WO2017064027A1 - Method for generating a secret or a key in a network - Google Patents

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WO2017064027A1
WO2017064027A1 PCT/EP2016/074276 EP2016074276W WO2017064027A1 WO 2017064027 A1 WO2017064027 A1 WO 2017064027A1 EP 2016074276 W EP2016074276 W EP 2016074276W WO 2017064027 A1 WO2017064027 A1 WO 2017064027A1
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WO
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transmission
value sequence
subscriber
message
module
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PCT/EP2016/074276
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French (fr)
Inventor
Andreas Soenkens
Arthur Mutter
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/06Network architectures or network communication protocols for network security for supporting key management in a packet data network
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0819Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s)
    • H04L9/0822Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s) using key encryption key
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0861Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords

Definitions

  • the non-prepublished DE 10 2015 207220 AI discloses a method for generating a shared secret or a secret symmetric key by means of public discussion between two communication participants.
  • the presented methods for generating a secret or a cryptographic key require no manual intervention and thus enable the automated establishment of secure communication relationships between two nodes.
  • the methods have a very low complexity, in particular with regard to the required hardware design, such. As the required memory resources and computing power, and they go with a low energy and time requirements.
  • the methods offer very high key generation rates with a simultaneously very low probability of error.
  • the methods assume that participants in a network communicate with each other via a communication channel. In particular, they transfer logical sequences of values (in the case of binary logic, bit sequences) with the aid of physical signals on the transmission channel. Even if possible superimpositions take place on the transmission channel through the signals, that is to say on the physical level, in the description below the logical level is primarily considered. Thus, the transferred, logical value sequences as well as their logical overlay are considered.
  • the transmission should be largely synchronous in that a superimposition of the individual signals of a signal sequence on the transmission medium takes place, in particular, that the signal corresponding to the n-th logical value or bit of the first subscriber with the signal corresponding to the n-th logical Value or bit of the second participant at least partially superimposed.
  • This overlay should be sufficiently long for the participants to be able to record the overlay or determine the corresponding overlay value.
  • the superimposition of the value sequences can be determined by arbitration mechanisms or by physical signal superposition.
  • arbitration mechanism is meant, for example, the case where a node wants to apply a recessive level, but detects a dominant level on the bus and thus omits the transmission. In this case, there is no physical interference between two signals, but only the dominant signal is seen on the transmission channel.
  • the methods described can be implemented particularly well in a CAN, TTCAN or CAN FD bus system.
  • a recessive bus level is replaced by a dominant bus level.
  • the superimposition of values or signals of the subscribers thus follows defined rules which the subscribers can use to derive information from the superimposed value or signal and the value or signal transmitted by them.
  • the methods are also well suited for other communication systems such as LIN and I2C.
  • a network or a participant of a network is set up to do this by having electronic memory and computational resources to perform the steps of a corresponding method.
  • Also stored on a storage medium of such a user or on the distributed storage resources of a network may be a computer program configured to perform all the steps of a corresponding method when executed in the subscriber or in the network.
  • FIG. 3 is a schematic illustration of exemplary signal sequences of two subscribers of a network and a resulting subsequence value sequence on a transmission channel between the subscribers,
  • FIG. 5 shows an exemplary communication module as part of a circuit arrangement of a network participant
  • FIG. 6 shows an exemplary module for generating a secret or key exchange as part of a circuit arrangement of a network participant and 7 shows an exemplary detail of a circuit arrangement of a subscriber with a communication module and a further module (as shown in FIG. 6) for the key generation.
  • the present invention relates to a method for generating a shared secret or (secret) symmetric cryptographic key between two nodes of a communication system (participants of a network) communicating with each other via a shared medium (transmission channel of the network).
  • the generation or negotiation of the cryptographic keys is based on a public data exchange between the two participants, although a possible listening third party as an attacker is not or only very difficult to draw conclusions about the generated key.
  • a common secret is first established for this, which can be used to generate the key.
  • such a shared secret can in principle also be used for purposes other than cryptographic keys in the strict sense, e.g. as a one-time pad.
  • On-off-keying amplitude shift keying in which exactly two transmission states are distinguished: In the first case (value, ⁇ ', or "0"), a signal is transmitted, for example in the form of a simple carrier signal, in the other case Case (value, Off, or "1"), no signal is transmitted.
  • the state ' ⁇ ' is dominant while the state 'Off' is recessive.
  • Another example of a corresponding communication system that supports this distinction of dominant and recessive bits is a (wired or optical) system based on bitwise bus arbitration, such as that used in the CAN bus.
  • the basic idea here is also that if, for example, two nodes want to transmit a signal at the same time and one node transmits a '1', whereas the second node transmits a '0' which 'gains''0' (ie the dominant bit) ie, the signal level that can be measured on the bus corresponds to a logical '0' .
  • This mechanism is used in particular to resolve possible collisions, whereby priority messages (ie messages with a previous, dominant signal level) are transmitted by When the node itself transmits a recessive bit but a dominant bit is detected on the bus, the corresponding node breaks its transmission attempt in favor of the higher priority message (with the earlier dominant bit).
  • FIG. 3 shows, for example, how a subscriber 1 (T1) keeps the bit sequence 0, 1, 1, 0, 1 ready for transmission between the times t0 and t5 via the transmission channel.
  • Subscriber 2 (T2) keeps the bit sequence 0, 1, 0, 1, 1 ready for transmission between times t0 and t5 via the transmission channel.
  • Both Subscriber 1 and Subscriber 2 initially generate a bit sequence locally (i.e., internally and independently) in step 42.
  • this bit sequence is at least twice, in particular at least three times as long as the common key desired as a result of the method.
  • the bit sequence is preferably generated in each case as a random or pseudo-random bit sequence, for example with the aid of a suitable random number generator or pseudo random number generator.
  • a node knows that the effective state is dominant on the shared medium if the node itself has sent a dominant bit, but if a node has sent a recessive bit, it does not know the state on the shared transmission medium first Further, however, in this case he can determine by suitable measurement how it looks like, because, in this case, the node itself does not send anything, so there are no problems with so-called self-interference, which is a complex echo cancellation, especially in the case of wireless systems would require.
  • both subscriber 1 and subscriber 2 also again (largely) synchronously transmit their initial bit sequences STI and ST2, but this time inverted.
  • the synchronization of the corresponding transmissions can again be realized exactly in the same way as described above.
  • the two sequences are then ANDed together again.
  • Subscribers 1 and 2 in turn determine the effective, superimposed bit sequences S e ff on the shared transmission medium.
  • Both subscriber 1 and subscriber 2 determine during the transmission of their now inverted bit sequences then again the effective, superimposed bit sequences on the shared transmission medium.
  • both nodes participant 1 and participant 2), as well as a possible rather attackers (eg subscriber 3) who overhear the communication on the shared transmission medium, the effective, superimposed bit sequences S e ff and Seff '.
  • participant 1 still knows his initially generated, local bit sequence STI and participant 2 his initially generated, local bit sequence ST2.
  • subscriber 1 in turn does not know the initially generated, local bit sequence of subscriber 2 and subscriber 2 does not know the initially generated, local bit sequence of subscriber 1.
  • the detection of the overlay bit sequence again takes place during the transmission in step 46.
  • step 47 subscriber 1 and subscriber 2 now respectively locally (ie internally) link the effective, superposed bit sequences (S e ff and S e ff '), in particular with a logical OR function.
  • the individual bits in the bit sequence (Sges) resulting from the OR operation now indicate whether the corresponding bits of STI and ST2 are identical or different. For example, if the nth bit within S tot is a '0', it means that the nth bit within STI is inverse to the corresponding bit within ST2. Likewise, if the nth bit within Sges is a '1', the corresponding bits within STI and ST2 are identical.
  • the thus shared, shortened bit sequence is now processed locally by participant 1 and participant 2 in step 49 in a suitable manner in order to generate the actual desired key of the desired length N.
  • this treatment can be done.
  • One way is to select N bits from the co-ordinated, truncated bit sequence, where it must be clearly defined which N bits to take, e.g. by simply selecting the first N bits of the sequence.
  • the rendering can be done with any linear and nonlinear function that returns a N bit length bit sequence when applied to the co-present truncated bit sequence.
  • the mechanism of key generation from the common truncated bit sequence is preferably identical in both subscribers 1 and 2 and is performed accordingly in the same way.
  • a checksum for example, could be calculated using the generated keys and exchanged between subscribers 1 and 2. If both checksums are not identical, then obviously something has failed. In this case, the described method for key generation could be repeated.
  • a whole series of resulting shortened bit sequences which are each present in the case of subscribers 1 and 2, can be generated, which are then combined into a single large sequence before the actual key is derived therefrom , If necessary, this can also be done adaptively. If, for example, the length of the common, shortened bit sequence is, for example, less than the desired key length N after a single pass through the described procedure, then one could, for example, generate further bits before the actual key derivation.
  • the generated, symmetric key pair can be subsumed by Subscriber 1 and Subscriber 2 in conjunction with established (symmetric) cryptographic methods, e.g. Ciphers for data encryption.
  • established (symmetric) cryptographic methods e.g. Ciphers for data encryption.
  • a potential attacker eg subscriber 3 can listen to the public data transmission between subscriber 1 and subscriber 2 and thus gain knowledge of the effective, superposed bit sequences (S e ff and S e ff ') as described. The attacker then only knows which bits in the locally generated bit sequences of nodes 1 and 2 are identical and which are not. In addition, with the identical bits, the attacker can even determine whether it is a '1' or a '0'. For a complete knowledge of the resulting, shortened bit sequence (and thus the basis for the key generation), however, he lacks the information about the non-identical bits.
  • bit values identical in the original, locally generated bit sequences of the users 1 and 2 are additionally deleted.
  • participant 3 has only information that is not used for key generation.
  • subscriber 1 and subscriber 2 also have the information about the locally generated bit sequence transmitted by them in each case. The fact that the keys generated in subscribers 1 and 2 remain secret as a basis despite the public data transmission results from this information advantage over a subscriber 3 following only the public data transmission.
  • FIG. 5 shows a communication module or protocol module.
  • this is a so-called CAN protocol controller module or else a short CAN module.
  • CAN protocol controller module or else a short CAN module.
  • this can be done e.g. a CAN communication module based on a CAN controller IP module from Robert Bosch GmbH such as M_CAN, C_CAN or D_CAN or for a LIN bus system a LIN communication module based on a LIN communication controller IP module from Robert Bosch GmbH such as C_LIN be used.
  • FIG. 5 shows a CAN module 50 based on the M_CAN-IP.
  • a CAN core 51 executes the communication according to a specific CAN protocol version, eg version 2.0 A, B and ISO 11898-1 and can also support CAN FD. With the connections 503 and 504, the logical CAN transmit or CAN receive connections are designated.
  • the synchronization block 52 synchronizes signals between the two existing clock domains.
  • the module-internal clock is designated 59.
  • the configuration and control block 55 can be used to set CAN core-related configuration and control bits.
  • Block 56 is for interrupt control and the generation of receive and transmit timestamps.
  • the interface 58 serves as a generic slave interface for the possible connection of the CAN module with many different CPU types via the connection 501.
  • the interface 57 serves as a generic master interface for accessing a message memory, in particular a RAM, via the connection 502
  • Block 53 corresponds to a Tx handler or send manager which controls the message transfer from an external message store to the CAN core. Up to 32 transmit buffers can be configured for transmission. Transmit timestamps are stored with corresponding message IDs.
  • the blocks 531 and 532 in the send manager correspond to a control and configuration block and a send prioritization block, respectively.
  • the Rx handler or receive manager 54 controls the transmission of received messages from the CAN core to external message memory. It supports the storage of up to 128 messages. A reception time stamp is stored with each message.
  • the communication module comprises a central circuit part (in this case CAN core 51) for the protocol-controlled control of communication between a host CPU and an external message memory as well as for protocol-based reception and transmission of messages via the Kirunikationsssys- tem (here via the connections 503 and 504).
  • a central circuit part in this case CAN core 51
  • the module Via an interface (here master interface 57 and the connection 502), the module is connected to the external message memory.
  • the module Via another interface (here slave interface 58 and the connection 501), the module is connected to the host CPU. It can be implemented as a stand-alone unit, as part of an ASIC or with an FPGA.
  • connection to the physical layer can be supported by additional transceiver hardware.
  • Several communication modules can share an external message store.
  • FIG. 6 shows a module 60 which, in a circuit arrangement of a subscriber on a network, can support this subscriber in generating a shared secret with other network subscribers (hereinafter also referred to as "further module")
  • Messages on the bus 600 give, which is realized in a preferred embodiment as a CAN bus.
  • the module 60 has a block 64 for configuring the module via an interface 604, in particular for protocol-specific configurations such as baud rate, IDs, etc. Furthermore, it comprises a block 63 (e.g.
  • Block 62 denotes a trigger module, which in a preferred embodiment can be triggered via the interface 602 to form a trigger signal. Alternatively, the trigger module can also trigger a trigger signal. to induce constantly.
  • the module also has transmission means such as the transmission buffer memory (Tx buffer) shown as block 61, which can transmit messages or data to the bus 600 via an interface 601.
  • Tx buffer transmission buffer memory
  • the main mode of operation of the module is that, depending on a configuration (indicated by the connection 605 between configuration block 64 and transmission means 61), a random number or pseudo-random number from block 63 is given via connection 606 to the transmission means 61 and via the interface 601 to the CAN Bus 600 is output. This process is triggered (either already the transmission of the number of block 63 to block 61 or at least the transmission of the number of block 61 to the bus 600), in particular by a trigger signal by the trigger module 62 via the connection 607 to the transmitting means 61.
  • the latter can also have a memory 65 (in particular a RAM) in which one or more random numbers or pseudorandom numbers are stored, which are output via the transmission means 61 as a function of the trigger signal.
  • a memory 65 in particular a RAM
  • random numbers or pseudorandom numbers are stored, which are output via the transmission means 61 as a function of the trigger signal.
  • These random numbers can also be generated by an optional random number generator (in particular a TRNG) in the module 60.
  • the module 60 can also have receiving means 67, in particular receiving buffer memory 67, which can receive messages or data from the bus 600 via an interface 612. Via an interface 613 between receiving means 67 and trigger block 62, a trigger signal for transmitting data can also be triggered in this embodiment depending on received data. For example, it can be recognized that a random number sequence for secret generation is placed on the bus by another network subscriber (eg via a corresponding message ID) and then the trigger is made by the trigger block 62, that this subscriber also has a random number sequence (largely ) in synchronism with the transmission of the random number sequence by the other network participant on the bus. In an optional block 68 error states of the module 60 can be stored and these are also reported via an interface 608 to external or retrieved from external.
  • the module 60 may also have a circuit part 69 for dynamic message generation.
  • the latter can receive a random number or pseudorandom number via an interface 609 and, depending on this, generate a message and forward it to the transmission means 61 via the connection 610.
  • the message is intended for largely synchronous transmission of random numbers with another network participant in order to generate a shared secret between the network participants as described above.
  • circuit arrangement in particular a microcontroller
  • a circuit arrangement which is intended to support the above-described methods for secret or key generation between network users
  • at least one communication module as described with reference to FIG. 5 and at least one further module as shown in FIG. 6 described included.
  • Communication module and further module can also be integrated in a circuit part of the circuit arrangement.
  • the first network participant is a control unit of a vehicle and the circuit arrangement of the network participant a microcontroller, in addition to the at least one communication unit and the at least one further module interfaces, memory means and a computing unit, in particular a central processing unit (CPU ) having.
  • a microcontroller in addition to the at least one communication unit and the at least one further module interfaces, memory means and a computing unit, in particular a central processing unit (CPU ) having.
  • CPU central processing unit
  • the two network subscribers transmit the key sequences or value sequences which are decisive for the key generation (largely) synchronously via the common communication connection.
  • This synchronous transmission preferably takes place via messages synchronously exchanged by the first or the second network participant, which comprise the first or the second value sequence.
  • the process for generating the secret or symmetrical key pair is preferably started or triggered by one of the network participants involved. In particular, this is done via a trigger message, which is transmitted from one of the participating network participants to the other network participants.
  • the transmission takes place via the common transmission channel.
  • the triggering message can also be transmitted via an additional communication link.
  • the transmission of the first value sequence or of the message comprising the first value sequence preferably takes place by a specific period of time after a reception or a transmission of the triggering message.
  • the second value sequence is transmitted on the basis of the same information by the second subscriber.
  • the beginning of the transmission of the triggering message by a subscriber or the complete receipt of the triggering message by a subscriber can preferably be detected by both subscribers on the common transmission channel.
  • information can be transmitted in particular for the transmission time via timestamps.
  • the value of the time to be awaited may be predefined, dynamically configured (e.g., by a computing unit or software of the circuitry or subscriber), or co-transmitted with the triggering message. So that the time between the participants is clearly defined, these are preferably synchronized.
  • the components within a subscriber or his circuit arrangement preferably access the same time source.
  • the time duration may also be defined as zero, in particular if it is defined as the time duration after the reception. This means that the synchronous transmission of the value sequences or corresponding messages takes place directly after the reception of the triggering message.
  • the second network participant sends a message to the first network participant specifically for triggering the triggering message. Sung of the further method for generating the secret, in particular sent to the transmission of the first value sequence specific message.
  • This message can be recognized by the first network participant as, for example, a message ID, a content of the message's payload, or a combination thereof as a triggering message.
  • the second network subscriber immediately sends the message comprising the second value sequence.
  • the first network participant recognizes upon receipt of the message (eg, based on the message ID or on the basis of user data, which are arranged before the second value sequence), that it is a message comprising the second value sequence, to which the first network participant largely the first value sequence synchronously and causes the corresponding transmission of a message comprising the first value sequence.
  • the message comprehensively serves the second value sequence also as a triggering message. This requires a fast response of the first network participant to the receipt of the message by the second network participant.
  • the first network subscriber has therefore already prepared a first value sequence which can be sent quickly on the transmission channel.
  • FIG. 7 shows a detail of a circuit arrangement (in particular a microcontroller) with a central processing unit (in particular CPU) 70, a communication module 71 (in particular according to FIG. 5) and a further module 72 (in particular corresponding to FIG. 6).
  • the computing unit 70, the communication module 71 or the further module 72 have connections 701, 711 and 721 to a computer unit interface 700.
  • the communication module 71 or the further module 72 comprise receive connections 712 or 722 and transmit connections 713 or 723 to a communication interface 73.
  • the communication interface 73 comprises a receive connection 732 and a transmit connection 733 to a communication system or a transmission channel of a communication system, in particular to one bus service.
  • the communication module 71 or the further module 72 Via connections 741 or 742, the communication module 71 or the further module 72 have access to the Time source 74.
  • Via an optional trip connection 714, the communication module 71 can send a triggering signal to the further module 72.
  • the triggering by the trigger message can be realized in various ways.
  • the further module 72 described above with reference to FIG. 6 receives the trigger message via the receive link 722, recognizes this as a trigger message and triggers the transmission of the first value sequence via the transmit link 723 independently.
  • the communication module 71 described above with reference to FIG. 5 can receive the trigger message via the receive connection 712, recognize it as a trigger message and then generate a trigger signal and send it via the connection 714 to the further module 72.
  • the further module 72 triggers the transmission of the first value sequence via the transmission link 723, depending on the reception of the trigger signal from the communication module 71.
  • the communication module 71 can receive and process the triggering message via the receive connection 712, in particular store it.
  • the first or the second network participant can prepare one or more further first or second value sequences for the transmission and have them ready. These can then be directly following the first synchronous transmission of value sequences are transmitted. This can be done so that the transmission channel between the network participants is not free until the completion of multiple synchronous transmissions.
  • High-priority messages (including other network participants) can be transferred between the synchronous transmissions of messages with value sequences, eg if they gain a corresponding abitration. If there are no such high-priority messages, the synchronous transmissions of messages with value sequences take place directly on each other. No new triggering messages are needed anymore.
  • the transmitting network participant recognizes that the overlay on the transmission channel corresponds to the own transmitted value sequence. (Note: This special case of sent and superimposed value sequences being the same may occur even if both network participants randomly send the same value string, but since these are based on sufficiently long random numbers, this case is very rare.) In such a case, send the transmitting network participant immediately another value sequence or message. This can take place until a successful synchronization between the network subscribers sets in and the other network subscriber transmits synchronous value sequences or corresponding messages. The synchronicity is then ensured by seamlessly transmitted value sequences of the communication channel is continuously occupied and only higher priority messages can be transmitted in between.

Abstract

The invention relates to a method for generating a secret or key in a network. According to the invention, the network comprises at least one first client and one second client, having a common transmission channel between at least the first client and the second client. In addition, the first client has at least one circuit arrangement having at least one communications module for communication via the transmission channel and at least one additional module. Via the at least one additional module, the first client initiates the transmission of at least one first value sequence on the transmission channel, substantially synchronously with a transmission of at least one second value sequence by the second client, and generates a secret or a key on the basis of information relating to the at least one first value sequence and on the basis of a superimposed value sequence, resulting from superimposition of the at least one first value sequence and the at least one second value sequence on the transmission channel. The transmission of the at least one first value sequence by the at least one additional module is initiated in dependence on a first message received by the first client from the second client.

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Geheimnisses oder Schlüssels in einem Netz- werk  A method for creating a secret or key in a network
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines kryptogra- phischen Geheimnisses in einem Netzwerk, insbesondere die Erzeugung eines gemeinsamen, geheimen Schlüssels in zwei Teilnehmern des Netzwerks. Auch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden gewöhnlicher Weise zu den Netzwerken gezählt und sollen hier mit diesem Begriff ebenfalls adressiert sein. Dabei kommunizieren die beiden Teilnehmer über ein gemeinsam genutztes Übertra- gungsmedium. Hierbei werden logische Bitfolgen (bzw. allgemeiner: Wertfolgen) durch entsprechende Übertragungsverfahren als Signale bzw. Signalfolgen physikalisch übertragen. Das zugrundeliegende Kommunikationssystem kann z.B. ein CAN-Bus sein. Dieser sieht eine Übertragung dominanter und rezessiver Bits bzw. entsprechend dominanter und rezessiver Signale vor, wobei sich ein domi- nantes Signal bzw. Bit eines Teilnehmers des Netzwerks gegen rezessive Signale bzw. Bits durchsetzt. Ein Zustand entsprechend dem rezessiven Signal stellt sich auf dem Übertragungsmedium nur ein, wenn alle beteiligten Teilnehmer ein rezessives Signal zur Übertragung vorsehen bzw. wenn alle gleichzeitig sendenden Teilnehmer einen rezessiven Signalpegel übertragen. The present invention relates to a method for generating a cryptographic secret in a network, in particular the generation of a common, secret key in two subscribers of the network. Also point-to-point connections are usually counted as networks and should also be addressed here with this term. The two participants communicate via a shared transmission medium. In this case, logical bit sequences (or, more generally, value sequences) are transmitted physically by means of corresponding transmission methods as signals or signal sequences. The underlying communication system may e.g. be a CAN bus. This provides for transmission of dominant and recessive bits or correspondingly dominant and recessive signals, whereby a dominant signal or bit of a participant of the network intersperses against recessive signals or bits. A state corresponding to the recessive signal adjusts itself to the transmission medium only if all participants involved provide a recessive signal for transmission or if all participants transmitting at the same time transmit a recessive signal level.
Stand der Technik State of the art
Eine sichere Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten wird in einer zunehmend vernetzten Welt immer wichtiger und stellt in vielen Anwendungsberei- chen eine wesentliche Voraussetzung für die Akzeptanz und somit auch den wirtschaftlichen Erfolg der entsprechenden Anwendungen dar. Dies umfasst - je nach Anwendung - verschiedene Schutzziele, wie beispielsweise die Wahrung der Vertraulichkeit der zu übertragenden Daten, die gegenseitige Authentifizierung der beteiligten Knoten oder die Sicherstellung der Datenintegrität. Secure communication between different devices is becoming more and more important in an increasingly networked world and is an essential prerequisite for the acceptance and thus economic success of the corresponding applications in many areas of application. This includes various protection goals, depending on the application maintaining the confidentiality of the data to be transferred, mutual authentication of the nodes involved, or ensuring data integrity.
Zur Erreichung dieser Schutzziele kommen üblicherweise geeignete kryptogra- phische Verfahren zum Einsatz, die man generell in zwei verschiedene Kategorien unterteilen kann: Zum einen symmetrische Verfahren, bei denen Sender und Empfänger über denselben kryptographischen Schlüssel verfügen, zum anderen asymmetrische Verfahren, bei denen der Sender die zu übertragenden Daten mit dem öffentlichen (d.h. auch einem potenziellen Angreifer möglicherweise bekannten) Schlüssel des Empfängers verschlüsselt, die Entschlüsselung aber nur mit dem zugehörigen privaten Schlüssel erfolgen kann, der idealerweise nur dem Empfänger bekannt ist. In order to achieve these protection goals, suitable cryptographic methods are usually used, which can generally be subdivided into two different categories: first, symmetric methods, in which the sender and receiver have the same cryptographic key, and, on the other hand, asymmetrical methods in which the sender uses the to be transferred with data the public key (that may also be known to a potential attacker) encrypted the recipient's key, but the decryption can only be done with the associated private key, which is ideally known only to the recipient.
Asymmetrische Verfahren haben unter anderem den Nachteil, dass sie in der Regel eine sehr hohe Rechenkomplexität aufweisen. Damit sind sie nur bedingt für ressourcenbeschränkte Knoten, wie z.B. Sensoren, Aktuatoren, o.ä., geeignet, die üblicherweise nur über eine relativ geringe Rechenleistung sowie geringen Speicher verfügen und energieeffizient arbeiten sollen, beispielsweise aufgrund von Batteriebetrieb oder dem Einsatz von Energy Harvesting. Darüber hinaus steht oftmals nur eine begrenzte Bandbreite zur Datenübertragung zur Verfügung, was den Austausch von asymmetrischen Schlüsseln mit Längen von 2048 Bit oder noch mehr unattraktiv macht. One of the disadvantages of asymmetric methods is that they usually have a very high computational complexity. Thus, they are only conditionally for resource constrained nodes, such as e.g. Sensors, actuators, or similar, suitable, which usually have only a relatively low computing power and low memory and energy-efficient work, for example due to battery operation or the use of energy harvesting. In addition, there is often limited bandwidth available for data transmission, making the replacement of asymmetric keys with lengths of 2048 bits or even more unattractive.
Bei symmetrischen Verfahren hingegen muss gewährleistet sein, dass sowohl Empfänger als auch Sender über den gleichen Schlüssel verfügen. Das zugehörige Schlüsselmanagement stellt dabei generell eine sehr anspruchsvolle Aufgabe dar. Im Bereich des Mobilfunks werden Schlüssel beispielsweise mit Hilfe von SIM-Karten in ein Mobiltelefon eingebracht und das zugehörige Netz kann dann der eindeutigen Kennung einer SIM- Karte den entsprechenden Schlüssel zuordnen. Im Fall von Wireless LANs hingegen erfolgt üblicherweise eine manuelle Eingabe der zu verwendenden Schlüssel (in der Regel durch die Eingabe eines Passwortes) bei der Einrichtung eines Netzwerkes. Ein solches Schlüsselmanagement wird allerdings schnell sehr aufwändig und impraktikabel wenn man eine sehr große Anzahl von Knoten hat, beispielsweise in einem Sensornetzwerk oder anderen Maschine-zu-Maschine-Kommunikationssystemen, z.B. auch CAN- basierten Fahrzeugnetzwerken. Darüber hinaus ist eine Änderung der zu verwendenden Schlüssel oftmals überhaupt nicht bzw. nur mit sehr großem Aufwand möglich. Bei aktuellen Verfahren werden die Schlüssel zentral erzeugt. Die Zuordnung zu einzelnen Steuergeräten erfolgt in sicherer Umgebung z. B. im Werk des Fahrzeugherstellers. Dort werden die Schlüssel auch aktiv geschaltet. For symmetric methods, however, it must be ensured that both the receiver and the transmitter have the same key. The associated key management generally represents a very demanding task. In the area of mobile telephony, for example, keys are inserted into a mobile telephone with the aid of SIM cards, and the associated network can then assign the corresponding key to the unique identifier of a SIM card. In the case of wireless LANs, on the other hand, a manual entry of the keys to be used (usually by entering a password) usually takes place when setting up a network. However, such key management quickly becomes very cumbersome and impractical if one has a very large number of nodes, for example in a sensor network or other machine-to-machine communication systems, e.g. also CAN-based vehicle networks. In addition, a change in the key to be used is often not possible or only with great effort. In current procedures, the keys are generated centrally. The assignment to individual ECUs takes place in a secure environment z. B. in the factory of the vehicle manufacturer. There, the keys are also activated.
Verfahren zur Absicherung von Sensordaten gegen Manipulation und die Sicher- Stellung einer Transaktionsauthentifizierung, z.B. in einem Kraftfahrzeugnetz- werk, mit Hilfe gängiger Verschlüsselungsverfahren sind z. B. in der DE Method for protecting sensor data against manipulation and ensuring transaction authentication, eg in a motor vehicle network work, with the help of common encryption methods are z. B. in the DE
102009002396 AI und in der DE 102009045133 AI offenbart. 102009002396 AI and in DE 102009045133 AI discloses.
Seit einiger Zeit werden zudem unter dem Schlagwort„Physical Layer Security" neuartige Ansätze untersucht und entwickelt, mit Hilfe derer Schlüssel für symmetrische Verfahren automatisch auf der Grundlage physikalischer Eigenschaften der Übertragungskanäle zwischen den involvierten Knoten erzeugt werden können. Dabei nutzt man die Reziprozität und die inhärente Zufälligkeit dieser Übertragungskanäle aus. Insbesondere bei drahtgebundenen oder optischen Systemen ist dieser Ansatz oftmals allerdings nur bedingt geeignet, da entsprechende Kanäle üblicherweise nur eine sehr eingeschränkte zeitliche Variabilität aufweisen und ein Angreifer beispielsweise mit Hilfe einer Modellbildung relativ gut Rückschlüsse auf die Kanalparameter zwischen dem Sender und dem Empfänger ziehen kann. Derartige Verfahren für eine abgesicherte Kommunikation in einem verteilten System auf Basis von Kanaleigenschaften der verbundenen Einheiten sind beispielsweise in den nicht vorveröffentlichten Anmeldungen DE 10 2014 208975 AI sowie D E 10 2014 209042 AI beschrieben. For some time now, the term "physical layer security" has been used to investigate and develop novel approaches that can be used to automatically generate keys for symmetric algorithms based on physical properties of the transmission channels between the nodes involved, using reciprocity and the inherent However, in the case of wired or optical systems in particular, this approach is often only suitable to a limited extent since corresponding channels usually have only a very limited temporal variability and an attacker can draw conclusions about the channel parameters between the transmitter and the receiver relatively well, for example by means of modeling Such methods for secured communication in a distributed system based on channel characteristics of the connected units are not previously published in, for example, US Pat en applications DE 10 2014 208975 AI and D E 10 2014 209042 AI described.
Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2015 207220 AI offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Geheimnisses bzw. eines geheimen, symmetrischen Schlüssels mittels öffentlicher Diskussion zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern. The non-prepublished DE 10 2015 207220 AI discloses a method for generating a shared secret or a secret symmetric key by means of public discussion between two communication participants.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorgestellten Verfahren zur Generierung eines Geheimnisses bzw. eines kryptographischen Schlüssels erfordern keinerlei manuellen Eingriff und ermöglichen somit den automatisierten Aufbau sicherer Kommunikationsbeziehungen bzw. -Verbindungen zwischen zwei Knoten. Zudem weisen die Verfahren eine sehr geringe Komplexität auf, insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Hardwareauslegung, wie z. B. der benötigten Speicherressourcen und Rechenleistung, und sie gehen mit einem geringen Energie- und Zeitbedarf einher. Darüber hinaus bieten die Verfahren sehr hohe Schlüsselgenerierungsraten bei gleichzei- tig sehr kleiner Fehlerwahrscheinlichkeit. Dabei gehen die Verfahren davon aus, dass Teilnehmer in einem Netzwerk über einen Kommunikationskanal miteinander kommunizieren. Sie übertragen dabei insbesondere logische Wertfolgen, (falls es sich um binäre Logik handelt, Bitfolgen) mit Hilfe von physikalischen Signalen auf dem Übertragungskanal. Auch wenn mögliche Überlagerungen auf dem Übertragungskanal durch die Signale, also auf der physikalischen Ebene, stattfinden, wird in der Beschreibung im Folgenden vorranging die logische Ebene betrachtet. Es werden somit die übertragenen, logischen Wertfolgen sowie deren logische Überlagerung betrachtet. The presented methods for generating a secret or a cryptographic key require no manual intervention and thus enable the automated establishment of secure communication relationships between two nodes. In addition, the methods have a very low complexity, in particular with regard to the required hardware design, such. As the required memory resources and computing power, and they go with a low energy and time requirements. In addition, the methods offer very high key generation rates with a simultaneously very low probability of error. The methods assume that participants in a network communicate with each other via a communication channel. In particular, they transfer logical sequences of values (in the case of binary logic, bit sequences) with the aid of physical signals on the transmission channel. Even if possible superimpositions take place on the transmission channel through the signals, that is to say on the physical level, in the description below the logical level is primarily considered. Thus, the transferred, logical value sequences as well as their logical overlay are considered.
Teilnehmer des Netzwerks können somit erste Signale (die beispielsweise dem logischen Bit„1" zugeordnet sind) und zweite Signale (die beispielsweise dem logischen Bit„0" zugeordnet sind) auf den Kommunikationskanal geben und resultierende Signale auf dem Kommunikationskanal detektieren. Übertragen nun zwei Teilnehmer (weitgehend) gleichzeitig jeweils eine Signalfolge, so können die Teilnehmer die daraus resultierende Überlagerung auf dem Kommunikationskanal detektieren. Das effektive, aus der (weitgehend) gleichzeitigen Übertragung zweier (unabhängiger) Signale resultierende Signal auf dem Kommunikationskanal lässt sich dann wiederum einem (oder mehreren) bestimmten logischen Wert (oder Werten) zuordnen. Subscribers of the network can thus give first signals (for example associated with logical bit "1") and second signals (associated, for example, with logical bit "0") to the communication channel and detect resulting signals on the communication channel. Now transmit two participants (largely) at the same time each one signal sequence, the participants can detect the resulting overlay on the communication channel. The effective signal resulting from the (largely) simultaneous transmission of two (independent) signals on the communication channel can then in turn be assigned to one (or more) specific logical values (or values).
Die Übertragung sollte dabei insofern weitgehend synchron sein, dass eine Überlagerung der einzelnen Signale einer Signalfolge auf dem Übertragungsmedium erfolgt, insbesondere, dass sich das Signal entsprechend dem n-ten logischen Wert bzw. Bit des ersten Teilnehmers mit dem Signal entsprechend dem n-ten logischen Wert bzw. Bit des zweiten Teilnehmers zumindest teilweise überlagert. Diese Überlagerung sollte jeweils dafür ausreichend lange sein, dass die Teilnehmer die Überlagerung erfassen bzw. den entsprechenden Überlagerungswert ermitteln können. The transmission should be largely synchronous in that a superimposition of the individual signals of a signal sequence on the transmission medium takes place, in particular, that the signal corresponding to the n-th logical value or bit of the first subscriber with the signal corresponding to the n-th logical Value or bit of the second participant at least partially superimposed. This overlay should be sufficiently long for the participants to be able to record the overlay or determine the corresponding overlay value.
Um die benötigte Synchronität zwischen den Teilnehmer zuverlässig gewährleisten zu können, kann eine Auslöse- Botschaft zwischen ihnen ausgetauscht werden, insbesondere über den gemeinsamen Übertragungskanal. Hierdurch kann der Start der entscheidenden Verfahrensschritte, insbesondere der synchronen Übertragung der Wertfolgen, effizient zwischen den Teilnehmern ausgetauscht werden. Die Auslösung in dem Teilnehmer abhängig von der Auslösebotschaft kann durch verschiedene Komponenten einer Schaltungsanordnung, insbesondere eines Mikrocontrollers, des Teilnehmers bestimmt sein, insbesondere durch ein Kommunikationsmodul oder ein spezielles Modul zur Schlüsselgenerierung. In order to reliably ensure the required synchronicity between the participants, a triggering message can be exchanged between them, in particular via the common transmission channel. In this way, the start of the decisive method steps, in particular the synchronous transmission of the value sequences, can be efficiently exchanged between the users become. The triggering in the subscriber depending on the triggering message can be determined by various components of a circuit arrangement, in particular a microcontroller, of the subscriber, in particular by a communication module or a special module for generating the key.
Die Überlagerung der Wertfolgen kann durch Arbitrierungsmechanismen oder durch physikalische Signalüberlagerung bestimmt sein. Mit Arbitrierungsmecha- nismus ist beispielsweise der Fall gemeint, dass ein Knoten einen rezessiven Pegel anlegen möchte, aber auf dem Bus einen dominanten Pegel detektiert und somit die Übertragung unterlässt. In diesem Fall kommt es zu keiner physikalischen Überlagerung zweier Signale, sondern es ist nur das dominante Signal auf dem Übertragungskanal zu sehen. The superimposition of the value sequences can be determined by arbitration mechanisms or by physical signal superposition. By arbitration mechanism is meant, for example, the case where a node wants to apply a recessive level, but detects a dominant level on the bus and thus omits the transmission. In this case, there is no physical interference between two signals, but only the dominant signal is seen on the transmission channel.
Aus der resultierenden Wertfolge der Überlagerung und der eigenen Wertfolge können die Teilnehmer dann einen Schlüssel generieren, der einem außenstehenden Angreifer gegenüber geheim ist. Grund dafür ist, dass der außenstehende Angreifer, der beispielsweise die auf dem gemeinsam genutzten Übertragungsmedium anliegenden effektiven Gesamtsignale abhören kann, nur die Überlagerung der Wertfolgen sieht, aber nicht die Informationen über die einzelnen Wertfolgen der Teilnehmer hat. Damit verfügen die Teilnehmer über mehr Informationen, die sie gegenüber dem Angreifer zur Generierung eines geheimen Schlüssels nutzen können. From the resulting value sequence of the overlay and its own value sequence, the participants can then generate a key that is secret to an outside attacker. The reason for this is that the outside attacker, who can listen to the effective overall signals applied to the shared transmission medium, sees only the superimposition of the value sequences, but does not have the information about the individual value sequences of the participants. Thus, the participants have more information that they can use against the attacker to generate a secret key.
Die beschriebenen Verfahren sind besonders gut in einem CAN-, TTCAN- oder CAN-FD-Bussystem umzusetzen. Hier wird ein rezessiver Buspegel durch einen dominanten Buspegel verdrängt. Die Überlagerung von Werten bzw. Signalen der Teilnehmer folgt damit festgelegten Regeln, welche die Teilnehmer zur Ableitung von Informationen aus dem überlagerten Wert bzw. Signal und dem von ihnen übertragenen Wert bzw. Signal nutzen können. Auch für weitere Kommunikationssysteme wie LIN und I2C sind die Verfahren gut geeignet. The methods described can be implemented particularly well in a CAN, TTCAN or CAN FD bus system. Here, a recessive bus level is replaced by a dominant bus level. The superimposition of values or signals of the subscribers thus follows defined rules which the subscribers can use to derive information from the superimposed value or signal and the value or signal transmitted by them. The methods are also well suited for other communication systems such as LIN and I2C.
Während das Verfahren für zwei Teilnehmer in einem Netzwerk beschrieben wurde, kann auch bereits durch einen Teilnehmer eines Netzwerks ein geheimer Schlüssel aus einer eigenen Signalfolge und aus einer Überlagerung dieser mit der Signalfolge eines zweiten Teilnehmers abgeleitet werden. Ein Netzwerk oder ein Teilnehmer eines Netzwerks sind hierzu eingerichtet, indem sie über elektronische Speicher- und Rechenressourcen verfügen, die Schritte eines entsprechenden Verfahrens auszuführen. Auf einem Speichermedium eines solchen Teilnehmers oder auf den verteilten Speicherressourcen eines Netzwerks kann auch ein Computerprogramm abgelegt sein, dass dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines entsprechenden Verfahrens auszuführen, wenn es in dem Teilnehmer oder in dem Netzwerk abgearbeitet wird. While the method has been described for two subscribers in a network, even a subscriber of a network can already derive a secret key from his own signal sequence and from an overlay of this with the signal sequence of a second subscriber. A network or a participant of a network is set up to do this by having electronic memory and computational resources to perform the steps of a corresponding method. Also stored on a storage medium of such a user or on the distributed storage resources of a network may be a computer program configured to perform all the steps of a corresponding method when executed in the subscriber or in the network.
Zeichnungen drawings
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show
Fig. 1 schematisch den Aufbau eines beispielhaften, zugrundeliegenden Kommunikationssystems, 1 schematically shows the structure of an exemplary, underlying communication system,
Fig. 2 schematisch einen linearen Bus als Beispiel eines zugrundeliegenden Kommunikationssystems, 2 schematically shows a linear bus as an example of an underlying communication system,
Fig. 3 schematisch beispielhafte Signalfolgen zweier Teilnehmer eines Netzwerks sowie eine resultierende Überlagerungswertfolge auf einem Übertragungskanal zwischen den Teilnehmern, 3 is a schematic illustration of exemplary signal sequences of two subscribers of a network and a resulting subsequence value sequence on a transmission channel between the subscribers,
Fig. 4 schematisch den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zur Schlüsselge- nerierung zwischen zwei Teilnehmern eines Netzwerks, 4 schematically shows the sequence of an exemplary method for generating a key between two subscribers of a network,
Fig. 5 ein beispielhaftes Kommunikationsmodul als Teil einer Schaltungsanordnung eines Netzwerkteilnehmers, 5 shows an exemplary communication module as part of a circuit arrangement of a network participant,
Fig. 6 ein beispielhaftes Modul zur Generierung eines Geheimnisses bzw. zum Schlüsselaustausch als Teil einer Schaltungsanordnung eines Netzwerkteilnehmers sowie Fig. 7 einen beispielhaften Ausschnitt aus einer Schaltungsanordnung eines Teilnehmers mit einem Kommunikationsmodul und einem weiteren (wie in Fig. 6 gezeigten) Modul für die Schlüsselgenerierung. 6 shows an exemplary module for generating a secret or key exchange as part of a circuit arrangement of a network participant and 7 shows an exemplary detail of a circuit arrangement of a subscriber with a communication module and a further module (as shown in FIG. 6) for the key generation.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Generierung eines gemeinsamen Geheimnisses bzw. (geheimer) symmetrischer kryptographischer Schlüssel zwischen zwei Knoten eines Kommunikationssystems (Teilnehmer eines Netzwerkes), die über ein gemeinsam genutztes Medium (Übertragungskanal des Netzwerks) miteinander kommunizieren. Die Generierung bzw. Aushandlung der kryptographischen Schlüssel basiert dabei auf einem öffentlichen Datenaustausch zwischen den zwei Teilnehmern, wobei es einem möglichen mithörenden Dritten als Angreifer aber dennoch nicht oder nur sehr schwer möglich ist, Rückschlüsse auf die generierten Schlüssel zu ziehen. Mit der Erfindung ist es somit möglich, zwischen zwei verschiedenen Teilnehmern eines Netzwerks vollständig automatisiert und sicher entsprechende symmetrische kryptographische Schlüssel zu etablieren, um darauf aufbauend dann bestimmte Sicherheitsfunktionen, wie z.B. eine Datenverschlüsselung oder Nachrichtenauthentisierung, zu realisieren. Wie im Detail noch beschrieben wird hierzu zunächst ein gemeinsames Geheimnis etabliert, welches zur Schlüsselgenerierung herangezogen werden kann. Ein solches gemeinsames Geheimnis kann aber grundsätzlich auch zu anderen Zwecken als für kryptographische Schlüssel im engeren Sinne genutzt werden, z.B. als One-Time-Pad. The present invention relates to a method for generating a shared secret or (secret) symmetric cryptographic key between two nodes of a communication system (participants of a network) communicating with each other via a shared medium (transmission channel of the network). The generation or negotiation of the cryptographic keys is based on a public data exchange between the two participants, although a possible listening third party as an attacker is not or only very difficult to draw conclusions about the generated key. With the invention, it is thus possible to completely automatically and securely establish corresponding symmetrical cryptographic keys between two different subscribers of a network in order then to build certain security functions, such as e.g. a data encryption or message authentication. As described in detail, a common secret is first established for this, which can be used to generate the key. However, such a shared secret can in principle also be used for purposes other than cryptographic keys in the strict sense, e.g. as a one-time pad.
Die Erfindung eignet sich für eine Vielzahl drahtgebundener oder drahtloser sowie auch optischer Netzwerke bzw. Kommunikationssysteme, insbesondere auch solche, bei denen die verschiedenen Teilnehmer über einen linearen Bus miteinander kommunizieren und der Medienzugriff auf diesen Bus mithilfe einer bitweisen Bus-Arbitrierung erfolgt. Dieses Prinzip stellt beispielsweise die Grundlage des weit verbreiteten CAN-Busses dar. Mögliche Einsatzgebiete der Erfindung umfassen dementsprechend insbesondere auch CAN-basierte Fahrzeugnetzwerke sowie CAN-basierte Netzwerke in der Automatisierungstechnik. Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Ansatz, mit dem automatisiert symmetrische kryptographische Schlüssel in einem, bzw. insbesondere zwischen zwei Knoten eines Netzwerks generiert werden können. Diese Generierung erfolgt dabei unter Ausnutzung von Eigenschaften der entsprechenden Über- tragungsschicht. Anders als bei den gängigen Ansätzen der„Physical LayerThe invention is suitable for a variety of wired or wireless as well as optical networks or communication systems, especially those in which the various participants communicate with each other via a linear bus and the media access to this bus using a bitwise bus arbitration. This principle represents, for example, the basis of the widespread CAN bus. Possible fields of application of the invention accordingly include, in particular, CAN-based vehicle networks as well as CAN-based networks in automation technology. The present invention describes an approach with which automatically symmetric cryptographic keys can be generated in one, or in particular between two nodes of a network. This generation takes place using properties of the corresponding transmission layer. Unlike the usual approaches of the "Physical Layer
Security" werden dafür aber nicht physikalische Parameter des Übertragungskanals wie Übertragungsstärke etc. ausgewertet. Vielmehr gibt es dazu einen öffentlichen Datenaustausch zwischen den beteiligten Knoten, der dank der Eigenschaften des Kommunikationssystems und/oder des verwendeten Modulations- Verfahrens einem möglichen lauschenden Angreifer keine, bzw. keine ausreichenden Rückschlüsse auf den daraus ausgehandelten Schlüssel ermöglicht. Security "are evaluated but not physical parameters of the transmission channel such as transmission strength, etc. Rather, there is a public data exchange between the nodes involved, thanks to the properties of the communication system and / or the modulation method used a possible listening attacker no, or does not allow sufficient conclusions to be drawn on the key negotiated therefrom.
Im Folgenden wird eine Anordnung betrachtet, wie sie abstrakt in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei können verschiedene Teilnehmer 2, 3 und 4 über ein so genann- tes geteiltes Übertragungsmedium („shared medium") 10 miteinander kommunizieren. In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung entspricht dieses geteilte Übertragungsmedium einem linearen Bus (drahtgebunden oder optisch) 30, wie er beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Das Netzwerk 20 in Fig. 2 besteht aus eben diesem linearen Bus 30 als geteiltes Übertragungsmedium (beispielsweise als drahtgebundener Übertragungskanal), Teilnehmern bzw. Knoten 21, 22 undThe following is an arrangement as shown in FIG. 1 in the abstract. In this case, different subscribers 2, 3 and 4 can communicate with one another via a so-called shared transmission medium ("shared medium") 10. In an advantageous embodiment of the invention, this divided transmission medium corresponds to a linear bus (wired or optical) 30, as is by way of example The network 20 in Fig. 2 consists of just this linear bus 30 as a shared transmission medium (e.g., a wireline transmission channel), subscribers or nodes 21, 22 and 16, respectively
23 sowie (optionalen) Busterminierungen 31 und 32. 23 and (optional) bus terminations 31 and 32.
Im Folgenden wird für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Knoten 21, 22 und 23 angenommen, dass sie durch die Unterscheidung von dominanten und rezessiven Werten gekennzeichnet ist. In diesem Beispiel werden als mögliche Wert die Bits„0" und„1" angenommen. Dabei kann ein dominantes Bit (z.B. das logische Bit ,0') ein gleichzeitig übertragenes rezessives Bit (z.B. das logische Bit ,1') quasi verdrängen bzw. überschreiben. Ein Beispiel für ein solches Übertragungsverfahren ist das so genannte On-Off-In the following, communication between the various nodes 21, 22 and 23 is assumed to be characterized by the distinction between dominant and recessive values. In this example, the possible values are the bits "0" and "1". In this case, a dominant bit (e.g., the logical bit '0') may quasi supersede a concurrently transmitted recessive bit (e.g., the logical bit '1'). An example of such a transmission method is the so-called on-off
Keying (On-Off-Keying-Amplitudenumtastung), bei dem genau zwei Übertra- gungszustände unterschieden werden: Im ersten Fall (Wert ,Οη', bzw.„0") wird ein Signal übertragen, beispielsweise in Form eines einfachen Trägersignals, im anderen Fall (Wert ,Off, bzw.„1") wird kein Signal übertragen. Der Zustand ,Οη' ist dabei dominant während der Zustand ,Off' rezessiv ist. Ein weiteres Beispiel für ein entsprechendes Kommunikationssystem, das diese Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits unterstützt, ist ein (drahtgebundenes oder optisches) System basierend auf einer bitweisen Bus- Arbitrierung, wie sie beispielsweise beim CAN-Bus zum Einsatz kommt. Die Grundidee dabei besteht ebenfalls darin, dass wenn beispielsweise zwei Knoten gleichzeitig ein Signal übertragen wollen und der eine Knoten eine ,1' überträgt, wohingegen der zweite Knoten eine ,0' sendet, die ,0'„gewinnt" (also das dominante Bit), d.h. der Signalpegel, der auf dem Bus gemessen werden kann, entspricht einer logischen ,0'. Bei CAN wird dieser Mechanismus insbesondere zur Auflösung von möglichen Kollisionen benutzt. Dabei werden höherpriore Nachrichten (d.h. Nachrichten mit früherem, dominantem Signalpegel) vorrangig übertragen, indem jeder Knoten bei der Übertragung seines CAN-Identifiers bitweise gleichzeitig den Signalpegel auf dem Bus überwacht. Sofern der Knoten selbst ein rezessives Bit überträgt, aber auf dem Bus ein dominantes Bit detektiert wird, bricht der entsprechende Knoten seinen Übertragungsversuch zugunsten der höherprioren Nachricht (mit dem früheren dominanten Bit) ab. Keying (on-off-keying amplitude shift keying), in which exactly two transmission states are distinguished: In the first case (value, Οη ', or "0"), a signal is transmitted, for example in the form of a simple carrier signal, in the other case Case (value, Off, or "1"), no signal is transmitted. The state 'η' is dominant while the state 'Off' is recessive. Another example of a corresponding communication system that supports this distinction of dominant and recessive bits is a (wired or optical) system based on bitwise bus arbitration, such as that used in the CAN bus. The basic idea here is also that if, for example, two nodes want to transmit a signal at the same time and one node transmits a '1', whereas the second node transmits a '0' which 'gains''0' (ie the dominant bit) ie, the signal level that can be measured on the bus corresponds to a logical '0' .This mechanism is used in particular to resolve possible collisions, whereby priority messages (ie messages with a previous, dominant signal level) are transmitted by When the node itself transmits a recessive bit but a dominant bit is detected on the bus, the corresponding node breaks its transmission attempt in favor of the higher priority message (with the earlier dominant bit).
Die Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits erlaubt es, das geteilte Übertragungsmedium als eine Art binären Operator aufzufassen, der die verschiedenen Eingangsbits (=alle gleichzeitig übertragenen Bits) mit Hilfe einer logischen UND-Funktion miteinander verknüpft. The distinction between dominant and recessive bits makes it possible to interpret the shared transmission medium as a kind of binary operator that combines the various input bits (= all bits transmitted simultaneously) using a logical AND function.
In Fig. 3 ist beispielsweise dargestellt, wie ein Teilnehmer 1 (Tl) die Bitfolge 0, 1, 1, 0, 1 zur Sendung zwischen den Zeitpunkten tO und t5 über den Übertragungskanal bereit hält. Teilnehmer 2 (T2) hält die Bitfolge 0, 1, 0, 1, 1 zur Sendung zwischen Zeitpunkten tO und t5 über den Übertragungskanal bereit. Mit den oben beschriebenen Eigenschaften des Kommunikationssystems und unter der Annahme, dass es sich in diesem Beispiel bei dem Bitpegel„0" um das dominante Bit handelt, wird auf dem Bus (B) die Bitfolge 0, 1, 0, 0, 1 zu sehen sein. Nur zwischen den Zeitpunkten tl und t2 sowie zwischen t4 und t5 sehen sowohl Teilnehmer 1 (Tl) als auch Teilnehmer 2 (T2) ein rezessives Bit„1" vor, so dass nur hier die logische UND-Verknüpfung in einen Bitpegel von„1" auf dem Bus (B) resultiert. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaften des Übertragungsverfahrens des Kom- munikationssystems kann eine Schlüsselgenerierung zwischen zwei Teilnehmern eines entsprechenden Netzwerks nun erfolgen, indem die Teilnehmer eine Überlagerung von Bitfolgen der beiden Teilnehmer auf dem Übertragungsmedium de- tektieren und aus dieser Information gemeinsam mit Informationen über die selbst gesendete Bitfolge einen gemeinsamen (symmetrischen), geheimen Schlüssel erzeugen. FIG. 3 shows, for example, how a subscriber 1 (T1) keeps the bit sequence 0, 1, 1, 0, 1 ready for transmission between the times t0 and t5 via the transmission channel. Subscriber 2 (T2) keeps the bit sequence 0, 1, 0, 1, 1 ready for transmission between times t0 and t5 via the transmission channel. With the above-described characteristics of the communication system and assuming that the bit level "0" in this example is the dominant bit, the bit string 0, 1, 0, 0, 1 will be seen on the bus (B) Only between times t1 and t2 and between t4 and t5, both subscriber 1 (T1) and subscriber 2 (T2) provide a recessive bit "1", so that only in this case does the logical AND operation result in a bit level of " 1 "on the bus (B) results. Taking advantage of these characteristics of the transmission method of the communication system, a key generation between two subscribers of a corresponding network can now take place in that the subscribers detect a superposition of bit sequences of the two subscribers on the transmission medium and from this information together with information about the self-transmitted bit sequence create a common (symmetric), secret key.
Eine beispielhafte, besonders bevorzugte Realisierung wird im Folgenden anhand von Fig. 4 erläutert. An exemplary, particularly preferred implementation will be explained below with reference to FIG. 4.
Der Prozess zur Generierung eines symmetrischen Schlüsselpaars wird in Schritt 41 von einem der in diesem Beispiel zwei beteiligten Knoten (Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2) gestartet. Dies kann beispielsweise durch das Versenden einer speziellen Nachricht bzw. eines speziellen Nachrichtenheaders erfolgen. The process for generating a symmetric key pair is started in step 41 by one of the two nodes involved in this example (subscriber 1 and subscriber 2). This can be done, for example, by sending a special message or a special message header.
Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 generieren in Schritt 42 zunächst lokal (d.h. intern und voneinander unabhängig) eine Bitsequenz. Vorzugsweise ist diese Bitfolge mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal so lang wie der als Resultat des Verfahrens erwünschte gemeinsame Schlüssel. Die Bitfolge wird vorzugsweise jeweils als zufällige oder pseudozufällige Bitabfolge, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Zufallszahlengenerators oder Pseudozu- fallszahlengenerators erzeugt. Both Subscriber 1 and Subscriber 2 initially generate a bit sequence locally (i.e., internally and independently) in step 42. Preferably, this bit sequence is at least twice, in particular at least three times as long as the common key desired as a result of the method. The bit sequence is preferably generated in each case as a random or pseudo-random bit sequence, for example with the aid of a suitable random number generator or pseudo random number generator.
Beispiel für lokale Bitfolgen der Länge 20 Bits: Example of local bit sequences of length 20 bits:
Erzeugte Bitsequenz von Teilnehmer 1:  Generated bit sequence of participant 1:
Su = 01001101110010110010  Su = 01001101110010110010
' Erzeugte Bitsequenz von Teilnehmer 2:  'Generated bit sequence of subscriber 2:
ST2 = 10010001101101001011 S T2 = 10010001101101001011
In einem Schritt 43 übertragen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 zueinander (weitgehend) synchron ihre jeweils erzeugten Bitsequenzen über das geteilte Übertragungsmedium (unter Verwendung des Übertragungsverfahrens mit dominanten und rezessiven Bits, wie zuvor bereits erläutert). Dabei sind verschiedene Möglichkeiten zur Synchronisierung der entsprechenden Übertragungen denkbar. So könnte beispielsweise entweder Teilnehmer 1 oder Teilnehmer 2 zunächst eine geeignete Synchronisationsnachricht an den jeweils anderen Knoten senden und nach einer bestimmten Zeitdauer im Anschluss an die vollständige Übertragung dieser Nachricht dann die Übertragung der eigentlichen Bitsequenzen starten. Genauso ist es aber auch denkbar, dass von einem der beiden Knoten nur ein geeigneter Nachrichtenheader übertragen wird (z.B. ein CAN-Header bestehend aus Arbitrierungsfeld und Kontrollfeld) und während der zugehörigen Payload-Phase dann beide Knoten gleichzeitig ihre generierten Bitsequenzen (weitgehend) synchron übermitteln. In einer Variante des Verfahrens können die in Schritt 42 generierten Bitsequenzen eines Teilnehmers in Schritt 43 auch auf mehrere Nachrichten verteilt übertragen werden können, beispielsweise wenn dies die (Maximal-)Größen der entsprechenden Nachrichten erforderlich machen. Auch in dieser Variante erfolgt die Übertragung der auf entsprechend viele, entsprechend große Nachrichten verteilten Bitsequenzen des anderen Teilnehmers wiederum (weitgehend) synchron. In a step 43, subscriber 1 and subscriber 2 transmit (largely) synchronously their respectively generated bit sequences over the divided transmission medium (using the transmission method with dominant and recessive bits, as already explained above). There are different ones Possibilities for synchronization of the corresponding transmissions conceivable. Thus, for example, either subscriber 1 or subscriber 2 could first send a suitable synchronization message to the respective other node and then start the transmission of the actual bit sequences after a certain period of time following the complete transmission of this message. Equally, however, it is also conceivable that only one suitable message header is transmitted by one of the two nodes (eg a CAN header consisting of arbitration field and control field) and during the associated payload phase then both nodes simultaneously (largely) transmit their generated bit sequences synchronously , In a variant of the method, the bit sequences of a subscriber generated in step 42 can also be transmitted to several messages distributed in step 43, for example if this necessitates the (maximum) sizes of the corresponding messages. In this variant too, the transmission of the correspondingly large number of correspondingly large messages distributed bit sequences of the other subscriber takes place again (largely) synchronously.
Auf dem geteilten Übertragungsmedium überlagern sich die beiden Bitsequenzen dann, wobei aufgrund der zuvor geforderten Eigenschaft des Systems mit der Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits die einzelnen Bits von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 eine Überlagerung ergeben, im genannten Beispiel de facto UND-verknüpft werden. Damit ergibt sich auf dem Übertragungskanal eine entsprechende Überlagerung, die beispielsweise ein mithörender dritter Teilnehmer detektieren könnte. On the shared transmission medium, the two bit sequences then overlap, whereby due to the previously required property of the system with the distinction of dominant and recessive bits, the individual bits of subscriber 1 and subscriber 2 result in an overlay, in the example mentioned de facto AND-linked. This results in a corresponding overlay on the transmission channel, which could detect, for example, a listening third party.
Beispiel einer Überlagerungsbitfolge für die obigen, lokalen Bitfolgen: Example of a overlay bit string for the above local bit strings:
• Effektive Bitsequenz auf dem Übertragungskanal:  • Effective bit sequence on the transmission channel:
Seft = Su AND ST2 = 00000001100000000010 Seft = Su AND S T2 = 00000001100000000010
Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 detektieren während der Übertragung ihrer Bitsequenzen des Schritts 43 in einem parallelen Schritt 44 die effektiven (überlagerten) Bitsequenzen Seff auf dem geteilten Übertragungsmedium. Für das Beispiel des CAN-Busses wird dies auch in konventionellen Systemen während der Arbitrierungsphase gewöhnlicherweise ohnehin gemacht. Für Systeme mit ,Οη-Off-Keying' (drahtlos, drahtgebunden oder optisch) ist dies entsprechend ebenfalls möglich. Der praktischen Realisierbarkeit kommt hierbei insbesondere zugute, dass bei einem solchen System der Zustand ,Οη' dominant und der Zustand ,Off' rezessiv ist (wie zuvor bereits erläutert). Folglich weiß ein Knoten auch ohne Messung, dass der effektive Zustand auf dem„Shared Medium" dominant ist sofern der Knoten selbst ein dominantes Bit gesendet hat. Hat ein Knoten hingegen ein rezessives Bit gesendet, kennt er den Zustand auf dem geteilten Übertragungsmedium zunächst nicht ohne Weiteres, allerdings kann er in diesem Fall durch eine geeignete Messung bestimmen, wie dieser aussieht. Da der Knoten selbst in diesem Fall nichts sendet, gibt es nämlich auch keine Probleme mit so genannter Selbstinterferenz, die speziell im Fall von drahtlosen Systemen ansonsten eine aufwändige Echokompensation erforderlich machen würde. Both subscriber 1 and subscriber 2 detect during the transmission of their bit sequences of step 43 in a parallel step 44, the effective (overlaid) bit sequences S e ff on the shared transmission medium. For the example of the CAN bus, this is usually done in conventional systems during the arbitration phase anyway. This is likewise possible for systems with "η-off-keying" (wireless, wired or optical). In this case, the practical feasibility benefits in particular from the fact that in such a system the state 'η' is dominant and the state 'Off' is recessive (as already explained above). Consequently, even without measurement, a node knows that the effective state is dominant on the shared medium if the node itself has sent a dominant bit, but if a node has sent a recessive bit, it does not know the state on the shared transmission medium first Further, however, in this case he can determine by suitable measurement how it looks like, because, in this case, the node itself does not send anything, so there are no problems with so-called self-interference, which is a complex echo cancellation, especially in the case of wireless systems would require.
In einem nächsten Schritt 45 übertragen sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 ebenfalls wieder (weitgehend) synchron ihre initialen Bitsequenzen STI und ST2, diesmal allerdings invertiert. Die Synchronisierung der entsprechenden Übertragungen kann dabei wieder genau auf dieselbe Art und Weise realisiert werden, wie oben beschrieben. Auf dem geteilten Kommunikationsmedium werden die beiden Sequenzen dann wieder miteinander UND-verknüpft. Teilnehmer 1 und 2 ermitteln wiederum die effektiven, überlagerten Bitsequenzen Seff auf dem geteilten Übertragungsmedium. In a next step 45, both subscriber 1 and subscriber 2 also again (largely) synchronously transmit their initial bit sequences STI and ST2, but this time inverted. The synchronization of the corresponding transmissions can again be realized exactly in the same way as described above. On the shared communication medium, the two sequences are then ANDed together again. Subscribers 1 and 2 in turn determine the effective, superimposed bit sequences S e ff on the shared transmission medium.
Beispiel für die obigen Bitfolgen: Example of the above bit sequences:
Invertierte Bitsequenz von Teilnehmer 1:  Inverted bit sequence of participant 1:
Sn = 10110010001101001101  Sn = 10110010001101001101
Invertierte Bitsequenz von Teilnehmer 2:  Inverted bit sequence of participant 2:
ST2' = 01101110010010110100 S T2 '= 01101110010010110100
' Effektive, überlagerte Bitsequenz auf dem Kanal:  'Effective, overlaid bit sequence on the channel:
Seff' = Sn AND ST2' = 00100010000000000100 Seff '= Sn AND S T2 ' = 00100010000000000100
Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 ermitteln während der Übertragung ihrer nun invertierten Bitsequenzen dann wieder die effektiven, überlagerten Bitsequenzen auf dem geteilten Übertragungsmedium. Zu diesem Zeitpunkt kennen somit beide Knoten (Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2), sowie auch ein mögli- eher Angreifer (z.B. Teilnehmer 3), der die Kommunikation auf dem geteilten Übertragungsmedium mithört, die effektiven, überlagerten Bitsequenzen Seff und Seff'. Im Gegensatz zum Angreifer bzw. dritten Teilnehmer kennt aber Teilnehmer 1 noch seine initial erzeugte, lokale Bitsequenz STI und Teilnehmer 2 seine initial erzeugte, lokale Bitsequenz ST2. Teilnehmer 1 wiederum kennt aber nicht die initial erzeugte, lokale Bitsequenz von Teilnehmer 2 und Teilnehmer 2 nicht die initial erzeugte, lokale Bitsequenz von Teilnehmer 1. Die Detektion der Überlagerungsbitfolge erfolgt wiederum während der Übertragung in Schritt 46. Both subscriber 1 and subscriber 2 determine during the transmission of their now inverted bit sequences then again the effective, superimposed bit sequences on the shared transmission medium. At this time both nodes (participant 1 and participant 2), as well as a possible rather attackers (eg subscriber 3) who overhear the communication on the shared transmission medium, the effective, superimposed bit sequences S e ff and Seff '. In contrast to the attacker or third participant, however, participant 1 still knows his initially generated, local bit sequence STI and participant 2 his initially generated, local bit sequence ST2. However, subscriber 1 in turn does not know the initially generated, local bit sequence of subscriber 2 and subscriber 2 does not know the initially generated, local bit sequence of subscriber 1. The detection of the overlay bit sequence again takes place during the transmission in step 46.
Alternativ zu dieser beispielhaften Ausführungsvariante können Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 ihre invertierte, lokale Bitfolge auch direkt mit bzw. direkt nach ihrer ursprünglichen, lokalen Bitfolge versenden, d.h. Schritte 45 und 46 erfolgen mit den Schritten 43 und 44. Die ursprüngliche und die invertierte Bitfolge können dabei in einer Nachricht, aber auch in separaten Nachrichten als Teil- Bitfolgen übermittelt werden. As an alternative to this exemplary embodiment, subscriber 1 and subscriber 2 can also send their inverted, local bit sequence directly with or directly after their original, local bit sequence, ie. Steps 45 and 46 are carried out with the steps 43 and 44. The original and the inverted bit sequence can be transmitted in a message, but also in separate messages as partial bit sequences.
In Schritt 47 verknüpfen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 nun jeweils lokal (also intern) die effektiven, überlagerten Bitfolgen (Seff und Seff'), insbesondere mit einer logischen ODER-Funktion. In step 47, subscriber 1 and subscriber 2 now respectively locally (ie internally) link the effective, superposed bit sequences (S e ff and S e ff '), in particular with a logical OR function.
Beispiel für die obigen Bitfolgen:  Example of the above bit sequences:
Sges = Seff OR Seff' = 00100011100000000110 S g = Seff it Seff OR '= 00100011100000000110
Die einzelnen Bits in der aus der ODER-Verknüpfung resultierenden Bitsequenz (Sges) geben nun an, ob die entsprechenden Bits von STI und ST2 identisch oder unterschiedlich sind. Ist das n-te Bit innerhalb von Sges beispielsweise eine ,0', so bedeutet dies, dass das n-te Bit innerhalb von STI invers zu dem entsprechenden Bit innerhalb von ST2 ist. Gleichermaßen gilt, dass wenn das n-te Bit innerhalb von Sges eine ,1' ist, die entsprechenden Bits innerhalb von STI und ST2 identisch sind. The individual bits in the bit sequence (Sges) resulting from the OR operation now indicate whether the corresponding bits of STI and ST2 are identical or different. For example, if the nth bit within S tot is a '0', it means that the nth bit within STI is inverse to the corresponding bit within ST2. Likewise, if the nth bit within Sges is a '1', the corresponding bits within STI and ST2 are identical.
Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 streichen daraufhin in Schritt 48 basierend auf der aus der ODER-Verknüpfung erhaltenen Bitsequenz Sges in ihren ursprünglichen, initialen Bitsequenzen STI und ST2 alle Bits, die in beiden Sequenzen identisch sind. Dies führt folglich zu entsprechend verkürzten Bitsequenzen. Beispiel für die obigen Bitfolgen: Subscriber 1 and subscriber 2 then cancel in step 48 based on the bit sequence S ges obtained from the OR operation in their original, initial bit sequences STI and ST2 all bits which are identical in both sequences. This consequently leads to correspondingly shortened bit sequences. Example of the above bit sequences:
Verkürzte Bitsequenz von Teilnehmer 1:  Abbreviated bit sequence of participant 1:
Sn,v = 01011100101100  Sn, v = 01011100101100
Verkürzte Bitsequenz von Teilnehmer 2:  Abbreviated bit sequence of participant 2:
ST2,v = 10100011010011 S T2 , v = 10100011010011
Die resultierenden, verkürzten Bitsequenzen STI.V und ST2,V sind nun gerade in- vers zueinander. Somit kann einer der beiden Teilnehmer durch Inversion seiner verkürzten Bitsequenz exakt diejenige verkürzte Bitsequenz ermitteln, wie sie im anderen Teilnehmer bereits vorliegt. The resulting, shortened bit sequences STI.V and ST2, V are now just inverse to each other. Thus, by inversion of its shortened bit sequence, one of the two subscribers can determine exactly the shortened bit sequence that already exists in the other subscriber.
Die dermaßen gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz wird nun von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 in Schritt 49 jeweils lokal auf geeignete Art und Weise aufbereitet, um den eigentlich gewünschten Schlüssel der gewünschten Länge N zu generieren. Auch hierbei gibt es wieder eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie diese Aufbereitung erfolgen kann. Eine Möglichkeit ist die Selektion von N Bits aus der gemeinsam vorliegenden, verkürzten Bitsequenz, wobei klar definiert sein muss, welche N Bits zu nehmen sind, z.B. indem einfach immer die ersten N Bits der Sequenz selektiert werden. Ebenfalls möglich ist die Berechnung einer Hashfunktion über die gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz, die einen Hashwert der Länge N liefert. Ganz allgemein kann die Aufbereitung mit jeder beliebigen linearen und nichtlinearen Funktion erfolgen, die bei Anwendung auf die gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz eine Bitsequenz der Länge N Bits zurückliefert. Der Mechanismus der Schlüsselerzeugung aus der gemeinsam vorliegenden, verkürzten Bitsequenz liegt vorzugsweise in beiden Teilnehmern 1 und 2 identisch vor und wird entsprechend auf die gleiche Weise durchgeführt. The thus shared, shortened bit sequence is now processed locally by participant 1 and participant 2 in step 49 in a suitable manner in order to generate the actual desired key of the desired length N. Again, there are a variety of ways that this treatment can be done. One way is to select N bits from the co-ordinated, truncated bit sequence, where it must be clearly defined which N bits to take, e.g. by simply selecting the first N bits of the sequence. It is also possible to calculate a hash function via the shared, shortened bit sequence which provides a hash of length N. In general, the rendering can be done with any linear and nonlinear function that returns a N bit length bit sequence when applied to the co-present truncated bit sequence. The mechanism of key generation from the common truncated bit sequence is preferably identical in both subscribers 1 and 2 and is performed accordingly in the same way.
Im Anschluss an die Schlüsselgenerierung kann ggf. noch verifiziert werden, dass die von Teilnehmer 1 und 2 generierten Schlüssel tatsächlich identisch sind, Dazu könnte beispielsweise eine Checksumme über die generierten Schlüssel berechnet und zwischen Teilnehmer 1 und 2 ausgetauscht werden. Sind beide Checksummen nicht identisch, so ist offensichtlich etwas fehlgeschlagen. In diesem Fall könnte das beschriebene Verfahren zur Schlüsselgenerierung wiederholt werden. In einer bevorzugten Variante des Verfahrens zur Schlüsselgenerierung können in verschiedenen Durchläufen zunächst auch eine ganze Reihe von resultierenden, bei Teilnehmer 1 und 2 jeweils vorliegenden, verkürzten Bitsequenzen erzeugt werden, die dann zu einer einzigen großen Sequenz kombiniert werden, bevor der eigentliche Schlüssel davon abgeleitet wird. Dies kann ggf. auch adaptiv erfolgen. Sollte nach dem einmaligen Durchlaufen der beschriebenen Prozedur z.B. die Länge der gemeinsamen, verkürzten Bitsequenz beispielsweise kleiner als die gewünschte Schlüssellänge N sein, so könnte man durch einen erneuten Durchlauf z.B. weitere Bits vor der eigentlichen Schlüsselableitung generieren. After the key generation, it may still be possible to verify that the keys generated by subscribers 1 and 2 are actually identical. For this purpose, a checksum, for example, could be calculated using the generated keys and exchanged between subscribers 1 and 2. If both checksums are not identical, then obviously something has failed. In this case, the described method for key generation could be repeated. In a preferred variant of the method for generating a key, in a number of passes, a whole series of resulting shortened bit sequences, which are each present in the case of subscribers 1 and 2, can be generated, which are then combined into a single large sequence before the actual key is derived therefrom , If necessary, this can also be done adaptively. If, for example, the length of the common, shortened bit sequence is, for example, less than the desired key length N after a single pass through the described procedure, then one could, for example, generate further bits before the actual key derivation.
Das generierte, symmetrische Schlüsselpaar kann nun schließlich von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 in Verbindung mit etablierten (symmetrischen) krypto- graphischen Verfahren, wie z.B. Chiffren zur Datenverschlüsselung, eingesetzt werden. Finally, the generated, symmetric key pair can be subsumed by Subscriber 1 and Subscriber 2 in conjunction with established (symmetric) cryptographic methods, e.g. Ciphers for data encryption.
Ein möglicher Angreifer (z.B. Teilnehmer 3) kann die öffentliche Datenübertragung zwischen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 abhören und somit wie beschrieben Kenntnis der effektiven, überlagerten Bitfolgen (Seff und Seff') erlangen. Damit weiß der Angreifer dann allerdings nur, welche Bits in den lokal generierten Bitsequenzen von Teilnehmer 1 und 2 identisch sind und welche nicht. Bei den identischen Bits kann der Angreifer darüber hinaus sogar noch feststellen, ob es sich dabei um eine ,1' oder eine ,0' handelt. Für eine vollständige Kenntnis der resultierenden, verkürzten Bitfolge (und damit der Grundlage zur Schlüsselgenerierung) fehlen ihm aber die Informationen über die nicht identischen Bits. Um dem Angreifer mögliche Angriffe weiter zu erschweren, wird in einer bevorzugten Variante zusätzlich die in den ursprünglichen, lokal erzeugten Bitfolgen der Teilnehmer 1 und 2 identischen Bitwerte gelöscht. Damit verfügt Teilnehmer 3 nur über Informationen, die für die Schlüsselgenerierung gar nicht verwendet werden. Er weiß zwar, dass entsprechend verkürzte Bitfolgen aus den zwischen den lokalen Bitfolgen der Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 unterschiedlichen Bits hervorgehen. Er weiß aber nicht, welche Bits Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 jeweils gesendet haben. Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 haben zusätzlich zu der Information über die überlagerte Gesamt- Bitfolge noch die Information über die jeweils von ihnen gesendete, lokal generierte Bitfolge. Aus diesem Informationsvorsprung gegenüber einem lediglich der öffentlichen Datenübertragung folgenden Teilnehmer 3 rührt die Tatsache, dass die in Teilnehmer 1 und 2 generierten Schlüssel trotz der öffentlichen Datenübertragung als Grundlage geheim bleiben. A potential attacker (eg subscriber 3) can listen to the public data transmission between subscriber 1 and subscriber 2 and thus gain knowledge of the effective, superposed bit sequences (S e ff and S e ff ') as described. The attacker then only knows which bits in the locally generated bit sequences of nodes 1 and 2 are identical and which are not. In addition, with the identical bits, the attacker can even determine whether it is a '1' or a '0'. For a complete knowledge of the resulting, shortened bit sequence (and thus the basis for the key generation), however, he lacks the information about the non-identical bits. In order to further aggravate possible attacks for the attacker, in a preferred variant the bit values identical in the original, locally generated bit sequences of the users 1 and 2 are additionally deleted. This means that participant 3 has only information that is not used for key generation. Although he knows that correspondingly shortened bit sequences emerge from the different between the local bit sequences of the participants 1 and 2 participants bits. However, he does not know which bits have been sent by subscriber 1 and subscriber 2 respectively. In addition to the information about the superimposed overall bit sequence, subscriber 1 and subscriber 2 also have the information about the locally generated bit sequence transmitted by them in each case. The fact that the keys generated in subscribers 1 and 2 remain secret as a basis despite the public data transmission results from this information advantage over a subscriber 3 following only the public data transmission.
In Fig. 5 ist ein Kommunikationsmodul oder Protokollmodul gezeigt. Dabei handelt es sich in dieser beispielhaften Ausgestaltung um ein sogenanntes CAN Pro- tocol Controller Modul oder auch kurz CAN-Modul. Für ein CAN-Bussystem kann hierzu z.B. ein CAN-Kommunikationsmodul auf Basis eines CAN-Controller-IP- Moduls der Robert Bosch GmbH wie M_CAN, C_CAN oder D_CAN oder für ein LIN-Bussystem ein LIN-Kommunikationsmoduls auf Basis eines LIN- Kommunikationscontroller-IP-Moduls der Robert Bosch GmbH wie C_LIN einge- setzt werden. In Fig. 5 ist ein CAN-Modul 50 auf Basis der M_CAN-IP gezeigt. FIG. 5 shows a communication module or protocol module. In this exemplary embodiment, this is a so-called CAN protocol controller module or else a short CAN module. For a CAN bus system, this can be done e.g. a CAN communication module based on a CAN controller IP module from Robert Bosch GmbH such as M_CAN, C_CAN or D_CAN or for a LIN bus system a LIN communication module based on a LIN communication controller IP module from Robert Bosch GmbH such as C_LIN be used. FIG. 5 shows a CAN module 50 based on the M_CAN-IP.
Ein CAN-Core 51 führt die Kommunikation entsprechend einer bestimmten CAN- Protokoll- Version aus, z.B. Version 2.0 A, B und ISO 11898-1 und kann ebenfalls CAN FD unterstützen. Mit den Verbindungen 503 bzw. 504 sind die logischen CAN-Sende- bzw. CAN- Empfangsverbindungen bezeichnet. Der Synchronisationsblock 52 synchronisiert Signale zwischen den zwei vorhandenen Uhrendomänen. Der Modul-interne Taktgeber ist mit 59 bezeichnet. Über den Konfigura- tions- und Steuerungsblock 55 können CAN-Core-bezogene Konfigurations- und Steuerungsbits gesetzt werden. Der Block 56 dient der Interrupt- Steuerung und der Erzeugung von Empfangs- und Sende-Zeitstempeln. Die Schnittstelle 58 dient als generische Slave-Schnittstelle der möglichen Verbindung des CAN- Moduls mit vielen verschiedenen CPU-Typen über die Verbindung 501. Die Schnittstelle 57 dient als generische Master-Schnittstelle dem Zugriff auf einen Nachrichtenspeicher, insbesondere einem RAM, über die Verbindung 502. Der Block 53 entspricht einem Tx Handler oder Sende-Manager, welcher die Nachrichtenübertragung von einem externen Nachrichtenspeicher zum CAN-Core steuert. Dabei können bis zu 32 Transmit- Buffer für die Übertragung konfiguriert werden. Sende-Zeitstempel werden mit entsprechenden Nachrichten- IDs abgespeichert. Die Blöcke 531 bzw. 532 im Sende-Manager entsprechen einem Steuerungs- und Konfigurationsblock bzw. einem Sende-Priorisierungsblock. Der Rx Handler bzw. Empfangs- Manager 54 steuert die Übertragung empfangener Nachrichten vom CAN Core zu externem Nachrichtenspeicher. Dabei wird die Speicherung von bis zu 128 Nachrichten unterstützt. Ein Empfangszeitstempel wird mit jeder Nachricht abgespeichert. A CAN core 51 executes the communication according to a specific CAN protocol version, eg version 2.0 A, B and ISO 11898-1 and can also support CAN FD. With the connections 503 and 504, the logical CAN transmit or CAN receive connections are designated. The synchronization block 52 synchronizes signals between the two existing clock domains. The module-internal clock is designated 59. The configuration and control block 55 can be used to set CAN core-related configuration and control bits. Block 56 is for interrupt control and the generation of receive and transmit timestamps. The interface 58 serves as a generic slave interface for the possible connection of the CAN module with many different CPU types via the connection 501. The interface 57 serves as a generic master interface for accessing a message memory, in particular a RAM, via the connection 502 Block 53 corresponds to a Tx handler or send manager which controls the message transfer from an external message store to the CAN core. Up to 32 transmit buffers can be configured for transmission. Transmit timestamps are stored with corresponding message IDs. The blocks 531 and 532 in the send manager correspond to a control and configuration block and a send prioritization block, respectively. Of the Rx handler or receive manager 54 controls the transmission of received messages from the CAN core to external message memory. It supports the storage of up to 128 messages. A reception time stamp is stored with each message.
Das Kommunikationsmodul umfasst also einen zentralen Schaltungsteil (hier CAN Core 51) zur protokollgemäßen Steuerung einer Kommunikation zwischen einer Host-CPU und einem externen Nachrichtenspeicher sowie zum protokollgemäßen Empfang und Senden von Nachrichten über das Kommunikationssys- tem (hier über die Verbindungen 503 und 504). Über eine Schnittstelle (hier Master-Schnittstelle 57 und die Verbindung 502) ist das Modul mit dem externen Nachrichtenspeicher verbunden. Über eine weitere Schnittstelle (hier Slave- Schnittstelle 58 und die Verbindung 501) ist das Modul mit der Host-CPU verbunden. Er kann als Standalone- Einheit, als Teil eines ASIC oder mit einem FPGA realisiert werden. Thus, the communication module comprises a central circuit part (in this case CAN core 51) for the protocol-controlled control of communication between a host CPU and an external message memory as well as for protocol-based reception and transmission of messages via the Kommunikationsssys- tem (here via the connections 503 and 504). Via an interface (here master interface 57 and the connection 502), the module is connected to the external message memory. Via another interface (here slave interface 58 and the connection 501), the module is connected to the host CPU. It can be implemented as a stand-alone unit, as part of an ASIC or with an FPGA.
Die Verbindung zur physikalischen Schicht kann durch zusätzliche Transceiver- Hardware unterstützt werden. Mehrere Kommunikationsmodule können sich einen externen Nachrichtenspeicher teilen. The connection to the physical layer can be supported by additional transceiver hardware. Several communication modules can share an external message store.
In Fig. 6 ist ein Modul 60 gezeigt, welches in einer Schaltungsanordnung eines Teilnehmers an einem Netzwerk diesen Teilnehmer bei der Generierung eines gemeinsamen Geheimnisses mit anderen Netzwerkteilnehmern unterstützen kann (im Folgenden auch:„weiteres Modul"). Das Modul 60 kann dabei Daten bzw. Nachrichten auf den Bus 600 geben, welcher in einer bevorzugten Ausgestaltung als CAN- Bus realisiert ist. 6 shows a module 60 which, in a circuit arrangement of a subscriber on a network, can support this subscriber in generating a shared secret with other network subscribers (hereinafter also referred to as "further module") Messages on the bus 600 give, which is realized in a preferred embodiment as a CAN bus.
Dabei verfügt das Modul 60 über einen Block 64 zur Konfiguration des Moduls über eine Schnittstelle 604, insbesondere für Protokoll-spezifische Konfiguratio- nen wie Baudrate, IDs, etc. Des Weiteren umfasst es einen Block 63 (z.B. einIn this case, the module 60 has a block 64 for configuring the module via an interface 604, in particular for protocol-specific configurations such as baud rate, IDs, etc. Furthermore, it comprises a block 63 (e.g.
Register), in welchem eine Zeichenkette, insbesondere eine Zufallszahl oder Pseudozufallszahl abgelegt werden kann, insbesondere empfangen über eine Schnittstelle 603. Block 62 bezeichnet ein Triggermodul, welches in einer bevorzugten Ausführungsform über die Schnittstelle 602 zu einem Triggersignal veran- lasst werden kann. Alternativ kann das Triggermodul ein Triggersignal auch selb- ständig veranlassen. Das Modul verfügt weiterhin über Sendemittel wie die als Block 61 gezeigten Sende- Pufferspeicher (Tx-Buffer), die über eine Schnittstelle 601 Nachrichten bzw. Daten auf den Bus 600 geben können. Register) in which a character string, in particular a random number or pseudorandom number can be stored, in particular received via an interface 603. Block 62 denotes a trigger module, which in a preferred embodiment can be triggered via the interface 602 to form a trigger signal. Alternatively, the trigger module can also trigger a trigger signal. to induce constantly. The module also has transmission means such as the transmission buffer memory (Tx buffer) shown as block 61, which can transmit messages or data to the bus 600 via an interface 601.
Die hauptsächliche Funktionsweise des Moduls ist dabei, dass in Abhängigkeit einer Konfiguration (angedeutet durch die Verbindung 605 zwischen Konfigurationsblock 64 und Sendemittel 61) eine Zufallszahl oder Pseudozufallszahl aus Block 63 über Verbindung 606 an die Sendemittel 61 gegeben wird und über die Schnittstelle 601 an den CAN-Bus 600 ausgegeben wird. Getriggert wird dieser Vorgang (entweder bereits die Übertragung der Zahl von Block 63 an Block 61 oder zumindest die Übertragung der Zahl von Block 61 an den Bus 600) insbesondere durch ein Auslösesignal durch das Triggermodul 62 über die Verbindung 607 an die Sendemittel 61. The main mode of operation of the module is that, depending on a configuration (indicated by the connection 605 between configuration block 64 and transmission means 61), a random number or pseudo-random number from block 63 is given via connection 606 to the transmission means 61 and via the interface 601 to the CAN Bus 600 is output. This process is triggered (either already the transmission of the number of block 63 to block 61 or at least the transmission of the number of block 61 to the bus 600), in particular by a trigger signal by the trigger module 62 via the connection 607 to the transmitting means 61.
In bevorzugten Ausgestaltungen des Moduls 60 kann dieses auch über einen Speicher 65 (insbesondere einen RAM) verfügen, in welchem eine oder mehrere Zufallszahlen oder Pseudozufallszahlen gespeichert sind, welche abhängig von dem Triggersignal über die Sendemittel 61 ausgegeben werden. Diese Zufallszahlen können auch durch einen optionalen Zufallszahlengenerator (insbesondere einen TRNG) im Modul 60 erzeugt werden. In preferred embodiments of the module 60, the latter can also have a memory 65 (in particular a RAM) in which one or more random numbers or pseudorandom numbers are stored, which are output via the transmission means 61 as a function of the trigger signal. These random numbers can also be generated by an optional random number generator (in particular a TRNG) in the module 60.
Weiterhin kann das Modul 60 in einer bevorzugten Ausgestaltung auch Empfangsmittel 67, insbesondere Empfangs-Pufferspeicher 67 aufweisen, welche über eine Schnittstelle 612 Nachrichten bzw. Daten vom Bus 600 empfangen können. Über eine Schnittstelle 613 zwischen Empfangsmitteln 67 und Triggerblock 62 kann in dieser Ausgestaltung auch in Abhängigkeit von empfangenen Daten ein Triggersignal zum Senden von Daten ausgelöst werden. Z.B. kann erkannt werden, dass von einem anderen Netzwerkteilnehmer eine Zufallszahlenfolge zur Geheimnisgenerierung auf den Bus gelegt wird (z.B. über eine entsprechende Nachrichten- ID) und daraufhin der Trigger durch das Triggerblock 62 erfolgen, dass auch dieser Teilnehmer über das Modul 60 eine Zufallszahlenfolge (weitgehend) synchron zu Übertragung der Zufallszahlenfolge durch den anderen Netzwerkteilnehmers auf den Bus gibt. In einem optionalen Block 68 können Fehlerzustände des Moduls 60 abgelegt werden und diese über eine Schnittstelle 608 auch nach extern gemeldet bzw. von extern abgerufen werden. Furthermore, in a preferred embodiment, the module 60 can also have receiving means 67, in particular receiving buffer memory 67, which can receive messages or data from the bus 600 via an interface 612. Via an interface 613 between receiving means 67 and trigger block 62, a trigger signal for transmitting data can also be triggered in this embodiment depending on received data. For example, it can be recognized that a random number sequence for secret generation is placed on the bus by another network subscriber (eg via a corresponding message ID) and then the trigger is made by the trigger block 62, that this subscriber also has a random number sequence (largely ) in synchronism with the transmission of the random number sequence by the other network participant on the bus. In an optional block 68 error states of the module 60 can be stored and these are also reported via an interface 608 to external or retrieved from external.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann das Modul 60 auch über einen Schaltungsteil 69 zur dynamischen Botschaftsgenerierung verfügen. Dieser kann über eine Schnittstelle 609 eine Zufallszahl oder Pseudozufallszahl empfangen und in Abhängigkeit dieser eine Botschaft generieren und über die Verbindung 610 an die Sendemittel 61 weitergeben. Die Botschaft ist zur weitgehend synchronen Übertragung von Zufallszahlen mit einem weiteren Netzwerkteilnehmer vorgesehen, um wie oben beschrieben ein gemeinsames Geheimnis zwischen den Netzwerkteilnehmern zu generieren. In a further preferred embodiment, the module 60 may also have a circuit part 69 for dynamic message generation. The latter can receive a random number or pseudorandom number via an interface 609 and, depending on this, generate a message and forward it to the transmission means 61 via the connection 610. The message is intended for largely synchronous transmission of random numbers with another network participant in order to generate a shared secret between the network participants as described above.
In einer Schaltungsanordnung (insbesondere einem Mikrocontroller), welcher die oben beschrieben Verfahren zur Geheimnis- bzw. Schlüsselgenerierung zwischen Netzwerkteilnehmern unterstützen soll, sind neben weiteren Komponenten und Schnittstellen vorteilhafterweise mindestens ein Kommunikationsmodul wie zu Fig. 5 beschrieben sowie mindestens ein weiteres Modul wie zu Fig. 6 beschrieben enthalten. Kommunikationsmodul und weiteres Modul können dabei auch in einem Schaltungsteil der Schaltungsanordnung integriert sein. In a circuit arrangement (in particular a microcontroller), which is intended to support the above-described methods for secret or key generation between network users, at least one communication module as described with reference to FIG. 5 and at least one further module as shown in FIG. 6 described included. Communication module and further module can also be integrated in a circuit part of the circuit arrangement.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welchem der erste Netzwerkteilnehmer ein Steuergerät eines Fahrzeugs ist und die Schaltungsanordnung des Netzwerkteilnehmers ein Mikrocontroller, der neben der mindestens einen Kommunikationseinheit und dem mindestens einen weiteren Modul noch Schnittstellen, Speichermittel sowie eine Recheneinheit, insbesondere eine zentrale Recheneinheit (CPU) aufweist. Particularly preferred is an embodiment in which the first network participant is a control unit of a vehicle and the circuit arrangement of the network participant a microcontroller, in addition to the at least one communication unit and the at least one further module interfaces, memory means and a computing unit, in particular a central processing unit (CPU ) having.
Die zwei Netzwerkteilnehmer übertragen die für die Schlüsselgenerierung entscheidenden Bitsequenzen bzw. Wertefolgen (weitgehend) synchron über die gemeinsame Kommunikationsverbindung. Diese synchrone Übertragung findet vorzugsweise über von dem ersten bzw. dem zweiten Netzwerkteilnehmer synchron ausgetauschte Botschaften statt, welche die erste bzw. die zweite Wertfolge umfassen. Um die Synchronität der Übertragungen zu gewährleisten, wird der Prozess zur Generierung des Geheimnisses bzw. symmetrischen Schlüsselpaars vorzugsweise von einem der beteiligten Netzwerkteilnehmer gestartet bzw. ausgelöst. Insbesondere geschieht dies über eine Auslöse- Botschaft, welche von einem der beteiligten Netzwerkteilnehmer an den anderen Netzwerkteilnehmer übertragen wird. In einer effizienten, bevorzugten Ausgestaltung findet die Übertragung über den gemeinsamen Übertragungskanal statt. Alternativ kann die Auslösebotschaft auch über eine zusätzliche Kommunikationsverbindung übertragen werden. The two network subscribers transmit the key sequences or value sequences which are decisive for the key generation (largely) synchronously via the common communication connection. This synchronous transmission preferably takes place via messages synchronously exchanged by the first or the second network participant, which comprise the first or the second value sequence. In order to ensure the synchronicity of the transmissions, the process for generating the secret or symmetrical key pair is preferably started or triggered by one of the network participants involved. In particular, this is done via a trigger message, which is transmitted from one of the participating network participants to the other network participants. In an efficient, preferred embodiment, the transmission takes place via the common transmission channel. Alternatively, the triggering message can also be transmitted via an additional communication link.
Dabei erfolgt die Übertragung der ersten Wertfolge bzw. der die erste Wertfolge umfassenden Botschaft vorzugsweise um eine bestimmte Zeitdauer nach einem Empfang oder einer Versendung der Auslöse- Botschaft. (Weitgehend) synchron dazu erfolgt die Übertragung der zweiten Wertfolge auf Basis der gleichen Informationen durch den zweiten Teilnehmer. Der Beginn der Aussendung der Auslö- se-Botschaft durch einen Teilnehmer bzw. der vollständige Empfang der Auslö- se-Botschaft durch einen Teilnehmer können dabei vorzugsweise durch beide Teilnehmer auf dem gemeinsamen Übertragungskanal detektiert werden. Alternativ können Informationen insbesondere für den Sendezeitpunkt auch über Zeitstempel übertragen werden. In this case, the transmission of the first value sequence or of the message comprising the first value sequence preferably takes place by a specific period of time after a reception or a transmission of the triggering message. (Largely) synchronously, the second value sequence is transmitted on the basis of the same information by the second subscriber. The beginning of the transmission of the triggering message by a subscriber or the complete receipt of the triggering message by a subscriber can preferably be detected by both subscribers on the common transmission channel. Alternatively, information can be transmitted in particular for the transmission time via timestamps.
Der Wert der abzuwartenden Zeitdauer kann vordefiniert sein, dynamisch konfiguriert werden (z.B. durch eine Recheneinheit oder Software der Schaltungsanordnung bzw. des Teilnehmers) oder mit der Auslöse- Botschaft mitübertragen werden. Damit die Zeit zwischen den Teilnehmern klar definiert ist, sind diese vorzugsweise synchronisiert. Die Komponenten innerhalb eines Teilnehmers bzw. seiner Schaltungsanordnung (insbesondere Kommunikationsmodul und weiteres Modul) greifen vorzugsweise auf dieselbe Zeitquelle zu. The value of the time to be awaited may be predefined, dynamically configured (e.g., by a computing unit or software of the circuitry or subscriber), or co-transmitted with the triggering message. So that the time between the participants is clearly defined, these are preferably synchronized. The components within a subscriber or his circuit arrangement (in particular communication module and further module) preferably access the same time source.
In einer speziellen Ausgestaltung kann die Zeitdauer auch als Null definiert sein, insbesondere wenn sie als Zeitdauer nach dem Empfang definiert ist. Das heißt dann, dass die synchrone Übertragung der Wertfolgen bzw. entsprechender Botschaften direkt im Anschluss an den Empfang der Auslöse- Botschaft erfolgt. In a specific embodiment, the time duration may also be defined as zero, in particular if it is defined as the time duration after the reception. This means that the synchronous transmission of the value sequences or corresponding messages takes place directly after the reception of the triggering message.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Auslösebotschaft wird von dem zweiten Netzwerkteilnehmer an den ersten Netzwerkteilnehmer eine speziell zur Auslö- sung des weiteren Verfahrens zur Geheimnis-Generierung, insbesondere zur Aussendung der ersten Wertfolge bestimmte Botschaft gesendet. Diese Botschaft kann vom ersten Netzwerkteilnehmer z.B. an einer Botschafts- ID, an einem Inhalt der Nutzdaten der Botschaft oder an einer Kombination hieraus als Auslöse- Botschaft erkannt werden. According to a first refinement of the triggering message, the second network participant sends a message to the first network participant specifically for triggering the triggering message. Sung of the further method for generating the secret, in particular sent to the transmission of the first value sequence specific message. This message can be recognized by the first network participant as, for example, a message ID, a content of the message's payload, or a combination thereof as a triggering message.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Auslösebotschaft wird von dem zweiten Netzwerkteilnehmer gleich die Botschaft versendet, welche die zweite Wertfolge umfasst. Der erste Netzwerkteilnehmer erkennt bei Empfang der Botschaft (z.B. anhand der Botschafts-ID oder anhand von Nutzdaten, welche vor der zweiten Wertfolge angeordnet sind), dass es sich um eine Botschaft umfassend die zweite Wertfolge handelt, zu welcher der erste Netzwerkteilnehmer die erste Wertfolge weitgehend synchron versenden soll, und veranlasst die entsprechende Übertragung einer Botschaft umfassend die erste Wertfolge. Somit dient die Botschaft umfassend die zweite Wertfolge auch gleichzeitig als Auslöse- Botschaft. Dies erfordert eine schnelle Reaktion des ersten Netzwerkteilnehmers auf den Empfang der Botschaft durch den zweiten Netzwerkteilnehmer. In einer bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung hat der erste Netzwerkteilnehmer daher bereits eine erste Wertfolge vorbereitet, die schnell auf dem Übertragungskanal versendet werden kann. According to a second embodiment of the release message, the second network subscriber immediately sends the message comprising the second value sequence. The first network participant recognizes upon receipt of the message (eg, based on the message ID or on the basis of user data, which are arranged before the second value sequence), that it is a message comprising the second value sequence, to which the first network participant largely the first value sequence synchronously and causes the corresponding transmission of a message comprising the first value sequence. Thus, the message comprehensively serves the second value sequence also as a triggering message. This requires a fast response of the first network participant to the receipt of the message by the second network participant. In a preferred variant of this embodiment, the first network subscriber has therefore already prepared a first value sequence which can be sent quickly on the transmission channel.
In Fig. 7 ist ein Ausschnitt aus einer Schaltungsanordnung (insbesondere einem Mikrocontroller) mit einer zentralen Recheneinheit (insbesondere CPU) 70, einem Kommunikationsmodul 71 (insbesondere entsprechend Fig. 5) sowie einem weiteren Modul 72 (insbesondere entsprechend Fig. 6) gezeigt. Die Recheneinheit 70, das Kommunikationsmodul 71 bzw. das weitere Modul 72 weisen Verbindungen 701, 711 bzw. 721 zu einer Recheneinheitsschnittstelle 700 auf. Das Kommunikationsmodul 71 bzw. das weitere Modul 72 umfassen Empfangsverbindungen 712 bzw. 722 sowie Sendeverbindungen 713 bzw. 723 zu einer Kommunikationsschnittstelle 73. Die Kommunikationsschnittstelle 73 umfasst eine Empfangsverbindung 732 sowie eine Sendeverbindung 733 zu einem Kommunikationssystem bzw. einem Übertragungskanal eines Kommunikationssystems, insbesondere zu einer Busverbindung. Über Verbindungen 741 bzw. 742 haben das Kommunikationsmodul 71 bzw. das weitere Modul 72 Zugriff auf die Zeitquelle 74. Über eine optionale Auslöseverbindung 714 kann das Kommunika- tionsmodul 71 ein Auslösesignal an das weitere Modul 72 senden. FIG. 7 shows a detail of a circuit arrangement (in particular a microcontroller) with a central processing unit (in particular CPU) 70, a communication module 71 (in particular according to FIG. 5) and a further module 72 (in particular corresponding to FIG. 6). The computing unit 70, the communication module 71 or the further module 72 have connections 701, 711 and 721 to a computer unit interface 700. The communication module 71 or the further module 72 comprise receive connections 712 or 722 and transmit connections 713 or 723 to a communication interface 73. The communication interface 73 comprises a receive connection 732 and a transmit connection 733 to a communication system or a transmission channel of a communication system, in particular to one bus service. Via connections 741 or 742, the communication module 71 or the further module 72 have access to the Time source 74. Via an optional trip connection 714, the communication module 71 can send a triggering signal to the further module 72.
Innerhalb des Netzwerkteilnehmers, insbesondere innerhalb der beschriebenen Schaltungsanordnung des Netzwerkteilnehmers, kann die Auslösung durch die Auslöse- Botschaft auf verschiedene Arten realisiert sein. Within the network subscriber, in particular within the described circuit arrangement of the network subscriber, the triggering by the trigger message can be realized in various ways.
In einer bevorzugten ersten Ausgestaltung der Schaltungsanordnung empfängt das oben zu Fig. 6 beschriebene weitere Modul 72 die Auslösebotschaft über die Empfangsverbindung 722, erkennt diese als Auslösebotschaft und löst die Übertragung der ersten Wertfolge über die Sendeverbindung 723 selbständig aus. Alternativ hierzu kann das oben zu Fig. 5 beschriebene Kommunikationsmodul 71 die Auslösebotschaft über die Empfangsverbindung 712 empfangen, als Auslösebotschaft erkennen und daraufhin ein Auslöse-Signal generieren und dieses über die Verbindung 714 an das weitere Modul 72 senden. Das weitere Modul 72 löst abhängig vom Empfang des Auslöse-Signals von dem Kommunikationsmodul 71 die Übertragung der ersten Wertfolge über die Sendeverbindung 723 aus. In einer weiteren Variante kann wiederum das Kommunikationsmodul 71 die Auslösebotschaft über die Empfangsverbindung 712 empfangen und verarbeiten, insbesondere speichern. Der Empfangszeitpunkt kann ebenfalls mit gespeichert werden. Eine Recheneinheit der Schaltungsanordnung (z.B. eine CPU eines Mik- rocontrollers) 70 bzw. eine von der Recheneinheit verarbeitete Software erkennt den Empfang der Auslöse- Botschaft und sendet ein Auslösesignal an das weitere Modul, insbesondere über die Verbindung 701, über die Recheneinheitsschnittstelle 700 sowie über die Verbindung 721. Das weitere Modul löst wiederum abhängig vom Empfang des Auslöse-Signals von der Recheneinheit bzw. Software die Übertragung der ersten Wertfolge über die Sendeverbindung 723 aus. In a preferred first refinement of the circuit arrangement, the further module 72 described above with reference to FIG. 6 receives the trigger message via the receive link 722, recognizes this as a trigger message and triggers the transmission of the first value sequence via the transmit link 723 independently. Alternatively, the communication module 71 described above with reference to FIG. 5 can receive the trigger message via the receive connection 712, recognize it as a trigger message and then generate a trigger signal and send it via the connection 714 to the further module 72. The further module 72 triggers the transmission of the first value sequence via the transmission link 723, depending on the reception of the trigger signal from the communication module 71. In a further variant, in turn, the communication module 71 can receive and process the triggering message via the receive connection 712, in particular store it. The reception time can also be saved. An arithmetic unit of the circuit arrangement (eg a CPU of a microcontroller) 70 or a software processed by the arithmetic unit recognizes the reception of the tripping message and sends a tripping signal to the further module, in particular via the connection 701, via the arithmetic unit interface 700 and via the connection 721. The further module in turn triggers the transmission of the first value sequence via the transmission link 723 depending on the reception of the triggering signal from the arithmetic unit or software.
Um ein längeres, gemeinsames Geheimnis zwischen dem ersten und dem zweiten Netzwerkteilnehmer zu generieren, kann es notwendig sein, mehrere Botschaften umfassend mehrere Wertfolgen (weitgehend) synchron über den Übertragungskanal zu übertragen. Hierzu können der erste bzw. der zweite Netzwerkteilnehmer eine oder mehrere weitere erste bzw. zweite Wertfolgen für die Übertragung vorbereiten und bereit halten. Diese können dann direkt im Anschluss an die erste synchrone Übertragung von Wertfolgen übertragen werden. Das kann so geschehen, dass der Übertragungskanal zwischen den Netzwerkteilnehmern bis zum Abschluss mehrerer synchroner Übertragungen nicht mehr frei wird. Hochpriore Botschaften (auch anderer Netzwerkteilnehmer) können zwischen den synchronen Übertragungen von Botschaften mit Wertfolgen übertragen werden, z.B. wenn sie eine entsprechende Abitrierung gewinnen. Liegen keine solchen hochprioren Botschaften vor, so erfolgen die synchronen Übertragungen von Botschaften mit Wertfolgen direkt aufeinander. Es werden hierzu keine neuen Auslösebotschaften mehr benötigt. In order to generate a longer, shared secret between the first and the second network participant, it may be necessary to transmit a plurality of value sequences (largely) synchronously over the transmission channel. For this purpose, the first or the second network participant can prepare one or more further first or second value sequences for the transmission and have them ready. These can then be directly following the first synchronous transmission of value sequences are transmitted. This can be done so that the transmission channel between the network participants is not free until the completion of multiple synchronous transmissions. High-priority messages (including other network participants) can be transferred between the synchronous transmissions of messages with value sequences, eg if they gain a corresponding abitration. If there are no such high-priority messages, the synchronous transmissions of messages with value sequences take place directly on each other. No new triggering messages are needed anymore.
Schlägt die Synchronisierung zwischen den Netzwerkteilnehmern fehl, kann es vorkommen, dass der eine Teilnehmer eine Wertfolge bzw. Botschaft mit Wertfolge sendet, aber der andere Teilnehmer keine synchrone Übertragung seiner Wertfolge bzw. Botschaft veranlasst. In diesem Fall erkennt der übertragende Netzwerkteilnehmer, dass die Überlagerung auf dem Übertragungskanal der eigenen gesendeten Wertfolge entspricht. (Anmerkung: Dieser Sonderfall, dass gesendete und überlagerte Wertfolge gleich sind, kann auch dann vorkommen, wenn beide Netzwerkteilnehmer zufällig die gleiche Wertfolge senden. Da diese aber auf ausreichend langen Zufallszahlen basieren sollen, ist dieser Fall sehr selten.) In so einem Fall sendet der übertragende Netzwerkteilnehmer unverzüglich eine weitere Wertfolge bzw. Botschaft. Dies kann solange erfolgen, bis sich eine erfolgreiche Synchronisation zwischen den Netzwerkteilnehmern einstellt und der andere Netzwerkteilnehmer synchrone Wertfolgen bzw. entsprechende Botschaften überträgt. Die Synchronität ist dann dadurch gewährleistet, dass durch nahtlos übertragene Wertfolgen der Kommunikationskanal durchgängig besetzt ist und nur höherpriore Botschaften dazwischen übertragen werden können. If the synchronization between the network subscribers fails, it may happen that one subscriber sends a value sequence or message with a value sequence, but the other subscriber does not initiate a synchronous transmission of his value sequence or message. In this case, the transmitting network participant recognizes that the overlay on the transmission channel corresponds to the own transmitted value sequence. (Note: This special case of sent and superimposed value sequences being the same may occur even if both network participants randomly send the same value string, but since these are based on sufficiently long random numbers, this case is very rare.) In such a case, send the transmitting network participant immediately another value sequence or message. This can take place until a successful synchronization between the network subscribers sets in and the other network subscriber transmits synchronous value sequences or corresponding messages. The synchronicity is then ensured by seamlessly transmitted value sequences of the communication channel is continuously occupied and only higher priority messages can be transmitted in between.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Generierung eines Geheimnisses oder eines Schlüssels in einem Netzwerk (20), wobei das Netzwerk (20) mindestens einen ersten Teilnehmer (21) und einen zweiten Teilnehmer (22) mit einem gemeinsamen Übertragungskanal (30) zwischen mindestens dem ersten Teilnehmer (21) und dem zweiten Teilnehmer (22) aufweist, wobei der erste Teilnehmer (21) mindestens eine Schaltungsanordnung mit mindestens einem Kommunikationsmodul (50) zur Kommunikation über den Übertragungskanal (30) und mindestens einem weiteren Modul (60) aufweist, wobei der erste Teilnehmer (21) über das mindestens eine weitere Modul (60) die Übertragung mindestens einer ersten Wertfolge auf dem Übertragungskanal (30) weitgehend synchron zu einer Übertragung mindestens einer zweiten Wertfolge durch den zweiten Teilnehmer (22) veranlasst und wobei der erste Teilnehmer (21) auf Basis von Informationen über die mindestens eine erste Wertfolge sowie auf Basis einer aus einer Überlagerung der mindestens einen ersten Wertfolge mit der mindestens einen zweiten Wertfolge auf dem Übertragungskanal (30) resultierenden Überlagerungswertfolge ein Geheimnis oder einen Schlüssel generiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der mindestens einen ersten Wertfolge durch das mindestens eine weitere Modul (60) abhängig von einer durch den ersten Teilnehmer (21) von dem zweiten Teilnehmer (22) empfangenen ersten Botschaft veranlasst wird. A method of generating a secret or key in a network (20), the network (20) comprising at least a first subscriber (21) and a second subscriber (22) having a common transmission channel (30) between at least the first subscriber (20). 21) and the second subscriber (22), wherein the first subscriber (21) has at least one circuit arrangement with at least one communication module (50) for communication via the transmission channel (30) and at least one further module (60), wherein the first subscriber (21) via the at least one further module (60) causes the transmission of at least one first value sequence on the transmission channel (30) largely synchronously to a transmission of at least one second value sequence by the second participant (22) and wherein the first participant (21) Base of information about the at least one first value sequence and on the basis of one of an overlay of the at least one generated first sequence of values with the at least one second value sequence on the transmission channel (30) resulting overlay value sequence a secret or a key, characterized in that the transmission of the at least one first value sequence by the at least one further module (60) depends on one by the first participant (21) is initiated by the second participant (22) received first message.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Botschaft von dem ersten Teilnehmer (21) über den Übertragungskanal (30) empfangen wird. A method according to claim 1, characterized in that the first message is received by the first subscriber (21) via the transmission channel (30).
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Botschaft exklusiv zur Auslösung der Übertragung der ersten Wertfolge vorgesehen ist. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the first message is provided exclusively for triggering the transmission of the first value sequence.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Botschaft die zweite Wertfolge umfasst. 4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the first message comprises the second value sequence.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der ersten Wertfolge zu einer vorbestimmten Zeit nach Empfang oder Versendung der ersten Botschaft erfolgt. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the transmission of the first value sequence takes place at a predetermined time after receiving or sending the first message.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeit konfigurierbar ist, insbesondere durch eine Recheneinheit der Schaltungsanordnung. 6. The method according to claim 5, characterized in that the predetermined time is configurable, in particular by a computing unit of the circuit arrangement.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Modul (60) die erste Botschaft empfängt und die Übertragung der ersten Wertfolge abhängig von dem Empfang der ersten Botschaft selbständig veranlasst. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one further module (60) receives the first message and independently causes the transmission of the first value sequence depending on the reception of the first message.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kommunikationsmodul (50, 71) die erste Botschaft empfängt, dass mindestens eine Kommunikationsmodul (50, 71) abhängig von dem Empfang der ersten Botschaft ein Auslösesignal an das mindestens eine weitere Modul (60, 72) sendet und dass das mindestens eine weitere Modul (60, 72) die Übertragung der ersten Wertfolge abhängig von dem Auslösesignal veranlasst. 8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one communication module (50, 71) receives the first message that at least one communication module (50, 71) depending on the reception of the first message, a trigger signal to the at least sends a further module (60, 72) and that the at least one further module (60, 72) causes the transmission of the first value sequence depending on the trigger signal.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (50, 71) die erste Botschaft empfängt, dass eine Recheneinheit (70) der Schaltungsanordnung abhängig von dem Empfang der ersten Botschaft durch das Kommunikationsmodul (50, 71) ein Auslösesignal an das mindestens eine weitere Modul (60, 72) sendet und dass das mindestens eine weitere Modul (60, 72) die Übertragung der ersten Wertfolge abhängig von dem Auslösesignal veranlasst. 9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the communication module (50, 71) receives the first message that a computing unit (70) of the circuit arrangement depends on the receipt of the first message by the communication module (50, 71). a trigger signal to the at least one further module (60, 72) transmits and that the at least one further module (60, 72) causes the transmission of the first value sequence depending on the trigger signal.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilnehmer (21) mindestens eine weitere erste Wertfolge so bereit stellt, dass diese direkt im Anschluss an die zuvor übertragene erste Wertfolge über den Übertragungskanal (30) übertragen werden kann. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first subscriber (21) provides at least one further first value sequence so that it can be transmitted directly after the previously transmitted first value sequence via the transmission channel (30).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere erste Wertfolge weitgehend synchron zu einer Übertragung einer weiteren zweiten Wertfolge durch den zweiten Teilnehmer (22) übertragen wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that the further first value sequence is transmitted largely synchronously to a transmission of a further second value sequence by the second subscriber (22).
12. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen. 12. Computer program, which is adapted to perform the steps of a method according to any one of claims 1 to 11.
13. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist. 13. An electronic storage medium on which a computer program according to claim 12 is stored.
14. Schaltungsanordnung, insbesondere Mikrocontroller, umfassend mindestens ein Kommunikationsmodul (50, 71) zur Kommunikation der Schaltungsanordnung als Teil eines ersten Netzwerkteilnehmers (21) mit mindestens einem zweiten Netzwerkteilnehmer (22) über einen Übertragungskanal (30), insbesondere über eine Busverbindung, wobei die Schaltungsanordnung mindestens ein weiteres Modul (60, 72) aufweist, welches dazu eingerichtet ist, eine Übertragung mindestens einer ersten Wertfolge auf dem Übertragungskanal (30) zumindest teilweise synchron zu einer Übertragung mindestens einer zweiten Wertfolge durch den zweiten Netzwerkteilnehmer (22) zu veranlassen, sowie ein Geheimnis auf Basis der mindestens einen ersten Wertfolge und auf Basis einer auf dem Übertragungskanal (30) bei der synchronen Übertragung der mindestens einen ersten Wertfolge und der mindestens einen zweiten Wertfolge resultierenden Wertfolge zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Modul (60, 72) dazu eingerichtet ist, die Übertragung der mindestens einen ersten Wertfolge abhängig von einer durch den ersten Teilnehmer (21) von dem zweiten Teilnehmer (22) empfangenen ersten Botschaft zu veranlassen. 14. Circuit arrangement, in particular microcontroller, comprising at least one communication module (50, 71) for communication of the circuit arrangement as part of a first network participant (21) with at least one second network participant (22) via a transmission channel (30), in particular via a bus connection, wherein the Circuit arrangement has at least one further module (60, 72), which is adapted to cause a transmission of at least one first value sequence on the transmission channel (30) at least partially synchronously to a transmission of at least one second value sequence by the second network participant (22), and to determine a secret on the basis of the at least one first value sequence and on the basis of a value sequence resulting on the transmission channel (30) during the synchronous transmission of the at least one first value sequence and the at least one second value sequence, characterized in that the further module (60, 72 ) to ei is directed to cause the transmission of the at least one first value sequence depending on a first message received by the first subscriber (21) from the second subscriber (22).
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