DE102005013909A1

DE102005013909A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Schlüsselreduktion

Info

Publication number: DE102005013909A1
Application number: DE200510013909
Authority: DE
Inventors: Markus Dichtl; Steffen Fries; Bernd Dr. Meyer; Michael Tietsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-09-28
Also published as: WO2006100157A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion der Verschlüsselungsstärke eines Schlüssels K zur Übertragung von Daten innerhalb eines Kommunikationsnetzes, bei dem Daten zwischen einer Mehrzahl von Kommunikationseinrichtungen C1, C2, S innerhalb eines Kommunikationsnetzes ausgetauscht werden. Es wird ein Schlüssel K, bestehend aus einer Anzahl von Schlüsselelementen, verwendet, wobei jede Kommunikationseinrichtung C1, C2, S des Kommunikationsnetzes die Reduktion der Verschlüsselungsstärke durchführt.
Der in seiner Stärke reduzierte Schlüssel Kr wird über eine sichere Verbindung zwischen den Kommunikationseinrichtungen des Kommunikationsnetzes übertragen. Die Transformation des Schlüssels K in einen Schlüssel Kr reduzierter Stärke erfolgt derart, dass die ursprüngliche Länge des Schlüssels K bei dem neu erzeugten Schlüssel Kr reduzierter Stärke beibehalten wird. Weiterhin wird die Reduktion der Verschlüsselungsstärke in geeigneter Weise verborgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion der Verschlüsselungsstärke eines Schlüssels zur Übertragung von Daten innerhalb eines Kommunikationsnetzes, wobei die Reduktion der Verschlüsselungsstärke in geeigneter Weise verborgen wird.

Der Advanced Encryption Standard (AES) ist ein symmetrisches Verschlüsselungssytem mit einer Mindestschlüssellänge von 128 Bit. AES gehört zur Klasse der Blockchiffren: Vor der eigentlichen Verschlüsselung werden die Daten zunächst in Blöcke unterteilt, deren Größe durch den Algorithmus vorgegeben ist. Anschließend wird jeder dieser Blöcke einzeln verschlüsselt. Der AES-Standard wurde beschrieben in
Advanced Encryption Standard, National Institute of Standards and Technology (NIST), FIPS-197, 2001.

Um bestimmten Anforderungen an länderspezifische Verschlüsselungsverfahren gerecht zu werden, ist eine Reduzierung der effektiven Schlüssellänge und damit der Verschlüsselungsstärke notwendig. Zum Beispiel kann die maximal zulässige effektive Schlüssellänge auf 56 Schlüsselelemente beziehungsweise Bit festgelegt sein. Da AES eine Mindestschlüssellänge von 128 Bit aufweist, ergibt sich das Problem, die Verschlüsselungsstärke entsprechend zu reduzieren, ohne dabei die Implementierung des AES-Verschlüsselungsverfahrens selbst zu ändern. In der US-Patentschrift 5,323,464 ist ein Verfahren zur Schlüsselreduzierung bezogen auf den AES-Vorläufer Data Encryption Standard (DES) beschrieben. Das dort vorgestellte Verfahren verhindert allerdings nicht, dass durch einen Produktmix von Komponenten, die schwache und starke Schlüssel unterstützen, eine Exportkontrolle umgangen werden kann. Weiterhin wird in dem dort beschriebenen Verfahren ein noch nicht reduzierter Schlüssel über eine sichere Verbindung gesendet.

Ziel der Erfindung ist es, die Verschlüsselungsstärke eines Schlüssels K zur Übertragung von Daten innerhalb eines Kommunikationsnetzes zu reduzieren, wobei der Schlüssel K so in einen Schlüssel Kr reduzierter Stärke transformiert wird, dass die ursprüngliche Länge des Schlüssels K bei dem neu erzeugten Schlüssel Kr reduzierter Stärke beibehalten wird, und wobei die Reduktion der Verschlüsselungsstärke in geeigneter Weise verborgen wird, und wobei das zugrunde liegende Verschlüsselungsverfahren beibehalten wird.

Dieses Ziel wird hinsichtlich einer Vorrichtung sowie hinsichtlich eines Verfahrens durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass für die Reduktion der Verschlüsselungsstärke das AES-Verschlüsselungsverfahren nicht modifiziert werden muss.

Weiterhin fällt kein zusätzlicher Testaufwand bezüglich des Verschlüsselungsverfahrens an.

Zusätzlich vereinfacht sich die Verwaltung der verschiedenen Produktversionen, die aufgrund bestimmter Anforderungen an länderspezifische Verschlüsselungsverfahren notwendig sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Kommunikationsnetz, bestehend aus zwei Endeinrichtungen C1 und C2 sowie einem Serversystem S,
2 den Schlüssel K und den in seiner Stärke reduzierten Schlüssel Kr,
3 ein weiteres Kommunikationsnetz, bestehend aus zwei Endeinrichtungen C1 und C2 sowie einem Serversystem S.
1 zeigt ein Kommunikationsnetz mit zwei Kommunikationseinrichtungen in Form von Endeinrichtungen C1 und C2, die über eine beispielsweise durch Transport Layer Security (TLS) geschützte Verbindung mit einer Kommunikationseinrichtung in Form eines Serversystems S verbunden sind. Das Serversystem S übernimmt hier beispielhaft die Funktion eines Deployment and Licensing Servers (DLS). In dem in 1 beispielhaft dargestellten Szenario registrieren und authentifizieren sich zunächst die beiden Endeinrichtungen C1 und C2 über die TLS-geschützte Leitung am Serversystem S durch Übermittlung einer Kombination aus Benutzernamen und Passwort.
2 zeigt beispielhaft den Schritt der Schlüsselgenerierung: Im Anschluss an eine erfolgreiche Registrierung und Authentifizierung generiert das Serversystem S einen 128 Bit langen Schlüssel K auf Basis eines Zufallszahlengenerators und maskiert 72 Bits in geeigneter Weise, zum Beispiel durch Setzen der Bits 127 bis 56 auf den Wert 0. Der so generierte Schlüssel Kr erfüllt weiterhin die Anforderung an die Minimallänge von 128 Bit für Schlüssel nach dem AES-Verfahren, ist jedoch aufgrund der erfolgten Maskierung und der damit effektiven Schlüssellänge von 56 Bit in seiner Stärke reduziert.
Für die Maskierung der 72 zu maskierenden Bits sind im folgenden zwei weitere Varianten zur Verbergung der maskierten Bits aufgeführt, die sich darin unterscheiden, wie leicht ein nicht eingeweihter Beobachter erkennen kann, dass es sich um einen Schlüssel reduzierter Stärke handelt. Weitere Varianten sind denkbar, insbesondere sind Varianten der Auswahl der 72 zu maskierenden Bits möglich.
In einer Variante erfolgt die Maskierung der 72 zu maskierenden Bits des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels Kr da durch, dass die Werte für Bit 127 bis Bit 56 des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels Kr durch eine AES-Verschlüsselung seiner Bits 55 bis 0 gewonnen werden, wobei die Bits 127 bis 56 des Ergebnisses dieser Verschlüsselung als Bits 127 bis 56 des Schlüssels Kr reduzierter Verschlüsselungsstärke verwendet werden.
In einer weiteren Variante erfolgt die Maskierung der 72 zu maskierenden Bits des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels Kr dadurch, dass die Werte der Bits 127 bis 56 des Schlüssels Kr reduzierter Verschlüsselungsstärke als Linearkombination, vorzugsweise in Form von XOR-Werten, von Teilmengen der Bits 55 bis 0 des Schlüssels Kr reduzierter Verschlüsselungsstärke gewonnen werden.
1 zeigt weiterhin den Übermittlungsprozess des Schlüssels reduzierter Stärke Kr an die Endeinrichtungen C1 und C2: Nach erfolgreicher Generierung des Schlüssels reduzierter Stärke Kr meldet das Serversystem S über die TLS-geschützten Verbindungen die Verfügbarkeit des Schlüssels Kr an die Endeinrichtungen C1 und C2. Die Endeinrichtungen C1 und C2 fordern daraufhin über die TLS-geschützten Verbindungen den Schlüssel Kr an. Das Serversystem S sendet auf diese Anforderung hin den Schlüssel Kr an die Endeinrichtungen C1 und C2.
Um sicherzustellen, dass alle Kommunikationseinrichtungen im Kommunikationsnetz die notwendige Schlüsselreduktion ausführen, führen die Endeinrichtungen C1 und C2 nach Erhalt des Schlüssels Kr eine erneute Schlüsselreduktion aus, indem die Bits 127 bis 56 in geeigneter Weise maskiert werden, zum Beispiel durch Setzen der Bits 127 bis 56 auf den Wert 0 oder durch Anwendung einer der oben erwähnten Varianten der Maskierung. Somit ist sichergestellt, dass auch im Falle eines heterogenen Kommunikationsnetzes mit Kommunikationseinrichtungen, die sowohl in ihrer Stärke reduzierte Schlüssel als auch nicht reduzierte starke Schlüssel verwenden, insgesamt die Verwendung von in ihrer Stärke reduzierten Schlüsseln gewährleistet ist.
3 zeigt den Einsatz des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels Kr beispielhaft in einem Voice over IP (VoIP)-Szenario. Das Serversystem S übernimmt hier die Funktion eines VoIP-Servers. Die Verbindungen von den Endeinrichtungen C1 und C2 zum Serversystem S stellen hierbei Signalverbindungen dar, über die die für eine VoIP-Sitzung notwendigen Signaldaten übertragen werden. Diese Signalverbindungen sind durch den Einsatz des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels Kr geschützt. Weiterhin tauschen die Endeinrichtungen C1 und C2 nach erfolgreichem Verbindungsaufbau über eine Verbindung zum Beispiel auf Basis des Secure Real-Time Transport Protocols SRTP Nutzdaten aus. Die SRTP-Verbindung ist durch den Einsatz des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels Kr geschützt.

Claims

Verfahren zur Reduktion der Verschlüsselungsstärke eines Schlüssels (K) zur Übertragung von Daten innerhalb eines Kommunikationsnetzes, a) bei dem Daten zwischen einer Mehrzahl von Kommunikationseinrichtungen (C1, C2, S) innerhalb eines Kommunikationsnetzes ausgetauscht werden, b) bei dem ein Schlüssel (K), bestehend aus einer Anzahl von Schlüsselelementen, verwendet wird, c) bei dem jede Kommunikationseinrichtung (C1, C2, S) des Kommunikationsnetzes die Reduktion der Verschlüsselungsstärke durchführt, d) bei dem der in seiner Stärke reduzierte Schlüssel (Kr) über eine sichere Verbindung zwischen den Kommunikationseinrichtungen des Kommunikationsnetzes übertragen wird, e) bei dem der Schlüssel (K) so in einen Schlüssel (Kr) reduzierter Stärke transformiert wird, dass die ursprüngliche Länge des Schlüssels (K) bei dem neu erzeugten Schlüssel (Kr) reduzierter Stärke beibehalten wird, und f) bei dem die Reduktion der Verschlüsselungsstärke in geeigneter Weise verborgen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion der Verschlüsselungsstärke des Schlüssels (K) durch Maskierung eines Teils der Schlüsselelemente des Schlüssels (K) geschieht, wodurch ein Schlüssel (Kr) reduzierter Verschlüsselungsstärke, aber mit gleicher Länge wie Schlüssel (K) gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem verwendeten Schlüssel (K) um einen Schlüssel auf der Basis eines Zufallszahlengenerators handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schlüsselelemente durch einzelne Bits repräsentiert werden und die Schlüssellänge 128 Bit beträgt, wobei 72 geeignete Bits maskiert werden, so dass sich für den Schlüssel (Kr) reduzierter Verschlüsselungsstärke eine effektive Schlüssellänge von 56 Bit ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung der 72 zu maskierenden Bits des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels (Kr) dadurch erfolgt, dass die Werte für Bit 127 bis Bit 56 des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels (Kr) durch eine AES-Verschlüsselung seiner Bits 55 bis 0 gewonnen werden, wobei die Bits 127 bis 56 des Ergebnisses dieser Verschlüsselung als Bits 127 bis 56 des Schlüssels (Kr) reduzierter Verschlüsselungsstärke verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung der 72 zu maskierenden Bits des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels (Kr) dadurch erfolgt, dass die Werte der Bits 127 bis 56 des Schlüssels (Kr) reduzierter Verschlüsselungsstärke als Linearkombination, vorzugsweise in Form von XOR-Werten, von Teilmengen der Bits 55 bis 0 des Schlüssels (Kr) reduzierter Verschlüsselungsstärke gewonnen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kommunikationseinrichtungen im Kommunikationsnetz durch ein Serversystem (S) repräsentiert wird zur Verteilung des Schlüssels (Kr) reduzierter Stärke an weitere Kommunikationseinrichtungen im Kommunikationsnetz.
Vorrichtung zur Reduktion der Verschlüsselungsstärke eines Schlüssels (K) zur Übertragung von Daten innerhalb eines Kommunikationsnetzes, a) mit Mitteln zum Austausch von Daten zwischen einer Mehrzahl von Kommunikationseinrichtungen (C1, C2, S) innerhalb eines Kommunikationsnetzes, b) mit Mitteln zur Verwendung eines Schlüssels (K), bestehend aus einer Anzahl von Schlüsselelementen, c) mit Mitteln für jede Kommunikationseinrichtung (C1, C2, S) des Kommunikationsnetzes zur Durchführung der Reduktion der Verschlüsselungsstärke, d) mit Mitteln zur Übertragung des in seiner Stärke reduzierten Schlüssels (Kr) über eine sichere Verbindung zwischen den Kommunikationseinrichtungen des Kommunikationsnetzes, e) mit Mitteln zur Transformation des Schlüssels (K) in einen Schlüssel (Kr) reduzierter Stärke unter Beibehaltung der ursprünglichen Länge des Schlüssels (K) bei dem neu erzeugten Schlüssel (Kr) reduzierter Stärke, f) mit Mitteln zum Verbergen der Reduktion der Verschlüsselungsstärke.