DE10110049A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Programmierung von Steuergeräten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Programmierung von Steuergeräten

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Programmierung von Steuergeräten beschrieben. DOLLAR A Bei dem Verfahren werden die zu übertragenden Daten byteweise in einem Programmiergerät mit einem ersten Schlüssel verschlüsselt und anschließend über eine Datenleitung zu einem Steuergerät übertragen. Abschließend werden die Daten in dem Steuergerät (11) mit einem zweiten Schlüssel, der im Steuergerät (11) vorgesehen ist, entschlüsselt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Programmierung von Steuergeräten.
Stand der Technik
Um zu verhindern, daß elektronisch gespeicherte Daten abge­ hört oder gar verändert werden, werden diese verschlüsselt. Ohne den entsprechenden Schlüssel zum Entschlüsseln können diese Daten dann nicht von einem Nichtberechtigten verwer­ tet werden.
Bei der Programmierung von Steuergeräten wird ein Daten­ strom über eine Datenleitung von einem Programmiergerät zu einem Steuergerät zu dessen Programmierung übertragen. So­ wohl von Anwendern als auch vom Gesetzgeber werden mittler­ weile Verfahren zur Verschlüsselung des Datenstroms gefor­ dert. Auf diese Weise soll ein nicht bestimmungsgemäßer Zu­ griff auf den Inhalt der Speicherbausteine im Steuergerät verhindert werden.
Dabei ist zu beachten, dass das Verschlüsselungsverfahren geeignet sein soll, zusammen mit anderen Codierverfahren und Kompressionsverfahren verwendet zu werden, ohne an Wirksamkeit zu verlieren oder eine gegenseitige Behinderung der Verfahren zu verursachen.
Zu unterscheiden ist zwischen symmetrischen und asymmetri­ schen Verfahren. Bei den symmetrischen Verfahren wird ein Schlüssel sowohl zum Verschlüsseln als auch zum Entschlüs­ seln verwendet. Bei asymmetrischen Verfahren unterscheidet sich der Schlüssel zum Verschlüsseln von demjenigen zum Entschlüsseln.
Bekannt ist ein symmetrisches, blockorientiertes Verschlüs­ selungsverfahren, bei dem wandernde XOR-Masken zur Ver­ schlüsselung eingesetzt werden. Dieses Verfahren zeichnet sich durch seine Einfachheit aus und eignet sich daher be­ sonders für den Einsatz in Steuergeräten. Nachteilig ist dabei, dass größere Bereiche bekannter Daten (z. B. Füllbe­ reiche, welche meistens aus FFh oder 00h bestehen) dem po­ tentiellen Angreifer den Schlüssel verraten können. Beson­ ders bei der Verwendung von Kompressionsverfahren, welche auf dem Huffmann-Coding basieren, treten üblicherweise län­ gere Ketten gleicher Bits auf. Dies erleichtert dem Angrei­ fer die Entschlüsselung des Codes.
Aus der US-Patentschrift 5,724,428 ist ein Verfahren zur Übertragung von Daten bekannt, welches eine Verschlüsselung und Entschlüsselung der übertragenen Daten ermöglicht. Die Druckschrift beschreibt die Verwendung eines geheimen Schlüssels, welcher wiederum in verschlüsselter Form vom Sender zum Empfänger übertragen wird. Dieser geheime Schlüssel wird im weiteren dazu verwendet, um die zu über­ tragenden Daten zu verschlüsseln und zu entschlüsseln.
Das Verschlüsselungsverfahren an sich verwendet ein Feld von beliebiger Größe, welches mit den zu verschlüsselnden Werten verknüpft wird. Hierbei ist von Bedeutung, dass die zu verschlüsselnden Daten zunächst in erste und zweite Wor­ te aufgeteilt werden. Diese Worte haben beliebige, aber fe­ ste Längen. Anschließend wird auf diese Worte eine inver­ tierbare Operation angewandt. Dabei werden zunächst die er­ sten Worte mit dem ersten Element des oben beschriebenen Feldes verknüpft und dann die zweiten Worte mit dem zweiten Element des Feldes verknüpft. Anschließend werden die Worte wechselweise über die invertierbare Operation miteinander verknüpft und danach um jeweils die Anzahl von Stellen ro­ tiert, welche dem jeweils anderen Wort entspricht. Danach wird das jeweils nächste Element des oben beschriebenen Feldes zu den Worten addiert.
Da die zu verschlüsselnden Daten in erste und zweite Worte aufgeteilt werden, kann dieses Verfahren nicht auf einzelne Bytes angewendet werden. Die Tatsache, dass jedesmal der Schlüssel mit übertragen werden muss, erweist sich als auf­ wendig und riskant.
Die vorliegende Erfindung soll ein alternatives Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Pro­ grammierung von Steuergeräten angeben.
Vorteil der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, dass die zu übertragenden Daten zunächst in einem Programmiergerät mit einem ersten Schlüssel ver­ schlüsselt werden, die verschlüsselten Daten über eine Da­ tenleitung zu einem Steuergerät übertragen werden und die Daten in dem Steuergerät mit einem zweiten Schlüssel, der im Steuergerät vorgesehen ist, entschlüsselt werden.
Dadurch, dass der Schlüssel nicht mitübertragen wird, son­ dern bereits im Steuergerät vorgesehen ist, verringert sich die zu übertragende Datenmenge und erhöht sich die Sicher­ heit.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Programmierung von Steuergeräten weist ein Program­ miergerät auf, bei dem ein erster Schlüssel vorgesehen ist, ein Steuergerät, bei dem ein zweiter Schlüssel vorgesehen ist und eine Datenleitung zur Übertragung der verschlüssel­ ten Daten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl ein symme­ trisches Verschlüsselungsverfahren als auch ein asymmetri­ sches Verschlüsselungsverfahren zur Anwendung kommen. Sind der erste und der zweite Schlüssel identisch, so handelt es sich um ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren. Sind der erste und zweite Schlüssel nicht identisch, findet ein asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren Anwendung.
Bevorzugt wird für die Verschlüsselung eine Tabelle 5 mit m Elementen S0 bis Sm-1 verwendet. Auf diese Tabelle wird mit­ tels einer Hash-Funktion h(x) zugegriffen. h(x) dient dabei als Index.
Ein verschlüsseltes Byte n* wird aus einem unverschlüssel­ ten Byte n nach folgender Vorschrift gebildet (Für Ent­ schlüsselung und Verschlüsselung ist ein Startwert n-1 not­ wendig):
Aus einem verschlüsselten Byte n* wird das unverschlüsselte Byte n nach folgender Vorschrift gebildet:
Der Schlüssel kann sowohl als elektronischer Schaltkreis, beispielsweise in einem ASIC, implementiert sein als auch als Computerprogramm vorliegen.
Das Computerprogramm kann auf geeigneten Datenträgern, wie EEPROMs, Flash-Memories aber auch CD-ROMs, Disketten oder Festplattenlaufwerken gespeichert sein. Abgearbeitet wird das Computerprogramm von einer elektronischen Rechenein­ heit, zum Beispiel einem Mikroprozessor, im Programmierge­ rät bzw. Steuergerät.
Bevorzugt weisen das Programmiergerät und das Steuergerät jeweils eine elektronische Recheneinheit und einen Spei­ cherbaustein auf, die über einen Datenbus miteinander ver­ bunden sind. Als elektronische Recheneinheit dient bei­ spielsweise ein Mikroprozessor.
Auch für denn Fall, dass der Schlüssel vom Sender zum Emp­ fänger übertragen wird, eignet sich als Schlüssel eine Ta­ belle, auf die mittels einer Hash-Funktion zugegriffen wird.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung, und
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens im Flussdiagramm.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung. Zu erkennen sind ein Programmiergerät 10, ein Steuergerät 11 und eine Datenleitung 12. Weiterhin sind im Programmiergerät 10 ein Mikroprozessor 13 und ein Spei­ cherelement 14 zu erkennen, die über einen Datenbus 15 mit­ einander verbunden sind. Ein vergleichbarer schematischer Aufbau findet sich ebenfalls im Steuergerät 11. In diesem sind ein Mikroprozessor 16, ein Speicherbaustein 17 und ein Datenbus 18 dargestellt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert:
Im Speicherbaustein 14 des Programmiergeräts 10 sind Daten zur Programmierung des Steuergeräts 11 abgelegt. Mittels einer Tabelle und einer Hash-Funktion, die ebenfalls im Speicherbaustein 14 gespeichert sind, werden die Daten mit dem Mikroprozessor 13 verschlüsselt.
Das Verfahren bedient sich dabei folgender reversibler Ope­ rationen:
  • - linksseitige Rotation (innerhalb eines Bytes): <<<
  • - rechtsseitige Rotation (innerhalb eines Bytes): <<<
  • - byteweises exklusives Oder: ⊕
Die Ergebnisse seien dabei invariant bezüglich Rotation um Vielfache von 8.
Für die Verschlüsselung wird eine Tabelle S mit m Elementen S0 bis Sm-1 verwendet. Auf diese Tabelle wird mittels einer Hash-Funktion h(x) zugegriffen. h(x) dient dabei als Index.
Zur einfacheren Beschreibung werden die während der Ver­ schlüsselung aufeinanderfolgenden Bytes mit einem Index i, mit i = 0, 1, 2, . . . versehen.
Ein verschlüsseltes Byte n* wird aus einem unverschlüssel­ ten Byte n nach folgender Vorschrift gebildet (Für Ent­ schlüsselung und Verschlüsselung ist ein Startwert n-1 not­ wendig):
n-1 ∼ S0 (Formel 1)
Die verschlüsselten Daten werden anschließend über die Da­ tenleitung 12 zum Steuergerät 11 übertragen. Werden die Da­ ten bei der Übertragung abgehört, ist dies unschädlich, da die verschlüsselten Daten ohne den Schlüssel, der nicht mit übertragen wird, nicht verwertet werden können.
Die verschlüsselten Daten werden im Speicherbaustein 17 des Steuergeräts 11 gespeichert. Im Speicherbaustein 17 befin­ det sich der gleiche Schlüssel wie im Speicherbaustein 14 des Programmiergerät 10. Mit diesen werden die Daten wieder entschlüsselt.
Aus einem verschlüsselten Byte n* wird das unverschlüsselte Byte n nach folgender Vorschrift gebildet:
Anschließend kann das Steuergerät 11 programmiert werden. Dabei werden die entschlüsselten Daten mit dem Mikroprozes­ sor 16 abgearbeitet.
Das Flussdiagramm in Fig. 2 verdeutlicht den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem Schritt 20 wird zunächst die Verschlüsselung der Daten, welche zur Programmierung des Steuergeräts vorgese­ hen sind, durchgeführt. Die zu verschlüsselnden Daten wer­ den dabei nicht, wie dies wie im Stand der Technik be­ schrieben ist, in erste und zweite Worte aufgeteilt. Da­ durch kann das Verfahren auch auf einzelne Bytes angewendet werden. Das Verfahren wendet eine Rotation um eine Anzahl von Stellen an, welche von der gesamten Vorgeschichte der Verschlüsselung abhängig ist. Die Verschlüsselung eines Bytes ist somit nicht vorbestimmt sondern abhängig von der Vorgeschichte.
Die Elemente des Feldes werden nicht in linearer Reihenfol­ ge eingesetzt, sondern über eine Hash-Funktion ausgewählt. Die Verknüpfung erfolgt nicht additiv, sondern über ein ex­ klusives Oder. Ein zusätzlicher Parameter ist nicht die An­ zahl der Operation, sondern die Auswahl der Hash-Funktion. Dies reduziert die Laufzeit erheblich.
In einem anschließenden Verfahrensschritt 21 erfolgt die Datenübertragung über die Datenleitung 12. Da die übertra­ genen Daten verschlüsselt sind, sind sie für einen mögli­ chen Angreifer nicht zu verwerten.
Anschließend werden in einem Verfahrensschritt 22 die Daten eingelesen, d. h. im Speicherbaustein 17 des Steuergeräts 11 abgelegt.
Abschließend erfolgt in einem Schritt 23 die Entschlüsse­ lung der Daten. Der Schlüssel zum Entschlüsseln ist als Computerprogramm im Speicherbaustein des Steuergeräts 11 abgelegt.
Zur Entschlüsselung wird der gleiche Schlüssel wie derjeni­ ge zum Verschlüsseln verwendet. Es handelt sich somit hier um ein symmetrisches Verfahren.
Im Vergleich zum oben beschriebenen Verfahren, bei welchem wandernde XOR-Masken zur Verschlüsselung eingesetzt werden, wird der Schlüssel nicht in dem Datenstrom oder zusammen mit sonstigen Parametern übertragen, sondern befindet sich bereits im Steuergerät. Außerdem wird keine Tabelle anhand solcher Parameter aus Pseudozufallszahlen generiert.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren erfolgt keine Addition von Schlüsselwerten während der Ver- und Entschlüsselung. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Eingangswerte nicht auf zwei oder mehr Register zerteilt, um diese danach simultan zu verändern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Schlüssel, in diesem Fall die Tabelle und die Hash-Funktion, nicht im Datenstrom über die Datenleitung übertragen wird, sondern sich bereits im Steuergerät befin­ det.
Da das beschriebene Verfahren die Eingangswerte nicht auf zwei oder mehr Register verteilt, um diese danach simultan zu verändern, kann es auch auf einzelne Bytes angewendet werden, dies ist insbesondere im Rahmen der Anwendung in­ nerhalb der Flashprogrammierung vorteilhaft.
Typischerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren von ei­ ner Vielzahl von Anwendern eingesetzt werden. Deshalb muss sichergestellt sein, dass ein versehentlicher Datenaus­ tausch zwischen verschiedenen Anwendern vermieden wird. Aufgrund der Tatsache, dass das beschriebene Verfahren pa­ rametrisierbar ist, kann dies vermieden werden.
Mit dem Verfahren sind große Bereiche mit gleichem Inhalt (Füllbereiche) sicher zu verschlüsseln. Die kodierten Be­ reiche geben keinen Aufschluß über den verwendeten Schlüs­ sel. Eine byteweise Zuordnung zwischen Ein- und Ausgangsda­ ten ist nicht möglich.
Das Verfahren erfordert keinen temporären Speicherplatz für den Datenstrom bzw. Teile daraus. Lediglich ein Byte wird als Speicherplatz für die laufende Summe benötigt. Auch der Bedarf an Code für die Entschlüsselung ist sehr gering (ca. 130 Bytes). Für den Einsatz in Kfz-Steuergeräten ist dies von großer Bedeutung.
Es ist auch möglich, durch Verwendung einer benutzerspezi­ fischen Tabelle das Verfahren an unterschiedliche Anforde­ rungen anzupassen. Zusätzlich kann eine beliebige Hash- Funktion für den Tabellenzugriff verwendet werden, um mög­ liche Rückschlüsse auf den Inhalt der Tabelle zu erschwe­ ren.
Der Datendurchsatz bei dem beschriebenen System liegt bei­ spielsweise bei mehr als 7 MB/Minute.

Claims (14)

1. Verfahren zur Datenverschlüsselung bei der Programmie­ rung von Steuergeräten (11), bei dem die zu übertragenden Daten in einem Programmiergerät (10) mit einem ersten Schlüssel verschlüsselt werden, die verschlüsselten Daten über eine Datenleitung (12) zu einem Steuergerät (11) über­ tragen werden und die Daten in dem Steuergerät (11) mit ei­ nem zweiten Schlüssel, der im Steuergerät (11) vorgesehen ist, entschlüsselt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schlüssel identisch sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schlüssel nicht identisch sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlüssel eine Tabelle verwendet wird, auf die mittels einer Hash-Funktion zugegriffen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schlüssel in ei­ ner elektronischen Schaltung implementiert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schlüssel als Computerprogramm vorliegt.
7. Vorrichtung zur Datenverschlüsselung bei der Program­ mierung von Steuergeräten, mit einem Programmiergerät (10), bei dem ein erster Schlüssel vorgesehen ist, einem Steuer­ gerät (11), bei dem ein zweiter Schlüssel vorgesehen ist und einer Datenleitung (12) zur Übertragung der verschlüs­ selten Daten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schlüssel identisch sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schlüssel nicht identisch sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmiergerät und das Steuerge­ rät jeweils eine elektronische Recheneinheit (13, 16) und einen Speicherbaustein (14, 17) umfassen, die über einen Datenbus (15, 18) miteinander verbunden sind.
11. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um die Ver­ schlüsselung mittels einer Tabelle und einer Hash-Funktion durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer entspre­ chenden Recheneinheit, insbesondere in einer elektronischen Recheneinheit in einem Programmiergerät (10) ausgeführt wird.
12. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um die Ent­ schlüsselung mittels einer Tabelle und einer Hash-Funktion durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer entspre­ chenden Recheneinheit, insbesondere in einer elektronischen Recheneinheit in einem Steuergerät (11) ausgeführt wird.
13. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um die Verschlüsselung mittels einer Tabelle und einer Hash- Funktion durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer elektronischen Recheneinheit, insbesondere einer elektroni­ schen Recheneinheit eines Programmiergerätes (10) ausge­ führt wird.
14. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um die Entschlüsselung mittels einer Tabelle und einer Hash- Funktion durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer elektronischen Recheneinheit, insbesondere einer elektroni­ schen Recheneinheit eines Steuergerätes (11) ausgeführt wird.
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