signatur bildende Stelle über den geheimen Schlüssel verfügen muss. Dieses Verfahren wird optional in einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt.
Die Erfindung verwendet die Erkenntnis, dass ein transportables Personalisiergerät, das ähnlich wie ein Sicherheitsmodul aufgebaut ist und insbesondere einen geschützten Schlüsselspeicher und einen damit operierenden krypto- graphischen Prozessor enthält, eine besonders vorteilhafte Handhabung der durch die Erfindung beschriebenen Methode erlaubt. Hier ist insbesondere die Verwendung von Chipkarten von großem Vorteil, da diese zusammen mit mobilen Computern ein portables Personalisiergerät leicht verfügbar machen. Wird ein solches Personalisiergerät vor Ort mit dem Sicherheitsmodul verbunden, ist bereits hierdurch ein hohes Maß an Sicherheit dafür gegeben, dass auch das richtige Sicherheitsmodul personalisiert wird. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass das Sicherheitsmodul sich bereits am endgültigen Ort befindet und daher keine weiterer Transport erforderlich ist, der durch Bewachung zu sichern wäre. In der bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich eine gegenseitige Authentisierung von Sicherheitsmodul und Personalisierer vorgesehen, bei der der Sicherheitsmodul vom Hersteller vorläufig initialisiert, aber nicht personalisiert wird. Diese Initialisierung kann, bis gegebenenfalls auf laufende Seriennummern, bei allen Moduln gleich sein.
Es handelt sich um einen Sicherheitsmodul, einen Personali- sierer und eine Methode zu deren Benutzung, wobei der Sicherheitsmodul den geheimen Schlüssel eines Schlüsselpaares für asymmetrische Verschlüsselung enthält, der Personalisierer ein Zertifikat über den öffentliche Schlüssel des Schlüsselpaares erzeugt und zusammen mit dem öffentlichen Schlüssel eines Zentralsystems an den Sicherheitsmodul sendet. Der Sicherheitsmodul verwendet dieses Zertifikat und den öffentlichen Schlüssel zur Sicherung der Kommunikation mit einem Zentralsystem, insbesondere im Bankenbereich.
Beschreibung
In Fig. 1 wird die Erfindung schematisch im Zusammenhang gezeigt. Ein Bankautomat 10 enthält einen Sicherheitsmodul 12 und ist über eine Netzwerkverbindung 24 eines Netzwerks
20 mit einem Zentralsystem 22 im späteren Einsatz verbunden. Ferner ist ein Personalisierer 30 gezeigt, der über eine Chipkarte 32 mit kryptographischem Prozessor und gesichertem Schlüsselspeicher verfügt. Die gestrichelte Linie in Fig. 1 soll andeuten, dass der Personalisierer 30 nur vorübergehend in die räumliche Nähe des Sicherheitsmoduls 10 gebracht und über die Datenverbindung 34 verbunden ist.
Die Bezeichnung "Zentralsystem" wird generisch für im Be- triebszustand mit dem Sicherheitsmodul verbundenen Kommunikationsgegenstellen verwendet .
Der Personalisierer ist bevorzugt ein mobiler Computer, der mit einer Chipkarte als kryptographischer Einheit ausge- stattet ist. Diese Chipkarte umfasst einen gesicherten Schlüsselspeicher und führt mit den dort gespeicherten Schlüsseln die benötigten kryptographisehen Verfahren über Daten aus, die via Schnittstelle der Chipkarte übertragen werden. Der Schlüsselspeicher ist insofern gesichert, dass das Protokoll auf der Schnittstelle vollständig von dem Prozessor auf der Chipkarte überwacht wird und so gestaltet ist, dass die geheimen Schlüssel aus dem Schlüsselspeicher nicht über die Schnittstelle übertragen werden; lediglich ihre Anwendung auf Daten ist möglich. Entsprechend wird die Integrität öffentlicher Schlüssel entweder durch Speicherung im Schlüsselspeicher oder Ablage von krypto- graphischen Hashwerten im Schlüsselspeicher bewirkt. Wenngleich die bekannte Ausführungsform als Chipkarte nach ISO bevorzugt ist, kann auch eine Prozessorkarte im PCMCIA- Format oder ein externer per USB oder Firewire angeschlossener Modul verwendet werden. Ohne weiteres kann auch die gesamte Software und der Schlüsselspeicher in dem mobilen Computer selbst enthalten sein, wenngleich dies wegen der geringeren Sicherheit bei derzeitig verfügbaren mobilen Computern nicht die bevorzugte Ausführung ist. Zusätzlich zu der kryptographisehen Verarbeitungs- möglichkeit und dem sicheren Schlüsselspeicher verfügt der Personalisierer über eine Kommunikationsschnittstelle, mit der vorübergehend eine Verbindung zum Sicherheitsmodul hergestellt werden kann. Im einfachsten Fall ist dies eine serielle Verbindung nach V.24, wobei ein Kabel mit Steckern vorübergehend eingesteckt wird und die Verbindung so durch einen Benutzer gesteuert wird. Andere Datenverbindungen wie I2C, USB, Firewire usw. sind gleichfalls möglich. Drahtlose Verbindungen über Infrarot oder Funk, wie IrDA oder Bluetooth sind gleichermaßen gut verwendbar; hier entfällt die physische Herstellung einer Verbindung. Bluetooth hat den zusätzlichen Vorteil, dass eine Verschlüsselung der Kommunikation eingebaut ist, wenngleich das Schlüsselmanagement der Anwendung überlassen bleibt. Dies ist hier ohnehin der Fall .
Kabel- und Infrarotverbindungen haben den Vorteil, dass von der Bedienperson recht gut sichergestellt werden kann, dass das beabsichtigte Gerät personalisiert wird, wenn die Verbindung unmittelbar zu dem zu personalisierenden Sicherheitsmodul führt. Für manche Einsatzzwecke mag diese Authentisierung ausreichend sein, so dass die im folgenden beschriebene bevorzugte kryptographisehe Authentisierung entfallen kann.
Der Sicherheitsmodul befindet sich nach der Auslieferung und vor Beginn der Personalisierung in einem Personalisierungszustand, der von dem nachfolgenden Betriebszustand abweicht.
Die Verbindung zwischen Personalisierer und Sicherheitsmodul ist bevorzugt eine kryptographiseh gesicherte Verbindung nach bekannten Verfahren, wie sie beispielsweise als TLS im Zusammenhang mit HTTPS bekannt sind. Ist die Verbindung aufgebaut und verfügbar, dann stellen diese Verfahren sicher, dass die nachfolgende Kommunikation weder abgehört noch modifiziert werden kann. In der Regel wird hierzu ein zufälliger Schlüssel verwendet, der entweder nach dem Diffie-Hellmann-Verfahren ohne Authentisierung oder im Rahmen einer Authentisierung, so z.B. gemäß der Veröffentlichung WO 91/14980, bereitgestellt wird. Die Sicherheitsanforderungen an die gegenseitige Authentisierung, die je nach Einsatzfall zu ermitteln sind, bestimmen damit die Anforderungen an die zu verwendende Authentisierung. Hierzu kann auch die genannte Patentschrift DE 199 19 909 C2 dienen, nach der der Hersteller ein Zertifikat in einen Sicherheitsmodul einbringen kann, ohne über den Schlüssel für die Verifizierung zu verfügen. Auch ist es möglich, beim Hersteller jeden Sicher- heitsmodul mit einem zufälligen Schlüssel auszustatten, der in den Begleitpapieren enthalten ist oder unabhängig über sichere Wege übermittelt wird. Die gegenseitige Authentisierung erfolgt dann über bekannte Challenge-Response- Verfahren, z.B. gemäß dem europäischen Patent EP 552392. Ist die gesicherte Verbindung zwischen Sicherheitsmodul und Personalisierer aufgebaut, dann sendet der Sicherheitsmodul darüber den öffentlichen Schlüssel eines Schlüsselpaares, dessen privater Schlüssel in seinem gesicherten Schlüsselspeicher abgelegt ist. Dieses Schlüsselpaar, im folgenden auch als Modulschlüssel bezeichnet, kann bereits bei der Herstellung generiert werden, da der private Schlüssel den Sicherheitsmodul nicht verlassen und daher beim Hersteller auch nicht kompromittiert werden kann.
Bevorzugt wird das Schlüsselpaar jedoch erst im Rahmen der Personalisierung erzeugt, weil dann der Einfluss des Herstellers geringer ist und damit seine Sicherheitsvorkehrungen weniger aufwendig sind. Außerdem kann ein vom Personalisierer vorgegebener Modifikator, in der Literatur auch als ' salt ' bezeichnet, mit übertragen werden, der das erzeugte Schlüsselpaar beeinflusst. Nunmehr überträgt der Sicherheitsmodul den öffentlichen Schlüssel an den Personalisierer. Dieser verwendet den bei sich gespeicherten geheimen Schlüssel eines weiteren, im folgenden als Signierschlüssel bezeichneten Schlüsselpaars, und signiert damit den von dem Sicherheitsmodul erhaltenen öffentlichen Modulschlüssel. Eine solche Signatur eines öffentlichen Schlüssels, mit oder ohne diesen signierten öffentlichen Schlüssel, wird im folgenden als Zertifikat bezeichnet . Der Personalisierer sendet das Zertifikat über die bestehende gesicherte Verbindung zurück an den Sicherheitsmodul, welcher das Zertifikat dauerhaft und sicher gegen Veränderung für die Verwendung im nachfolgend beschriebenen Betriebszustand speichert. Dabei wird, wie oben erwähnt, die Integrität mittels des sicheren Schlüsselspeichers gesichert .
In einer Weiterbildung der Erfindung sendet der Personalisierer zusammen mit dem Zertifikat auch einen öffentlichen Schlüssel eines Zentralsystems zurück, mit dem der Sicherheitsmodul zukünftig im Betriebszustand verbunden werden soll. Bevorzugt wird dieser öffentliche Schlüssel gleichfalls von dem Personalisierer mit einem Zertifikat versehen, obwohl der Sicherheitsmodul dieses nicht prüfen kann, bis im Sicherheitsmodul ein gesicherter öffentlicher Schlüssel des Personalisierers vorliegt. Dieser sendet daher als drittes seinen öffentlichen Schlüssel zusammen mit einem weiteren Zertifikat. Dieses kann entweder vom Zentralsystem ausgestellt sein und kann dann mit dem gleichfalls übertragenen öffentlichen Schlüssels des Zentralsystems geprüft werden. Diese Zirkularzertifizierung ist eher als Plausibilitätsprüfung anzusehen, weil der Personalisierer ohne weiteres ein beliebiges Schlüsselpaar für das Zentralsystem selbst erzeugen und sodann die notwendigen Zertifikate herstellen kann.
Besser ist die Lösung, bei der der öffentliche Schlüssel des Personalisierers durch ein weiteres Schlüsselpaar des Herstellers signiert wurde, wobei der Hersteller seinen öffentlichen Schlüssel bei der Herstellung in den Sicherheitsmodul eingetragen hat. Das entsprechende Zertifikat wird vom Personalisierer an den Sicherheitsmodul übertragen .
Damit ist dann beim Aufbau der Verbindung eine Authentisierung des Personalisierers gegenüber dem Sicherheitsmodul nicht mehr notwendig, da im Rahmen der Personalisierung die vom Personalisierer übertragenen Zertifikate geprüft werden. Dass dann der öffentliche Modulschlüssel eventuell unberechtigt ausgelesen werden kann, ist nach dem Prinzip der asymmetrischen Verschlüsslung unkritisch. Lediglich sind vom Hersteller die Signierschlüssel der Kunden nach Bedarf zu signieren und der eigene öffentliche Schlüssel in den Sicherheitsmodul einzutragen.
Wenn durch die Signierung des Signierschlüssels des Personalisierers ohnehin ein Datenaustausch zwischen Hersteller und Betreiber des Personalisierers stattfindet, wird bevorzugt auch der öffentliche Schlüssel des Herstellers mit ausgetauscht. Der Sicherheitsmodul erzeugt dann zum Abschluss des Herstellungsvorgangs ein weiteres Schlüsselpaar, das permanent erhalten bleibt und zur sicheren Identifizierung des Sicherheitsmoduls dient. Der zugehörige öffentliche Schlüssel wird beim Hersteller signiert und das Zertifikat in den Sicherheitsmodul geladen. Damit kann der Sicherheitsmodul durch Signierung seiner Seriennummer und anderer vom Personalisierer vorgegebener Daten wie Zeitstempel und Zufallszahlen, seine Identität beweisen, sich also authentisieren.
Nunmehr wird die Verbindung zwischen Personalisierer und
Sicherheitsmodul abgebaut und so der Personalisierer vom Sicherheitsmodul getrennt. Das Sicherheitsmodul wechselt damit in den normalen Betriebszustand, in dem eine weitere Personalisierung nicht möglich ist. Eine erneute Personalisierung kann über einen direkten Eingriff im Sicherheitsmodul (oder auch einen wie auch immer gegen Missbrauch gesicherten Befehl, beispielsweise vom Zentralsystem) erzwungen werden. Dieses Rücksetzen in den Personalisierungszustand ist jedoch damit verbunden, dass der Sicherheitsmodul das Schlüsselpaar löscht und im Rahmen der nachfolgenden Personalisierung die Generierung eines neuen Schlüsselpaares erzwingt.
In dem auf die Personalisierung folgenden Betriebszustand wird nunmehr eine Verbindung zwischen Sicherheitsmodul und Zentralsystem hergestellt, die gleichfalls durch krypto- graphische Mittel, insbesondere Sitzungsschlüssel, gesichert wird. Hierbei sendet der Sicherheitsmodul das vom Personalisierer ausgestellte Zertifikat zusammen mit seinem öffentlichen Schlüssel an das Zentralsystem. Dem Zentralsystem wurde zuvor der öffentliche Schlüssel des Personalisierers - durch eine integritätskontrollierte Verbindung übermittelt. (Beispielsweise wird die Chipkarte vom Zentralsystem personalisiert) . Das Zentralsystem kann damit überprüfen, ob der Sicherheitsmodul für die nachfolgenden Transaktionen berechtigt ist und beispielsweise zuverlässig übermitteln kann, dass für eine Auszahlung eines mitgesendeten Betrages eine authentische Bankkarte für eine bestimmte Kontonummer vorliegt. Indem der Sicherheitsmodul von dem Personalisierer den öffentlichen Schlüssel des Zentralsystems erhalten hat, ist wiederum für den Sicherheitsmodul sichergestellt, dass die vom Zentralsystem erhaltenen Nachrichten, z.B. der Auftrag für die Auszahlung eines Geldbetrags, von einem berechtigten Zentralsystem stammen.
Aus Gründen der Kompatibilität oder der Geschwindigkeit kann auch ein symmetrischer Schlüssel von dem Zentralsystem in das Sicherheitsmodul übertragen werden, der dann in den sicheren Schlüsselspeicher eingetragen wird und für eine beschränkte Zeit für Transaktionen nach bisherigen auf symmetrischer Kryptographie beruhenden Verfahren benutzt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform wird jede Personalisierung auf der Chipkarte in einem Protokoll aufgeführt. Damit ist sichergestellt, dass die ausgegebenen Zertifikate jederzeit nachvollzogen werden können. Bei einer Kompromittierung der Chipkarte steht durch Sperrung des zugehörigen öffentlichen Schlüssels im Zentralsystem schnell eine wirksame Gegenmaßnahme zur Verfügung.
Ein nicht durch die Erfindung personalisierter Sicherheitsmodul muss weder bei der Lagerung noch beim Transport besonders bewacht werden, da er ohne Personalisierung nicht verwendbar ist. Damit liegt auch der Wert des Moduls nicht wesentlich über dem Herstellungswert und ist zudem nicht kundenspezifisch .
Da der Personalisierer in der bevorzugten Ausführungsform nur mit einer Chipkarte als Kryptographieeinheit verwendbar ist, ist, bei entsprechender Gestaltung der Software, lediglich die Chipkarte gegen Missbrauch zu sichern. Hierfür haben insbesondere Banken unter Verwendung des Vier-Augen-Prinzips wirksame administrative Verfahren zur Verfügung.
Eine Variante der Erfindung verwendet das vorhandene, im Betriebszustand ohnehin benötigte Datennetzwerk zur Verbindung des Sicherheitsmoduls mit dem Personalisierer. Dies erlaubt es, dass der Personalisierer gesichert betrieben wird und auch in das Zentralsystem integriert werden kann. In letzterem Fall vereinfacht sich die gegen Verfälschung zu sichernde Übertragung des öffentlichen Signierschlüssels vom Signier- zum Zentralsystem.
In diesem Fall wird über entsprechende Protokollelemente eine kryptographiseh insbesondere gegen Verfälschung gesicherte Verbindung aufgebaut. Als Teil der sicheren Identifizierung und Authentisierung ist sicherzustellen, dass auch der "richtige" Sicherheitsmodul personalisiert wird.
Eine erste Lösung besteht darin, dass eine Bedienperson über eine temporäre direkte Datenverbindung eine Einmal- Transaktionsnummer eingibt, die an den Personalisierer gesendet wird. Diese Transaktionsnummer kann in Sicherheitsumschlägen transportiert werden und beispielsweise 16 oder mehr Zeichen umfassen. Die Verbindung zum Sicherheitsmodul braucht auch nicht gesichert zu sein, da die Transaktionsnummer unmittelbar nach der Eingabe wertlos wird. Es genügt also eine einfache Tastatur mit einer einfachen seriellen Schnittstelle, die temporär mit dem Sicherheitsmodul verbunden wird. Hat der Sicherheitsmodul ohnehin eine Tastatur, beispielsweise für Diagnosezwecke, dann kann diese für die Eingabe der Transaktionsnummer verwendet werden.
Für sehr lange Transaktionsnummern wird ein mobiler Computer mit einer der oben angegebenen Schnittstellen verwendet. Bevorzugt werden dann die Transaktionsnummern auf einer Chipkarte gespeichert, wenngleich eine (verschlüsselte) Speicherung im Dateisystem des mobilen Computers gleichfalls möglich ist.
Alternativ wird ein mobiler Computer verwendet, der die sichere Identifizierung vermittelt. Der mobile Computer verwendet zwei Datenschnittstellen, eine für Nah- und eine für Fernverbindungen. Für die Nahverbindungen kommen die oben bereits erwähnten Einrichtungen in Betracht, über die bei den anderen Varianten der Personalisierer temporär angeschlossen wird. Für die Fernverbindungen kommen entweder Mobilfunkverbindungen oder andere Netzwerkverbindungen in Frage. Ein Routing dieser Verbindungen über die Nahverbindung ist ebenfalls möglich. Der mobile Computer kann daher auch ein Mobiltelefon sein. Eine Variante dieser vermittelten Identifizierung erzeugt eine Zufallszahl im mobilen Computer und sendet sie einerseits über die Nahverbindung an den Sicherheitsmodul, der sie sogleich an den Personalisierer weiterleitet. Parallel dazu wird die Zufallszahl über die Fernverbindung direkt an den Personalisierer gesendet. Im Falle eines Mobiltelefons wird die vom Netzbetreiber mitgeteilte Anrufernummer ausreichen, um die Identität des Mobiltelefons ausreichend sicherzustellen. Im Falle eines generellen mobilen Computers wird bevorzugt eine gesicherte HTTP-Verbindung mit dem TLS-Protokoll verwendet, wobei auch eine Chipkarte zur Sicherung der verwendeten Zertifikate dienen kann.
Dabei kann die identifizierende Zufallszahl von jedem der drei Geräte erzeugt werden. Bevorzugt wird die Zufallszahl im Personalisierer erzeugt, der sie an den Sicherheitsmodul sendet, der sie an den mobilen Computer sendet, der sie an den Personalisierer zurücksendet. Erst dann wird die Personalisierung fortgesetzt. Die Zufallszahl hat hier dieselbe Funktion wie zuvor die Transaktionsnummer; sie wird lediglich erst bei Bedarf gebildet. Durch die Bildung im Personalisierer wird die Qualität gesichert. Entsprechend kann die Zufallszahl auch im Sicherheitsmodul gebildet werden .
Auch hier wird ein mobiles Gerät temporär an den Sicher- heitsmodul angeschlossen und sichert die Identität des zu personalisierenden Sicherheitsmoduls gegenüber dem Personalisierer .
In allen diesen Varianten wird der Sicherheitsmodul dadurch personalisiert, dass der öffentlichen Schlüssel eines im Sicherheitsmodul erzeugten Schlüsselpaares von einem Zerti- fizierer zertifiziert wird. Das so erhaltene Zertifikat wird im Sicherheitsmodul gespeichert und ist für den nachfolgenden Betriebszustand kennzeichnend. Die Authentisierung gegenüber dem Zertifizierungsserver beruht auf einer temporären Datenverbindung zwischen dem Sicherheitsmodul und einer von einem Bediener dazu benutzten mobilen Eingabeeinheit.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitsmoduls, mit den Merkmalen: - Der Sicherheitsmodul umfasst einen sicheren Schlüsselspeicher und mindestens eine Datenschnittstelle.
- In einem Personalisierungszustand wird eine Verbindung zu einem Personalisierer mittels der Datenschnittstelle hergestellt . - In dem Sicherheitsmodul wird ein Modulschlüsselpaar neu erstellt und im Schlüsselspeicher abgelegt.
- Der öffentliche Modulschlüssel wird über die Verbindung an den Personalisierer gesendet.
- Von dem Personalisierer wird ein Zertifikat über den öffentlichen Modulschlüssel durch Signierung mit einem
Signierschlüssel des Personalisierers erzeugt, an den Sicherheitsmodul gesendet und dort sicher abgelegt.
- Daraufhin wird die Verbindung abgebaut; der Sicherheitsmodul wechselt von dem Personalisierungszustand in den Betriebszustand.
In dem Betriebszustand wird eine kryptographisch gesicherte Verbindung zu einem Zentralsystem aufgebaut, bei der der private Modulschlüssel benutzt wird und der öffentliche Modulschlüssel samt Zertifikat an das Zentralsystem übertragen und dort das Zertifikat geprüft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein erneuter Übergang in den Personalisierungszustand den Modulschlüssel löscht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei im Personalisierungszustand die Verbindung zwischen Sicherheitsmodul und Personalisierer kryptographisch auf Authentizität geprüft und gegen Verfälschung gesichert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zusammen mit dem Modul-Zertifikat ein öffentlicher
Schlüssel des Zentralsystems übertragen wird, welcher im
Betriebszustand für die Prüfung der Authentizität des
Zentralsystems verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der öffentliche Schlüssel des Zentralsystems mit dem Signierschlüssel des Personalisierers signiert, das so erhaltene Zertifikat mit übertragen und von dem Sicherheitsmodul geprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der öffentliche Signierschlüssel des Signierers von dem Zentralsystem signiert, dieses Zertifikat mit übertragen und von dem Sicherheitsmodul geprüft wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Schlüsselspeicher des Sicherheitsmoduls ein öffentlicher PrüfSchlüssel des Herstellers abgelegt ist,
- der Personalisierer seinen öffentlichen Signierschlüssel zusammen mit einem Zertifikat, gebildet mit dem
PrüfSchlüssel des Herstellers, überträgt, und der Sicherheitsmodul zunächst das Zertifikat des öffentlichen Signierschlüssel mit dem öffentlichen PrüfSchlüssel und sodann die mit dem öffentlichen Signierschlüssel erzeugten Zertifikate prüft,
- und nur bei erfolgreichen Prüfungen in den Betriebszustand wechselt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in dem Sicherheitsmodul einmalig ein permanenter Identitäts- Schlüssel gebildet wird, der zugehörige öffentliche Schlüssel mit dem PrüfSchlüssel des Herstellers signiert wird und das entsprechende Zertifikat im Sicherheitsmodul abgelegt wird. Der Identitätsschlüssel mit Zertifikat wird zur Sicherung der Authentizität gegenüber dem Personalisierer nach einem Challenge- Response-Verfahren benutzt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sicherheitsmodul an den Personalisiermodul einen
Zeitstempel oder Zufallswert übermittelt, der bei der Bildung der Zertifikate in die Signatur mit einfließt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Personalisiersystem einen Variationswert an den
Sicherheitsmodul übermittelt, der bei der Erzeugung des neuen Modulschlüssels verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mit dem privaten Modulschlüssel aufgebaute Verbindung mit dem Zentralsystem dazu benutzt wird, einen symmetrischen Schlüssel für nachfolgende Transaktionsverbindungen auszutauschen und im sicheren Schlüsselspeicher des Sicherheitsmoduls abzulegen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein mobiler Personalisierer verwendet wird, der mit dem Sicherheitsmodul direkt über eine durch einen Bediener gesteuerte Verbindung verbunden wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei durch einen Bediener eine Einmal-Transaktionsnummer in den Sicherheitsmodul eingegeben wird, entweder direkt durch ein fest mit dem Sicherheitsmodul oder unmittelbar und direkt durch eine vom Bediener mit dem Sicherheitsmodul verbundene Eingabeeinheit, und die Verbindung mit dem Personalisierer durch die Übertragung der Transaktionsnummer gesichert wird.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei ein mobiles Gerät über eine von einem Benutzer direkt kontrollierte Nahverbindung mit dem Sicherheitsmodul und eine Fernverbindung mit dem Personalisierer verbunden ist, sich das mobile Gerät gegenüber dem Personalisierer identifiziert und dadurch das Sicherheitsmodul gegenüber dem Personalisierer indirekt identifiziert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Nah- und Fernverbindung lediglich zum sicheren Aufbau einer sicheren direkten Netzwerkverbindung zwischen Sicherheitsmodul und Personalisierer dienen.
16. Verfahren zur Personalisierung eines Sicherheitsmoduls mit den Merkmalen:
- Der Sicherheitsmodul wird mit einem Personalisierer ver- bunden.
- Der Sicherheitsmodul wird von einem Bediener über eine von dem Bediener bestimmte Schnittstelle temporär mit einem Identifizierer verbunden.
- Der Identifizierer sendet einen vom Personalisierer prüf- baren Identifikationswert an den Sicherheitsmodul, der diesen an den Personalisierer weiterleitet.
- Der Personalisierer führt die Personalisierung durch, wenn die Prüfung des Identitätswerts positiv ist.
17. Verfahren nach dem Anspruch 16, wobei der Identifikationswert eine vorab erzeugte Einmal-Transaktionsnummer ist .
18. Verfahren nach dem Anspruch 17, wobei der Identifikationswert durch eine kryptographisch authentisierte Datenverbindung zwischen Identifizierer und Personalisierer ausgetauscht wird.
19. Sicherheitsmodul, enthaltend einen gesicherten Schlüsselspeicher, einen programmierbaren Prozessor und mindestens eine Datenschnittstelle, wobei durch die
Programmierung des Prozessors sich der Sicherheitsmodul entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 15 verhält.
20. Personalisierer, enthaltend einen gesicherten Schlüsselspeicher, einen programmierbaren Prozessor und mindestens eine Datenschnittstelle, wobei durch die Programmierung des Prozessors sich der Personalisierer entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 15 verhält.
21. Zentralsystem, enthaltend einen gesicherten Schlüsselspeicher und mindestens eine Datenschnittstelle, wobei durch die Programmierung des Zentralsystems sich das Zentralsystem entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 15 verhält.
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