DE19838628A1 - Erweiterte Chipkarten-Kommunikationsarchitektur und Verfahren zur Kommunikation zwischen Chipkartenanwendung und Datenträger - Google Patents

Erweiterte Chipkarten-Kommunikationsarchitektur und Verfahren zur Kommunikation zwischen Chipkartenanwendung und Datenträger

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine verbesserte Kommunikationsarchitektur für Chipkartensysteme und ein verbessertes Verfahren zur Kommunikation der Chipkartenanwendung mit geschützten Datenträgern, insbesondere für den Fall, daß Chipkarte oder Chipkartenlesegeräte nicht eingesetzt werden können. Die verbesserte Kommunikationsarchitektur verfügt über eine gemeinsame virtuelle Chipkarten-Schnittstelle zwischen den jeweiligen Chipkartenanwendungen und den Modulen, die den Zugriff auf die geschützten Datenträger (Chipkarten) ermöglichen. Die Module ermöglichen den Zugriff entweder auf physikalische Chipkarten, virtuelle Software-Chipkarten oder Hardware-Chipkarten. Durch die gemeinsame virtuelle Chipkarten-Schnittstelle ist die Anwendung vollkommen unabhängig von dem jeweiligen Modul bzw. dem jeweiligen Datenträger. Alternativ enthält die verbesserte Kommunikationsarchitektur zusätzlich einen virtuellen Chipkarten-Adapter, der über die gemeinsame virtuelle Chipkarten-Schnittstelle mit der jeweiligen Chipkartenanwendung kommuniziert. An den Chipkarten-Adapter werden die verschiedenen Module angehängt und über die Chipkartenanwendung statisch oder dynamisch ausgewählt. Virtuelle Software-Chipkarten, die echten physikalischen Chipkarten funktionell nachgebildet sind, können über den virtuellen Chipkarten-Adapter zur Kommunikation mit einer Chipkartenanwendung eingebunden werden. Dieses Verfahren ist insbesondere dann geeignet, wenn die Chipkarte verlorengegangen oder ...

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine erweiterte Chipkartenarchitektur zur Kommunikation zwischen Chipkartenanwendung und einem Datenträger insbesondere für den Fall, daß die Chipkarte oder der Chipkartenleser durch irgendwelche Umstände noch nicht vorhanden oder nicht einsetzbar ist.
Bei der Einführung neuer Technologien und Programme, die den Einsatz von Chipkarten erforderlich machen, stellt sich häufig das Problem der kurzfristigen Verfügbarkeit von Chipkartenlesegeräten. Arbeitsplätze für Benutzer müssen mit neuen Chipkartenlesegeräten auf diese Technologie umgerüstet werden. Dies gestaltet sich häufig als technisch sehr aufwendig und nimmt insbesondere in Großunternehmen lange Zeit in Anspruch. Die Folge hiervon ist, daß die neuen Technologien bzw. Programme in einer Übergangsphase zusammen mit den alten Technologien bzw. Programmen zusammen betrieben werden müssen. Dies ist kosten- und arbeitsintensiv.
Defekte Chipkartenlesegeräte verhindern Transaktionen mit der Chipkarte. Dies kann je nach Einsatzbereich der Chipkarte sowohl für den Chipkarteninhaber als auch den Betreiber der Chipkartenlesegeräte wirtschaftliche Nachteile haben.
Beim Verlust einer Chipkarte ist der Inhaber bis zur Ausstellung einer neuen Karte gehindert mit der Chipkarte zu arbeiten. Dies kann in bestimmten Fällen, z. B. bei längeren Reisen, für den Inhaber der verlorenen Chipkarte zu Problemen führen. Dies gilt in zunehmenden Maße, weil viele geschäftliche Aktivitäten überwiegend über Chipkarten abgewickelt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und System bereitzustellen, das erlaubt, die obengenannte Nachteile zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1, 20 und 30 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, daß anstatt der physikalischen Chipkarte eine virtuelle Software-Chipkarte einsetzbar ist. Die virtuelle Software- Chipkarte stellt eine reine Softwarelösung dar und ist funktionell einer physikalischen Chipkarte nachgebildet. Das Testen von neuen Chipkartenlösungen beschränkt sich auf das Austesten der virtuellen Software-Chipkarte. Das Erstellen einer virtuellen Software-Chipkarte, basierend auf einer neuen Chipkartenlösung, ist gegenüber dem Erstellen einer Chipkarte weniger zeitaufwendig und damit auch billiger. Aufwendige Chipkartenprototypen zum Testen der neu entwickelten Chipkarten werden damit entbehrlich. Beim Verlust der physikalischen Chipkarte kann sich der Berechtigte eine virtuelle Software-Chipkarte über eine Diskette oder über das Netz auf sein System herunterladen und mit dieser virtuellen Software-Chipkarte bis zur Aushändigung einer neuen Chipkarte weiterarbeiten.
Organisationen und Firmen können neue Chipkartentechnologien durch Zurverfügungstellung von virtuellen Software- Chipkarten einsetzen ohne das alle Systeme mit neuen Chipkartenlesern bereits ausgerüstet sind. Für Chipkartenhersteller ergibt sich der Vorteil neue Technologien bereits vor der Verfügbarkeit der Komponenten (wie Cryptocoprozessoren, größere Speicher usw.) in der späteren Anwendungsumgebung zu erproben.
Durch das Einführen einer gemeinsamen virtuellen Chipkarten- Schnittstelle und eines virtuellen Chipkarten Adapters ist die Kommunikation der Chipkartenanwendung mit den Modulen des virtuellen Chipkarten-Adapters vollkommen unabhängig. Für die Chipkartenanwendung spielt es keine Rolle, mit welchem Modul des virtuellen Chipkarten-Adapters sie kommuniziert. Module sind Zugriffsroutinen auf eine physikalische Chipkarte, eine virtuelle Software-Chipkarte oder eine Hardware-Chipkarte mit der Funktionalität einer Chipkarte. Änderungen bzw. Anpassungen an den Modulen oder dem virtuellen Chipkarten-Adapter erfordern durch die gemeinsame virtuelle Chipkarten-Schnittstelle keine Anpassung der jeweiligen Chipkartenanwendungen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand Figuren näher erläutert, wobei
Fig. 1 eine Kommunikationsarchitektur zwischen Chipkartenanwendungen und Chipkarten bzw. Chipkartenmodulen zeigt,
Fig. 2 die erfinderische Kommunikationsarchitektur zwischen verschiedenen Chipkartenanwendungen und verschiedenen Datenträgern zeigt.
Fig. 1 beschreibt eine Kommunikationsarchitektur zwischen verschiedenen Chipkartenanwendungen und verschiedenen Chipkarten. Die Identifizierung der Karte wird von der Anwendung durchgeführt. Die verschiedenen Anwendungen kommunizieren über spezielle Schnittstellen (PKCS#11, CDSA, CAPI) mit den spezifischen Chipkartenzugriffsroutinen. Die jeweiligen Chipkartenzugriffsroutinen sind entweder Teil der jeweiligen Anwendung oder bilden eine separate Softwarekomponente. Für unterschiedliche Chipkarten mit unterschiedlichen Betriebssystemen oder unterschiedlicher Datenstrukturen gibt es eigene Zugriffsroutinen. Jede neue Chipkarte oder Änderungen an der Betriebssystemsoftware bzw. der Datenstruktur einer Chipkarte erfordert eine Anpassung der jeweiligen Zugriffsfunktionen.
Fig. 2 beschreibt die erfinderische Kommunikationsarchitektur zwischen verschiedenen Chipkartenanwendungen und verschiedenen Datenträgern. Die verschiedenen Anwendungen kommunizieren über eine gemeinsame virtuelle Chipkarten-Schnittstelle (VCS) mit den jeweiligen Modulen. Anwendung 1 und 2 setzen zum Beispiel auf einer standardisierten Schnittstelle, z. B. PKCS#11, und die Anwendung 3 setzt auf einer standardisierten Schnittstelle, z. B. CAPI, auf. Die Implementierungen der verschiedenen Standardschnittstellen (PKCS#11, CDSA, CAPI) benutzen die gemeinsame virtuelle Chipkarten-Schnittstelle. Die Anwendung 4 setzt direkt auf der gemeinsamen virtuellen Chipkarten- Schnittstelle auf. Unterhalb der gemeinsamen virtuellen Schnittstelle ist vorzugsweise ein virtueller Chipkarten- Adapter (VCS-Adapter) angeordnet.
Der VCS-Adapter ist ein Softwaremodul und bietet für alle Anwendungen eine einheitliche Schnittstelle. An den VCS- Adapter können verschiedene Module (Chipkarten-Modul, Software-Chipkarten-Modul, Hardware-Karten-Modul) angehängt werden. Die Anwendungen können über den VCS-Adapter die zugreifbaren Module abfragen. Die Anwendung kann über den VCS-Adapter mit einem ausgewählten Modul kommunizieren. Das Auswählen des jeweiligen Moduls kann statisch oder dynamisch erfolgen. Beim dynmamischen Einbinden eines Moduls zum Beispiel über Netz prüft der VCS-Adapter die Identität und Authentität des Moduls, d. h. ob das Modul von einer authorizierten Instanz erstellt und zwischenzeitlich auch nicht modifiziert worden ist. Das Modul enthält eine digitale Signatur, die von dem VCS-Adapter beim Aufbau der Kommunikation geprüft wird. Auch der VSC kann statisch oder dynamisch mit der Anwendung verbunden sein. Im Falle der dynamischen Verbindung prüft die Chipkartenanwendung die Identität und Authentität des VSC Adapters. Auch die Anwendung kann daher zum Beispiel über Netz dynamisch mit dem VSC Adapter eingebunden werden. Auch in diesem Fall muß die Identität und Authentität Chipkartenanwendung überprüft werden. Auch hier erfolgt die Prüfung der Authentität über eine digitale Signatur.
Alternativ kann die Chipkartenanwendung, der VCS-Adapter und auch die an ihn angehängten Module statisch angebunden sein. In diesem Fall ist eine digitale Signatur entbehrlich.
Module sind die Zugriffsroutinen auf die Datenobjekte; die Datenobjekte können zum Beispiel auf einer physikalischen oder in einer virtuellen Chipkarte oder auf einer Hardware- Chipkarte abgespeichert sein. Kryptographische Funktionen sind entweder im Modul oder auf einer physikalischen Chipkarte oder einem Hardware-Chipkarte (z. B. PCM/CIA Karte) abgelegt. Bei einer virtuellen Software-Chipkarte sind sie kryptographischen Funktionen Teil der virtuellen Software-Chipkarte.
Der Zugriff auf private Daten einer physikalischen Chipkarten oder Hardware-Chipkarte wird durch ein Paßwort (z. B. PIN) geschützt.
Bei der virtuellen Software-Chipkarte werden die privaten Daten zusätzlich mit Unterstützung des Paßwortes verschlüsselt. Die Schlüssel der virtuellen Software- Chipkarte sind zusätzlich gegen Auslesen besonders geschützt.
Es können mehrere standardisierte virtuelle Software- Chipkartentypen entwickelt und auf einem Speichermedium abgespeichert werden; die virtuelle Software-Chipkarte kann auch über Internet an die Benutzer verteilt werden. Die virtuellen Software-Chipkarten sind generischer Struktur und enthalten keine benutzerspezifischen Daten. Sie bilden lediglich die Funktionsweise einer physikalischen Chipkarte ab. Sie bedürfen daher einer Initialisierung/Personalisierung durch den Benutzer. Der Initialisierung der virtuellen Software-Chipkarte geht vorzugsweise ein Authentifizierungsverfahren voraus, das festellt, ob bei der Übertragung der virtuellen Software- Chipkarte von einem auf das andere System Änderungen an der virtuellen Software-Chipkarte erfolgt sind. Vorzugsweise wird die virtuelle Software-Chipkarte mit einem Benutzerinterface zur Initialisierung der virtuellen Chipkarte ausgestattet. Das Benutzerinterface fragt zum Beispiel den Benutzer, welcher virtuelle Software- Chipkartentyp benötigt wird. Als Chipkartentyp kommt zum Beispiel die Signaturkarte, die Zutrittskarte oder die Datenkarte in Betracht. Das Benutzerinterface wird den Benutzer auffordern, ein Paßwort festzulegen oder ein bestehendes Paßwort zu übernehmen oder abzuändern. Die virtuelle Software-Chipkarte generiert aus dem Paßwort einen Schlüssel. Aus den angefragten Informationen wird auf der Festplatte des Benutzers ein Speicherbereich zur Speicherung von öffentlichen Datenobjekten und ein Speicherbereich zur Speicherung von privaten Datenobjekten festgelegt. Dies erfolgt durch Funktionen der virtuellen Software-Chipkarte. Bestandteil der virtuellen Software-Chipkarte sind die Zugriffsroutinen auf die Datenobjekte, die auf der Festplatte gespeichert sind. Die öffentlichen Datenobjekte sind frei zugreifbar; die privaten Datenobjekte sind nur mittels eines Schlüssels/Paßwortes zugreifbar.
Der Benutzer ist in der Lage, mit der virtuellen Software- Chipkarte zu arbeiten.
Der VSC-Adapter kann Bestandteil der virtuellen Chipkarte sein oder stellt eine eigene Softwarekomponente dar, die zusammen mit der virtuellen Software-Chipkarte verfügbar gemacht wird.

Claims (30)

1. Kommunikationsarchitektur für den Austausch von Informationen zwischen einer Chipkartenanwendung und einem geschützten Datenträger enthaltend zumindest folgende Komponenten:
  • a) eine Chipkartenanwendung,
  • b) einen virtuellen Chipkarten-Adapter mit einer gemeinsamen Schnittstelle zu allen Chipkartenanwendungen zum Einbinden von Modulen zum Zugriff auf die geschützten Datenträger,
  • c) ein Modul mit Zugriffsroutinen auf einen geschützten Datenträger,
  • d) einen Datenträger mit privaten und öffentliche Datenobjekten, wobei die privaten Daten gegen Zugriff schützbar sind.
2. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul statisch mit dem Chipkarten-Adapter verbindbar ist.
3. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul dynamisch mit dem Chipkarten-Adapter verbindbar ist.
4. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul dynamisch mit dem Chipkarten-Adapter über das Netz verbindbar ist.
5. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamisch auswählbare Modul vom Chipkarten-Adapter auf Indentität und/oder Authentität überprüfbar ist.
6. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Authentität des Moduls durch eine digitale Signatur überprüfbar ist.
7. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipkarten-Adapter statisch mit der Chipkartenanwendung verbindbar ist.
8. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipkarten-Adapter dynamisch mit der Chipkartenanwendung verbindbar ist.
9. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipkarten-Adapter dynamisch über Netz mit der Chipkartenanwendung verbindbar ist.
10. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamisch verbindbare Chipkarten-Adapter von der Chipkartenanwendung auf Identität und/oder Authentität überprüfbar ist.
11. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Authentität des Chipkarten-Adapters durch digitale Signatur überprüfbar ist.
12. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Chipkarten- Adapter anbindbaren Module über das Chipkartenanwendungsprogramm abfragbar, auswählbar und anbindbar sind.
13. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der geschützte Datenträger eine physikalische Chipkarte, eine virtuelle Software- Chipkarte oder eine Hardware-Chipkarte mit der Funktionalität einer Chipkarte ist.
14. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Software- Chipkarte statisch oder dynamisch an das jeweilige Modul anbindbar ist.
15. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Software- Chipkarte vom Modul auf Identität und/oder Authentität überprüfbar ist.
16. Kommunikationarchitektur nach Anspruch 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung der Authentität der dynamisch einbindbaren virtuellen Software- Chipkarte durch eine digitale Signatur erfolgt.
17. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Software- Chipkarte initiier- und personalisierbar ist.
18. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch Funktionen der virtuellen Software-Chipkarte Datenobjekte auf dem Datenträger anlegbar und der Zugriff des Moduls auf die Datenobjekte über Funktionen der virtuellen Chipkarte herstellbar ist.
19. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß kryptographische Funktionen zur Ver- und Entschlüsselung von Daten Teil der virtuellen Software-Chipkarte sind.
20. Kommunikationsarchitektur für den Austausch von Informationen zwischen einer Chipkartenanwendung und einem geschützten Datenträger enthaltend zumindest Komponenten:
  • a) eine Chipkartenanwendung,
  • b) ein Modul mit Zugriffsroutinen auf einen geschützten Datenträger,
  • c) eine virtuelle Software-Chipkarte mit kryptographischen Funktionen zum Anlegen-Lesen-, und Schreiben von Datenobjekten auf einem Datenträger,
  • d) einen Datenträger, auf dem Datenobjekte mit privaten und öffentliche Daten speicherbar sind, wobei die privaten Daten mit Hilfe der virtuelle Software-Chipkarte gegen Zugriff schützbar sind.
21. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul statisch oder dynamisch mit der Chipkartenanwendung verbindbar ist.
22. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei der dynamischen Verbindung des Moduls mit der Chipkartenanwendung seine Identität und/oder seine Authentität durch eine digitale Signatur überprüfbar ist.
23. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Software- Chipkarte statisch oder dynamisch an das Modul anbindbar ist.
24. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei der dynamischen Verbindung der virtuellen Software-Chipkarte mit dem Modul seine Identität und/oder Authentität durch eine digitale Signatur überprüfbar ist.
25. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zusätlich ein virtueller Chipkarten-Adapter mit einer gemeinsamen Schnittstelle zu allen Chipkartenanwendungen zum Einbinden von Modulen zum Zugriff auf den geschützten Datenträger integrierbar ist.
26. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipkarten-Adapter dynamisch mit der Chipkartenanwendung verbindbar ist.
27. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipkarten-Adapter dynamisch über Netz mit der Chipkartenanwendung verbindbar ist.
28. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß der dynamisch verbindbare Chipkarten-Adapter von der Chipkartenanwendung auf Identität und/oder Authentität überprüfbar ist.
29. Kommunikationsarchitektur nach Anspruch 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Chipkarten- Adapter anbindbare Module über das Chipkarten- Anwendungsprogramm abfragbar, auswählbar und anbindbar sind.
30. Verfahren zum Implementieren von virtuellen Software- Chipkarten, wobei die Software-Chipkarten physikalischen Chipkarten funktionell nachgebildet, sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) Anbieten eines Benutzer-Interfaces zur Auswahl vor Typen von virtuellen Software-Chipkarten, die auf einem Speichermedium abgelegt sind,
  • b) Auswählen einer virtuellen Software-Chipkarte nach Schritt a) durch den Benutzer,
  • c) Personalizieren der virtuellen Software-Chipkarte durch Eingabe eines Passwortes des Benutzers,
  • d) Generieren von privaten und öffentlichen Datenobjekten auf einem Speichermedium durch Funktionen der Software-Chipkarte,
  • e) Bereitstellen von Zugriffsfunktionen auf die Datenobjekte durch Funktionen der Software- Chipkarte, wobei private Datenobjekte gegen unberechtigten Zugriff geschützt sind.
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