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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Informationsabgleich zwischen Geräten, insbesondere im Rahmen der Erzeugung eines gemeinsamen, symmetrischen, kryptographischen Schlüssels zwischen zwei Geräten aus Eigenschaften eines Übertragungskanals zwischen den Geräten. Weiterhin betrifft die Erfindung Geräte und Computerprogramme, die dazu eingerichtet sind, solche Verfahren durchzuführen.
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Stand der Technik
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Das vielbeschriebene Internet der Dinge (IoTS) soll nach verschiedenen Vorhersagen viele Milliarden miteinander verknüpfter Geräte bereits in wenigen Jahren umfassen. In einigen Bereichen wie z.B. der Heimautomatisierung (Smart Home), wird ein Großteil dieser Geräte batteriebetrieben sein, z.B. als funkbasierte Sensoren und Aktoren, die an eine zentrale Basisstation oder an andere funkbasierte Geräte angeschlossen sind. Für solche Geräte ganz besonders, aber auch für andere Teilnehmer am Internet der Dinge, ist eine energieeffiziente Umsetzung wichtig. Bisher kaum betrachtet wurde allerdings die Energieeffizienz bei der Umsetzung kryptographischer Verfahren für die Absicherung der Kommunikation solcher Geräte.
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Zudem wird ist eine sichere Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten in einer zunehmend vernetzten Welt von großer Bedeutung und stellt in vielen Anwendungsbereichen 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.
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Zur Erreichung dieser Schutzziele kommen üblicherweise geeignete kryptographische Verfahren zum Einsatz, die man generell in zwei verschiedene Kategorien unterteilen kann: Symmetrische Verfahren, bei denen Sender und Empfänger über denselben kryptographischen Schlüssel verfügen, sowie asymmetrische Verfahren, bei denen der Sender die zu übertragenden Daten mit einem öffentlichen (d.h. auch einem potenziellen Angreifer möglicherweise bekannten) Schlüssel des Empfängers verschlüsselt, die Entschlüsselung aber nur mit einem zugehörigen privaten Schlüssel erfolgen kann, der idealerweise nur dem legitimen Empfänger bekannt ist.
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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.
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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 („Pre-Shared Keys“, in der Regel durch die Eingabe eines Passwortes festgelegt) 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. Darüber hinaus ist eine Änderung der zu verwendenden Schlüssel oftmals überhaupt nicht bzw. nur mit großem Aufwand möglich.
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Seit einiger Zeit werden daher unter dem Schlagwort „Physical Layer Security“ neuartige Ansätze untersucht und entwickelt, mit Hilfe derer Schlüssel für symmetrische Verfahren automatisch auf der Grundlage der Übertragungskanäle zwischen den involvierten Knoten erzeugt werden können. Die Ermittlung von Zufallszahlen oder Pseudozufallszahlen aus Kanalparametern ist z.B. der
WO 1996023376 A2 zu entnehmen, die Erzeugung geheimer Schlüssel aus Kanalparametern ist in der
WO 2006081122 A2 offenbart.
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Typischerweise sind die aus den Übertragungskanaleigenschaften in den involvierten Geräten abgeleiteten, initialen Bitsequenzen (stark) korreliert, aber nicht identisch. Da symmetrische Kryptographie allerdings identische Schlüssel benötigt, ist ein Schlüsselangleichungsprozess notwendig. Dabei können Informationen über die quantisierten Bitsequenzen ausgetauscht und abgeglichen werden, wobei möglichst wenig über die Sequenzen und den daraus abzuleitenden Schlüssel an potentielle Angreifer offenbart werden sollte, welche die ausgetauschte Kommunikation abhören könnten. Zwei Ansätze hierfür sind der Einsatz eines CASCADE-Protokolls oder die Verwendung von Fehlerkorrekturverfahren (error correction codes). Allerdings offenbaren auch die dabei ausgetauschten Paritätsbits Informationen, die es einem Angreifer vereinfachen, sich Teile des geheimen Schlüssels zu erschließen. Dies reduziert die Entropie und damit die Sicherheit des Schlüssels. Ein möglicher Angreifer muss damit z.B. eine kleinere Anzahl an Kombinationen für eine Brute-Force-Attacke ausprobieren.
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Während Methoden der „Physical Layer Security“ bzw. der Physik-basierten Schlüssel-Generierungsverfahren bereits untersucht wurden, fokussieren diese Untersuchungen sich weitgehend auf die zugrunde liegende Telekommunikationstechnik oder auf informationstheoretische Fragestellungen – die Energieeffizienz solcher Verfahren steht nicht im Vordergrund.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Verfahren gemäß den unabhängigen Verfahrensansprüchen sowie Geräte, die dazu eingerichtet sind, eines der Verfahren durchzuführen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, eines der Verfahren durchzuführen.
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Ausgegangen wird dabei von zwei Geräten, die miteinander in Verbindung stehen und Daten austauschen können. In den Geräten können aus Eigenschaften des (insbesondere kabellosen) Übertragungskanals zwischen ihnen Werte abgleitet werden und daraus eine Bitsequenz ermittelt werden. Für die gesamte Bitsequenz oder Teile der Bitsequenz können nun in den Geräten jeweils Streuwerte ermittelt werden und diese miteinander verglichen werden, um eine Identität der Streuwerte und damit (mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit) eine Identität der Bitsequenzen bzw. der Teile der Bitsequenzen zu überprüfen.
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Dadurch, dass zwischen den Geräten nur Streuwerte ausgetauscht werden, von denen durch einen Angreifer nicht oder nur sehr aufwendig auf die Ausgangswerte geschlossen werden kann, wird der resultierende Schlüsselt nicht geschwächt und das Verfahren ist besonders sicher. Zudem bietet dieses Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zum Informationsabgleich zwischen Geräten den Vorteil eines relativ geringen Energieverbrauchs. Es kann zum Beispiel mit kleineren Schlüssellängen gearbeitet werden, die wiederum weniger Sampling-Aufwand erfordern. Außerdem ist nur von einer Seite eine längere Nachricht an die andere Seite nötig, was zumindest in einem der Teilnehmer den Energieverbrauch reduziert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Streuwerte trunkiert übertragen. Dadurch ist eine weitere Reduktion der Übertragungsleistung möglich. Zudem wird einem möglichen Angreifer das Zurückrechnen auf die Eingangswerte (und damit auf geheime Informationen) weiter erschwert.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sollen den Hashwerten Bitfolgen zugrunde liegen, deren Länge 80 Bit übersteigt. Werden die Hashwerte über zu kurze Bitfolgen und ohne geheimen Schlüssel gebildet (wie z.B. bei den bekannten SHA-1- und SHA-2-Verfahren), könnte ein Angreifer alle möglichen Hashwerte generieren und mit den zwischen den Kommunikationspartnern ausgetauschten Hashwerten vergleichen. Neben der bereits erwähnten trunkierten Übertragung (die verhindert, dass ein Angreifer den gesamten Hashwert zu sehen bekommt) helfen lange Bitfolgen, wie die erwähnte Bitfolge mit einer Länge über 80 Bit, einem Angreifer einen solchen Angriff möglichst zu erschweren.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Geräte die Teile ihrer Bitsequenzen verwerfen, wenn der Vergleich keine Identität ergibt. Hierdurch werden aufwendige Fehlerkorrektur-Mechanismen mit weiteren Informationsabgleichen vermieden.
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Nach und nach kann vorteilhafterweise jeder Teil der Bitsequenzen überprüft werden und aus den zwischen den Geräten identischen Bitsequenzen ein gemeinsamer, kryptographischer Schlüssel erzeugt werden. Um zu kurze Schlüssel und damit eine unsichere Kommunikation zu verhindern, wird in einer bevorzugten Ausgestaltung die Schlüsselerzeugung davon abhängig gemacht, dass eine vorbestimmte Schlüssellänge oder -entropie erreicht wird bzw. dass eine bestimmte Anzahl nicht verworfener Bitsequenzanteile verbleibt.
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Besonders vorteilhaft kann das Verfahren eingesetzt werden, wenn es sich bei dem ersten Geräte um einen funkbasierten Sensor- oder Aktorknoten und beim zweiten Gerät um eine Basisstation handelt. Der Vorteil bei dieser Topologie ist, dass der Schwerpunkt der Kommunikation (nämlich die längeren Nachrichten mit den Streuwerten) bei der Basisstation liegt, die über bessere Energieressourcen verfügt, und die ressourcenbeschränkten Sensor- oder Aktorknoten lediglich den Ausgang des Vergleichs mit kurzen Nachrichten („erfolgreich“/„nicht erfolgreich“ oder „Y“/„N“) an die Basisstation übermitteln müssen.
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Im Vergleich zu asymmetrischen Verfahren bringt die vorgestellte Vorgehensweise Kosteneinsparungen in der Hardware sowie einen geringeren Energieverbrauch mit sich. Im Vergleich zu herkömmlichen symmetrischen Verfahren weist es ein stark vereinfachtes Schlüsselmanagement auf. Die Sicherheit ist skalierbar, d.h. es können je nach Anforderung im Prinzip Schlüssel beliebiger Länge als Ausgangsbasis erzeugt werden und ausgehend davon vorbestimmte Entropieerhöhungen der daraus bestimmten neuen Schlüssel erfolgen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt 1 schematisch einen beispielhaften Informationsabgleich zwischen zwei Geräten.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ausgangspunkt ist ein Verfahren zur automatischen Generierung von symmetrischen, kryptographischen Schlüsseln basierend auf physikalischen Kanälen zwischen Geräten mit einer drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikationsverbindung, z.B. zwischen Teilnehmern eines Netzwerkes. Damit können ohne hohen Aufwand symmetrische Verschlüsselungsverfahren zur Realisierung verschiedener Sicherheitsziele eingesetzt werden, was insbesondere für Anwendungen im Bereich der Maschine-zu-Maschine Kommunikation, also z.B. für die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Sensor-und/oder Aktorknoten, interessant ist.
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Dabei werden die Reziprozität und die inhärente Zufälligkeit der Übertragungskanäle zwischen den Geräten ausgenutzt. Dies kann beispielsweise ablaufen wie im Folgenden beschrieben. Zwei Geräte schätzen eine bestimmte Anzahl von Kanalparametern, evtl. auch über die Zeit. Mögliche Eigenschaften des Übertragungskanals, die hierzu herangezogen werden können, umfassen u.a. Amplitudeneigenschaften der Übertragung, Phaseneigenschaften der Übertragung sowie Kombinationen hieraus. Als Kanalparameter kommen somit z.B. durch den Übertragungskanal bedingte Phasenverschiebungen, Dämpfungen sowie daraus abgeleitete Größen in Frage. Der Received Signal Strength Indicator (RSSI) stellt z.B. einen gängigen Indikator für die Empfangsfeldstärke kabelloser Kommunikationsanwendungen dar und kann für diese Zwecke herangezogen werden. Zur Ermittlung der Kanalparameter können beiden Seiten bekannte Pilotsignalfolgen zwischen den Knoten übertragen werden, welche die nötigen Kanalschätzungen erleichtern.
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Bei den beschriebenen Verfahren wird angenommen, dass ein potenzieller Angreifer einen genügend großen Abstand zu den beiden Geräten hat, in denen der symmetrische Schlüssel erzeugt werden soll. Der Abstand sollte dabei mindestens in der Größenordnung der so genannten Kohärenzlänge liegen, die z.B. bei den gängigen drahtlosen Kommunikationssystemen im Bereich von wenigen Zentimetern liegt. Damit sieht der Angreifer jeweils andere (unabhängige) Übertragungskanäle zu diesen beiden Geräten und kann nicht ohne Weiteres denselben Schlüssel rekonstruieren. Es wird zudem davon ausgegangen, dass die Übertragungskanäle zwischen den Knoten ausreichende Schwankungen ihrer Kanaleigenschaften aufweisen, um daraus geeignete Kanalparameter ableiten zu können, die sich als Grundlage für eine Schlüsselgenerierung in den Teilnehmer eignen, insbesondere ausreichende Zufallseigenschaften aufweisen. Diese Schwankungen können dabei insbesondere sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich auftreten sowie bei Mehrantennensystemen auch im räumlichen Bereich. Es wird aber auch angenommen, dass die Kanaleigenschaften über kurze Zeitspannen eine ausreichend hohe Korrelation aufweisen, dass Datenübertragungen in beide Richtungen erfolgen können, aus denen die jeweiligen Knoten trotz zeitlichen Versatzes ausreichend gleiche Kanaleigenschaften abschätzen können, um ausreichend ähnliche Kanalparameter zu erhalten, aus denen gleiche Schlüssel erhalten werden können.
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Die ermittelten Kanalparameter werden von beiden Geräten geeignet quantisiert. Vorzugsweise folgen dann Maßnahmen zur Rausch- bzw. Fehlerreduktion, z.B. durch Verwendung von fehlerkorrigierenden Codes. Mit Hilfe geeigneter Mechanismen erfolgt dann ein Abgleich der quantisierten Kanalparameter zwischen den Geräten (im Englischen auch Key Alignement oder Information Reconciliation genannt), vorzugsweise unter Verwendung eines öffentlichen Protokolls. Dies ist in vielen Anwendungsfällen notwendig, da aufgrund von Messungenauigkeiten, Rauschen, Interferenzen, etc. beide Geräte im Allgemeinen zunächst keine identischen Parametersätze ermittelt haben. Der Abgleich sollte dabei derart gestaltet sein, dass ein potenzieller Angreifer, der die ausgetauschten Daten mithören kann, davon nicht ohne Weiteres auf die quantisierten Kanalparameter schließen kann. Hierzu könnten beispielsweise Paritätsbits zwischen den Geräten ausgetauscht werden. Allerdings offenbaren ausgetauschte Paritätsbits Informationen, welche es potentiellen Angreifern vereinfachen, Teile des zu erstellenden geheimen Schlüssels zu rekonstruieren.
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Es wird daher vorgeschlagen, den notwendigen Informationsabgleich durch die Verwendung von Hash- oder Streuwerten bzw. den Einsatz von Hash- oder Streuwertfunktionen sicherer zu gestalten. Hierzu sollen für Teile der jeweils in den beteiligten Geräten ermittelten Bitsequenzen Streuwerte gebildet und miteinander verglichen werden.
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In 1 ist der Ablauf eines Verfahrens zur Schlüsselgenerierung gezeigt. Dargestellt sind in 1 zwei Geräte 1 und 2, welche miteinander kommunizieren. Die Geräte 1, 2 können insbesondere als batteriebetriebene Drahtlossensoren oder -aktoren oder auch als eine Basisstation eines Drahtlosnetzwerks und ein damit verbundener Drahtlosknoten ausgestaltet sein, z.B. in einem Netzwerk im Bereich der Heimautomatisierung.
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Die Geräte 1 und 2 können drahtlos, drahtgebunden, optisch, akustisch oder in sonstiger Art und Weise untereinander vernetzt sein, wobei auch Kombinationen verschiedener Vernetzungstechnologien und -verfahren möglich sind. Die bevorzugte Ausgestaltung geht aber von einer drahtlosen Kommunikation, insbesondere einer funkbasierten Kommunikation aus.
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Zwischen den beiden Geräten 1 und 2 soll nun ein symmetrischer kryptographischer Schlüssel ausgehandelt werden. Hierzu wird in einem ersten Schritt 101 durch das Gerät 1 im Rahmen einer Kommunikation ps1 von Gerät 2 zu Gerät 1 mit den oben beschriebenen Methoden der „Physical Layer Security“ aus Kanalparametern par 1 des entsprechenden Übertragungskanals zwischen Gerät 1 und Gerät 2 eine erste Bitsequenz BS1 abgeleitet.
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ps1 und ps2 können dabei Pilotsequenzen sein, die beiden Geräten bekannt sind, um eine Ableitung von Parameterwerten aus den Kanaleigenschaften zu vereinfachen.
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Entsprechend wird in einem Schritt 102 durch das Gerät 2 im Rahmen einer Kommunikation ps2 von Gerät 1 zu Gerät 2 mit den oben beschriebenen Methoden der „Physical Layer Security“ aus Kanalparametern par 2 des entsprechenden Übertragungskanals zwischen Gerät 1 und Gerät 2 eine zweite Bitsequenz BS2 abgeleitet.
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Wie bereits angemerkt, kann zur Ableitung eines Schlüssels aus Kanalschätzungen ein Abgleich zwischen den verschiedenen Seiten (also zwischen Gerät 1 und 2) nötig sein, um sicherzustellen, dass beide Seiten schließlich über den gleichen Schlüssel verfügen.
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Hierzu wird in einem Schritt 103 in Gerät 1 durch Anwendung einer Streuwertfunktion auf Teile der Bitsequenz BS1 ein erster Streuwert H1 und entsprechend in Gerät 2 durch Anwendung der gleichen Streuwertfunktion auf entsprechende Teile der Bitsequenz BS2 ein zweiter Streuwert H2 bestimmt. Die in 1 gezeigte beispielhafte, zeitliche Reihenfolge der Schritte ist dabei nicht zwingend. So kann Gerät 1 z.B. bereits mit der Berechnung des Streuwerts H1 auf Basis der Bitsequenz BS1 beginnen, bevor in Gerät 2 überhaupt die Bitsequenz BS2 bestimmt ist. Zur Streuwertberechnung benötigen die Geräte eine beiden Seiten bekannte Streuwertfunktion bzw. einen beiden Seiten bekannten Schlüssel. Hierbei kann es sich entweder um einen geheimen Schlüssel oder eine geheime Funktion handeln, die beiden Geräten bekannt sind, oder um einen öffentlichen Schlüssel oder eine öffentliche Funktion, die so ausgestaltet sind, dass man von dem berechneten Streuwert nicht auf die Ausgangs-Bitsequenzteile schließen kann.
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In einem Schritt 104 wird der zweite Streuwert H2 von Gerät 2 an Gerät 1 übermittelt und dort mit dem ersten Streuwert verglichen. Stimmen die beiden Streuwerte überein, so deutet das mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit darauf hin, dass die beiden den Streuwerten zugrunde liegenden Teile der jeweiligen Bitsequenzen in Gerät 1 und Gerät 2 identisch sind. Je nach Art der verwendeten Streuwertfunktionen ist eine hundertprozentige Sicherheit nicht immer zu erreichen, da es bei Streuwertbildung zu Kollisionen kommen kann, also zu gleichen Streuwerten bei unterschiedlichen Eingangswerten bzw. unterschiedlichen Bitsequenzfolgen.
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In einem Schritt 105 übermittelt Gerät 1 ein Ergebnis Res des Streuwertvergleichs an Gerät 2. Dieses verarbeitet das Ergebnis. Vorzugsweise verwirft es die Teile der Bitsequenz BS2, für die keine Streuwertübereinstimmung mit Gerät 1 festgestellt wurde und erhält die übrigen Teile aufrecht. Entsprechend verwirft Gerät 1 vorzugsweise ebenfalls die gemäß Vergleich nicht übereinstimmenden Teile der Bitsequenz BS1.
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Es ist möglich für die kompletten Bitsequenzen einen Streuwert zu berechnen und diesen zu vergleichen. Bevorzugterweise werden die Bitsequenzen aber aufgeteilt, insbesondere in gleich große Blöcke, und die Streuwertbildung und der Vergleich der Streuwerte findet für jeden dieser Blöcke statt. So wird erreicht, dass bei Nicht-Übereinstimmung eines Bits der Bitsequenz nicht die gesamte Bitsequenz verworfen werden muss, sondern nur der korrespondierende Teil der Bitsequenz. Um trotz Verwerfung eines einzelnen Blocks weiter einen ausreichend sicheren Schlüssel vorliegen zu haben, wird vorgeschlagen, dass die Bitsequenz in mindestens zehn Blöcke aufgeteilt wird.
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In weiteren (in 1 lediglich angedeuteten) Schritten können nun Streuwertbildungen und entsprechende Vergleiche für alle weiteren Teile bzw. Blöcke der Bitsequenzen BS1 und BS2 erfolgen.
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Bei bisherigen Verfahren zum Informationsabgleich war es nötig, auf beiden Seiten rechenintensive Fehlerkorrekturen durchzuführen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren werden keine Korrekturen der Bitsequenzen durchgeführt, sondern lediglich nicht identische Bitsequenzteile verworfen. Hierdurch sinken die benötigte Rechenleistung in den beteiligten Geräten und ebenso der Energiebedarf.
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In einem Schritt 106 erzeugen Gerät 1 und Gerät 2 aus den gemäß Streuwertvergleichen übereinstimmenden Teilen der Bitsequenz einen gemeinsamen, geheimen, kryptographischen Schlüssel K1. Optional können hierbei noch eine Schlüsselvalidierung (z.B. eine Entropieabschätzung) und eine Schlüsselverbesserung (z.B. durch Schlüsselverdichtung über Hashwert-Bildung) durchgeführt werden. Schließlich werden auf Grundlage der abgeglichenen, quantisierten Kanalparameter entsprechende symmetrische (d.h. in beiden Geräten identische) Schlüssel erzeugt. Die weitere Kommunikation zwischen Gerät 1 und Gerät 2 kann dann wie in 1 im Schritt 107 als K1(dat1), K1(dat2) dargestellt über den gemeinsamen Schlüssel K1 verschlüsselt bzw. kryptographisch abgesichert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung liegt den Geräten eine Information über eine maximale Anzahl erlaubter Verwerfungen von Bitsequenzteilen oder eine minimale Schlüssellänge oder -entropie vor, so dass ein Angreifer nicht über das Senden von Nachrichten, die einen negativen Streuwertvergleich vortäuschen, die Bitsequenz und damit die Schlüssellänge – bzw. -entropie zu stark herabsetzen kann bzw. dass auch bei tatsächlicher Nicht-Übereinstimmung vieler Bitsequenzen kein unsicherer, weil zu kurzer Schlüssel generiert wird.
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In einer bevorzugten Netzwerktopologie handelt es sich beim ersten Gerät um einen Sensor- oder Aktorknoten und beim zweiten Gerät um eine Basisstation. Diese Basisstation kann z.B. als lokale Cloud bzw. als lokaler Server fungieren. Oft verfügen solche Sensor- und Aktorknoten (z.B. als batteriebetriebene 8-bit- bis 32-bit-Mikrocontroller mit Funkschnittstellen) über relativ wenig Energieressourcen, Speicherplatz und Rechenleistung. Dagegen sind Basisstationen mit beidem in der Regel deutlich besser ausgestattet. In dieser Topologie wird erreicht, dass die Basisstation den Großteil der Kommunikation für den Informationsabgleich übernimmt, da sie die Streuwerte übermittelt, während der Sensor- oder Aktorknoten lediglich Bestätigungsnachrichten übermitteln muss, ob ein Vergleich erfolgreich oder nicht erfolgreich abgelaufen ist.
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Bevorzugterweise handelt es sich bei den ausgetauschten Streuwerten um trunkierte Streuwerte. So wird für Angreifer der Rückschluss auf die Ausgangswerte weiter erschwert und zudem Übermittlungskapazität eingespart. Das Ausmaß der Trunkierung sollte so gewählt werden, dass Kollisionen der trunkierten Streuwerte weiterhin unwahrscheinlich sind.
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Die hier beschriebenen Verfahren zur Generierung symmetrischer Schlüssel zur Absicherung der Kommunikation zwischen mindestens zwei Geräten können bei einer Vielzahl von drahtlosen, drahtgebundenen und sonstigen Kommunikationssystemen eingesetzt werden kann. Besonders interessant ist der beschriebene Ansatz dabei für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, also für die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Sensoren, Aktuatoren, etc., die im Allgemeinen nur über sehr begrenzte Ressourcen verfügen und ggf. nicht mit vertretbarem Aufwand manuell im Feld konfiguriert werden können. Anwendungen umfassen beispielsweise die Heim- und Gebäudeautomatisierung, die Telemedizin, Car-to- X-Systeme oder die industrielle Automatisierung. Besonders interessant ist dabei auch der Einsatz bei zukünftigen Kleinst-Sensoren mit Funkschnittstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 1996023376 A2 [0007]
- WO 2006081122 A2 [0007]
