DE19633466A1 - Nachinitialisierung von Chipkarten - Google Patents

Nachinitialisierung von Chipkarten

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Description

Die Erfindung betrifft die Nachinitialisierung einer Chipkarte, die einen Prozessor, einen nichtflüchtigen Speicher und ein Betriebssystem mit Betriebskommandos, die in einem Benutzermodus nutzbar sind, aufweist, wobei ein Schlüssel für einen kryptografischen Algorithmus auf der Chipkarte eingebracht wird, und die Chipkarte nach Abschluß einer Initialisierung mindestens einmal in einen Nachinitialisierungszustand, der vom Betriebsmodus verschieden ist, umgeschalten wird.
Die Herstellung einer Chipkarte bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie an einen Benutzer ausgegeben werden kann, ist in: Rankl/Effing, Handbuch der Chipkarten, Karl Hanser Verlag, 1996 beschrieben. Nachdem ein Modul mit dem Halbleiterchip in die Karte eingebettet wurde, werden im Verlauf einer Initialisierung alle globalen Daten auf der Chipkarte eingebracht. Dies sind zum einen alle Daten der Anwendung, die sich von Karte zu Karte nicht ändern und zum anderen auch alle personenunabhängigen Daten, die ebenfalls in jeder Chipkarte gleich sind. Die Initialisierung ist der letzte Fertigungsschritt, in dem alle Karten gleich behandelt werden können. Deshalb erfolgt die Initialisierung auf schnellen und parallel arbeitenden Maschinen. Die kartenindividuellen Daten der Anwendung und die personenbezogenen Daten lädt man erst im folgenden Fertigungsschritt, der Personalisierung, in die Chipkarte.
Der Grund für diese fertigungstechnische Unterscheidung in globale, allgemeine Daten und individuelle, personenbezogene Daten liegt insbesondere in der Prozeßkostenminimierung. Personalisierungsmaschinen, die fähig sind in jede Chipkarte individuelle Daten unter den geforderten Sicherheitsbedingungen zu schreiben sind technisch sehr aufwendig und haben einen geringen Durchsatz von etwa 700 Stück/h.
Die Trennung der Fertigungsschritte zur Initialisierung und Personalisierung einer Chipkarte ist jedoch auch unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten von großer Bedeutung. Ein Ausspionieren von personenbezogenen Daten wird hierdurch erschwert.
Kommt es nun vor, daß nach Abschluß der Initialisierung auf eine kleine Anzahl von Chipkarten zusätzliche Anwendungen aufgebracht werden sollen, so ist eine Nachinitialisierung der Chipkarten notwendig. Ein Verfahren zum nachträglichen Einbringen von Anwendungen auf Chipkarten ist aus EP-A2-0 361 491 bekannt. Bei diesem Verfahren werden mittels einer kryptografischen Funktion die beschreibbaren Speicherbereiche der Chipkarte mit einem Kontrollflag versehen. Dieses Kontrollflag wird erzeugt, wenn ein Teilbereich des Speichers der Chipkarte als nutzbar definiert wird. Die Definition von Teilbereichen des Speichers als für bestimmte Anwendungen nutzbar, erfolgt während der Initialisierung. Um das Einbringen von Anwendungen nach Abschluß der Initialisierung zu ermöglichen, werden zusätzlich zu den zum Zeitpunkt der Initialisierung eingebrachten Anwendungen Speicherbereiche definiert und mit einem Kontrollflag versehen, welches die Nutzbarkeit dieser Speicherbereiche anzeigt. Diese zusätzlichen Speicherbereiche bleiben zunächst ungenutzt. Beim späteren Verfahren zum Nachladen einer zusätzlichen Anwendung wird mittels des Kontrollflags erkannt, ob ein bestimmter Speicherbereich mit der einzubringenden zusätzlichen Anwendung beschrieben werden darf.
Nachteil des beschriebenen Verfahren ist es, daß bereits zum Zeitpunkt der Initialisierung bekannt sein muß, welche und wieviele zusätzliche Anwendungen zu einem späteren Zeitpunkt nach Abschluß der Initialisierung auf der Chipkarte eingebracht werden möchten. Da der Speicherbereich auf der Chipkarte sehr begrenzt ist, wäre es nicht ökonomisch, im Verlauf der Initialisierung nutzbare Speicherbereiche mit Kontrollflags zu definieren, die anschließend nicht mit zusätzlichen Anwendungen beschrieben werden. Andererseits wäre es bei der Erstellung einer zu geringen Anzahl nutzbarer Speicherbereiche mit einem Kontrollflag ein nicht zu korrigierender Mangel, wenn während der Initialisierung zu wenige nutzbare Speicherbereiche mit Kontrollflags erzeugt würden.
Ein weiteres Verfahren, daß zum Einbringen zusätzlicher Anwendungen auf der Chipkarte genutzt wird, ist die nachträgliche Erweiterung der Personalisierungskommandos. Hierbei werden insbesondere zusätzliche Personalisierungskommandos, die zur Erzeugung von Dateistrukturen und von Dateien mit Inhalt auf der Chipkarte nutzbar sind, als zusätzlicher Programmcode in den Speicher der Chipkarte geschrieben. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Personalisierungskommandos ist es anschließend möglich, die Chipkarte nachzuinitialisieren. Durch das Einbringen von zusätzlichem Programmcode wird die Größe der auf der Chipkarte zu speichernden Daten erhöht. Dies ist nachteilig, da auf der Chipkarte ein nur sehr begrenzter Speicherbereich zur Verfügung steht.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist es, daß die zur Nachinitialisierung der Chipkarte eingebrachten Personalisierungskommandos nur in dem vom Kartenhersteller vorgegebenen spezifischen Personalisierungsmodus, welcher von dem vorgegebenen Betriebssystem abhängig ist, benutzt werden können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine flexible Möglichkeit zur sicheren Nachinitialisierung von Chipkarten zu schaffen, die eine kostensparende Herstellung von Chipkarten gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Nachinitialisierungszustand weitere Daten auf der Chipkarte unter Benutzung der Betriebskommandos eingebracht werden, wobei die Betriebskommandos mit Hilfe des Schlüssels benutzt werden.
Der wesentliche Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird, besteht in der Möglichkeit, zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Abschluß der Initialisierung zusätzliche Anwendungen auf der Chipkarte einbringen zu können, wobei hierzu auf der Chipkarte bereits vorhandene Kommandos und Schlüssel genutzt werden. Ein Arbeitsschritt zum Einbringen von zusätzlichem Programmcode und damit eine Vergrößerung des Programmcodes auf der Chipkarte insgesamt, wird eingespart. Hierdurch wird auf der Chipkarte zusätzlicher Speicherbereich für anwendungsorientierte Daten zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß die bei der Nachinitialisierung der Chipkarte vorgenommen Veränderungen im Speicherbereich der Chipkarte auf die für das Eindringen der jeweiligen Anwendungen notwendigen Veränderungen beschränkt sind. Veränderungen im Speicherbereich der Chipkarte werden zu dem Zeitpunkt nach Abschluß der Initialisierung vorgenommen, zu dem das Einbringen der zusätzlichen Anwendungen auf der Chipkarte ausgeführt werden soll.
Es ist weiterhin ein Vorteil der Erfindung, daß die zur Nachinitialisierung genutzten Betriebskommandos unabhängig vom Personalisierungsschema des jeweiligen Chipkartenherstellers sind und standardisierte Kommandos darstellen, die bei der Benutzung aller Chipkarten Anwendung finden.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann dadurch gebildet sein, daß ein veränderter Schlüssel erzeugt wird, nachdem mit Hilfe des Schlüssels ein oder mehrere Betriebskommandos genutzt wurden, um nach Abschluß der Initialisierung weitere Daten auf der Chipkarte einzubringen, und daß die Betriebskommandos mittels des veränderten Schlüssels genutzt werden können, um zusätzliche Daten auf der Chipkarte einzubringen. Hierdurch ist es möglich, bei der Nachinitialisierung Datensätze verschiedener Anwender unabhängig voneinander verschlüsselt auf der Karte einzubringen. Es besteht weiterhin der Vorteil, daß ein Vermischen der Kommandos verschiedener Anwendungen ausgeschlossen ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung kann der veränderte Schlüssel durch Überschreiben des Schlüssels erzeugt werden, wodurch der Schlüssel und der veränderte Schlüssel ein und denselben Speicherplatz nutzen und zusätzliche Speicherplätze für die zu erzeugenden veränderten Schlüssel eingespart werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die weiteren Daten benutzerabhängige und/oder benutzerunabhängige Daten umfassen. Es ist hierdurch möglich, im Rahmen einer einmaligen Nachinitialisierung beide Arten von Daten auf der Chipkarte nachträglich einzubringen.
Zweckmäßig kann der Schlüssel im Verlauf der Initialisierung der Chipkarte eingebracht werden. Dies ist vorteilhaft, da im Verlauf der Initialisierung standardmäßig Daten auf der Chipkarte eingebracht werden und das Einbringen des Schlüssels in diesem Fall keinen zusätzlichen Arbeitsschritt beansprucht.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann die Chipkarte aus dem Betriebsmodus in den Nachinitialisierungszustand umgeschalten werden. Hierdurch ist eine Nachinitialisierung auch dann noch möglich, wenn die Chipkarte bereits einmal oder mehrmals vom Chipkarteninhaber benutzt wurde.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß bei einer Benutzung des Schlüssels und/oder des veränderten Schlüssels eine Zufallszahl eingearbeitet wird, wobei die Zufallszahl beim Eindringen der weiteren Daten auf der Chipkarte durch einen festen Zahlenwert ersetzt wird. Die Einarbeitung einer Zufallszahl gewährleistet die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen bei der Benutzung des Schlüssels oder des veränderten Schlüssels. Die zeitlich begrenzte Ersetzung der Zufallszahl durch einen festen Zahlenwert erlaubt es, den Schlüssel und/oder den veränderten Schlüssel auch in einem Zustand der Chipkarte zu benutzen, in welchem die Erzeugung von Zufallszahlen nicht vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Verlauf der Initialisierung ein Personalisierungsschlüssel auf der Chipkarte eingebracht wird, und der Personalisierungsschlüssel als Schlüssel für den kryptografischen Algorithmus genutzt wird. Hierdurch ist ein kosten- und zeitgünstige Nachinitialisierung der Chipkarte möglich, da im Rahmen der Personalisierung sowieso Daten auf der Chipkarte eingebracht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Erfindung die vorteilhaften Merkmale des Patentanspruches 9 auf. Für diese Merkmale gelten die Vorteile die in Verbindung mit den zugehörigen Verfahrensansprüchen genannt wurden entsprechend.
Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
Die Fig. 1 ein Dateisystem einer Chipkarte;
die Fig. 2 ein erweitertes Dateisystem einer Chipkarte;
die Fig. 3 einen Programmablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens;
die Fig. 4 einen veränderten Block A des Programmablaufplanes, wenn drei Nachinitialisierungsschlüssel zur Verfügung stehen;
die Fig. 5 einen veränderten Block B des Programmablaufplanes, wenn drei Nachinitialisierungsschlüssel zur Verfügung stehen; und
die Fig. 6 einen veränderten Block B des Programmablaufplanes, wenn die Nachinitialisierungsschlüssel überschrieben werden.
Auf einer Chipkarte soll ein Dateisystem gemäß Fig. 1 existieren. Das Root-Verzeichnis 10, das implizit nach einem Reset der Chipkarte selektiert ist, hat die Bezeichnung "Master File", abgekürzt MF. In ihm befinden sich alle anderen Verzeichnisse und Dateien. Das MF 10 stellt den gesamten in der Chipkarte für den Datenbereich verfügbaren Speicher dar. Unter MF 10 existiert ein "Dedicated File" 11, abgekürzt DF1, in dem weitere Dateien zusammengefaßt sind. Die Nutzdaten, die für eine Anwendung 1 notwendig sind, befinden sich in den EF′s 13, 14, was die Abkürzung von "Elementary Files" ist. Hierbei enthält EF11 13 insbesondere Daten des Chipkartenherausgebers (z. B. die Bankleitzahl einer Bank) und EF12 14 kundenspezifische Daten (z. B. Kontonummer). Die Datei EF_Key 12 enthält verschiedene Schlüssel für kryptografische Algorithmen. Hierzu gehören insbesondere ein Nachinitialisierungsschlüssel und der Personalisierungschlüssel.
Das in Fig. 1 dargestellte Dateisystem wird im Rahmen der Initialisierung auf der Chipkarte eingebracht. Es werden dabei spezielle Initialisierungskommandos verwendet. Da diese Initialisierungskommandos eine Vielzahl von Manipulationen auf der Chipkarte erlauben, wird die Chipkarte nach Abschluß der Initialisierung in einen Zustand gebracht, in welchem es nicht möglich ist, die Initialisierungskommandos auszuführen. Im allgemeinen schließt sich an die Initialisierung der Arbeitsschritt der Personalisierung an. Hierbei werden mittels Personalisierungskommandos die persönlichen Daten des späteren Chipkartenbenutzers auf der Karte eingebracht.
Nachdem die Personalisierung abgeschlossen wurde, wird die Chipkarte in den Zustand "Betriebsmodus" versetzt. Im Betriebsmodus kann die Chipkarte vom Benutzer im Rahmen verschiedener Anwendungen, vorzugsweise zur Kommunikation zwischen der Chipkarte und einem Terminal, genutzt werden. Zur Ausführung der jeweiligen Anwendungen stehen im Betriebsmodus Betriebskommandos zur Verfügung, die Bestandteil des auf der Chipkarte als ROM-Maske eingebrachten Betriebssystems sind.
Besteht die Notwendigkeit, zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Abschluß der Initialisierung weitere Anwendungen auf der Chipkarte einzubringen, so wird die Chipkarte zunächst in einen Nachinitialisierungszustand umgeschalten. In diesem Zustand sind die Initialisierungskommandos nicht ausführbar. Ein Umschalten in den Nachinitialisierungszustand ist auch möglich, nachdem die Chipkarte bereits im Betriebsmodus vom Chipkartenbenutzer benutzt wurde.
Im Nachinitialisierungszustand wird dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf der Chipkarte ein zweites "Dedicated File" DF2 15 mit zwei "Elementary Files" EF21 16 und EF22 17 gemäß Fig. 2 eingebracht. Hierbei werden die auf der Chipkarte bereits mit dem Betriebssystem eingebrachten Betriebskommandos benutzt. Mit Hilfe von DF2, EF21 und EF22 15, 16, 17 erhält der Benutzer der Chipkarte die Möglichkeit, seine Chipkarte im Rahmen einer Anwendung 2 zu nutzen.
Nachdem ein Betriebskommandoaufruf 20 zum Einbringen von DF2, EF21 und EF22 15, 16, 17 erfolgte, wird bei dem Verfahren gemäß dem Ablauf aus Fig. 3 zunächst der Zustand der Chipkarte festgestellt 21. Befindet sich die Chipkarte in einem Nachinitialisierungszustand, der insbesondere nicht mit dem Betriebsmodus identisch ist, so wird im Rahmen einer Schlüsselzuweisung 22 auf den in EF_Key 12 abgelegten Nachinitialisierungsschlüssel zugegriffen. Anschließend wird das Kommando mit Hilfe des Nachinitialisierungsschlüssels geprüft 24.
Ergibt diese Prüfung 24 ein positives Ergebnis, so wird das aufgerufene Betriebskommando ausgeführt 26. Ist die Prüfung nicht erfolgreich, wird eine Fehlermeldung erzeugt 28 und die Abarbeitung des aufgerufenen Betriebskommandos abgebrochen. Wird bei der Ermittlung des Zustandes der Chipkarte 21 festgestellt, daß sich dieselbe nicht im Nachinitialisierungszustand befindet, so wird das aufgerufene Betriebskommando nicht ausgeführt 29 und eine Fehlermeldung 30 wird erzeugt.
Häufig ist es der Fall, daß die Betriebskommandos in ihre Verschlüsselung Zufallszahlen einfließen lassen, wobei diese Zufallszahlen dynamisch von der Chipkarte erzeugt werden und von der Anwendung auf der Chipkarte erfragt werden müssen. Sind bei der Verschlüsselung Zufallszahlen verwendet wurden, so wird das erfindungsgemäße Verfahren, wie es in Fig. 3 schematisch dargestellt ist, um einen Schritt erweitert. Nach der Schlüsselzuweisung 22 und bevor das Betriebskommando mit Hilfe des Nachinitialisierungsschlüssels geprüft wird 25, erhält die Zufallszahl einen festen Wert. Das Betriebskommando kann dann unter Umgehung der Zufallszahl ausgeführt werden.
Besteht die Anforderung, nach Abschluß der Initialisierung, insbesondere im Verlauf der Personalisierung, mehrere zusätzliche Dateiergänzungen für mehr als eine Anwendung auf der Chipkarte einbringen zu wollen, so ist es von Vorteil, daß dies mittels mehrerer Nachinitialisierungsschlüssel geschieht. Hierzu werden die Nachinitialisierungsschlüssel zunächst in EF_Key 12 abgelegt.
In den Fig. 4 und 5 sind die gegenüber der Fig. 1 veränderten Blöcke A 23 bzw. B 27 dargestellt, für den Fall von drei zur Verfügung stehenden Nachinitialisierungsschlüsseln. Zwischen den in EF_Key 12 abgelegten Nachinitialisierungsschlüsseln wird umgeschaltet, wenn eine neue Anwendung mit den dazugehörigen Dateien auf der Chipkarte eingebracht wurde. Das Umschalten kann mit Hilfe eines standardmäßig zur Verfügung stehenden Kommandos, insbesondere mittels des Kommandos "PUTDATA", erfolgen. Hierzu wird die Karte um einen Zeiger oder Index, welcher auf den jeweils aktiven Nachinitialisierungsschlüssel zeigt, erweitert. Wie im Block A 27 in Fig. 4 dargestellt, wird dann in Abhängigkeit von dem Index der jeweilige Nachinitialisierungsschlüssel zugewiesen. Nach Ausführung des Betriebskommandos 20 wird der Indexwert verändert 51 (Fig. 5).
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung implementiert werden, wenn statt der Speicherung von mehreren Nachinitialisierungsschlüsseln gleichzeitig, der aktive Nachinitialisierungsschlüssel, welcher zum Einbringen einer Anwendung verwendet wurde, anschließend überschrieben wird. Code- und platzsparend ist hierbei stets nur ein Nachinitialisierungsschlüssel zu speichern. Die in Fig. 4 gezeigte Erweiterung des Blockes A 23 entfällt dann wieder, da gleichzeitig stets nur ein Nachinitialisierungsschlüssel existiert. Gemäß der Darstellung von Block B 27 in Fig. 5 wird ein benutzter Nachinitialisierungsschlüssel nach Ausführung des Betriebskommandos überschrieben 61. Danach steht ein veränderter Nachinitialisierungsschlüssel für die folgende Nachinitialisierung zur Verfügung. Bei mehrmaliger Nachinitialisierung wird der Nachinitialisierungsschlüssel mehrfach überschrieben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird als Nachinitialisierungsschlüssel der für die Personalisierung der Chipkarte zur Verfügung stehende Personalisierungsschlüssel verwendet. Dieser Personalisierungsschlüssel muß in jedem Fall auf der Karte eingebracht werden. Bei seiner Verwendung zum beschriebenen Verfahren der Nachinitialisierung wird somit ein vorhandener Schlüssel verwendet, wodurch Speicherplatz für das Ablegen eines anderen Nachinitialisierungsschlüssels eingespart wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Nachinitialisierung einer Chipkarte, die einen Prozessor, einen nichtflüchtigen Speicher und ein Betriebssystem mit Betriebskommandos, die in einem Benutzermodus nutzbar sind, aufweist, wobei
ein Schlüssel für einen kryptografischen Algorithmus auf der Chipkarte eingebracht wird, und
die Chipkarte nach Abschluß einer Initialisierung mindestens einmal in einen Nachinitialisierungszustand, der vom Betriebsmodus verschieden ist, umgeschaltet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Nachinitialisierungszustand weitere Daten auf der Chipkarte unter Benutzung der Betriebskommandos eingebracht werden, wobei die Betriebskommandos mit Hilfe des Schlüssels benutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein veränderter Schlüssel erzeugt wird, nachdem mit Hilfe des Schlüssels ein oder mehrere Betriebskommandos genutzt wurden, um nach Abschluß der Initialisierung weitere Daten auf der Chipkarte einzubringen, und
die Betriebskommandos mittels des veränderten Schlüssels genutzt werden können, um zusätzliche Daten auf der Chipkarte einzubringen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderte Schlüssel durch Überschreiben des Schlüssels erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Daten benutzerabhängige und/oder benutzerunabhängige Daten umfassen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüssel im Verlauf der Initialisierung der Chipkarte eingebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipkarte aus dem Betriebsmodus in den Nachinitialisierungszustand umgeschaltet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
bei einer Benutzung des Schlüssels und/oder des veränderten Schlüssels eine Zufallszahl eingearbeitet wird, wobei
die Zufallszahl beim Einbringen der weiteren Daten auf der Chipkarte durch einen festen Zahlenwert ersetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
im Verlauf der Initialisierung ein Personalisierungsschlüssel auf der Chipkarte eingebracht wird, und
der Personalisierungsschlüssels als Schlüssel für den kryptografischen Algorithmus genutzt wird.
9. Nachinitialisierbare Chipkarte,
die einen Prozessor, einen nichtflüchtigen Speicher und ein Betriebssystem mit Betriebskommandos aufweist, und
auf der während einer Initialisierung Daten, insbesondere benutzerunabhängige Daten und/oder Anwendungen, einbringbar sind, und
auf der ein Schlüssel für einen kryptografischen Algorithmus einbringbar ist,
auf der nach Abschluß der Initialisierung weitere Daten einbringbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Einbringen der weiteren Daten die Betriebskommandos mittels des Schlüssels nutzbar sind.
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