DE10162291A1 - Verfahren und Anordnung zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welches insbesondere zur Sicherung von TestROM-basierten Selbsttests in Smartcards gegen unbefugtes Ausführen dieser Tests genutzt werden kann. Die Auswertung des Testablaufs geschieht mittels eines Signaturregisters, welches alle Code- und Datentransfers aufzeichnet und miteinander verschlüsselt. Die Ausführung des TestROMs wird im Allgemeinen als hoch sicherheitsrelevant angesehen und unterliegt diversen Schutzmaßnahmen, wie z. B. Fuses. Durch die Erfindung werden diese Schutzmaßnahmen erweitert, indem bei Ausführung des TestROMs neue Signaturen im Register erzeugt werden. Während der Programmausführung des TestROMs wird der Inhalt (oder ein einzelnes Bit) des Signaturregisters mit einem über ein I/O-Pad eingespeisten Signal verglichen. Unterscheiden sich das Bit aus dem Signaturregister und das extern eingegebene Signal, so wird ein Reset ausgelöst. Eine Ausführung des TestROMs ist somit nur möglich, wenn die intern erzeugte Signatur bekannt ist. Sicherheitsrelevante Prozesse in der TestROM-Ausführung lassen sich auf diese Weise wirksam schützen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, die insbesondere genutzt werden können zur Sicherung eines TestROM-basierten Selbsttests gegen unbefugtes Ausführen bei der Herstellung von Smartcards.
  • Die Entwicklung der Mikroelektronik in den 1970er Jahren ermöglichte es, kleine Computer im Kreditkartenformat ohne Benutzungsschnittstelle herzustellen. Solche Computer werden als Smartcards bezeichnet. In einer Smartcard sind Datenspeicher und arithmetisch-logische Einheit in einem einzigen Chip von wenigen Quadratmillimetern Größe integriert. Smartcards werden insbesondere als Telefonkarten, GSM-SIM-Karten, im Bankenbereich und im Gesundheitswesen eingesetzt. Die Smartcard ist damit zur allgegenwärtigen Rechenplattform geworden.
  • Smartcards werden derzeit vornehmlich als sicherer Aufbewahrungsort für geheime Daten und als sichere Ausführungsplattform für kryptographische Algorithmen betrachtet. Die Annahme einer relativ hohen Sicherheit der Daten und Algorithmen auf der Karte liegt im Hardwareaufbau der Karte und den nach außen geführten Schnittstellen begründet. Die Karte stellt sich nach außen als "Black Box" dar, deren Funktionalität nur über eine wohldefinierte Hardware- und Softwareschnittstelle in Anspruch genommen werden kann, und die bestimmte Sicherheitspolicies erzwingen kann. Zum einen kann der Zugriff auf Daten an bestimmte Bedingungen geknüpft werden. Kritische Daten, wie z. B. geheime Schlüssel eines Public-Key-Verfahrens, können dem Zugriff von außen sogar völlig entzogen werden. Zum anderen ist eine Smartcard in der Lage, Algorithmen auszuführen, ohne daß die Ausführung der einzelnen Operationen von außen beobachtet werden kann. Die Algorithmen selbst können auf der Karte vor Veränderung und Auslesen geschützt werden. Im objektorientierten Sinn läßt sich die Smartcard als abstrakter Datentyp auffassen, der über eine wohldefinierte Schnittstelle verfügt, ein spezifiziertes Verhalten aufweist und selbst in der Lage ist, die Einhaltung bestimmter Integritätsbedingungen bezüglich seines Zustandes sicherzustellen.
  • Es gibt im Wesentlichen zwei verschiedene Typen von Smartcards. Speicherkarten besitzen lediglich eine serielle Schnittstelle, eine Adressierungs- und Sicherheitslogik und ROM- und EEPROM-Speicher. Diese Karten besitzen nur eingeschränkte Funktionalität und dienen einer spezifischen Anwendung. Dafür sind sie besonders billig herzustellen. Als Mikroprozessorkarten hergestellte Smartcards stellen im Prinzip einen vollständigen Universalrechner dar.
  • Der Herstellungs- und Auslieferungsprozeß für Chipkarten gliedert sich in folgende Phasen:
    • - Herstellen des Halbleiters,
    • - Einbetten des Halbleiters,
    • - Bedrucken der Karte,
    • - Personalisierung der Karte,
    • - Ausgeben der Karte.
  • Im Allgemeinen wird jede Phase von einer auf die jeweilige Arbeit spezialisierten Firma durchgeführt. Beim Herstellen der Halbleiter ist insbesondere bei Karten mit festverdrahteter Sicherheitslogik auf eine gute betriebsinterne Sicherheit zu achten. Damit vom Hersteller ein korrekter Endtest durchgeführt werden kann, muß der komplette Speicher frei zugänglich sein. Erst nach dem Endtest wird der Chip durch einen Transportcode gesichert. Danach ist der Zugriff auf den Kartenspeicher nur für berechtigte Stellen, die den Transportcode kennen, möglich. Ein Diebstahl fabrikneuer Halbleiter bleibt damit ohne Folgen. Berechtigte Stellen können Personalisierer bzw. Kartenausgeber sein. Für das Einbetten und Bedrucken sind keine weiteren Sicherungsfunktionen notwendig. Die betreffenden Firmen brauchen den Transportcode nicht zu kennen.
  • Im Allgemeinen überträgt nicht der Kartenhersteller, sondern die ausgebende Stelle (z. B. Bank, Telefongesellschaft, Krankenkasse etc.) die personenspezifischen Daten in die Karte. Diesen Vorgang nennt man Personalisierung. Für sie ist die Kenntnis des Transportcodes notwendig.
  • Das Ausgeben der Karte, also der Transport von der ausgebenden Stelle zum Karteninhaber, stellt ein weiteres Sicherheitsproblem dar. Genau genommen ist nur die persönliche Ausgabe an den Karteninhaber gegen Unterschrift und Vorlage des Personalausweises sicher. Ein Versand per Post ist zwar oft wirtschaftlicher, aber auch ziemlich unsicher. Ein Problem ist auch das Übermitteln der PIN an den Karteninhaber, hier muß die gleiche Sorgfalt wie für die Karte gelten.
  • Bedingt durch die brisanten, sicherheitsrelevanten Inhalte der auf Smartcard-Controllern befindlichen Speicher ist neben der Beachtung dieser Sicherungsmaßnahmen ein zusätzlicher Schutz gegen mögliche Aktivitäten von Hackern zu gewährleisten, die sich auf alle Phasen des Lebenslaufes einer Smartcard - beginnend von der Herstellung, über Transport, Nutzung der Karte bis zu Manipulationen unbrauchbar gewordener Karten - erstrecken.
  • Eine Möglichkeit, an geheime Informationen zu gelangen, besteht darin, in Smartcard- Controllern einen Selbsttest aus einem TestROM zu veranlassen. In Smartcard-Controllern werden Selbsttests aus einem TestROM zur funktionalen Überprüfung der Schaltung während des Produktionstests ausgeführt. Die Auswertung des Testablaufes geschieht mittels eines Signaturregisters, welches alle Code- und Datentransfers aufzeichnet und miteinander verschlüsselt. Das Ergebnis eines Tests ist dann eine mehrere Bytes umfassende Signatur. Die Ausführung des TestROMs wird im Allgemeinen als hoch sicherheitsrelevant angesehen und unterliegt diversen statischen Schutzmaßnahmen (z. B. Fuses). Das Ausführen des TestROMs wird durch diverse statische z. B. Fuses bzw. gering-dynamische Sicherungen verhindert.
  • Sollten diese implementierten statischen bzw. gering-dynamischen Schutzmaßnahmen gegen unbeabsichtigtes Ausführen des TestROMs umgangen werden können, ist ein Ausführen des TestROMs inklusive evtl. sicherheitsrelevanter Routinen möglich.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Anordnung sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium der gattungsgemäßen Art anzugeben, mittels welchen die Nachteile der herkömmlichen Schutzmaßnamen, insbesondere der statischen bzw. gering-dynamischen Sicherungen, vermieden werden können und in einfacher und effizienter Weise das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen verhindert wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 11, 13 und 14 im Zusammenwirken mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
  • Ein besonderer Vorteil des Verfahrens zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen besteht darin, daß während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
  • Eine Anordnung zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen ist vorteilhafterweise so eingerichtet, daß sie einen Prozessor umfaßt, der derart eingerichtet ist, daß das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen verhinderbar ist, indem während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
  • Ein Computerprogrammprodukt zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen umfaßt ein computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer oder Smartcard-Controller ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers oder des Smartcard-Controllers geladen worden ist, das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen zu verhindern, indem während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
  • Um das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen zu verhindern, wird vorteilhafterweise ein computerlesbares Speichermedium eingesetzt, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer oder Smartcard-Controller ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers oder des Smartcard-Controllers geladen worden ist, das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen zu verhindern, indem während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Zeittakte für die Erzeugung der Signaturdaten durch System-Clocks vorgegeben werden.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß in jedem vorgegebenem Zeittakt ein Vergleich der Signaturdaten erfolgt.
  • Als vorteilhaft erweist es sich, daß die Signaturdaten erzeugt werden, indem die bei einem Programmablauf ausgeführten Code- und Datentransfers aufgezeichnet und miteinander verschlüsselt werden.
  • Zur weiteren Nutzung können die Signaturdaten in einem Signaturregister abgelegt werden.
  • Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß pro System-Clock ein einzelnes Bit aus dem Signaturregister mit einem extern zugeführten Signal verglichen wird.
  • Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird, indem sofort ein Reset ausgelöst wird.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zuführung der externen Daten über ein I/O-Pad erfolgt.
  • Zur Verhinderung des unbefugten Ausführens von Computerprogrammen kann es sich als vorteilhaft erweisen, daß ein Signaturvergleich nur für einen eingeschränkten Teil des Adreßbereichs im TestROM erfolgt.
  • In bevorzugter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß durch das zu schützende Computerprogramm ein Selbsttest aus einem TestROM eines Smartcard-Controllers ausgeführt wird.
  • Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, daß der Prozessor Teil eines Smartcard-Controllers und die Anordnung eine Smartcard ist.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß im Allgemeinen nur dem Hersteller die interne Signatur des Selbsttests bekannt ist, wodurch eine wesentliche Verbesserung der sicherheitsrelevanten Prozeßabläufe erreicht wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend im Ausführungsbeispiel eines TestROM-basierten Selbsttests näher erläutert.
  • Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren wird bei der Erfindung nicht nur eine Signatur erzeugt und im Signaturregister abgelegt, sondern die Absicherung z. B. eines Test- ROM-basierten Selbsttests gegen unbefugtes Ausführen umfaßt eine vielfache, definierte Änderung der Signatur durch eine externe Einspeisung der Signatur. Damit wird ein dynamischer TestROM-Schutz erreicht. Die Ausführung des TestROMs erzeugt pro System- Clock eine neue Signatur im Signaturregister. Der additionelle Schutz des Ausführens des TestROMs besteht darin, daß während der Programmausführung des TestROMs pro System-Clock ein einzelnes Bit des Signaturregisters mit einem über ein I/O-Pad eingespeisten Signal verglichen wird. Unterscheiden sich das Bit aus dem Signaturregister und das extern eingespeiste Bit, wird unmittelbar ein Reset ausgelöst. Eine Ausführung des Test- ROMs ist damit nur möglich, wenn die intern erzeugte Signatur bekannt ist, was nur beim Hersteller der Fall ist. Zum Abarbeiten asynchroner Vorgänge läßt sich der Signaturvergleich ggf. auf bestimmte Adreßbereiche im TestROM begrenzen. Insbesondere sicherheitsrelevante Prozesse in der TestROM-Ausführung lassen sich auf diese Weise wirksam schützen.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Verhinderung unbefugten Ausführens von Computerprogrammen, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeittakte für die Erzeugung der Signaturdaten durch System-Clocks vorgegeben werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem vorgegebenen Zeittakt ein Vergleich erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaturdaten erzeugt werden, indem die bei einem Programmablauf ausgeführten Code- und Datentransfers aufgezeichnet und miteinander verschlüsselt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaturdaten in einem Signaturregister abgelegt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß pro System-Clock ein einzelnes Bit aus dem Signaturregister mit einem extern zugeführten Signal verglichen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird, indem sofort ein Reset ausgelöst wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der externen Daten über ein I/O-Pad erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signaturvergleich nur für einen eingeschränkten Teil des Adreßbereichs im TestROM erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Computerprogramm ein Selbsttest aus einem TestROM eines Smartcard-Controllers ausgeführt wird.
11. Anordnung mit einem Prozessor, der derart eingerichtet ist, daß das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen verhinderbar ist, indem während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
12. Anordnung mit einem Prozessor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor Teil eines Smartcard-Controllers und die Anordnung eine Smartcard ist.
13. Computerprogrammprodukt, das ein computerlesbares Speichermedium umfaßt, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer oder Smartcard-Controller ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers oder des Smartcard-Controllers geladen worden ist, das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen zu verhindern, indem während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
14. Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer oder Smartcard-Controller ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers oder des Smartcard-Controllers geladen worden ist, das unbefugte Ausführen von Computerprogrammen zu verhindern, indem während der Ausführung eines Computerprogramms in vorgebbaren Zeittakten Signaturdaten erzeugt werden, wenigstens eine Teilmenge dieser Signaturdaten mit dem Computerprogramm extern zugeführten Daten verglichen und bei Nichtübereinstimmung der zu vergleichenden Daten die Ausführung des Computerprogramms abgebrochen wird.
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