DE19744586A1

DE19744586A1 - Verfahren zur Verschlüsselung von digitalen Daten mit echten Zufallszahlen in der Datenfernübertragung

Info

Publication number: DE19744586A1
Application number: DE19744586A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Phys Magens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1999-04-15

Description

Alle bekannten kryptologischen Verfahren benutzen letzlich Schlüssel, die irgend einem Algorithmus unterliegen, seien es direkte Formeln oder pseudo oder quasi Zufallszahlen, davon sind auch Datenverschlüsselungen versteckt in Bildern (Kryptographie) nicht frei.

Alle diese Verfahren zur Bildung von Schlüssein sind bekannt. Damit sind alle diese Schlüssel prinzipiell berechenbar und bieten keinen absoluten Schutz zur Geheimhaltung von Daten insbesondere vor illegalem Mitschneiden auf dem vom Benutzer nicht zu kontrollierenden Übertragungsweges.

Wer während einer Datenübertragung (illegal) an irgendeiner Stelle des Übertragungsweges Daten mitschreibt, die mit bekannten Verschlüsselungs verfahren verschlüsselt worden sind, hat letztlich nur noch Fleißarbeit zur Entschlüsselung zu leisten.

Für viele Anwendungen reichen diese bekannten Verschlüsselungsverfahren durchaus aus und haben somit ihre Berechtigung.

Es gibt aber eine Reihe von Anwendern, denen diese Verschlüsselungs- Verfahren nicht genügen können, um sich vor Werks- oder Geschäftsspionage o. ä. wirkungsvoll schützen zu können.

Das Problem liegt nun in der Entwicklung von Datenverschlüsselungs-verfahren und Datenübertragungsverfahren, die auch allerhöchsten Sicherheitsanforderungen genügen, d. h. Daten auf dem Übertragungsweg für illegale Mitschreiber für alle Zeiten die Klarschrift unzugänglich zu machen.

Das vorgelegte Verfahren genügt diesem hohen Anspruch und betritt einen bislang nicht verfolgten und beschriebenen Weg der Datenverschlüsselung und der Datenfernübertragung und hat damit einen hohen Nutzungswert.

Die Verschlüsselung von digitalen Daten wird mit einer Folge von echten Zufallsgrößen (Zufallszahlen) vorgenommen.

Definition Folge echte Zufallszahlen:

Von einer Folge von echten Zufallszahlen wird gesprochen, wenn diese Folge keinem Erzeugungsalgorithmus unterliegt; als anschauliches Beispiel sei die Folge von Ausspielungen an einem Roulettetisch angeführt.

Eine solche Folge ist weder vorhersehbar noch läßt sie sich im Nachherrein berechnen.

Technisch lassen sich solche Folgen von echten Zufallszahlen bilden unter Ausnutzung von weissem Rauschen z. B. von elektronischen Bauteilen. Die Verfahren zur technischen Erzeugung von echten Zufallszahlen sind bekannt und sind Stand heutiger Technik.

Zur verschlüsselten Datenfernübertragung von Daten von einem Rechner (Sender) zu einem anderen Rechner (Empfänger) werden in diesem Verfahren als technische Vorraussetzungen benötigt:
auf der Senderseite:
Hardware Zufallsgenerator zur Erzeugung echter Zufallszahlen (s. o.), Verschlüsselungsprogramm (s. o.), beliebiges Datenfernübertragungsprogramm (DfÜ).
auf der Empfängerseite:
Entschlüsselungsprogramm (Umkehralgorithmus des Verschlüsselungs programms), beliebiges Datenfernübertragungsprogramm. Schlüsselerzeugung:

Ein geeigneter Zufallsgenerator (völlig unabhängig von der technischen Realisierung des Zufallsgenerators) erzeugt eine Folge von echten Zufallszahlen im Bereich [0-255] in geeigneter Länge, maximale je zu übertragende Anzahl von Bytes.

Einmalig hat folgendes zur Inbetriebnahme einer Kommunikation zwischen zwei Kommunikationspartnern zu geschehen:
Mit einem Zufallsgenerator wird eine Zahlenfolge gemäß Schlüsselerzeugung erzeugt. Diese Zahlenfolge bildet den Grundschlüssel zur Datenverschlüsselung, Anfangsschlüssel genannt.

Auf der Senderseite wird ein Zufallsgenerator, das Verschlüsselungsprogramm, DfÜ und der Anfangsschlüssel installiert.

Auf der Empfängerseite wird das Entschlüsselungsprogramm, DfÜ und der Anfangsschlüssel installiert.

Dieser Anfangsschlüssel wird nun auf beiden Seiten zum "momentanen Schlüssel" erklärt.

Eine Datenübertragung (Datel Rechner zu Rechner) erfolgt nun in folgenden Schritten:

1. der Sendende erstellt die zu übertragenden Daten in Form einer Datei
2. der Sendende erzeugt mit seinem Zufallsgenerator einen neuen Schlüssel (s. o. Schlüsselerzeugung) und legt eine sequentielle Datei an
3. der Sendende verschlüsselt die zu sendenden Daten mit dem Verschlüsselungsprogramm unter Benutzung des momentanen Schlüssels (s. o.)
3.1. Die Verschlüsselung der Klarschriftdaten wird nun vorgenommen durch bel. arihtmetische Verknüpfung des n-ten Datenbytes mit der n-ten Zufallszahl von n=1 bis Datenende per Programm (Verschlüsselungsprogramm). Als arihtmetische Verknüpfung genügt eine binäre Addition n.tes Datenbyte + n.te Zufallszahl völlig.
4. der Sendende verschlüsselt den unter 2. erstellten neuen Schlüssel mit dem Verschlüsselungsprogramm unter Benutzung des momentanen Schlüssels in genau derselben Weise wie die Daten unter 3.1.
5. beide angelegten Daten unter 3. u. 4. werden vom Sendenden zu einer Datei zusammengefügt und diese Datel wird nun Zwischendatei genannt
6. diese Zwischendatei wird nun in der üblichen Weise mit dem DfÜ vom Sender an den Empfänger übertragen
6.1. nach erfolgreicher Übertragung wird auf der Senderseite die Zwischendatei endgültig vernichtet (gekillt), der momentane Schlüssel gekillt und der neue Schlüssel zum momentanen Schlüssel erhoben
6.2. war die Übertragung nicht erfolgreich wird die Zwischendatei und der neue Schlüssel auf der Senderseite gekillt
7. bei erfolgreicher Übertragung entschlüsselt das Entschlüsselungs programm des Empfängers die empfangene Zwischendatei und erzeugt daraus den Inhalt der übermittelten Daten in Klarschrift und den neuen Schlüssel
7.1. danach wird vom Empfänger die empfangene Zwischendatei gekillt, der momentane Schlüssel gekillt und der neue Schlüssel zum momentanen Schlüssel erhoben

Diese Übertragung läßt sich vollständig automatisieren.

Realisiert wurde dies Verfahren mit eigenem Zufallsgenerator, eigenem Ver- und Entschlüsselungsprogramm und DfÜ Trio-Data-Comm.

Das oben geschilderte Verfahren läßt sich auch, mit leichten Modifikationen, im Dialogbetrieb Rechner zu Rechner betreiben.

Eine Datenkommunikation im Dialogbetrieb Rechner zu Rechner erfolgt nun in folgenden Schriften:

1. der Sendende erzeugt mit seinem Zufallsgenerator einen neuen Schlüssel und legt dafür eine sequenzielle Datei an
2. der Sendende wählt den Empfänger an und nimmt den Dialogbetrieb auf
3. der Sendende verschlüsselt wechselweise jedes zu übertragende Klarschrift Byte mit der zugehörigen Schlüsselkomponente des momentanen Schlüssels (s. o.)
4. der Sendende verschlüsselt den unter 2. erstellten neuen Schlüssel mit dem Verschlüsselungsprogramm unter Benutzung des momentanen Schlüssels in genau derselben Weise wie die Daten unter 3.
5. beide angelegten Daten unter 3. u. 4. werden dem Empfänger gesandt
6. der Empfänger entschlüsselt sofort diese Daten in Klarschrift und neuer Schlüsselkomponente, die er in einer sequenziellen Datei mitschreibt
7. nach Beendigung des Dialogs wird auf der Senderseite der momentane Schlüssel gekillt und der neue Schlüssel zum momentanen Schlüssel erhoben
8. nach Beendigung des Dialogs wird auf der Empfängerseite der momentane Schlüssel gekillt und der neue Schlüssel zum momentanen Schlüssel erhoben.

Die Vorteile dieses Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren sind:

1. Niemals vermag irgendjemand die an irgendeiner Stelle des vom Benutzer nicht zu kontrollierenden Übertragungsweges illegal mitgeschriebenen Daten auf Grund des Zufallsprinzips der Verschlüsselung zu entschlüsseln.
2. Der illegale Mitschreiber der übertragenen Daten kann diese nur entschlüsseln, wenn er im Besitz des momentanen Schlüssels ist.
3. Gelingt es dem illegalen Mitschreiber einmal in den Besitz des momentanen Schlüssels zu kommen, gelingt es ihm niemals im Nachherrein die vorher mitgeschriebene Daten zu entschlüsseln dies auf Grund des konsequenten Schlüsselwechsels bei jeder Übertragung.
4. Hat der illegale Mitschreiber den momentanen Schlüssel, nutzt ihm dieser in Zukunft nichts, wenn er von nun an nicht lückenlos alle Übertragungen mitschneidet und auswertet.

Die Benutzer so eines Systems haben schlicht in der Aufbewahrung des momentanen Schlüssels Sorgfalt zu üben.

D.h. den momentanen Schlüssel Dritten unzugänglich zu machen, evtl. als Diskette, Band oder Chipkarte in den Tresor zu legen.

Wesentliche Nachteile sind in diesem Verfahren gegenüber anderen Verfahren nicht vorhanden. Der Benutzer (Sendende) muß lediglich ca. 1-2 Minuten Rechenzeit zur Erzeugung eines neuen Schlüssels aufbringen.

Claims

Verfahren zur Verschlüsselung von digitalen Daten mit echten Zufallszahlen und verschlüsselter Datenfernübertragung für den Einsatz in Dateiübertragung von Rechner zu Rechner und der Dialogkommunikation Rechner zu Rechner.