DE202020002785U1 - Cryptographic headset - Google Patents

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Abstract

Headset (11) mit einem Ver- und/oder Entschlüsselungsmodul, welches ein über ein Mikrofon aufgenommenes Audiosignal verschlüsselt und dieses verschlüsselte Signal über eine Schnittstelle an ein Gerät oder Netzwerk weiterleitet und/oder ein verschlüsseltes Audiosignal über eine Schnittstelle von einem anderen Gerät oder Netzwerk empfängt, dieses entschlüsselt und auf einem Lautsprecher ausgibt.

Figure DE202020002785U1_0000
Headset (11) with an encryption and / or decryption module which encrypts an audio signal recorded via a microphone and forwards this encrypted signal via an interface to a device or network and / or receives an encrypted audio signal via an interface from another device or network , decrypts it and outputs it on a loudspeaker.
Figure DE202020002785U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Headset mit integrierter Verschlüsselung, bzw. kryptografischen Fähigkeiten.The invention relates to a headset with integrated encryption or cryptographic capabilities.

Stand der TechnikState of the art

Kommunikationsteilnehmer können sich bisher nicht auf eine einfache Weise vor dem Abhören ihrer Mobilfunkverbindung schützen. Das liegt daran, dass diese auf die verwendeten Geräte oder Transportmedien keinen Einfluss bzw. kein Vertrauen haben. Die Geräte (z. B. Smartphones) oder die darauf installierten Programme könnten kompromittiert sein, beispielsweise auch durch Schnittstellen, die ausdrücklich für das Abhören von Verbindung vorgeschrieben sind (Backdoor, Bundestrojaner) .So far, communication participants have not been able to protect themselves from eavesdropping on their cell phone connection in a simple way. This is because they have no influence or trust in the devices or transport media used. The devices (e.g. smartphones) or the programs installed on them could be compromised, for example through interfaces that are expressly prescribed for connection eavesdropping (backdoor, federal Trojan).

Übertragungen sind häufig durch eine sog. Transportsicherung/Transportverschlüsselung geschützt. So wird auch bei allen am Markt befindlichen Bluetooth-Headsets die Bluetooth-Verbindung zwischen einem Headset und dem Smartphone sicher verschlüsselt. Die Daten liegen auf dem Smartphone jedoch dann wieder entschlüsselt vor und sind anfällig für Abhörung.Transfers are often protected by what is known as transport security / transport encryption. In this way, the Bluetooth connection between a headset and the smartphone is securely encrypted in all Bluetooth headsets on the market. However, the data is then decrypted on the smartphone and is susceptible to eavesdropping.

Vorrichtungen, bzw. Verfahren zur sicheren Übertragung sind beispielsweise aus der dem Dokument CN000105025404A bekannt. Dort wird ein Bluetooth Headset beschrieben, welches eine sichere Verbindung zwischen beliebig vielen Gesprächspartnern ermöglichen soll. Dazu wird der Verbindungsaufbau und das Erkennen der beiden Headsets unter Verwendung der Dual-Tone Multi-Frequency (DTMF) erreicht.Devices or methods for secure transmission are, for example, from the document CN000105025404A known. There a Bluetooth headset is described, which should enable a secure connection between any number of conversation partners. To do this, the connection is established and the two headsets are recognized using Dual-Tone Multi-Frequency (DTMF).

Bei genauerer Betrachtung werden aber Probleme und eine eklatante Sicherheitslücke offenbart. Denn, werden die DTMF-Töne über das Tastenfeld des Smartphones ausgelöst, dann ist die Art der Tonübertragung abhängig vom verwendeten Mobilfunkstandard, d. h. vom Mobilfunknetz in das ein Smartphone gerade eingebucht ist.On closer inspection, however, problems and a glaring security gap are revealed. Because if the DTMF tones are triggered via the keypad of the smartphone, the type of tone transmission depends on the cellular standard used, i.e. H. from the cellular network that a smartphone is currently logged into.

Bei der Übertragung über ein GSM Netz erfolgt die Übertragung der DTMF-Töne „inband“, d. h. das Smartphone übermittelt während des Gesprächs eine Nachricht an das Telekommunikationsnetz, dass ein DTMF-Ton übertragen werden soll. Dieser Ton wird dann innerhalb des Netzes generiert, in den Audio-Datenstrom integriert und dann weiter übertragen. Beim Empfänger müssen diese Töne durch entsprechende Filter aus dem Mix aus Sprache und DTMF-Tönen erkannt werden.When transmitting via a GSM network, the DTMF tones are transmitted "inband", i. H. During the call, the smartphone sends a message to the telecommunications network that a DTMF tone should be transmitted. This tone is then generated within the network, integrated into the audio data stream and then transmitted on. At the receiver, these tones must be recognized by appropriate filters from the mix of speech and DTMF tones.

Bei UMTS und späteren Standards erfolgt die DTMF-TonÜbertragung „outband“, d. h. das Smartphone überträgt den Audio-Datenstrom und separiert die DTMF-Töne. Sofern beide Gesprächsteilnehmer via UMTS im Mobilfunknetz registriert sind, bleibt die Übertragung bis hin zum Empfänger weiterhin getrennt.With UMTS and later standards, the DTMF tone transmission takes place "outband", i. H. the smartphone transmits the audio data stream and separates the DTMF tones. If both call participants are registered in the cellular network via UMTS, the transmission remains separate up to the recipient.

Das Dokument beschreibt nicht näher, wie beabsichtigt wird die Töne zu erzeugen. Prinzipiell bleiben nur zwei Varianten, einmal über die Tastatur bzw. eine App, die die Tastatur imitiert oder die Töne müssen im Headset erzeugt werden, damit diese dann innerhalb der Audio-Verbindung (wie beim GSM Netz) übertragen werden.The document does not describe how the tones are intended to be produced. In principle, only two variants remain, one via the keyboard or an app that imitates the keyboard or the tones must be generated in the headset so that they can then be transmitted within the audio connection (as with the GSM network).

Das erste technische Problem resultiert daraus, dass die Integration und fehlerfreie Extraktion in bzw. aus den Audio-Daten nicht garantiert werden kann. Der Hintergrund liegt in der Art und Weise, wie Sprache über das Mobilfunknetz und insbesondere über das GSM Netz kodiert und komprimiert wird (Stichwort LPC - Linear Predictive Coding).The first technical problem results from the fact that the integration and error-free extraction in or from the audio data cannot be guaranteed. The background to this lies in the way in which speech is coded and compressed over the cellular network and especially over the GSM network (keyword LPC - Linear Predictive Coding).

Das zweite Problem besteht in der Quantität der Daten, die über DTMF-Töne übertragen werden können. Aus der Spezifikation des European Telecommunications Standards Institute (ETSI) geht hervor, dass maximal sechs DTMF-Töne pro Sekunde übertragen werden können. Es ist daher aus praktischen Gründen unmöglich eine sichere Verbindung aufzubauen, weil entweder nicht genügend Daten übermittelt werden können oder die Daten nicht in einem angemessenen/praktikablem Zeitfenster übermittelt werden können.The second problem is the quantity of data that can be transmitted over DTMF tones. The specification of the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) states that a maximum of six DTMF tones can be transmitted per second. For practical reasons, it is therefore impossible to establish a secure connection because either not enough data can be transmitted or the data cannot be transmitted in an appropriate / practicable time window.

Die Schrift gibt an, einen sicheren Kommunikationsweg mittels des Bluetooth-Headsets offengelegt zu haben. Jedoch wird unabhängig vom technischen Problem stattdessen ein Sicherheitsrisiko deutlich. Selbst wenn die beschriebene Verschlüsselung funktioniert, dann schützt sie nicht vor einem Man-in-the-middle-Angriff.The script states that it has disclosed a secure communication path using the Bluetooth headset. However, regardless of the technical problem, a security risk becomes apparent instead. Even if the encryption described works, it does not protect against a man-in-the-middle attack.

Über von Gesetzgebern vorgeschriebene Schnittstellen ist es möglich, ein Gespräch abzuhören. Eine derartige Schnittstelle ist geeignet, um den Sicherheitsmechanismus auszuhebeln. Dazu bedient sich ein Angreifer einerseits der Schnittstelle zum Abhören und er benötigt zwei Geräte, wie in der Schrift vorgeschlagen. Das erste Gerät wird zum dekodieren benutzt und das zweite wird genutzt um wieder zu kodieren und dann mit dem Gesprächspartner zu verbinden. Zwischen den beiden Geräten ist die Verschlüsselung aufgehoben und beide Gesprächspartner bemerken nicht, dass sie gerade belauscht werden.It is possible to listen in on a conversation via interfaces prescribed by law. Such an interface is suitable for bypassing the safety mechanism. To do this, an attacker uses the interface for eavesdropping and requires two devices, as suggested in the document. The first device is used for decoding and the second is used to encode again and then to connect with the conversation partner. The encryption between the two devices is canceled and neither of the call partners notice that they are being overheard.

Aufgabe ist nun die Bereitstellung eines Headset, das eine sichere Verbindung mit einer Ende-zu-Ende Verschlüsselung zwischen zwei Gesprächspartnern ermöglicht, die über das öffentliche Mobilfunknetz mit handelsüblichen Endgeräten (Smartphones) miteinander telefonieren.The task now is to provide a headset that enables a secure connection with end-to-end encryption between two call partners who use the make calls to each other on the public mobile network with standard end devices (smartphones).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. System mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Abhören weder durch ein kompromittiertes Smartphone noch innerhalb des Telekommunikationsnetzwerks möglich ist.In contrast, the device or system according to the invention with the features of the independent claims has the advantage that eavesdropping is not possible either through a compromised smartphone or within the telecommunications network.

Hierbei beinhaltet, bzw. umfasst eine Vorrichtung ein Headset mit einem Ver- und/oder Entschlüsselungsmodul. Dieses verschlüsselt ein über ein Mikrofon aufgenommenes Audiosignal. Dieses oder das Headset leitet dieses verschlüsselte Signal über eine Schnittstelle an ein Gerät oder Netzwerk weiter. Alternativ oder zusätzlich kann das Headset (oder das Entschlüsselungsmodul) ein verschlüsseltes Audiosignal über eine Schnittstelle von einem anderen Gerät oder Netzwerk empfangen, dieses entschlüsseln und ggf. auf einem Lautsprecher ausgeben.Here, a device contains or comprises a headset with an encryption and / or decryption module. This encrypts an audio signal recorded via a microphone. This or the headset forwards this encrypted signal to a device or network via an interface. Alternatively or additionally, the headset (or the decryption module) can receive an encrypted audio signal via an interface from another device or network, decrypt it and, if necessary, output it on a loudspeaker.

Die Verschlüsselung findet unabhängig von der digitalen Repräsentation (z.B. komprimiert oder unkomprimiert) des Audiosignals statt - die notwendigen Informationen zum jeweils verwendeten Audio-Codec werden in den verschlüsselten Datenstrom integriert.The encryption takes place independently of the digital representation (e.g. compressed or uncompressed) of the audio signal - the necessary information on the audio codec used is integrated into the encrypted data stream.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Headset, dass die Schnittstelle eine drahtlose Schnittstelle ist und das Weiterleiten oder Empfangen der Signale oder Daten mittels Bluetooth realisiert ist. Das Gerät ist dabei ein User Equipment (Smartphone).In a further embodiment, the headset comprises that the interface is a wireless interface and the forwarding or receiving of the signals or data is implemented by means of Bluetooth. The device is a user equipment (smartphone).

In einer weiteren Ausführungsform teilt das Headset das (digitalisierte) Audiosignal für die Weiterleitung an einen ersten und zweiten Datenkanal (Audio-Multiplexing). Alternativ oder zusätzlich verbindet das Headset empfangene Daten aus einem ersten und zweiten Datenkanal und verbindet/aggregiert diese zu einem Audiosignal.In a further embodiment, the headset divides the (digitized) audio signal for forwarding to a first and second data channel (audio multiplexing). Alternatively or additionally, the headset combines received data from a first and second data channel and combines / aggregates them to form an audio signal.

Weiterhin beinhaltet System zur Durchführung eines Verfahrens zur Verschlüsselung einer Sprachverbindung ein Headset, dass ein über ein Mikrofon aufgenommenes Audiosignal verschlüsselt und dieses verschlüsselte Signal an ein anderes Gerät oder Netzwerk weiterleitet. Alternativ oder zusätzlich empfängt das Headset ein verschlüsseltes Audiosignal von einem anderen Gerät oder Netzwerk, entschlüsselt dieses und gibt es auf einem Lautsprecher aus.Furthermore, the system for carrying out a method for encrypting a voice connection includes a headset that encrypts an audio signal recorded via a microphone and forwards this encrypted signal to another device or network. Alternatively or additionally, the headset receives an encrypted audio signal from another device or network, decrypts this and outputs it on a loudspeaker.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems wird das Audiosignal drahtlos übertragen. Als Übertragungsprotokoll wird Bluetooth verwendet. Das Gerät ist ein User Equipment (Smartphone).In a further embodiment of the system, the audio signal is transmitted wirelessly. Bluetooth is used as the transmission protocol. The device is a user equipment (smartphone).

In einer weiteren Ausführungsform des Systems wird ein Verbindungsaufbau von einem Programm, das auf dem User Equipment installiert ist, eingeleitet. Dazu stellt es eine sichere Verbindung zu einem Server her. Diesem übermittelt es eine gewünschte Gegenstelle (Angerufener). Von dem Server erhält es ein Authentifizierungstoken, welches die Gegenstelle vom Server ebenfalls erhält. Damit wird mit einem Programm auf dem User Equipment der Gegenstelle eine Verschlüsselung vereinbart. Entsprechend ist es auch möglich, die hier beschriebene Erfindung in existierende Messenger- und Kommunikationslösungen zu integrieren und über bereits bestehenden Server von Dritt-Anbietern abzuwickeln. Dies setzt allerdings voraus, dass das Headset weltweit eindeutig identifizierbar wird.In a further embodiment of the system, the establishment of a connection is initiated by a program that is installed on the user equipment. To do this, it creates a secure connection to a server. It transmits a desired remote station (called party) to this. It receives an authentication token from the server, which the remote station also receives from the server. In this way, encryption is agreed with a program on the user equipment of the remote station. Correspondingly, it is also possible to integrate the invention described here into existing messenger and communication solutions and to process it using existing servers from third-party providers. However, this assumes that the headset can be clearly identified worldwide.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems übernimmt das Headset selbst die im vorigen Absatz beschriebenen und/oder darüber hinaus gehende Authentifizierungs-Funktionen gegenüber Server(n) und anderen geeigneten Gegenstellen. Dabei kann das Headset den FIDO2-Standard implementieren und somit die Anmeldung bei beliebigen Diensten ermöglichen, die diesen Standard unterstützen. Dazu erhält das Headset zwei Dinge: die Adresse (weltweit eindeutige ID des angerufenen Headsets oder dessen IP-Adresse) und dessen Public-Key.In a further embodiment of the system, the headset itself takes on the authentication functions described in the previous paragraph and / or going beyond this for the server (s) and other suitable remote stations. The headset can implement the FIDO2 standard and thus enable registration to any services that support this standard. To do this, the headset receives two things: the address (globally unique ID of the headset called or its IP address) and its public key.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems stellt das Headset die Verbindung zum Headset der Gegenstelle durch sogenanntes Bluetooth-Tethering unter Nutzung des Internet-Zugangs des über Bluetooth verbundenen User Equipments her. In einer weiteren Ausführungsform des Systems stellt das Headset alle vorgenannten Funktionalitäten anstelle von Bluetooth unter Verwendung einer W-Lan-Verbindung zur Verfügung. Auch andere Verbindungsstandards wie ZigBee können verwendet werden. Ein Fachmann erkennt, dass das Erfindungsgemäße Headset auch Schnittstellen für eine Kombination von verschiedenen Verbindungsstandards besitzen kann, z.B. W-Lan und ZigBee. Es versteht sich, dass Headsets mit unterschiedlichen Ausführungen, z.B. ein W-LAN basiertes und ein USB angeschlossenes Headset miteinander kommunizieren können.
Relevant sind vor allem die folgenden Kombination: Bluetooth mit W-Lan, W-Lan mit Zig-Bee, Bluetooth mit USB-Tethering, W-Lan mit USB-Tethering.
In a further embodiment of the system, the headset establishes the connection to the headset of the counterpart by so-called Bluetooth tethering using the Internet access of the user equipment connected via Bluetooth. In a further embodiment of the system, the headset provides all of the aforementioned functionalities instead of Bluetooth using a wireless LAN connection. Other connection standards such as ZigBee can also be used. A person skilled in the art recognizes that the headset according to the invention can also have interfaces for a combination of different connection standards, for example WiFi and ZigBee. It goes without saying that headsets with different designs, for example a W-LAN-based and a USB-connected headset, can communicate with one another.
The following combinations are particularly relevant: Bluetooth with W-Lan, W-Lan with Zig-Bee, Bluetooth with USB tethering, W-Lan with USB tethering.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems stellt das Headset alle vor dem letzten Absatz genannten Funktionalitäten unter Verwendung von USB-Tethering zum User-Equipment (das in diesem Fall um die Geräte-Klassen Laptop, Tablet und PC erweitert wird) zur Verfügung. In a further embodiment of the system, the headset provides all of the functionalities mentioned before the last paragraph using USB tethering to the user equipment (which in this case is expanded to include the device classes laptop, tablet and PC).

In einer weiteren Ausführungsform des Systems schickt das Programm auf dem User Equipment, die für die Verschlüsselung notwendigen Informationen über eine sichere Verbindung an das Headset via Bluetooth.In a further embodiment of the system, the program on the user equipment sends the information necessary for the encryption to the headset via Bluetooth via a secure connection.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems bietet das Headset ungeachtet der zugrunde liegenden Übertragungs-Technologie einen verschlüsselten und um Adressierungs-Informationen angereicherten Datenstrom dergestalt an, dass die Weiterleitung an den Empfänger (allein) durch einen sogenannten Geräte-Treiber im User-Equipment garantiert wird.In a further embodiment of the system, regardless of the underlying transmission technology, the headset offers an encrypted data stream enriched with addressing information in such a way that forwarding to the recipient is guaranteed (solely) by a so-called device driver in the user equipment.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems wird ein erster Datenkanal (Sprachanteil) unter Nutzung des regulären Sprachkanals (5G/LTE/UMTS/GSM-Audio) des Mobilfunknetzwerks zwischen dem Headset und dem Headset der Gegenstelle etabliert.In a further embodiment of the system, a first data channel (voice component) is established using the regular voice channel (5G / LTE / UMTS / GSM audio) of the cellular network between the headset and the headset of the remote station.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems wird der erste Datenkanal im Rahmen des Handsfree-Modes/Profiles des Bluetoothstandards etabliert.In a further embodiment of the system, the first data channel is established as part of the hands-free mode / profile of the Bluetooth standard.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems wird ein zweiter Datenkanal (IP-Anteil) zwischen dem Headset und dem Headset der Gegenstelle etabliert, indem eine serielle Bluetooth-Verbindung zwischen den Headsets und den User Equipments etabliert wird. Die User Equipments sind via Backend-Server miteinander verbunden.In a further embodiment of the system, a second data channel (IP component) is established between the headset and the headset of the remote station by establishing a serial Bluetooth connection between the headsets and the user equipment. The user equipment is connected to one another via a backend server.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems wird ein zweiter Datenkanal (IP-Anteil) zwischen dem Headset und dem Headset der Gegenstelle etabliert wird, indem eine serielle Bluetooth-Verbindung zwischen den Headsets und Backend-Server(n) über Internet-Gateways etabliert wird.In a further embodiment of the system, a second data channel (IP component) is established between the headset and the headset of the remote station by establishing a serial Bluetooth connection between the headsets and backend server (s) via Internet gateways.

In einer weiteren Ausführungsform des Systems teilt das Headset das (digitalisierte) Audiosignal für die Weiterleitung an einen ersten und zweiten Datenkanal (Audio-Multiplexing). Alternativ oder zusätzlich empfängt das Headset Daten aus einem ersten und zweiten Datenkanal und verbindet diese zu einem Audiosignal. Dieses Audiosignal kann auf dem Lautsprecher ausgegeben werden.In a further embodiment of the system, the headset divides the (digitized) audio signal for forwarding to a first and second data channel (audio multiplexing). Alternatively or additionally, the headset receives data from a first and second data channel and combines them to form an audio signal. This audio signal can be output on the loudspeaker.

Weiterhin beinhaltet eine Vorrichtung, einen Adapter mit einem Anschluss für wenigstens einen Lautsprecher und wenigstens einem Mikrofon, einem Ver- und/oder Entschlüsselungsmodul und einem Anschluss mittels Steckverbinder an ein Gerät. Dabei verschlüsselt das Verschlüsselungsmodul ein über den Mikrofonanschluss eingehendes Audiosignal und leitet dieses verschlüsselte Signal über den Anschluss mittels Steckverbinder an das Gerät weiter.
Alternativ oder zusätzlich empfängt der Adapter ein verschlüsseltes Audiosignal über den Anschluss mittels Steckverbinder von dem anderen Gerät, entschlüsselt dieses mit dem Entschlüsselungsmodul und gibt es auf dem Anschluss für wenigstens einen Lautsprecher aus.
Furthermore, a device includes an adapter with a connection for at least one loudspeaker and at least one microphone, an encryption and / or decryption module and a connection to a device by means of a plug connector. The encryption module encrypts an audio signal received via the microphone connection and forwards this encrypted signal to the device via the connection using a connector.
Alternatively or additionally, the adapter receives an encrypted audio signal from the other device via the connector by means of a connector, decrypts it with the decryption module and outputs it to the connector for at least one loudspeaker.

In einer weiteren Ausführungsform des Adapters ist der Anschluss für den wenigstens einen Lautsprecher und das wenigstens eine Mikrofon mittels einer drahtlosen Schnittstelle unter Verwendung von Bluetooth realisiert.In a further embodiment of the adapter, the connection for the at least one loudspeaker and the at least one microphone is implemented by means of a wireless interface using Bluetooth.

Vorliegend werden die Begriffe User Equipment und Smartphone synonym verwendet. Dieses Gerät ist einem Kommunikationsteilnehmer bzw. seinem Headset zugeordnet und kann auch ein Tablet, Computer oder sonstiges Gerät umfassen, dass mit einem Netzwerk, Mobilfunk, Festnetz oder Internet verbunden werden kann. Insofern können auch Consumer Equipments umfasst sein.The terms user equipment and smartphone are used synonymously here. This device is assigned to a communication participant or his headset and can also include a tablet, computer or other device that can be connected to a network, cellular network, landline network or the Internet. In this respect, consumer equipment can also be included.

Die Begriffe Programm und App werden ebenfalls synonym verwendet. Beide umfassen ausführbaren Code, ausgebildet, ggf. mit anderen Geräten oder auf diesen installierten Programmen/Apps zu kommunizieren.The terms program and app are also used synonymously. Both comprise executable code, designed to communicate with other devices or programs / apps installed on them, if necessary.

Ein Lautsprecher dient zur Wandlung von einem elektrischen Audiosignal in ein akustisches Audiosignal. Dies kann z. B. Membrankopfhörer oder auch In-Ear-Kopfhörer in einem Headset umfassen. Zwei Lautsprecher (bzw. Mikrofone) können Stereofunktionalität bereitstellen, z. B. innerhalb eines einstückigen Headsets.A loudspeaker is used to convert an electrical audio signal into an acoustic audio signal. This can e.g. B. include membrane headphones or in-ear headphones in a headset. Two speakers (or microphones) can provide stereo functionality, e.g. B. within a one-piece headset.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weitere Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.Further exemplary embodiments are described and explained in more detail below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 eine Darstellung der verschlüsselten Verbindung mit bestehenden Komponenten;
  • 2 Stufen des Verbindungsaufbaus;
  • 3 eine Darstellung der Übertragung über zwei Kanäle;
  • 4 einen Signalverlauf eines abhörsicheren aktiven Gesprächs;
  • 5 einen USB-Adapter.
Show it:
  • 1 a representation of the encrypted connection with existing components;
  • 2 Stages of connection establishment;
  • 3 a representation of the transmission over two channels;
  • 4th a waveform of a secure active call;
  • 5 a USB adapter.

Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Aufbau zur Herstellung einer verschlüsselten Ende-zu-Ende-Verbindung 19 wenigstens zwei erfindungsgemäße Headsets 11, 12 in denen die Ver-/Entschlüsselung erfolgt.As in 1 shown comprises a structure for establishing an encrypted end-to-end connection 19th at least two headsets according to the invention 11 , 12 in which the encryption / decryption takes place.

In einer bidirektionalen Kommunikation umfasst jedes Headset ein Verschlüsselungs- und ein Entschlüsselungsmodul. Das über das jeweilige Mikrofon aufgenommene Audiosignal wird ggf. in ein digitales Signal umgewandelt und verschlüsselt, bevor es dem jeweiligen Smartphone 13, 14 über eine Verbindung 15, 16 z. B. per Bluetooth, übergeben wird. Umgekehrt wird ein vom jeweiligen Smartphone empfangenes Audiodatensignal in dem Headset 11, 12 entschlüsselt, ggf. in ein analoges Audiosignal gewandelt und auf einem Kopfhörer/Ohrhörer akustisch ausgegeben. In a bidirectional communication, each headset comprises an encryption and a decryption module. The audio signal recorded via the respective microphone is converted into a digital signal and encrypted before it is transmitted to the respective smartphone 13 , 14th over a connection 15th , 16 z. B. via Bluetooth is passed. Conversely, an audio data signal received by the respective smartphone is in the headset 11 , 12 decrypted, converted into an analog audio signal if necessary and output acoustically on headphones / earphones.

In Abwandlungen kann das Headset auch nur einen Kopfhörer (mit Lautsprecher) oder nur ein Mikrofon umfassen, falls nur eine unidirektionale Verbindung notwendig/gewünscht ist.In modifications, the headset can also comprise only headphones (with loudspeaker) or only a microphone if only a unidirectional connection is necessary / desired.

Die Smartphones 13, 14, bauen zueinander eine Verbindung über Sendemasten 17 und das dazwischenliegende Telekommunikationsnetzwerk 18 auf. Dadurch wird (auf einer höheren Schicht betrachtet) eine sichere Ende-zu-Ende-Verbindung 19 zwischen den beiden Headsets 11, 12 hergestellt.The smartphones 13 , 14th , establish a connection to each other via transmission masts 17th and the intervening telecommunications network 18th on. This creates a secure end-to-end connection (viewed at a higher level) 19th between the two headsets 11 , 12 manufactured.

Wird nun ein Gespräch zu irgendeinem Zeitpunkt zwischen den beiden Headsets 11, 12, z. B. auf der Funkschnittstelle Smartphone 13, 14 zum Sendemast 17 oder innerhalb des Telekommunikationsnetzwerks 18, abgehört, dann ist es durch die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, die Headsetseitig realisiert wird, unmöglich die originale Audio-Sequenz zu extrahieren.There will now be a conversation at some point between the two headsets 11 , 12 , e.g. B. on the radio interface smartphone 13 , 14th to the transmitter mast 17th or within the telecommunications network 18th , tapped, then it is impossible to extract the original audio sequence due to the end-to-end encryption implemented on the headset.

Eine Kommunikationsverbindung ist vorliegend zweigeteilt, in einen Gesprächsaufbau und das aktive Gespräch.In the present case, a communication connection is divided into two parts, a call setup and the active call.

In 2 ist gezeigt, wie der Gesprächsaufbau dadurch gekennzeichnet ist, dass in dem Moment, in dem der Verbindungsaufbau durch das Smartphone 13 initiiert wird, die installierte App eine sichere Verbindung zum Projekt-Server herstellt. Dies dient zur Vorbereitung der Verschlüsselung. In 2 shows how the call setup is characterized by the fact that the moment the connection is established by the smartphone 13 initiated, the installed app establishes a secure connection to the project server. This is used to prepare for the encryption.

Dabei wird an den Server übermittelt, welche Telefonnummer angerufen wird. Der Server generiert jetzt einen einmal verwendbaren Authentifizierungstoken für das folgende Gespräch und sendet es an die App des Anrufenden.In doing so, it is transmitted to the server which telephone number is called. The server now generates a single-use authentication token for the following call and sends it to the caller's app.

Beim Gesprächspartner wird die App auf dem Smartphone über eine sichere Verbindung vom Server kontaktiert und über den bevorstehenden Anruf informiert. Das Authentifizierungstoken wird ebenfalls übermittelt zur gegenseitigen Überprüfung und um jegliche kompromittierende Situation zu unterbinden. Ein sog. Man-in-the-Middle Angriff wird somit ebenfalls wirksam unterbunden.With the other party, the app on the smartphone is contacted by the server via a secure connection and informed of the upcoming call. The authentication token is also transmitted for mutual checking and to prevent any compromising situation. A so-called man-in-the-middle attack is thus also effectively prevented.

Alternativ kann der sichere Verbindungsaufbau über Sessions-Keys realisiert werden, die für jede Sprachverbindung vom Server 31 neu generiert und z. B. durch Diffie-Hellmann-Merkle-Schlüsselaustausch vom Server 31 an die Kommunikationspartner 11, 12, 13, 14 übermittelt werden. Dabei ist sämtliche Kommunikation zwischen Headset(s) und Server durch TLS in der jeweils aktuellen Version abgesichert. Durch die immer wieder neue Generierung eines Session-Keys bei jedem Gesprächs-Aufbau laufen Replay-Attacken ins Leere.Alternatively, the secure connection can be established using session keys that are sent from the server for each voice connection 31 newly generated and z. B. by Diffie-Hellmann-Merkle key exchange from the server 31 to the communication partner 11 , 12 , 13 , 14th be transmitted. All communication between headset (s) and server is secured by TLS in the current version. The repeated generation of a session key each time a call is set up means that replay attacks are ineffective.

Zusätzlich umfasst dieses Vorgehen optional auch eine Authentifizierung der beiden Gesprächsteilnehmer und sichert somit ein vollständiges kryptografisches Verfahren.In addition, this procedure optionally also includes an authentication of the two call participants and thus ensures a complete cryptographic process.

Die initiale Verbindung zwischen Headset und Server (ggf. mit Hilfe einer App oder direkt aus dem Headset initiiert) kann durch Zertifikate abgesichert werden, die die Echtheit des Servers bestätigen. Im Gegenzug sorgt ein Zertifikat auf Headset-Seite dafür, dass beim Server keine „nachgeahmten“ Produkte Zugang finden. Die gegenseitige Authentifizierung findet dabei ohne Zutun des Nutzers nach demselben Prinzip statt, wie es z. B. beim Online-Banking Anwendung findet. Der Server ist an der effektiven Datenübertragung danach nicht mehr beteiligt. Er vermittelt nur eine sichere - direkte - Verbindung der Gesprächspartner.The initial connection between the headset and the server (possibly initiated with the help of an app or directly from the headset) can be secured by certificates that confirm the authenticity of the server. In return, a certificate on the headset side ensures that no “counterfeit” products can be accessed on the server. The mutual authentication takes place without any action on the part of the user according to the same principle as it is e.g. B. is used in online banking. The server is then no longer involved in the effective data transfer. It only provides a secure - direct - connection between the interlocutors.

Das Verschlüsselungsverfahren hängt vom jeweils implementierten Microcontroller ab. So kann ein AES-256 (Bit Schlüssellänge) verwendet werden. Dieses Verfahren ist in den USA für Dokumente mit höchster Geheimhaltungsstufe zugelassen. Wichtig ist, dass keine Daten mehr unverschlüsselt im Gespräch übertragen werden.The encryption method depends on the implemented microcontroller. An AES-256 (bit key length) can be used. This method is approved in the USA for documents with the highest level of confidentiality. It is important that no more data is transmitted unencrypted during a call.

In der Ausführungsform mit Unterstützung des FIDO2-Standards werden die dort definierten Authentifizierungs- und Verschlüsselungsverfahren eingesetzt. Durch konsequente Anwendung asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren wird zudem sichergestellt, dass nur das empfangende Headset den Datenstrom entschlüsseln kann.In the embodiment that supports the FIDO2 standard, the authentication and encryption methods defined there are used. The consistent use of asymmetrical encryption methods also ensures that only the receiving headset can decrypt the data stream.

In 3 ist die bestehende Verbindung mit ihren verschlüsselten Datenströmen gezeigt.In 3 the existing connection with its encrypted data streams is shown.

Die Apps auf dem jeweiligen Smartphone 13, 14 senden die für die Verschlüsselung notwendigen Informationen über eine sichere Verbindung an das Headset 11, 12 via Bluetooth weiter. Im Headset 11, 12 wird dann die Ver- bzw. Entschlüsselung des Gesprächs realisiert.The apps on the respective smartphone 13 , 14th send the information required for encryption to the headset via a secure connection 11 , 12 via bluetooth. In the headset 11 , 12 the conversation is then encrypted or decrypted.

Der Controller im Headset 11, 12 kommuniziert mit der App auf dem Smartphone 13, 14 und diese wiederum (via Internet) mit dem Server 31.The controller in the headset 11 , 12 communicates with the app on the smartphone 13 , 14th and this in turn (via the Internet) with the server 31 .

Bei einem Telefonat über ein User Equipment 11, 12 wird die Sprache üblicherweise nicht nur digitalisiert und übertragen, sondern vor der Übertragung komprimiert, z. B. mittels audioakustischer Verfahren. Werden daher binäre/digitale Daten (nicht Audio), wie sie z. B. bei einem verschlüsselten Audiosignal vorliegen, über den Audiokanal (z. B. GSM-Sprachkanal), wie bei einem Telefonat, übertragen, so würden diese durch diese Komprimierung so entstellt, dass sie nicht dekodiert werden könnten. During a phone call about user equipment 11 , 12 the speech is usually not only digitized and transmitted, but also compressed before transmission, e.g. B. by means of audio-acoustic methods. Therefore, if binary / digital data (not audio), as they are e.g. If, for example, an encrypted audio signal is present, transmitted via the audio channel (e.g. GSM voice channel), as in a telephone call, this compression would distort it in such a way that it could not be decoded.

Ziel ist es jedoch über den Audio-Kanal (z. B. GSM-Audio-Kanal) eine binäre/digitale Datenübertragung zu realisieren. Ein zweiter Datenkanal (IP-Anteil) soll beginnend mit einer seriellen Bluetooth-Verbindung zwischen Headset 11 und Smartphone 13 Daten übertragen. Die summierte Bandbreite beider Kanäle soll alle Anforderungen für eine zuverlässige Datenübertragung erfüllen.The aim, however, is to implement binary / digital data transmission via the audio channel (e.g. GSM audio channel). A second data channel (IP component) should begin with a serial Bluetooth connection between the headset 11 and smartphone 13 Transfer data. The total bandwidth of both channels should meet all requirements for reliable data transmission.

Ausgehend von DTMF-Tönen kann untersucht werden, wie viele Daten (in Byte pro Sekunde) über den GSM-Audio-Kanal trotz verlustbehafteter Kompression dennoch deterministisch übertragen werden können. In diesem Zusammenhang wird außerdem die maximal zu erwartende Latenz ermittelt, mit der GSM-Audio bzw. Daten beim Empfänger ankommen.Based on DTMF tones, it can be examined how much data (in bytes per second) can still be transmitted deterministically over the GSM audio channel despite the lossy compression. In this context, the maximum expected latency with which the GSM audio or data arrives at the receiver is also determined.

Es gibt verschiedene Audio-Codecs, die zur Anwendung kommen können, mit unterschiedlichen Auswirkungen der LPC. Daher werden beim Verbinden des Headsets über Bluetooth u. a. Informationen zu den verwendeten/unterstützten Codecs vom Headset übermittelt. Durch Einschränkung auf einen/wenige Codec(s) werden mögliche Auswirkungen durch das LPC verringert/eliminiert.There are different audio codecs that can be used with different effects of LPC. Therefore, when connecting the headset via Bluetooth u. a. Information about the used / supported codecs transmitted by the headset. By restricting to one / a few codec (s) possible effects of the LPC are reduced / eliminated.

Das LPC lässt sich aufgrund seines Aufbaus mathematisch und algorithmisch exakt beschreiben. Das bedeutet, dass das Ergebnis des LPC vorhersagbar wird und durch entsprechende Berechnung schon im Headset ermittelt werden kann. Diese Tatsache ermöglicht es, geringe Datenmengen zuverlässig zu übertragen, die trotz LPC im zweiten Headset zuverlässig aus den GSM-Sprachdaten rekonstruiert werden.Due to its structure, the LPC can be precisely described mathematically and algorithmically. This means that the result of the LPC is predictable and can be determined in the headset by means of a corresponding calculation. This fact makes it possible to reliably transmit small amounts of data which, despite LPC in the second headset, are reliably reconstructed from the GSM voice data.

Es kann jedoch gut sein, dass die zu erwartende Datentransferrate über diesen Kanal lediglich zur Übertragung von Prüfsummen genutzt wird, falls die nutzbare Bandbreite zu gering für vollständig verschlüsselte Daten ist. In diesem Fall bliebe dieser Übertragungsweg immanenter Bestandteil der verschlüsselten Übertragung.However, it may well be that the expected data transfer rate over this channel is only used to transmit checksums if the usable bandwidth is too low for completely encrypted data. In this case, this transmission path would remain an inherent part of the encrypted transmission.

Für den unerwarteten Fall, dass es nicht gelingt eine adäquate Übertragungsrate via den GSM-Kanal zu garantieren, besteht die Möglichkeit die Übertragung komplett auf den IP-Kanal zu verlagern und dann über den GSM-Kanal „weißes Rauschen“ zu übertragen.In the unexpected event that it is not possible to guarantee an adequate transmission rate via the GSM channel, it is possible to shift the transmission completely to the IP channel and then to transmit "white noise" via the GSM channel.

Um eine verschlüsselte Kommunikation bei schlechter GSM-Verbindung aufrecht zu halten, wäre es dann natürlich zweckmäßig das Telefon zu veranlassen, das „normale“ Telefonat zu beenden und direkt alles über den IP-Kanal laufen zu lassen. Dabei kann z. B. auch WLAN-Telefonie genutzt werden.In order to maintain encrypted communication in the event of a bad GSM connection, it would of course be useful to have the phone end the "normal" call and let everything run directly over the IP channel. It can, for. B. WLAN telephony can also be used.

Parallel zum Handsfree-Mode wird eine serielle Bluetooth-Datenverbindung zwischen Headset 11, 12 und Smartphone 13, 14 aufgebaut. Hierbei wird besonderes Augenmerk auf den Bluetooth-4.X-Standard und höher gelegt, da dieser eine Basis für den zweiten Datenkanal bildet.Parallel to the hands-free mode, a serial Bluetooth data connection is established between the headset 11 , 12 and smartphone 13 , 14th built up. Particular attention is paid to the Bluetooth 4.X standard and higher, as this forms a basis for the second data channel.

Nach Sicherstellung konventioneller Telefonie-Funktionen wird vor der Übertragung zum Smartphone eine Aufteilung der Audio-Daten auf zwei verschiedene logische Verbindungen vorgenommen, die im Headset 14 des Kommunikationspartners wieder zusammengefügt werden. Die zusätzliche Verschlüsselung beider Kanäle garantiert danach die maximale Abhörsicherheit.Once conventional telephony functions have been ensured, the audio data is split into two different logical connections, which are in the headset, before transmission to the smartphone 14th of the communication partner are reassembled. The additional encryption of both channels then guarantees maximum security against eavesdropping.

Der Nachweis der sicheren Verschlüsselung kann z. B. über einen eigens dafür aufzubauenden IMSI-Catcher erbracht werden. Dazu wird dieser - wie bei einem man-in-the-middle-Angriff - in die Kommunikationstrecke eingefügt und

  1. a) bspw. nur der Datenstrom des Sprachkanals extrahiert und analysiert, um zu testen, ob hier ein Rückschluss auf den Inhalt möglich wird.
  2. b) beide Datenströme aufgezeichnet werden und ebenfalls versucht, den ursprünglichen Inhalt wieder her zu stellen.
Proof of secure encryption can be e.g. B. be provided by a specially designed IMSI catcher. For this purpose, this is inserted into the communication path - as in a man-in-the-middle attack - and
  1. a) For example, only the data stream of the voice channel is extracted and analyzed in order to test whether a conclusion about the content is possible here.
  2. b) both data streams are recorded and an attempt is also made to restore the original content.

Ein noch einfacherer Nachweis lässt sich erreichen, indem eine App installiert wird, die den Audio-Datenstrom aufzeichnet. Beim Abspielen dürfte man nur die Audio-Repräsentation der verschlüsselten Daten hören.An even simpler verification can be achieved by installing an app that records the audio data stream. When playing, you should only hear the audio representation of the encrypted data.

Der einzige Angriffspunkt für Bluetooth-Verbindungen ist der Zeitpunkt der ersten Verbindung zwischen Headset und Mobilgerät - das Pairing. Dazu muss der Angreifer sich jedoch im Zehn-Meter-Radius (Bluetooth-Reichweite) um das Bluetooth-Gerät befinden und weitere Vorkehrungen treffen, damit das Smartphone den Angriff nicht entdeckt und unterbindet. Entsprechend prominent in der Produktverpackung platzierte Hinweise werden diesen Umstand ins Bewusstsein rufen, sodass der Nutzer entsprechend Vorsicht walten lassen kann.The only point of attack for Bluetooth connections is the time of the first connection between the headset and mobile device - the pairing. To do this, however, the attacker must be within a ten-meter radius (Bluetooth range) around the Bluetooth device and take further precautions so that the smartphone does not detect and stop the attack. Notes placed prominently in the product packaging will raise awareness of this fact, so that the user can exercise appropriate caution.

In einer detaillierteren Darstellung in 4 wird vorgeschlagen, das Gespräch bzw. das Audiosignal, über zwei Kanäle parallel, verschlüsselt zu übertragen. Die Ver- bzw. Entschlüsselung findet direkt im Headset 11 statt, bevor die Daten über Bluetooth an das Smartphone 13 übertragen werden. In a more detailed representation in 4th it is suggested that the conversation or the audio signal be encrypted over two channels in parallel transfer. The encryption and decryption takes place directly in the headset 11 instead of before the data is sent to the smartphone via Bluetooth 13 be transmitted.

Das Smartphone 13 übermittelt den IP-Anteil über das Mobilfunknetz 18 an den Server 31 und den Sprachanteil über den regulären Kommunikationskanal des Mobilfunknetzes 18. (GSM bzw. UMTS steht stellvertretend für jeden Übertragungsweg (z.B. auch LTE und 5G ), über den Telefongespräche vom jeweiligen Mobilfunkanbieter geroutet werden.) Erst im Headset 12 auf der anderen Seite, werden die Informationen wieder zusammengefügt und entschlüsselt. Ein Abhören der originalen Kommunikation wird dadurch an allen Schnittstellen verhindert.The smartphone 13 transmits the IP portion over the cellular network 18th to the server 31 and the voice portion over the regular communication channel of the cellular network 18th . (GSM or UMTS stands for every transmission path (e.g. also LTE and 5G) via which telephone calls are routed by the respective mobile phone provider.) First in the headset 12 on the other hand, the information is put back together and deciphered. This prevents the original communication from being intercepted at all interfaces.

Im ersten Schritt müssen alle Funktionalitäten des Hands-Free-Profile (HFP) unterstützt werden. Nachdem die Pairing-Funktionalität implementiert ist, wird die logische Verbindung zwischen Audio-Codec und BT-Modul hergestellt. Die Implementierung der grundlegenden Bedien-Funktionen Ein/Aus und Annehmen/Auflegen ermöglichen konventionelle Bluetooth-Telefonie.In the first step, all functionalities of the hands-free profile (HFP) must be supported. After the pairing functionality has been implemented, the logical connection between the audio codec and the BT module is established. The implementation of the basic operating functions on / off and accept / hang up enable conventional Bluetooth telephony.

Parallel zum GSM-Audio wird eine zweite Datenverbindung (Sekundärkanal) zwischen den zwei Headsets 11, 12 aufgebaut. Die Datenübertragung auf dem Sekundär-Kanal beginnt mit dem Audio-Multiplexing (Aufteilen der Audiodaten zwischen GSM-Audio und serieller Verbindung). Über eine serielle Bluetooth-Verbindung zwischen Headset 11 und Smartphone 13 werden die Daten zur Smartphone-App übermittelt. Im zweiten Headset 12 schließlich werden beide Kanäle wieder zusammengeführt („Audio-Joining“). Der Sekundärkanal wird zusätzlich verschlüsselt.In parallel with the GSM audio, a second data connection (secondary channel) is established between the two headsets 11 , 12 built up. Data transmission on the secondary channel begins with audio multiplexing (splitting of the audio data between GSM audio and serial connection). Via a serial Bluetooth connection between the headset 11 and smartphone 13 the data is transmitted to the smartphone app. In the second headset 12 Finally, both channels are merged again ("audio joining"). The secondary channel is also encrypted.

Die Latenz/Asynchronität zwischen den 2 Kanälen kann mit Hilfe von Sequenznummern - analog wie bei TCP/IP - korrigiert/synchronisiert werden. Das Prinzip ist ähnlich wie bei der Kanal-Bündelung, die verschiedene physikalische Verbindungen (mit unterschiedlicher Latenz) zu einer logischen Verbindung zusammenfasst. Das Zusammensetzen des Datenstroms findet erst beim Client statt, nachdem dieser die Daten entschlüsselt hat. Das Headset übernimmt dabei sowohl die Aufteilung als auch wieder die Zusammensetzung. Vereinfacht gesagt bekommt jedes Datenpaket vor der Verschlüsselung eine Sequenz-Nr. Diese ermöglicht das korrekte Zusammensetzen nach der Entschlüsselung.The latency / asynchronicity between the 2 channels can be corrected / synchronized with the help of sequence numbers - analogous to TCP / IP. The principle is similar to that of channel bundling, which combines various physical connections (with different latencies) into one logical connection. The assembly of the data stream does not take place until the client has decrypted the data. The headset takes on both the division and the composition. Put simply, each data packet is given a sequence number before it is encrypted. This enables correct assembly after decryption.

Ein beispielsweise via Dyn-DNS erreichbarer Server 31 stellt das Backend für die sekundäre Datenverbindung bereit. Mit der Client-Registrierung kann der erste Verbindungsaufbau zwischen der Smartphone-App und dem Backend getestet werden. Weitere Server-typische Funktionen wie Routing und Load-Balancing runden die Funktionalität des Backends ab.A server that can be reached via Dyn-DNS, for example 31 provides the backend for the secondary data connection. With the client registration, the first connection between the smartphone app and the backend can be tested. Other typical server functions such as routing and load balancing round off the functionality of the backend.

Diese Variante ist insbesondere für eine Prototypen-Phase gedacht. Ansonsten kann ein Server bei einem vertrauenswürdigen IT-Dienstleister gemietet werden, welcher die Einbruch-Sicherheit des Servers durch geeignete Maßnahmen garantiert.This variant is especially intended for a prototype phase. Otherwise, a server can be rented from a trustworthy IT service provider, who guarantees the security of the server by taking suitable measures.

Die App im Smartphone 13 soll sich vor einem Telefongespräch beim Backend 31 authentifizieren und mit dessen Hilfe eine logische Verbindung zur App der/des Angerufenen aufbauen. Während eines Telefonats werden die verschlüsselten Audio-Daten im Full-Duplex-Verfahren zwischen Headset 11, 12 und Smartphone 13, 14 übertragen.The app in the smartphone 13 should be with the backend before a phone call 31 authenticate and with its help establish a logical connection to the app of the called party. During a phone call, the encrypted audio data is transferred between the headset using the full duplex method 11 , 12 and smartphone 13 , 14th transfer.

Zunächst müssen die Audio-Daten von der Bluetooth-Schnittstelle abgegriffen werden. Die Smartphone-App wird mit den dafür notwendigen Berechtigungen ausgestattet. Die Smartphone-App registriert sich über eine verschlüsselte Online-Verbindung beim Backend 31 und übermittelt dabei die IMSI des Smartphones 13 und dessen Telefonnummer, um eine Authentifizierung des Headsets 11 sicherzustellen. In der Antwort vom Backend 31 ist die Adresse der App des Kommunikationspartners enthalten, dessen Headset sich zuvor authentifiziert und mit Telefonnummer registriert hat. Mit der erhaltenen Adresse ist es nunmehr möglich, eine direkte logische Verbindung zur App der/des Angerufenen aufzubauen. Über diese werden die verschlüsselten Audiodaten übertragen.First, the audio data must be tapped from the Bluetooth interface. The smartphone app is equipped with the necessary authorizations. The smartphone app registers with the backend via an encrypted online connection 31 and transmits the IMSI of the smartphone 13 and its phone number to authenticate the headset 11 to ensure. In the answer from the backend 31 contains the address of the app of the communication partner whose headset has previously authenticated and registered with a telephone number. With the received address it is now possible to establish a direct logical connection to the app of the called party. The encrypted audio data is transmitted via this.

Nicht in einer Figur dargestellt ist eine zweite Variante, wobei im Gegensatz zur bisher vorgestellten auf die App im Smartphone 13 verzichtet wird. Stattdessen kann über das Bluetooth-Modul im Headset 11, welches mit dem Smartphone 13 verbunden ist, direkt auf das Internet-Gateway zugegriffen werden (alternativ bei W-Lan über das W-Lan-Modul, bei USB-Tethering über den USB-Anschluss). Dadurch ist es möglich für den Controller im Headset 11, direkt den Kontakt mit dem Server 31 über eine gesicherte Verbindung aufzunehmen. Der verbleibende Ablauf ist ansonsten identisch mit der ersten Variante.A second variant is not shown in a figure, whereby in contrast to the previously presented one on the app in the smartphone 13 is waived. Instead, you can use the Bluetooth module in the headset 11 , which with the smartphone 13 connected, the Internet gateway can be accessed directly (alternatively with W-Lan via the W-Lan module, with USB tethering via the USB port). This makes it possible for the controller in the headset 11 to contact the server directly 31 via a secure connection. The rest of the process is otherwise identical to the first variant.

In einer weiteren Variante ist der Server an der effektiven Datenübertragung nach dem Gesprächsaufbau nicht mehr beteiligt. Er vermittelt nur eine sichere - direkte - Verbindung der Gesprächspartner. Die Daten des zweiten Datenkanals werden dann vom Headset 11 bzw. Smartphone 12 direkt an das Smartphone 14 bzw. Headset 12 der Gegenstelle übermittelt.In a further variant, the server is no longer involved in the effective data transmission after the call has been set up. It only provides a secure - direct - connection between the interlocutors. The data of the second data channel is then transmitted by the headset 11 or smartphone 12 directly to the smartphone 14th or headset 12 transmitted to the remote station.

In 5 ist in einer weiteren Variante die Funktionalität statt durch das Headset von einem Adapter erzeugt, der eine hardwaregestützte Verschlüsselung (Decrypt/Encrypt) von elektronischer Korrespondenz ermöglicht.In 5 in a further variant, the functionality is generated by an adapter that has a hardware-based Encryption (Decrypt / Encrypt) of electronic correspondence enabled.

Lautsprecher und Mikrofon können mit dem Adapter dabei mittels einer Steckverbindung, z. B. klassischen Klinkensteckern realisiert sein. So kann ein Stecker für den Kopfhörer (Audio-Out) (bevorzugt Stereo) und ein weiterer Stecker für das Mikrofon (Audio-In) vorgesehen sein. Ebenso bekannt sind 4-Polige Klinkenstecker, die Verbindungen zu beidem realisieren.Loudspeaker and microphone can be connected to the adapter by means of a plug connection, e.g. B. be realized classic jack plugs. A plug for the headphones (audio-out) (preferably stereo) and another plug for the microphone (audio-in) can be provided. Also known are 4-pin jack plugs that make connections to both.

Alternativ kann eine drahtlose Verbindung zu einem herkömmlichen Bluetooth-Headset hergestellt werden, dabei ist das Sprachsignal durch die Bluetooth-intrinsische Verschlüsselung zwischen Headset und dem Adapter geschützt. In diesem Fall wäre der Adapter ein Bluetooth-Stick und anstatt der Klinkensteckeranschlüsse in der Figur läge eine drahtlose Bluetoothverbindung vor.Alternatively, a wireless connection to a conventional Bluetooth headset can be established; the voice signal is protected by the Bluetooth intrinsic encryption between the headset and the adapter. In this case, the adapter would be a Bluetooth stick and instead of the jack plug connections in the figure, there would be a wireless Bluetooth connection.

An ein Gerät, das bevorzugt ein User Equipment sein kann, ist der Adapter über einem Anschluss mittels Steckverbinder anschließbar. Bevorzugt kann dies durch einen USB-Stecker realisiert werden, über den die verschlüsselten Audiodaten zum Gerät und von diesem weiter über ein Netzwerk geleitet werden.The adapter can be connected to a device, which can preferably be user equipment, via a connection using a plug connector. This can preferably be implemented using a USB connector, via which the encrypted audio data is routed to the device and from there via a network.

Vorteilhafterweise können so vorhandene Kopfhörer/Mikrofone/Headsets weiterverwendet werden. Weiterhin findet die Stromversorgung für die Verschlüsselung stationär über den USB-Anschluss und nicht mobil (mit Batteriewechsel/aufladen) statt. Weiterhin lässt sich dadurch Kommunikation auch über nicht sichere Apps (wie z. B. Skype) absichern.In this way, existing headphones / microphones / headsets can advantageously continue to be used. Furthermore, the power supply for the encryption takes place stationary via the USB connection and not mobile (with battery change / charging). Communication can also be secured using non-secure apps (such as Skype).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1111
Headset (Anrufer)Headset (caller)
1212
Headset (Angerufener)Headset (called party)
1313
User Equipment (Smartphone) (Anrufer)User equipment (smartphone) (caller)
1414th
User Equipment (Smartphone) (Angerufener)User equipment (smartphone) (called party)
1515th
Verbindung zw. Headset und Smartphone (Anrufer)Connection between headset and smartphone (caller)
1616
Verbindung zw. Headset und Smartphone (Angerufener)Connection between headset and smartphone (called party)
1717th
SendemastenTransmission masts
1818th
Telekommunikationsnetzwerk/MobilfunknetzwerkTelecommunication network / cellular network
1919th
Ende-zu-Ende-VerbindungEnd-to-end connection
3131
Server, BackendServer, backend

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • CN 000105025404 A [0004]CN 000105025404 A [0004]

Claims (18)

Headset (11) mit einem Ver- und/oder Entschlüsselungsmodul, welches ein über ein Mikrofon aufgenommenes Audiosignal verschlüsselt und dieses verschlüsselte Signal über eine Schnittstelle an ein Gerät oder Netzwerk weiterleitet und/oder ein verschlüsseltes Audiosignal über eine Schnittstelle von einem anderen Gerät oder Netzwerk empfängt, dieses entschlüsselt und auf einem Lautsprecher ausgibt.Headset (11) with an encryption and / or decryption module which encrypts an audio signal recorded via a microphone and forwards this encrypted signal via an interface to a device or network and / or receives an encrypted audio signal via an interface from another device or network , decrypts it and outputs it on a loudspeaker. Headset (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine drahtlose Schnittstelle ist und das Weiterleiten oder Empfangen der Signale oder Daten mittels Bluetooth realisiert ist und das Gerät ein User Equipment (13) ist.Headset (11) according to Claim 1 , characterized in that the interface is a wireless interface and the forwarding or receiving of the signals or data is implemented by means of Bluetooth and the device is user equipment (13). Headset (11) gemäß einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass das Headset (11) das (digitalisierte) Audiosignal für die Weiterleitung an einen ersten und zweiten Datenkanal teilt (Audio-Multiplexing) und/oder das Headset (11) Daten aus einem ersten und zweiten Datenkanal empfängt und zu einem Audiosignal verbindet.Headset (11) according to one of the Claims 1 - 2 , characterized in that the headset (11) divides the (digitized) audio signal for forwarding to a first and second data channel (audio multiplexing) and / or the headset (11) receives data from a first and second data channel and into an audio signal connects. System zur Verschlüsselung einer Sprachverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Headset (11) dazu ausgebildet ist, ein über ein Mikrofon aufgenommenes Audiosignal zu verschlüssel und dieses verschlüsselte Signal an ein anderes Gerät oder Netzwerk weiterzuleiten und/oder ein verschlüsseltes Audiosignal von einem anderen Gerät oder Netzwerk zu empfangen, dieses zu entschlüsseln und auf einem Lautsprecher auszugeben.System for encrypting a voice connection, characterized in that a headset (11) is designed to encrypt an audio signal recorded via a microphone and to forward this encrypted signal to another device or network and / or an encrypted audio signal from another device or network to receive, to decrypt it and to output it on a loudspeaker. System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Audiosignal drahtlos übertragen wird und als Übertragungsprotokoll Bluetooth verwendet wird und das Gerät ein User Equipment (13) ist.System according to Claim 4 , characterized in that the audio signal is transmitted wirelessly and Bluetooth is used as the transmission protocol and the device is a user equipment (13). System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Audiosignal drahtlos übertragen wird und als Übertragungsmedium W-Lan verwendet wird.System according to Claim 4 , characterized in that the audio signal is transmitted wirelessly and W-Lan is used as the transmission medium. System gemäß Anspruch 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsaufbau von einem Programm das auf dem User Equipment (13) installiert ist, eingeleitet werden kann, indem es eine sichere Verbindung zu einem Server (31) herstellt, diesem eine gewünschte Gegenstelle übermittelt, von dem Server (31) ein Authentifizierungstoken erhält, welches die Gegenstelle vom Server (31) ebenfalls erhält und mit einem Programm auf dem User Equipment (14) der Gegenstelle eine Verschlüsselung vereinbart.System according to Claim 4 or 5 or 6th , characterized in that a connection can be initiated by a program that is installed on the user equipment (13) by establishing a secure connection to a server (31), transmitting a desired remote station to it from the server (31) receives an authentication token, which the remote station also receives from the server (31) and agrees on encryption with a program on the user equipment (14) of the remote station. System gemäß einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm auf dem User Equipment (13), die für die Verschlüsselung notwendigen Informationen über eine sichere Verbindung an das Headset (11) via Bluetooth schickt.System according to one of the Claims 4 - 7th , characterized in that the program on the user equipment (13) sends the information necessary for the encryption via a secure connection to the headset (11) via Bluetooth. System gemäß einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Datenkanal (Sprachanteil) unter Nutzung des regulären Sprachkanals (UMTS/GSM-Audio) des Mobilfunknetzwerks (18) zwischen dem Headset (11) und dem Headset der Gegenstelle (12) etabliert wird.System according to one of the Claims 4 - 8th , characterized in that a first data channel (voice component) is established between the headset (11) and the headset of the remote station (12) using the regular voice channel (UMTS / GSM audio) of the cellular network (18). System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Datenkanal im Rahmen des Handsfree-Modes/Profiles des Bluetoothstandards etabliert wird.System according to Claim 9 , characterized in that the first data channel is established as part of the hands-free mode / profile of the Bluetooth standard. System gemäß einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Datenkanal (IP-Anteil) zwischen dem Headset (11) und dem Headset der Gegenstelle (12) etabliert wird, indem eine seriellen Bluetooth-Verbindung zwischen den Headsets (11, 12) und den User Equipments (13, 14) etabliert wird und die User Equipments (13, 14) via Backend-Server (31) miteinander verbunden sind.System according to one of the Claims 4 - 10 , characterized in that a second data channel (IP component) is established between the headset (11) and the headset of the remote station (12) by establishing a serial Bluetooth connection between the headsets (11, 12) and the user equipment (13 , 14) is established and the user equipment (13, 14) are connected to one another via the backend server (31). System gemäß einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Datenkanal (IP-Anteil) zwischen dem Headset (11) und dem Headset der Gegenstelle (12) etabliert wird, indem eine serielle Bluetooth-Verbindung zwischen den Headsets (11, 12) und Backend-Server(n) (31) über Internet-Gateways etabliert wird.System according to one of the Claims 4 - 10 , characterized in that a second data channel (IP component) is established between the headset (11) and the headset of the remote station (12) by establishing a serial Bluetooth connection between the headsets (11, 12) and the backend server (n ) (31) is established via Internet gateways. System gemäß einem der Ansprüche 4-12, dadurch gekennzeichnet, dass das Headset (11) das (digitalisierte) Audiosignal für die Weiterleitung an einen ersten und zweiten Datenkanal teilt (Audio-Multiplexing) oder das Headset (12) Daten aus einem ersten und zweiten Datenkanal empfängt und zu einem Audiosignal verbindet.System according to one of the Claims 4 - 12 , characterized in that the headset (11) divides the (digitized) audio signal for forwarding to a first and second data channel (audio multiplexing) or the headset (12) receives data from a first and second data channel and combines them to form an audio signal. Adapter mit: - einem Anschluss für wenigstens einen Lautsprecher und wenigstens ein Mikrofon, - einem Ver- und/oder Entschlüsselungsmodul, - einem Anschluss mittels Steckverbinder an ein Gerät, wobei das Verschlüsselungsmodul ein über den wenigstens einen Mikrofonanschluss eingehendes Audiosignal verschlüsselt und dieses verschlüsselte Signal über den Anschluss mittels Steckverbinder an das Gerät weiterleitet und/oder der Adapter ein verschlüsseltes Audiosignal über den Anschluss mittels Steckverbinder von dem anderen Gerät empfängt, dieses durch das Entschlüsselungsmodul entschlüsselt und auf dem Anschluss für wenigstens einen Lautsprecher ausgibt.Adapter with: - a connection for at least one loudspeaker and at least one microphone, - an encryption and / or decryption module, - a connection by means of a connector to a device, the encryption module encrypting an audio signal received via the at least one microphone connection and this encrypted signal via forwards the connection to the device using a plug connector and / or the adapter receives an encrypted audio signal from the other device via the connection using a plug connector, this decrypted by the decryption module and outputs on the connection for at least one loudspeaker. Adapter gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss für den wenigstens einen Lautsprecher und das wenigstens eine Mikrofon mittels einer drahtlosen Schnittstelle unter Verwendung von Bluetooth realisiert ist.Adapter according to Claim 14 , characterized in that the connection for the at least one loudspeaker and the at least one microphone is implemented by means of a wireless interface using Bluetooth. System gemäß einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Headset sowohl die Authentifizierung als auch den Verbindungsaufbau zum Headset der Gegenstelle selbständig durchführt, danach ein verschlüsselter, adressierter Datenstrom, der unabhängig von den User Equipments allein durch Nutzung deren Transport-Funktionen im OSI-Layer 3+4 an das Headset der Gegenstelle übermittelt wird und nur von diesem entschlüsselt werden kann.System according to one of the Claims 4 - 10 , characterized in that the headset carries out both the authentication and the connection to the headset of the remote station independently, then an encrypted, addressed data stream that is sent to the user equipment independently of the user equipment solely by using their transport functions in the OSI layer 3 + 4 Headset of the remote station is transmitted and can only be decrypted by this. System gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Verschlüsselung noch eine digitale Signierung der verschlüsselten Daten im Headset erfolgt und somit die Authentizität des Absenders immer gewährleistet ist.System according to Claim 16 , characterized in that, in addition to encryption, the encrypted data is digitally signed in the headset and the authenticity of the sender is thus always guaranteed. System gemäß einem der Ansprüche 4-13 oder 16-17, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fehlen einer gleichartigen Gegenstelle automatisch konventionelle Headset-Funktion sichergestellt wird.System according to one of the Claims 4 - 13 or 16 - 17th , characterized in that in the absence of a similar remote station, conventional headset function is automatically ensured.
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