NO882139L - Identifikasjonssystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en autentisator av den art som anvendes for å undersøke om en motatt melding ved den ene ende av et overføringssystem ikke er blitt forvrengt eller forandret under overføringen av meldingen, samt også for å bekrefte sender-nes rett til å sende meldingen. Denne autentisator kan utnyttes ved elektroniske transaksjonssystemer hvor en bruker innfører et bærbart elektronisk kjennemerke i en terminal som er forbundet med en datasentral, således at meldinger angående f. eks brukerens bankkonto kan overføres mellom kjennemerket og data-sentralen.

En autentisator er således vanligvis en enveis algoritme A som kan omforme em melding M til å frembringe en autentiseringskode A (M). Autentiseringskoden A (M) er vanligvis av lite omfang sammenlignet med den melding M som den er utledet fra, og er ana-log med et signatur da den utleder en kode som er særegen for hver spesielle melding og ikke kan knekkes uten kjennskap til den hemmeligholdte enveis funksjon som er anvendt for å frembringe koden. Det er en enveis algoritme da meldingen i seg selv ikke kan utledes fra autentisatoren. Når meldingen foreligger og en autentiseringskode er beregnet, blir autentiseringskoden lagt til meldingen før den sendes til en mottager. Mottageren mottar således både meldingen og den tilførende autentiseringskode. Mot-tageroperatøren leder så meldingen gjennom sin tilsvarende autentisator for å frembringe sin egen autentiseringskode for meldingen. De to foreliggende autentiseringskoder blir så sammenlignet, og hvis de er identiske kan mottageren være rimelig sikker på at den mottatte melding ikke er blitt forandret etter at den har forlatt senderen. En autentisator sikres således for det første at meldingen ikke er blitt forandret under signal-overføringen og for det annet at senderen er berettiget til å be-nytte systemet, da vedkommende er i besittelse av samme autentisator som mottageren.

En autentisator kan modifiseres ytterligere med å anvende et hemmelig nøkkelsystem for å velge en spesiell fremgangsmåte for å iverksette autentisatoralgogaritmen. Ved hjelp av denne hemmelige nøkkel K frembringes en autentisator A (K,M), som er en funksjon av både autentisatoren og den hemmelige nøkkel.

Selv om den grunnleggende autentisatoralgoritme er kjent, kan således den hemmelige nøkkel holdes tilbake fra offentlig kjennskap, og systemet vil da forbli sikret. Vedkommende nøkler kan varieres etter ønske, f. eks på ønsket og valgt måte eller eventuelt varieres hvis ikke en nøkkel er blitt avslørt. Både sender og mottager må ha samme hemmelige nøkkel og autentisator for at mottageren skal være i stand til å undersøke den over-sendte autentisering.

Antallet forskjellige hemmelige nøkler som kan anvendes sammen med autentisatoren er imidlertid begrenset av systemets omfang, og i et 8 bytes nøkkelsystem kan da eventuelt en flittig tyvlytter arbeide seg igjennom hver mulig hemmelige nøkkel for derved å forsøke å bryte seg inn i systemet. Foreliggende oppfinnelse angir imidlertid et forbedret system med høyere sikringsnivå.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det frembragt en fremgangsmåte for autentisering av digitale data og som går ut på at det frembringes en tallrekke og en hemmelig nøkkel utnyttes for regulert relativ posisjonforskyvning av hvert element innenfor rekken, hvorpå den omkastede tallrekke tilføres vedkommende melding for å danne en autentiseringskode for denne melding.

Tallrekken kan tilføres meldingen på hvilken som helst hensikts-messige måte.

Fremgangsmåten og apparatet for å oppnå autentisering er særlig hensiktsmessig ved et elektronisk kjennemerkesystem av "smartkort"-typen, som beskrevet i samtidig løpende patentan-søkning nr. GB 2.173.623A, som viser et induktivt koblet system med hukommelselagringsevne og en 8 bit mikroregulator hvori det i de fleste tilfeller er vesentlig at senderen og mottageren av en melding klart identifiseres og autentiseres som ekte, og hvori meldingen må foreligge i nøyaktig samme form både i sender- og mottagerenden.

En utførelse av en autentisator i henhold til oppfinnelsen vil nå bli beskrevet bare som et eksempel og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Fig. 1 viser en autentiseringsalgoritme, og

Fig. 2 og 3 viser en bekreftelsesprosess.

En autentiseringsalgoritme i henhold til oppfinnelsen foreligger i to trinn, nemlig et innledningstrinn og et alminnelig funksj onstrinn.

Det innledende trinn omfatter en 8 bytes hemmelig nøkkel samt en 256 bytes 8 bits omskiftbar sifferkode i form av en rekke tall. Denne tallrekke oppstilles til å begynne med i samsvar med føl-gende rutine:

For i f = 0 til 255

sifferkode [^i3 = i

fortsettes

Dette sikrer at alle mulige 8 bits tall foreligger i tallrekken i monotont stigende sekvens. Elementene i tallrekken omkastes nå ved parvis ombytting av sifferelementer ved anvendelse av den hemmelige nøkkel for å bestemme hvilke par som ombyttes. Prinsipielt anvendes følgende ombyttingsskjema:

For j = 0 til 255 (alle elementer)

sifferkode Lj3 = sifferkode rnd (j,255)

fortsettes

hvor a(j)^*a(k) betyr ombytting av innholdende i a(j) og a(k). ;Hvor rnd(x,y) betyr innsetning av hvilket som helst helt tall med samme sannsynlighet i området x^y, ;Ved en utførelse av oppfinnelsen anvendes den 8 bytes hemmelige nøkkel med 2 byter ad gangen for å frembringe det tilfeldige be-gynnelsefrø på følgende måte. Det tilfeldige frø er et 32 bits, hvilket vil si det 4 bytes tall og dets øverste 2 byter (mest signifikante) innstilles til de første 2 valgte byter i nøkkelen. De nederste to byter (minst signifikante) innstilles så til de to mest signifikante byter av det sist frembragte tilfeldige tall. Det tilfeldige tallfrø innstilles alltid innledningsvis til 0 ved den første begynnelse av algoritmen. En passende generator for tilfeldige tall anvendes og frembringes av dette tallfrø, men de nøyaktige utførelsedetaljer av denne er ikke viktig for foreliggende oppfinnelse, men omfatter prinsipielt en numerisk funksjon av det tilfeldige tallfrø. Det tilfeldige tall som frembringes innføres i det ovenfor angitte blandingsskjema for blanding av to elementer. Dette gjentas for hver av de 256 verdier av J. ;Etter at en fullstendig runde er gjort gjennom alle elementer i sifferkoden, anvendes de to neste byter av den hemmelige nøkkel for å frembringe et annet tilfeldig tallfrø og en ytterligere runde gjøres gjennom sifferkoden. Lignende runder gjøres med den tredje og fjerde gruppe av to byter av den tilfeldige nøkkel, således at ved slutten av prosessen er det utført fire runder gjennom sifferkoden for å blande sammen elementverdiene innenfor siffergruppen på en måte som bare kan oppnås kontrollert ved anvendelse av den kjente hemmelige nøkkel. ;Fordelen ved å anvende den ovenfor angitt fremgangsmåte er at samtlige byter i nøkkelen kan være den samme men likevel frembringe forskjellige innledende tilfeldige tallnøkler under hver blandingsrunde for samtlig elementer i sifferkoden. Antallet mulige permutasjoner for en sådan siffergruppe er lik fakultets-verdien av antall elementer. I det foreliggende eksempel er denne verdi 256!, hvilket er et langt større tall enn det maksimale 2^4 per mutasjoner av en 8 bytes nøkkel. Det oppnås således en god sifferkodefordeling. ;Den innledende prosess som er beskrevet ovenfor, utføres i praksis med en gang av sender- eller vertsprosessoren ved inn-føring av den hemmelige nøkkel. Denne kan så ødelegge denne nøkkel og så fastholde sifferkoden i en sikret del av sin hukommelse. Denne sifferkode utgjør så den effektive nøkkel og dens sikring bør da opprettholdes. ;Mottager- eller slaveprosessoren, f. eks et elektronisk kjennemerke eller smartkort, tilføres også under det innledende pro-sesstrinn den utledende sifferkode ved hjelp av et sikret kom-minikasjonsledd og vil atter lagre den samme sifferkode i en sikret del av sin hukommelse. Vedkommende kort eller prosessor kan være innrettet for å ødelegge sifferkoden hvis den er gjen-stand for påvirkning. ;Da den hemmelige nøkkel er en 8 bytes nøkkel foreligger det til-sammen 2 mulige særegne nøkler, og en hvilken som helst av disse kan anvendes . ;Den sifferkode som utledes på ovenfor angitte måte, anvendes så i et funksjonstrinn for å frembringe en autentisator for en melding. En form av den frembragte algoritme er angitt i fig. 1, som viser en algoritme innrettet for å frembringe en autentisator for en melding på n byter. ;Den viste algoritme i fig. 1 er utformet for et 8 bits behandlingssystem og vil generelt sett arbeide på en hvilken som helst melding, skjønt det foretrukkede omfangsområde er fra 12 til 256 byter. En meldingslengde på mindre enn 8 byter vil nedsette sikkerheten på et sådant system, og en meldingslengde som er større enn 256 byter vil være vanskelige å oppnå ved et 8 bits behandlingssystem og vil kreve en stor del databehandling. Hvis det er påkrevet å sende en melding på mer enn 256 byter, er det ofte å foretrekke å dele opp meldingene i blokker på 256 byter og legge til en autentisator til hver sådan blokk. Dette gjør det også lettere å sende på nytt en hvilket som helst blokk som er påvirket, i stedet for å sende hele meldingen på nytt. Algoritmen omfatter et 8 bytes arbeidsregister W(P) som den endelige autentisator utledes fra. For at den skulle kunne arbeide må hele vedkommende melding eller blokk foreligge og dets lengde n være kjent. Algoritmen i fig. 1 utøves så på meldingen. I figuren er følgende uttrykk anvendt. ;S L. 1 = er ombyttesif f er C;P er en posisjonsgiver for arbeidsregister W ( ) og har således et område 0 -*7

A = en 8 bits-verdi som anvendes for lagring av resultater mellom operasjoner.

Mi = i-te meldingsbyte fra begynnelsen av meldingen.

Mn + 1 - i = i-th meldingsbyte fra slutten av meldingen.

n = meldingslengde.

+2= residualkontroll 2 (eksklusiv - eller)

<+>256 = residualaddisjon 256.

Ci = utfør fra første<+>256operasjon i forutgående linje.

Ci = utfør fra annen<+>256operasjon i forutgående linje.

Algoritmens arbeidsfunksjon er selvforklarende utifrå figuren og anvender prinsipielt elementene i den omskiftbare sifferkode,- som på forhånd er blandet sammen ved hjelp av den valgte hemmelige nøkkel for å utlede hver av de 8 byter i arbeidsregisteret W(P). De 8 utledede byter blir så kombinert i følgende form for å frembringe en 4 bytes autentisator A(0)-A(3), hvor: A(0) = W(0) +2W(2)

A(l) = W(l) +2W(3)

A(2) = W(4) +2W(6)

A(3) = W(5) +2W(7)

A(4) bytes autentisator betyr at det foreligger en sjanse på 1:2^<2>for at samme autentisator blir utledet fra en annen melding, eller ved tilfelle av en uautorisert bruker.

Meldingen som sådan bibeholdes uforandret etter denne behandling og blir så overført sammen med autentisatorens 4 byter.

Alternativt kan autentisatoren sendes for seg selv uten vedkommende melding, hvis f. eks meldingen er blitt sendt på forhånd til vedkommende sender for å bekrefte senderens identitet. I mottagerenden anvender mottager- eller slaveprosessoren en identisk autentisator-algoritme på den mottatte melding for å frembringe sin egen autentiseringskode eller autentisator. Hvis den mottatte og den utledede autentisator er den samme, kan brukeren i rimelig grad være sikker på at sikringsforholdene er blitt opprettholdt.

Den ovenfor beskrevne autentisator kan beskytte meldinger mellom to brukere mot 2 mulige angrep, nemlig : 1) forandring av

meldingen og 2) at en ny melding opprettes som ikke skriver seg fra en av brukerne. To ytterligere typer angrep kan imidlertid finne sted mot systemet, og disse er da: 3) feilaktige ruting, enten tilfeldig eller med hensikt av en melding til uttilsiktet mottager, og 4) fornyet avspilling av gamle meldinger som om de var nye.

For å beskytte meldinger mot de sistnevnte to angrepstyper, kan den viste bekreftelsesprosess i fig. 2 og 3 utnyttes, hvor en overskrift påføres meldingen, idet overskriften inneholder 4 elementer, nemlig mottagerens ID eller identitetskode, senderens ID-kode, et sendernummer for meldingen samt et mottagernummer for denne. Meldingsnumrene må være særegne for vedkommende melding og ikke gjentas i løpet av et langt tidsrom, eksempler på dette er en dato- og tidskode, en monotont økende tallsekvens eller en halvtilfeldig sekvens. Den førstnevnte er vanskelig å iverksette innenfor et smartkort-system, således at den sistnevnte vanligvis velges.

Et innledende trinn for bekreftelsesprosessen innebærer at tre meldinger omskiftes. Bruker A sender først til bruker B en overskrift som omfatter senderens ID og senderens meldingsnummer, samt en autentisator for overskriften. Bruker.B undersøker om autentiseringen er korrekt samt ID for bruker A, og hvis dette er tilfelle lagres ID for bruker A samt meldingsnummeret. Bruker B sender så en returoverskrift som omfatter ID for bruker A, ID for bruker B, meldingsnummeret for meldingen fra bruker A (tidligere lagret) samt meldingsnummeret for meldingen fra bruker B sammen med en autentisator basert på denne overskrift. Autentiseringskoden, begge ID samt meldingsnummeret fra bruker A kontrolleres så av den opprinnelige sender (bruker A) og sammenlignes med den lagrede overskriftsinformasjon. Til slutt sendes en annen overskrift fra A til B og som omfatter begge ID-koder, meldingsnummeret for såvel B som A, idet den sistnevnte er trinnforskjøvet med et telletrinn i den monotone eller halvtilfeldige sekvens sammen med en ny autentisator på grunnlag av denne overskrift. Mottageren kontrollerer autentisatoren og overskriften og hvis alt er vel begynner overføringen av de egentlige meldinger. Hvis det på noe trinn i innledningsprosessen finnes at en autentisator ikke er korrekt eller at en feilaktig ID-kode foreligger, eller eventuelt et feilaktig meldingsnummer er benyttet, avsluttes prosessen.

Overføring av meldinger finner så sted som vist i figurene 2 og 3. En sender frembringer de fire komponenter i en overskrift 1 (to apparat-ID og to meldingsnummer) samt oppretter en autentisator basert på kombinert overskrift og melding 2, til anvendelse av en hemmelig nøkkel 4. Mottageren utnytter denne hemmelige nøkkel for å ta imot meldingen og utleder en referanseautentisa-tor. De to autentisatorer kan da sammenlignes. Hvis sammenlig-ningen stemmer, kontrolleres senderens og mottagerens ID samt meldingsnummeret. Hvis alt finnes å være korrekt, utleses meldingen og arbeides med. Hvis noe som helst er feilaktig på hvilket som helst trinn, vil prosessen bli avsluttet.

Claims (17)

1. Fremgangsmåten for å opprette en autentiseringskode for en melding som foreligger i form av et digitalt signal, karakterisert ved at det frembringes en tallrekke og en nøkkel anvendes for regulert relativ posisjonsforskyvning av hvert element innenfor rekken, hvorpå den omkastede tallrekke tilføres vedkommende melding for å danne en autentiseringskode for denne melding.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte nøkkel anvendes for å frembringe et første halvtilfeldig tallfrø, som derpå anvendes for å frembringe et tall for hvert enkelt element i tallrekken, hvorpå posisjonen av et annet element i tallrekken bestemmes og utveksles med vedkommende element.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at et nummer frembringes i rekkefølge for hvert forskjellig rekke-element etter tur, idet hvert nummer frembringes ved å utøve en halvtilfeldig funksjon på et tidligere frembragt nummer.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 eller krav 3, karakterisert ved at etter at det første halvtilfeldige frøtall er blitt anvendt for å forskyve de relative posisjoner for alle elementer i tallrekken, frembringes et eller flere ytterligere halvtilfeldige frøtall utifrå nøkkelen, og som anvendes for ytterligere forskyvning av de relative posisjoner for tallrekke-elementene.

5. Fremgangsmåte som er angitt i et av kravene 2-4, karakterisert ved at nøkkelen omfatter flere byter, og valgte grupper av disse byter anvendes for å frembringe det eller hvert halvtilfeldige frøtall.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, karakterisert ved at meldingen er oppdelt i avsnitt av valgt lengde, og en separat autentiseringskode som er betraktelig kortere enn vedkommende avsnitt, utledes for hvert avsnitt.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at autentiseringskoden frembringes ved at den omkastede tallrekke påføres meldingen i flere trinn, som hver utnytter valgte operatorer og valgte tallrekke-elementer samt valgte meldingsbyter for å utlede en verdi for hver av de forskjellige registerelementer i et arbeidsregister, hvorpå arbeidsregisteret elementer kombineres for å danne autentisatoren.

8. Fremgangsmåte som er angitt i krav 7, karakterisert ved at det anvendes et tilstrek-kelig antall trinn til at hver meldingsbyte utnyttes minst en gang for å utlede autentisatoren.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at meldingsbytene anvendes i hvert trinn i et antall på mj-nst to.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7-9, karakterisert ved at operatorene utgjøres av hvilken som helst kombinasjon av +2 og +25£ operasjonen samt bæreoperasj onen.

11. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, karakterisert ved at den utnyttes sammen med et elektronisk system som omfatter et bærbart kjennemerke som inneholder databehandlingsutstyr, hukommelseutstyr og inngang/ utgangs-utstyr, idet en lese/skrive-anordning utnyttes for sam-virke med kjennemerket for utveksling av meldinger.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at det som elektronisk system anvendes en utførelse som utnytter induktiv kobling mellom kjennemerket og lese/skrive-anordningen.

13. Apparat for å frembringe en autentiseringskode for digitale data, karakterisert ved at det omfatter utstyr for å frembringe en tallrekke, utstyr for å anvende en nøkkel for kontrollert relativ posisjonsforskyvning av hvert element innenfor rekken, samt utstyr for å tilføre en melding den omkastede tallrekke for å danne en autentiseringskode for denne melding.

14. Apparat som angitt i krav 13, karakterisert ved at det omfatter utstyr for å frembringe et eller flere halvtilfeldige tallfrø utifrå nevnte nøkkel, samt for å overføre dette eller hvert tallfrø eller verdier utledet fra dette til tallrekken for derved å utføre en kontrollert relativ posisjonsforskyvning av hver tallrekke-element.

15. Apparat som angitt i krav 13, karakterisert ved at utstyret for å påføre tallrekken vedkommende tallfrø omfatter midler for overføring av frøet til et første valgt tallrekke-element, midler for å frembringe utifrå tallfrøet et annet tall, samt for å tilføre dette annet tall til et annet valgt element, og for å gjenta disse trinn, idet hver gang et forut frembragt tall anvendes samt tallfrø, inntil hvert element i tallrekken er blitt påvirket.

16. Apparat som angitt i et av krav 13 - 15, karakterisert ved utstyr for å påføre den omkastede tallrekke ved anvendelse av valgte operatorer på valgte meldingsbyter for derved å utlede et arbeidsregister som omfatter et antall elementer, samt utstyr for å kombinere registre-elementene til å danne en autentiseringskode eller autentisator.

17. Fremgangsmåte for autentisering av en melding i form at et digitalt signal, idet den angitte fremgangsmåte i et av kravene 1-12 utnyttes for å frembringe en autentiseringskode, karakterisert ved at koden tilføyes meldingen, meldingen overføres til en mottager, hvor meldingen skilles fra koden, samme fremgangsmåte anvendes på den motsatte melding for å frembringe en autentiseringskode, og den motatte kode sammenlignes den som ble frembragt ved mottageren.