DE10354517B4

DE10354517B4 - Verfahren zum Betreiben eines Sicherheits-Schließsystems

Info

Publication number: DE10354517B4
Application number: DE2003154517
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Hubrig; Jörn-Marten Dipl.-Ing. Ohle; Martin Dipl.-Ing. Rahm (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Ohle Joern-Marten Dipl-Ing 71272 Renninge De; Rahm Martin Dipl-Ing (fh) 70563 Stuttgart De
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: DE10354517A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Sicherheits-Schließsystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schloss (1) und zumindest einem Schlüssel (2),
gekennzeichnet durch die Schritte,
a) Erzeugen einer Reihe von Hash-Werten (m₁...m_i) mittels einer Hash-Funktion (H(m)) ausgehend von einer Zufallszahl (m₀),
b) Speichern von zumindest einem Teil der Hash-Werte der Reihe von Hash-Werten in einem im Schlüssel (2) vorgesehenen Speicher (24),
c) Übertragen des Hash-Werts (m_i) mit der größten Differenz zur Zufallszahl (m₀) und des diesem Hash-Wert (m_i) zugeordneten Index-Werts (i) vom Schlüssel (2) zum Schloss (1) bei Benutzung des Schlüssels (2),
d) Reduzieren der Reihe von Hash-Werten um den übertragenen Hash-Wert (m_i),
e) Vergleichen des übertragenen Index-Werts (i) mit dem zuletzt gespeicherten Index-Wert (i+n), um zu Ermitteln, wie oft (n) die Hash-Funktion auf den übertragenen Hash-Wert (m_i) anzuwenden ist,
f) dementsprechendes ein- oder mehrmaliges (n) Anwenden der Hash-Funktion auf den übertragenen Hash-Wert (m_i) in einer...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheits-Schließsystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schloss und zumindest einem Schlüssel.
Derartige Sicherheits-Schließsysteme sollen gewährleisten, dass ein Kraftfahrzeug nur mit einem autorisierten Schlüssel gestartet und gefahren werden kann, um einen möglichen Fahrzeugdiebstahl unter Verwendung von nachgefertigten Schlüsseln zu verhindern. Dabei werden Daten zwischen Schloss und Schlüssel ausgetauscht, um den Schlüssel zu authentifizieren.
Grundsätzlich ist ein derartiges Datenaustauschverfahren zwischen Schlüssel und Schloss bereits aus der DE 32 25 754 A1 bekannt. Um das Nacharbeiten eines Schlüssels durch Unbefugte zu erschweren, ist es auch bereits bekannt, bei jedem Benutzen des Schlüssels einen neuen Code zwischen Schloss und Schlüssel zu vereinbaren. Derartige Wechselcode-Kommunikation ist bereits aus der DE 43 02 550 C2 bekannt. Bei der Berechnung der jeweiligen Wechselcodes ist sinnvollerweise darauf zu achten, dass ein Unbefugter von einem abgehörten Wechselcode nicht durch einfache Interpolation auf einen nächsten gültigen Wechselcode schließen kann. Diesbezüglich wurde bereits in der EP 0 675 024 A1 vorgeschlagen, eine Hash-Funktion zur Bestimmung des Wechselcodes zu verwenden.
Es sind Fahrzeugsicherungseinrichtungen mit elektronischer Wegfahrsperre bekannt, bei denen die Codesicherung auf einem Wechselcodeverfahren oder einem symmetrischen Verschlüsselungsverfahren beruht. In beiden Fällen ist die Abspeicherung einer geheimen Codeinformation auf der Fahrzeugseite zwingend erforderlich.
Aus der DE 44 11 449 C1 ist eine Fahrzeugsicherungseinrichtung auf Basis einer Einwegfunktion arbeitendes Verschlüsselungsverfahren bekannt, bei dem nur schlüsselseitig die Abspeicherung geheimer Codeinformationen zwingend erforderlich ist, und zwar in Form von unterschiedlichen Urbildwerten einer Einwegfunktion, während fahrzeugseitig nur die einwegfunktionswerte zu diesen Urbildwerten vorhanden zu sein brauchen, deren Auslesen aufgrund der praktischen Nichtumkehrbarkeit der Einwegfunktion keine unberechtigte Herstellung eines Nachschlüssels ermöglicht.
Die Fahrzeugsicherungseinrichtung der DE 44 11 451 C1 offenbart ein asymmetrisches Signaturverfahren, wobei nur schlüsselseitig die Abspeicherung geheimer Informationen zwingend erforderlich ist, um Authentikations- und/oder Synchronisierinformationen sehr fälschungssicher von der Schlüssel- zur Fahrzeugseite zu übertragen. Das Auslesen fahrzeugseitiger Informationen ermöglicht damit keine unberechtigte Herstellung eines Nachschlüssels.
Bei derartigen Schließsystemen mit Wechselcode besteht jedoch die Gefahr, dass durch eine versehentliche Betätigung des Schlüssels außerhalb des Schlosses eine Veränderung des aktuellen Codes im Schlüssel erfolgt, ohne dass dazu die entsprechende Information an das Schloss übertragen wird. Auch kann bei Störungen der Datenübertragung zwischen Schlüssel und Schloss ein Verlust der Synchronisation zwischen Schlüssel und Schloss auftreten. Es ist daher erforderlich, dass Schlüssel und Schloss beim nächsten Betätigungsvorgang nachsynchronisiert werden. Bei diesem Nachsynchronisieren müssen die beiden unterschiedlichen aktuellen Werte vom Schlüssel und vom Schloss in einem gemeinsamen Wertebereich oder Fangbereich liegen, wobei der Fangbereich jedoch nicht so groß sein darf, dass ein beliebiger, von einem nicht authorisierten Dritten erratener Wert ebenfalls in diesem Fangbereich zu liegen kommt. Andererseits darf der Fangbereich nicht so eng sein, dass keine Nachsynchronisierung mehr erfolgen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Sicherheits-Schließsystems anzugeben, bei welchem eine Nachsynchronisation zwischen Schlüssel und Schloss einfach und schnell erfolgen kann, ohne dass durch das Vorsehen einer Nachsynchronisationsmöglichkeit ein unbefugter Dritter mit erratenen Werten in das Schlüssel-Schloss-Sicherheitssystem eindringen kann.
Diese Aufgabe wird gemäß Patentanspruch 1 durch ein Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Erzeugen einer Reihe von Hash-Werten mittels einer Hash-Funktion ausgehend von einer Zufallszahl,
b) Speichern von zumindest einem Teil der Hash-Werte der Reihe von Hash-Werten in einem im Schlüssel vorgesehenen Speicher,
c) Übertragen des Hash-Werts mit der größten Differenz zur Zufallszahl und des diesem Hash-Wert zugeordneten Index-Werts vom Schlüssel zum Schloss bei Benutzung des Schlüssels,
d) Reduzieren der Reihe von Hash-Werten um den übertragenen Hash-Wert,
e) Vergleichen des übertragenen Index-Werts mit dem zuletzt gespeicherten Index-Wert, um zu ermitteln, wie oft die Hash-Funktion auf den übertragenen Hash-Wert anzuwenden ist,
f) dementsprechendes ein- oder mehrmaliges Anwenden der Hash-Funktion auf den übertragenen Hash-Wert in einer dem Schloss zugeordneten Rechnereinrichtung zur Erzielung eines Ergebniswerts,
g) Vergleichen des Ergebniswerts mit einem in einem vorangegangenen Zyklus des Verfahrens abgespeicherten übertragenen Hash-Wert,
h) Freigabe des Schlosses bei Übereinstimmung der miteinander verglichenen Werte und
i) Abspeichern des übertragenen Hash-Werts und des übertragenen Index-Werts in einem dem Schloss zugeordneten Speicher.

Durch das Übertragen des Index-Werts zusätzlich zum Hash-Wert vom Schlüssel zum Schloss wird der dem Schloss zugeordneten Rechnereinrichtung die Möglichkeit gegeben, durch Vergleich des letzten gespeicherten Index-Werts mit dem aktuell übertragenen Index-Wert die Anzahl der Rechenschritte zu ermitteln, die auf den übertragenen Hash-Wert angewendet werden müssen, um zum letzten im Schloss gespeicherten Hash-Wert zu gelangen und um somit den Vergleich zuverlässig durchführen zu können, ohne dass es der Definition eines Fangbereichs bedarf.
Bei einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Berechnungen und Vergleichsoperationen in den Schritten e) bis g) unabhängig voneinander in zwei oder mehreren eigenständigen Rechnereinrichtungen durchgeführt, wobei die Freigabe im Schritt h) erst dann erfolgt, wenn alle Rechnereinrichtungen dasselbe Vergleichsergebnis im Schritt g) erhalten haben. Hierdurch wird gewährleistet, dass der unerlaubte Austausch einer Rechnerkomponente des Fahrzeugs, beispielsweise der Motorelektronik, eine Freigabe des Schlosses und damit ein Starten des Fahrzeugs verhindert.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Speicherung des übertragenen Hash-Werts und des übertragenen Index-Werts in den jeweiligen Rechnereinrichtungen zugeordneten Speichern erfolgt und wenn jede Rechnereinrichtung im Vergleichsschritt g) den abgespeicherten Hash-Wert dem ihr zugeordneten Speicher entnimmt. Auch diese Ausgestaltung des Verfahrens erhöht die Sicherheit gegen unerlaubte Manipulationen am Fahrzeug.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in dieser zeigt die einzige Figur ein schematisches Funktionsdiagramm eines Sicherheits-Schließsystems zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung.
In der Figur ist schematisch ein Zünd-Anlass-Schloss 1 eines Kraftfahrzeugs gezeigt, in welches ein Schlüssel 2 in Richtung des Pfeils A einführbar ist. Das Schloss 1 besitzt dazu eine Einführöffnung 10 für einen vorderen Einführabschnitt 20 des Schlüssels 2.
Im Bereich der inneren Stirnseite der Einführöffnung 10 ist eine Sende-Empfangs-Einrichtung 12 des Schlosses 1 vorgesehen, die mit einer Sende-Empfangs-Einrichtung 22 im vorderen Einführabschnitt 20 des Schlüssels 2 zusammenwirkt. Die schlossseitige Sende-Empfangs-Einrichtung 12 ist über eine bidirektionale Datenleitung 13 mit einer dem Schloss zugeordneten Rechnereinrichtung 14 elektrisch leitend verbunden. Die Rechnereinrichtung 14 ist mit einem fahrzeugseitigen, dem Schloss 1 zugeordneten Speicher 16 elektrisch leitend verbunden. Die Rechnereinrichtung 14 und der fahrzeugseitige Speicher 16 können Bestandteil einer zentralen Fahrzeugelektronik sein.
Die schlüsselseitige Sende-Empfangs-Einrichtung 22 ist über eine Datenleitung 23 mit einem im Schlüssel vorgesehenen Datenspeicher 24 elektrisch leitend verbunden. Der Schlüssel 2 weist zudem mehrere Betätigungstasten 26, 26', 26'' auf, die in herkömmlicher Weise unterschiedliche Befehle auslösen, welche zum Beispiel über Funk an das Fahrzeug zum öffnen und Schließen von Türen und zum öffnen eines Heckdeckels gesandt werden.
Der kryptographische Grundbaustein des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine sogenannte Hash-Funktion, deren wichtigste Eigenschaft das Einwegverhalten ist. Das bedeutet, dass aus einer Zufallszahl m₀ durch Anwenden der Hash-Funktion H(m) eine Zahl m₁ berechnet werden kann, dass aber umgekehrt die Berechnung von m₀ aus m₁ nahezu unmöglich ist.
Eine Reihe von Hash-Werten m₁...m_i entsteht, wenn man als Startwert eine Zufallszahl m₀ wählt, darauf die Hash-Funktion H(m) anwendet und m₁ erhält, anschließend auf m₁ wiederum die Hash-Funktion H(m) anwendet und m₂ erhält und so lange fortfährt, bis man eine Reihe von i Werten erhalten hat. Die so erzeugte Wertefolge oder Hash-Reihe wird im Schlüssel gespeichert. Aus Zweckmäßigkeitsgründen kann die Speicherung aber auch nur einen Teil der Werte umfassen, so dass im Speicher Stützwerte gespeichert sind, mit denen sich die Werte dazwischen von einer im Schlüssel vorgesehenen (nicht gezeigten) Rechnereinrichtung errechnen lassen.
Bei Benutzung des Schlüssels wird jeweils ein Hash-Wert ausgegeben, wobei mit dem höchsten Wert m_i der Reihe von Hash-Werten begonnen wird. Ein derartiger vom schlüsselseitigen Datenspeicher 24 ausgegebener Hash-Wert m_i wird von der schlüsselseitigen Sende-Empfangseinrichtung 22 an die schlossseitige Sende-Empfangseinrichtung 12 gesandt und von dort über die bidirektionale Datenleitung 13 an die Rechnereinrichtung 14 weitergeleitet. Gleichzeitig wird der diesem übertragenen Hash-Wert m_i zugeordnete Index-Wert i vom schlüsselseitigen Datenspeicher 24 über die schlüsselseitige Sende-Empfangseinrichtung 22 an die schlossseitige Sende-Empfangs-Einrichtung 12 übertragen und von dort über die bidirektionale Datenleitung 13 an die Rechnereinrichtung 14 weitergeleitet.
Die Rechnereinrichtung 14 liest dann aus dem ihr zugeordneten Speicher 16 den in einem vorhergehenden Zyklus des Verfahrens, also bei einer vorhergehenden Benutzung des Schlüssels 2, übertragenen Hash-Wert m_i+n sowie den diesem zugeordneten Index-Wert i+n aus und vergleicht zunächst den ausgelesenen Index-Wert i+n mit dem vom Schlüssel 2 empfangenen Index-Wert i. Aus diesem Vergleich ergibt sich die Differenz n, die die Anzahl der Berechnungsschritte wiedergibt, die durchgeführt werden muss, um den vom Schlüssel 2 empfangenen Hash-Wert m_i mittels der Hash-Funktion H(m) zu dem aus dem Speicher 16 gelesenen Hash-Wert m_i+n umzurechnen.
Daraufhin wird die Hash-Funktion H(m) n-mal auf den vom Schlüssel 2 empfangenen Hash-Wert m_i angewendet und es wird ein Ergebniswert m_e erhalten. Entspricht der Ergebniswert m_e dem aus dem Speicher 16 ausgelesenen vorherigen Hash-Wert so wird das Schloss freigegeben, das heißt, dass bestimmte Schaltfunktionen des Schlosses 1 oder einer mit dem Schloss 1 verbundenen Elektronik durchgeführt werden, um beispielsweise das Fahrzeug zu starten.
Selbstverständlich kann zusätzlich zur Übertragung des variablen Hash-Werts noch ein dem Schlüssel 2 zugeordneter Fix-Wert übertragen und mit einem im Speicher 16 abgelegten Schlüsselwert verglichen werden, um das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Verwendung mehrerer Schlüssel durchführen zu können.
Schließlich werden noch die vom Schlüssel 2 empfangenen Werte, Hash-Wert m_i und Index-Wert i, im Speicher 16 abgespeichert, um für die nächste Benutzung des Schlüssels 2 zur Verfügung zu stehen.
Bei jeder weiteren Benutzung gibt der Schlüssel den folgenden Hash-Wert m_i-1 aus der Hash-Reihe ab, woraufhin die Schritte c) bis i) des erfindungsgemäßen Verfahrens erneut durchgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann das erfindungsgemäße Verfahren vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Das Verfahren kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Sicherheits-Schließsystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schloss (1) und zumindest einem Schlüssel (2), gekennzeichnet durch die Schritte, a) Erzeugen einer Reihe von Hash-Werten (m₁...m_i) mittels einer Hash-Funktion (H(m)) ausgehend von einer Zufallszahl (m₀), b) Speichern von zumindest einem Teil der Hash-Werte der Reihe von Hash-Werten in einem im Schlüssel (2) vorgesehenen Speicher (24), c) Übertragen des Hash-Werts (m_i) mit der größten Differenz zur Zufallszahl (m₀) und des diesem Hash-Wert (m_i) zugeordneten Index-Werts (i) vom Schlüssel (2) zum Schloss (1) bei Benutzung des Schlüssels (2), d) Reduzieren der Reihe von Hash-Werten um den übertragenen Hash-Wert (m_i), e) Vergleichen des übertragenen Index-Werts (i) mit dem zuletzt gespeicherten Index-Wert (i+n), um zu Ermitteln, wie oft (n) die Hash-Funktion auf den übertragenen Hash-Wert (m_i) anzuwenden ist, f) dementsprechendes ein- oder mehrmaliges (n) Anwenden der Hash-Funktion auf den übertragenen Hash-Wert (m_i) in einer dem Schloss (1) zugeordneten Rechnereinrichtung (14) zur Erzielung eines Ergebniswerts (m_e), g) Vergleichen des Ergebniswerts (m_e) mit einem in einem vorangegangenen Zyklus des Verfahrens abgespeicherten übertragenen Hash-Wert (m_i+n), h) Freigabe des Schlosses (1) bei Übereinstimmung der miteinander verglichenen Werte (m_e = m_i+n) und i) Abspeichern des übertragenen Hash-Werts (m_i) und des übertragenen Index-Werts (i) in einem dem Schloss (1) zugeordneten Speicher (16).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungen und Vergleichsoperationen in den Schritten e) bis g) unabhängig voneinander in zwei oder mehreren eigenständigen Rechnereinrichtungen durchgeführt werden und dass die Freigabe im Schritt h) erst erfolgt, wenn alle Rechnereinrichtungen dasselbe Vergleichsergebnis im Schritt g) erhalten haben.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherung des übertragenen Hash-Werts und des übertragenen Index-Werts in den jeweiligen Rechnereinrichtungen zugeordneten Speichern erfolgt und dass jede Rechnereinrichtung im Vergleichsschritt g) den abgespeicherten Hash-Wert dem ihr zugeordneten Speicher entnimmt.