DE19841886A1

DE19841886A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Paßwörtern

Info

Publication number: DE19841886A1
Application number: DE19841886A
Authority: DE
Inventors: Ismet Koyun
Original assignee: Kobil Computer 67547 Worms De GmbH; Kobil Computer GmbH
Current assignee: Kobil GmbH
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2018-09-12
Also published as: DE19841886C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Paßwörtern gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der Computertechnik gibt es viele Situationen, in denen aus sicherheitstechnischen Gründen eine Authentifizierung eines Benutzers vorgenommen werden muß. Diese Problemstellung ist insbesondere in unsicheren Netzen, wie beispielsweise der Rechner zugang im Internet oder beim Homebanking via Modem und Telefonnetz von besonderer Bedeutung. Ein potentieller Angreifer darf durch Abhören einer beliebig langen Sequenz von Paßwörtern, welche ein Benutzer oder Client C zur erfolgreichen Berechtigungsüber prüfung oder Authentifizierung beim Server benutzt, nicht in der Lage sein, ein künftiges gültiges Paßwort für den Benutzer oder Client C zu berechnen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie gemäß den im Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Benutzer dem Rechner ein nur für eine aktuelle Session gültiges Paßwort übergibt, welches ihn eindeutig als den berech tigten Benutzer oder authentischen Client charakterisiert. Der Rechner und insbesondere der Server ist seinerseits in der Lage, das für diesen bestimmten Benutzer aktuell gültige Einmalpaßwort zu bestimmen. Dem Benutzer wird ein weiterer Zugang nur dann gestat tet, wenn das eingegebene Paßwort und das vom Rechner berechnete Paßwort überein stimmen. Wesentlich ist, daß das jeweilige Paßwort immer nur ein einziges Mal gültig ist, welches durch synchrone Berechnung einmalig erzeugt worden ist. Die Sicherheit gegen unbefugte Benutzung ist somit auch in unsicheren Netzen, wie beispielsweise im Internet oder beim Homebanking via Modem und Telefonnetz gewährleistet. Alle Benutzer oder Teilnehmer verwenden das gleiche Verschlüsselungsverfahren oder Kryptosystem, wobei die zugrundeliegende Verschlüsselungsfunktion f_k(c) durch einen geheimen Schlüssel k(C) parametrisiert ist. Alle Berechnungen sowohl auf der Benutzerseite als auch auf der Rechnerseite werden in bevorzugter Weise auf einer Prozessorchipkarte durchgeführt, welche zur Durchführung des genannten Verschlüsselungsverfahrens ausgebildet ist. Erfindungsgemäß gelangt eine durch einen geheimen Schlüssel k(C) parametrisierte Schar von Permutationen, d. h. von bijektiven Funktionen auf deren Argumentbereich, f_k(C:D→D zum Einsatz. Diese Schar genügt wenigstens einer; bevorzugt mehreren der folgenden Bedingungen:

1. Die Definitionsmenge (und Bildmenge) D ist endlich und besitzt hinreichend viele Elemente. Sie enthält insbesondere mindestens 2⁵⁴ viele Elemente.
2. Die Menge aller zulässigen Schlüssel ist hinreichend mächtig. Sie enthält ins besondere mindestens 2⁶⁶ viele Elemente.
3. f_k(C) ist eine zufällige Funktion ("random function") in dem Sinne, daß bei beliebigem vorgegebenem Argument x aus der Definitionsmenge D die Wahrscheinlichkeit, ein bestimmtes Element y aus D als Ergebnis der Funktionsauswertung zu erhalten, ungefähr gleich 1/|D| ist, wenn man zufällig und gleichverteilt einen Schlüssel k(C) aus der Menge aller möglichen Schlüssel auswählt.
4. Bei Kenntnis einer Folge von Werten x₀, x₁, . . . , x_n aus der Definitionsmenge D, wobei x_i+1 = f_k(C)(x_i) für 0≦i<n gelte, soll es einem potentiellen Angreifer in der Praxis auch mit Hilfe leistungsfähiger Computer unmöglich sein, in vertretbarer Zeit den Schlüssel k(C) zu bestimmen oder x_n+1 = f_k(C)(x_n) zu berechnen.

Der Rechner und der Benutzer verfügen beide über einen geheimen Startwert, welcher Startwert x_O,c vom Server initial zufällig erzeugt wird und in einer sicheren Umgebung in den geheimen, von außen nicht zugänglichen Speicherbereich der Chipkarte des Benutzers geschrieben wird. Des weiteren wird mittels des Rechners ein zufälliger geheimer Schlüsselwert k(C) ermittelt und von diesem in einen von außen nicht zugäng licher Speicherbereich eines Datenträgers, insbesondere einer Chipkarte des Benutzers C geschrieben. Die Chipkarte wird dann an den Benutzer C ausgegeben. Des weiteren enthält der Rechner eine nur von Autorisierten zugängliche Datenbank, in welcher die Zuordnung des dem jeweiligen Benutzer zugeordneten geheimen Schlüssels k(C) und das letzte vom Benutzer C benutzte Paßwort x_n,c gespeichert ist. Ferner ist in der Chipkarte des Benutzers C in einem gesicherten Speicherbereich dauerhaft der jeweilige geheime Schlüsselwert k(C) sowie das letzte benutzte Paßwort x_n,c gespeichert. Des weiteren wird erfindungsgemäß die Benutzung bereits existierender Hard- und Firmware beim Benutzer ermöglicht. So können beispielsweise die bekannten EC-Karten mit Chip benutzt werden, welche als Prozessor-Chipkarten ausgebildet sind und auf welche neben Standardanwendungen, Electronic Cash und elektronische Geldbörse weitere Applikationen nachgeladen werden können. Die von deutschen Banken derzeit ausge gebene EC-Karte vermag standardmäßig folgende Verschlüsselungsverfahren auszufüh ren: Den Data Encryption Standard, kurz DES, sowie Triple-DES. Des weiteren können die in Mobiltelefonen eingesetzten Chipkarten verwendet werden. Hierbei besitzt ein Benutzer bereits einen geeigneten Chipkartenleser, nämlich sein Mobiltelefon, welches darüber hinaus über ein Display und eine Tastatur verfügt. Weitere Ausgestaltungen und Besonderheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert.

Der Rechner 2 enthält eine erste Einheit 4 zur Durchführung eines bekannten Krypto verfahrens mit der Verschlüsselungsfunktion f_k(c). Der Benutzer erhält einen Datenträger 6, insbesondere in Form einer Chipkarte, welche eine zweite Einheit 8 zur Durchführung des genannten Kryptoverfahrens gemäß f_k(c) aufweist. Als Verschlüsselungsverfahren gelangen insbesondere die heute üblichen symmetrischen Kryptosysteme wie DES, Triple-DES oder IDEA zur Verwendung. Anstelle der genannten Verschlüsselungsfunktion f_k(c) kann erfindungsgemäß die zugehörige Entschlüsselungsfunktion f_k(c) ^-1 verwendet werden. Der Rechner 2 enthält ferner eine erste Komponente 10 zur Erzeugung eines geheimen Startwertes X_0,c sowie eine zweite Komponente 12 zur Erzeugung eines geheimen Schlüssels k(C). Der Datenträger bzw. die Chipkarte 6 enthält einen ersten Speicher 14 für den geheimen Startwert X_o,c sowie einen weiteren Speicher 16 für den geheimen Schlüssel k(C). Schließlich enthält der Rechner 2 eine Datenbank 18, welche nur für Autorisierte zugänglich ist und in welcher die Zuordnung des Benutzers bzw. der Chipkarte mit deren geheimen Schlüssel k(C) sowie das letzte vom Benutzer C benutz ten Paßwort x_n,c gespeichert sind. Alle Benutzer oder Teilnehmer des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwenden das gleiche Krypto system mit der gleichen Verschlüsselungsfunktion f_k(c) und/oder die zugehörenden Entschlüsselungsfunktion f_k(C) ^-1. Es sei festgehalten, daß die Verschlüsselungsfunktion f_k(C) eine Permutation, also eine bijektive Funktion auf den Argumentbereich ist, und daß anstelle der genannten Verschlüsselungsfunktion bedarfsweise die zugehörende Entschlüsselungsfunktion verwendbar ist. Die zum Einsatz gelangende Verschlüsse lungsfunktion f_k(C) ist durch den geheimen Schlüssel k(C) parametrisiert.

Der bevorzugt mittels des Rechners 2 initial zufällig erzeugte geheime Startwert X_o,c wird im Rahmen der Erfindung auf den Datenträger 6 in dessen ersten Speicherbereich 14 geschrieben. Ferner wird der bevorzugt gleichfalls mittels des Rechners 2 erzeugte zufällige Schlüssel k(C) in den zweiten von außen gleichfalls nicht zugänglichen Spei cherbereich 16 des Datenträgers 6 des Benutzers C geschrieben. Der derart vorbereitete Datenträger bzw. die Chipkarte 6 wird dann dem Benutzer C übergeben und ermöglicht jederzeit dessen Authentifizierung oder Feststellung der Zugriffsberechtigung auf den Rechner 2. Lautet das zuletzt von C benutzte Paßwort x_n,c, so finden Client C und Server das nächste gültige Paßwort durch Berechnen von

x_n+1,C = f_k(c) (x_n,Cc).

Im Rahmen der Erfindung ist folglich für den Benutzers mittels des derart vorbereiteten Datenträgers 6 die Möglichkeit geschaffen, dem Rechner jeweils nur für die gewünschte Session ein einmaliges gültiges Paßwort zu übergeben, welches ihn eindeutig als authentischen Benutzer charakterisiert. Der Rechner; insbesondere der Server; ist seinerseits in die Lage versetzt, das für diesen einen Benutzer aktuell gültige Einmalpaß wort zu bestimmen. Ein weiterer Zugang ist für den Benutzer nur dann ermöglicht, wenn das eingegebene Paßwort und das vom Rechner berechnete Paßwort übereinstimmen. Das Einmalpaßwort wird für jede Session oder Transaktion neu erzeugt und ist nur für dieses einzige Mal gültig.

Alternativ kann unter der Voraussetzung, daß die Verschlüsselungsfunktion f_k(C) eine Permutation dargestellt anstelle der Verschlüsselungsfunktion f_k(C) die zugehörige Entschlüsselungsfunktion f_k(C) ^-1 verwendet werden, wobei die Berechnung des nächsten gültigen Paßworts nach der Formel erfolgt:

x_n+1,C = f_k(C) ^-1 (X_n,C).

Da ein sicheres Kryptosystem, beispielsweise DES, Tripie-DES oder IDEA zum Einsatz gelangt, kenn ein Unbefugter auch bei Kenntnis von x_oCC bis x_n,C auch das nächste Paßwort x_n+1,C nicht berechnen bzw. das Verschlüsselungsverfahren f_k(C) nicht be rechnen. Durch den Einsatz der genannten heute gängigen symmetrischen Krypto systeme kann auf die Verwendung der Entschlüsselungsfunktion f_k(C) ^-1 anstelle der Verschlüsselungsfunktioin f_k(C) verzichtet werden, da aus der Kenntnis der expliziten Verschlüsselungsfunktion effizient auf einfache Art und Weise die betreffende Ent schlüsselungsfunktion bestimmbar ist.

Damit die Software, welche die Kyptoalgorithmen ausführt, nicht durch Unbefugte manipuliert werden kann, werden in zweckmäßiger Weise die erste Einheit 4, die erste Komponente 10, die zweite Komponente 12 und der zweite Speicherbereich 16 ganz oder teilweise auf einer hochsicheren Prozessorchipkarte realisiert.

Bezugszeichenliste

2

Rechner

4

erste Einheit

6

Datenträger/Chipkarte

8

zweite Einheit

10

erste Komponente

12

zweite Komponente

14

erster Speicherbereich

16

zweiter Speicherbereich

18

Datenbank

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Paßwörtern und zur Überprüfung der Zugriffs berechtigung auf einen Rechner unter Verwendung einer durch einen bevorzugt ge heimen Schlüssel k(C) parametrisierte Schar von Permutationen und/oder einer Ver schlüsselungsfunktion und eines einem Benutzer zugeordneten Paßworts, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem geheimen Startwert unter Ein beziehung eines zuvor benutzten Paßwortes, insbesondere des zuletzt benutzten Paßwortes, das nächste gültige Paßwort berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch syn chrone Berechnung sowohl im Rechner als auch auf der Benutzerseite erzeugten Paßworte nur einmalig benutzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den geheimen Schlüssel k(C) parametrisierte Schar von Permutationen, also von bijektiven Funktionen auf deren Argumentbereich, f_k(C):D→D zum Einsatz gelangen, die folgenden Bedingungen ganz oder teilweise derart genügt, daß die Definitionsmenge und/oder die Bildmenge D endlich sind und hinreichend viele Elemente, insbesondere mindestens 2⁵⁴ Elemente aufweisen und/oder daß die Menge aller zulässigen Schlüssel hinreichend mächtig ist und bevorzugt mindestens 2⁶⁶ viele Elemente aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion f_k(C) eine zufällige Funktion (random function) derart ist, daß bei beliebigem vorgegebenem Argument x aus der Definitionsmenge D die Wahrscheinlichkeit, ein bestimmtes Element y aus D als Ergebnis der Funktionsauswertung zu erhalten, unge fähr gleich 1/|D| ist, wobei bevorzugt zufällig und/oder gleichverteilt ein Schlüssel k(C) aus der Menge aller möglichen Schlüssel ausgewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kenntnis einer Folge von Werten x₀, x₁, . . . , X_n aus der Definitionsmenge D, wobei x_i+1 = f_k(C)(x_i) für 0≦i<n gelte, es einem potentiellen Angreifer in der Praxis auch mit Hilfe leistungsfähiger Computer unmöglich ist, in vertretbarer Zeit den Schlüssel k(C) zu bestimmen oder x_n+1 = f_k(C)(x_n) zu berechnen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zugrundliegende Verschlüsselungsfunktion oder Entschlüsselungsfunktion durch den geheimen Schlüsselwert parametrisiert ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rechnerseite eine Zuordnung des geheimen Schlüsselwertes sowie des letzten vom Benutzer genutzten Paßwortes zu diesem Benutzer erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungen auf der Rechnerseite und/oder auf der Seite des Benutzers durch geführt werden, vorzugsweise auf einer zur Durchführung des Verschlüsselungsverfah rens ausgelegten Prozessor-Chipkarte.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Benutzerseite, insbesondere auf einer Chipkarte in einem gesicherten Speicher bereich dauerhaft der geheime Schlüsselwert sowie das zuletzt von ihr benutzte Paßwort gespeichert sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der geheime Startwert insbesondere mittels des Rechners, initial und zufällig erzeugt wird und in sicherer Umgebung in einem geheimen, von außen nicht zugänglichen Speicherbereich beim Benutzer; insbesondere dessen Chipkarte, gespeichert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Rechners der zufällige, geheime Schlüsselwert erzeugt wird und in einen von außen nicht zugänglichen zweiten Speicherbereich des Benutzers, insbesondere dessen Chipkarte, geschrieben und/oder gespeichert wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (2) eine erste Einheit (4) zur Durch führung des Verschlüsselungsverfahrens enthält und/oder eine zweite Einheit (8) zur Erzeugung des geheimen Startwertes enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (2) eine erste Speicherkomponente (10) für den geheimen Startwert und/oder eine zweite Speicherkomponente (12) für den Schlüsselwert und/oder eine Datenbank (18) enthält, in welcher eine Zuordnung zum jeweiligen Benutzer erfolgt, und zwar insbesondere dessen geheimer Schlüsselwert und/oder des letzten vom jeweiligen Benutzer benutz ten Paßworts gespeichert ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Benutzerseite ein Datenträger (6), insbesondere eine Chipkarte vorgesehen ist, welche eine zweite Einheit (8) zur Durchführung der Verschlüsselungsverfahrens aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträger bzw. die Chipkarte (6) einen gesicherten ersten Speicherbereich (14) für den geheimen Startwert und/oder einen zweiten gesicherten Speicherbereich (16) für das zuletzt benutzte Paßwort enthält.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einheit (4) und/oder die erste Komponente (10) und/oder die zweite Komponente (12) und/oder die Datenbank (18) auf einer hochsicheren Prozessorchipkar te vorgesehen sind.