DE4138861A1 - Verfahren zur gegenseitigen authentifikation eines elektronischen partners mit einem kommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gegenseitigen Authen­ tifikation eines elektronischen Partners nach der "Challenge and Response" Methode mit einem Kommunikationssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um Zugang zu einem Kommunikationssystem zu erhalten, muß häufig die Berechtigung zu diesem Zugang nachgewiesen werden. Anderer­ seits muß sich auch das Kommunikationssystem eindeutig als echt zu erkennen geben, um einen möglichen Betrug durch ein simu­ liertes Kommunikationssystem auszuschließen. Um dies zu gewähr­ leisten, wurde die sogenannten "Challenge and Response" Methode entwickelt.

Bei dieser Methode schickt zunächst das Kommunikationssystem eine Zufallszahl an den elektronischen Partner. Dieser ver­ schlüsselt diese Zufallszahl mit einem Verschlüsselungsalgo­ rithmus und einem Schlüssel und sendet das Ergebnis gemeinsam mit einer Identitätskenngröße zurück an das Kommunikationssy­ stem. Mittels eines nur dem Kommunikationssystem bekannten Ver­ fahrens errechnet das Kommunikationssystem aus der Identitäts­ kenngröße den Schlüssel und errechnet ebenfalls das Ergebnis, das sich mit Hilfe des Verschlüsselungsalgorithmus aus der Zu­ fallszahl und dem Schlüssel ergibt. Stimmt das vom elektroni­ schen Partner gesendete Ergebnis mit dem vom Kommunikationssy­ stem errechneten überein, gilt der elektronische Partner als authentisch.

Zur Authentisierung des Kommunikationssystems gegenüber dem elektronischen Partner wird der oben beschriebene Vorgang mit vertauschten Rollen nochmals durchgeführt. Der elektronische Partner sendet eine Zufallszahl zum Kommunikationssystem, das Kommunikationssystem verschlüsselt diese Zufallszahl anhand des Verschlüsselungsalgorithmus und des ihm bereits bekannten Schlüssels und sendet das Ergebnis zum Vergleich an den elek­ tronischen Partner.

Der Schlüssel ist demnach lediglich im elektronischen Partner gespeichert, während das Kommunikationssystem diesen Schlüssel immer wieder neu nach einem nur dem Kommunikationssystem be­ kannten Verfahren unter Zugrundelegen der Identitätskenngröße des elektronischen Partners erzeugen muß. Diese Identitätskenn­ größe wird während der Initialisierungsphase, d. h. vor dem erstmaligen Betrieb des Kommunikationssystems gemeinsam mit den elektronischen Partnern, für die elektronischen Partner festge­ legt. Dabei erscheint es häufig sinnvoll, ganzen Gruppen von elektronischen Partnern die gleiche Identitätskenngröße und da­ mit auch den gleichen Schlüssel zuzuordnen.

Auf Grund dieser Praxis ergibt sich aber für einen Betrüger die Möglichkeit, das Kommunikationssystem gegenüber einem elektro­ nischen Partner zu simulieren. Voraussetzung ist lediglich, daß zwei elektronische Partner mit gleicher Identitätskenngröße an­ nähernd gleichzeitig auf das Kommunikationssystem zugreifen wollen. Diese Simulation des Kommunikationssystems kann dann auf folgende Weise durchgeführt werden:

Das simulierte Kommunikationssystem sendet eine Zufallszahl zum ersten elektronischen Partner, dieser verschlüsselt die Zu­ fallszahl in oben beschriebener Weise und sendet das Ergebnis gemeinsam mit der Identitätskenngröße zum simulierten Kommuni­ kationssystem. Dieses bestätigt die Richtigkeit des Ergebnis­ ses, ohne es wirklich überprüft zu haben, woraufhin der erste elektronische Partner eine weitere Zufallszahl zum simulierten Kommunikationssystem sendet. Dieses reicht die soeben empfange­ ne Zufallszahl zum zweiten elektronischen Partner weiter, der daraus in oben beschriebener Weise das benötigte Verschlüssel­ lungsergebnis berechnet und es an das simulierte Kommunika­ tionssystem überträgt. Das simulierte Kommunikationssystem reicht dieses Ergebnis zum ersten elektronischen Partner wei­ ter, der es mit dem selbst errechneten Ergebnis vergleicht und die Authentizität des simulierten Kommunikationssystems fest­ stellt. Der zweite elektronische Partner wird durch Übertragung einer Fehlermeldung vom simulierten Kommunikationssystem abge­ wiesen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es nun, bei mehrfacher Verwendung einer Identitätskenngröße für mehrere elektronische Partner, die gleichzeitig an ein Kommuni­ kationssystem angeschlossen sein können, eine Simulation des Kommunikationssystems in betrügerischer Absicht zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Hinzufügen der Zusatzidentitätskenngröße zur Identi­ tätskenngröße kann in vorteilhafter Weise für jeden elektroni­ schen Partner ein individueller Schlüssel errechnet werden. Da­ mit kann im Falle der Zusammenfassung von elektronischen Part­ nern in Gruppen mit identischen Identitätskenngrößen einer be­ trügerischen Simulation des Kommunikationssystems gegenüber einem elektronischen Partner erfolgreich begegnet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, sowie eine vorteilhafte Verwendung, sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Dabei zeigen

Fig. 1 den Verfahrensablauf bei simuliertem Kommunikationssystem und

Fig. 2 den erfindungsgemaßen Verfahrensablauf.

Im folgenden wird anstelle des Begriffes "elektronischer Part­ ner", der für ein beliebig ausgeformtes elektronisches Gerät mit den Fähigkeiten einer Chipkarte steht, der Begriff "Chip­ karte" verwendet.

Am linken Rand der Fig. 1 ist symbolisch eine erste Chipkarte CHK1 und am rechten Rand symbolisch eine zweite Chipkarte CHK2 gezeigt. Zwischen den beiden Chipkarten CHK1, CHK2 ist symboli­ siert durch ein Rechteck ein simuliertes Kommunikationssystem SKO abgebildet. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird beispiels­ weise durch Einstecken der ersten Chipkarte CHK1 in ein Kar­ tenlesegerät die erste Chipkarte CHK1 mit dem simulierten Kom­ munikationssystem SKO verbunden. Die erste Chipkarte CHK1 über­ trägt an das simulierte Kommunikationssystem SKO eine Anmelde­ Information LOG. Daraufhin überträgt das simulierte Kommunika­ tionssystem SKO eine erste Zufallszahl ZB zur ersten Chipkarte CHK1. Diese verschlüsselt anhand des Verschlüsselungsalgorith­ mus V und des in der Karte gespeicherten Schlüssels K die erste Zufallszahl ZB. Das Verschlüsselungsergebnis V (K, ZB) und die in der ersten Chipkarte CHK1 gespeicherte Chipkartenidentitäts­ nummer CID werden zum simulierten Kommunikationssystem SKO übertragen. Das simulierte Kommunikationssystem SKO überträgt ein Quittungssignal OK an die erste Chipkarte CHK1. Die erste Chipkarte CHK1 interpretiert das Quittungssignal OK so, als wä­ re der Authentifizierungsprozeß der ersten Chipkare CHK1 gegen­ über dem simulierten Kommunikationssystem SKO erfolgreich ver­ laufen. Deshalb sendet die erste Chipkarte CHK1 zur Authentizi­ tätsprüfung des simulierten Kommunikationssystems SKO eine zweite Zufallszahl ZC zum simulierten Kommunikationssystem SKO.

Wird nun gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig eine zweite Chipkarte CHK2, beispielsweise durch Einschieben in ein weite­ res Kartenlesegerät mit dem simulierten Kommunikationssystem SKO verbunden, so ergibt sich für den Fall, daß die zweite Chipkarte CHK2 die gleiche Chipkartenidentitätsnummer CID wie die erste Chipkarte CHK1 trägt, folgende Situation: Zunächst meldet sich auch die zweite Chipkarte CHK2 durch Übertragen einer Anmeldeinformation LOG beim simulierten Kommunikationssy­ stem SKO an. Das simulierte Kommunikationssystem SKO reicht nun die von der ersten Chipkarte CHK1 empfangene zweite Zufallszahl ZC an die zweite Chipkarte CHK2 weiter. Die zweite Chipkarte CHK2 verschlüsselt diese zweite Zufallszahl ZC mit Hilfe des Verschlüsselungsalgorithmus V und des Schlüssels K und gibt das Verschlüsselungsergebnis V (K, ZC) und die Kartenidentitätsnummer CID zum simulierten Kommunikationssystem SKO. Das simulierte Kommunikationssystem SKO verfügt nun über das zur Authentifika­ tion gegenüber der ersten Chipkarte CHK1 erforderliche Ver­ schlüsselungsergebnis V (K, ZC) und überträgt dieses zur ersten Chipkarte CHK1. Die gegenseitige Authentifikation zwischen er­ ster Chipkarte CHK1 und simuliertem Kommunikationssystem SKO ist damit erfolgreich abgeschlossen. Die zweite Chipkarte CHK2 erhält ein negatives Quittungssignal F und wird damit abgewie­ sen.

In Fig. 2 ist nun aufgezeigt, wie die oben beschriebene Authen­ tifikation eines simulierten und damit unberechtigten Kommuni­ kationssystems SKO gegenüber einer Chipkarte CHK wirksam ver­ hindert werden kann. Während des Initialisierungsprozesses, der vor der ersten Inbetriebnahme einer mit Hilfe von Chipkarten realisierbaren Anwendung in einem Kommunikationssystem KO ab­ läuft, wird vom zukünftigen Benutzer der Chipkarten CHK die Chipkartenidentitätskenngröße CID festgelegt. Beispielsweise kann die Chipkartenidentitätskenngröße CID der Name oder die Nummer einer Abteilung innerhalb eines Betriebes sein. Zusätz­ lich zu dieser Chipkartenidentitätskenngröße CID wird während des Initialisierungsprozesses für jede Chipkarte eine Zufalls­ zahl generiert, die der jeweiligen Chipkarte CHK als Zusatz­ identitätsgröße L zugeordnet wird. Nach einer festzulegenden Funktion wird aus den Parametern Chipkartenidentitätskenngröße CID und der Zusatzidentitätskenngröße L ein chipkartenspezifi­ scher Schlüssel KC erzeugt. Dieser spezifische Schlüssel KC, die Chipkartenidentitätskenngröße CID und die Zusatzidentitäts­ kenngröße L werden in der Chipkarte CHK gespeichert. Im Kommu­ nikationssystem KO wird lediglich vermerkt, welches Verfahren zur Errechnung des Schlüssels KC aus der Chipkartenidentitäts­ kenngröße CID und der Zusatzidentitätskenngröße L bei der je­ weiligen Anwendung Verwendung finden soll.

Die gegenseitige Authentifikation zwischen Chipkarte CHK und Kommunikationssystem KO verläuft dann wie folgt: Die Chipkarte CHK überträgt eine Anmeldeinformation LOG an das Kommunika­ tionssystem KO. Das Kommunikationssystem KO erzeugt eine Zu­ fallszahl ZS und überträgt diese zur Chipkarte CHK. Die Chip­ karte errechnet aus dem spezifischen Schlüssel KC und der Zu­ fallszahl ZS ein Verschlüsselungsergebnis V (KC, ZS) und über­ trägt dieses gemeinsam mit der Chipkartenidentitätskenngröße CID und der Zusatzidentitätskenngröße L zum Kommunikationssy­ stem KO. Das Kommunikationssystem KO errechnet aus der Chipkar­ tenidentitätskenngröße CID und der Zusatzidentitätskenngröße L mit Hilfe des festgelegten Verfahrens F den spezifischen Schlüssel KC. Das Kommunikationssystem KO berechnet ebenfalls das Verschlüsselungsergebnis V (KC, ZS) und vergleicht es mit dem in der Chipkarte errechneten und zum Kommunikationssystem übertragenen Verschlüsselungsergebnis V (KC, ZS). Bei positivem Vergleichsergebnis überträgt das Kommunikationssystem KO ein positives Quittungssignal OK an die Chipkarte CHK. Diese über­ trägt daraufhin eine weitere Zufallszahl ZG zum Kommunikations­ system KO, wo diese verschlüsselt wird und das Verschlüsse­ lungsergebnis V (KC, ZC) zur Chipkarte CHK übertragen und dort überprüft wird. Bei positivem Vergleichsergebnis sendet die Chipkarte CHK ein positives Quittungssignal OK zum Kommunika­ tionssystem KO. Die gewünschte Anwendung ist damit freigegeben.

Claims (3)

1. Verfahren zur gegenseitigen Authentifikation eines elektro­ nischen Partners nach der "Challenge and Response" Methode mit einem Kommunikationssystem, auf das eine Vielzahl von elektro­ nischen Partnern zugreifen darf, von denen jeweils mehrere gleichberechtigt in Gruppen mit gleicher Identitätskenngröße zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeich­ net, daß jedem der gleichberechtigten elektronischen Part­ ner (CHK) jeweils eine individuelle Zusatzidentitätskenngröße (L) zugeordnet wird, und daß diese Zusatzidentitätskenngröße (L) gemeinsam mit der Identitätskenngröße (CID) im Kommunika­ tionssystem (KO) zur Erzeugung eines individuellen Schlüssels (KC) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zusatzidentitätskenngröße (L) durch einen Zufallsgenerator erzeugt wird.

3. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden An­ sprüche in einem Kommunikationssystem, mit dem Chipkarten als elektronische Partner (CHK) kommunizieren.