DE4416705C1 - Elektronische Sicherungsvorrichtung und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Sicherungsvorrich­ tung, insbesondere eine Wegfahrsperre für ein Kraftfahrzeug. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Si­ cherungsvorrichtung.

Eine bekannte Sicherungsvorrichtung (DE 39 27 024 A1) weist ei­ nen stationären Transceiver im Kraftfahrzeug und einen dazu­ gehörigen tragbaren Transponder auf.

Der Transceiver sendet einen Abfragesignal aus, das ein Zu­ fallscodewort (Zufallszahl) und ein Identifizierungscodewort (im folgenden als Kennung bezeichnet) enthält. Von dem Trans­ ponder wird daraufhin nur dann ein Antwortsignal erzeugt und zurückgesendet, wenn das Abfragesignal eine berechtigte Ken­ nung enthält. Die Kennung ist mit der Zufallszahl mit Hilfe von mehreren verschiedenen mathematischen Operationen co­ diert. Hierdurch wird die Entschlüsselung des Codes auch bei mehrfachem Abhören des Dialogs wesentlich erschwert.

Bei einer solchen Sicherungsvorrichtung findet jedoch ein bi­ direktionaler Dialog zwischen dem stationären Transceiver und dem tragbaren Transponder statt. Daher müssen sowohl der Transceiver als auch der Transponder zuerst abgestimmt oder initialisiert sein, bevor der Dialog vonstatten gehen kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde eine elektronische Sicherungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei geringem Aufwand eine hohe Diebstahlsicher­ heit bietet und die nicht initialisiert zu werden braucht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems ist durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung findet nur ei­ ne unidirektionale Übertragung von einem Sender zu einem Emp­ fänger statt. Das Sendersignal wird mit Hilfe eines mathema­ tischen Algorithmus codiert und zu dem Empfänger übertragen. Der Empfänger decodiert das empfangene Signal mit Hilfe des inversen mathematischen Algorithmus und zerlegt es in seine früheren Bestandteile. Mit einem gleichen Algorithmus wie im Sender wird im Empfänger ein Codesignal erzeugt, das mit dem empfangenen Signal verglichen wird. Bei Übereinstimmung der beiden Signale wird der Sender als berechtigt akzeptiert.

Aufgrund des nur dem Benutzer bekannten Algorithmus und der ständig wechselnden Zufallszahl ergibt sich eine hohe Abhör­ sicherheit.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer elektronischen Sicherungs­ vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfah­ rens zum Betrieb der Sicherungsvorrichtung gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Si­ cherungsvorrichtung dargestellt, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug installiert werden kann. Sie dient dazu, das Kraftfahrzeug nur bei Berechtigung starten zu können. Die Si­ cherungsvorrichtung ist jedoch auch für andere Anwendungsfäl­ le geeignet, beispielsweise zum abhörsicheren Datenaustausch zwischen zwei Steuergeräten im Kraftfahrzeug.

Die Sicherungsvorrichtung weist einen Sender 1 und einen Emp­ fänger 2 auf, die über einen Bus 3 miteinander verbunden sind. In dem Sender 1 ist ein Zufallsgenerator 11 angeordnet, der bei Betätigung eines Schalters 12 oder eines elektrischen Kontakts ein Zufallscodewort (im folgenden als Zufallszahl bezeichnet) erzeugt. In einer Speichereinheit 13, beispiels­ weise einem ROM, des Senders 1 sind Grundcodeworte herstel­ lerseitig einprogrammiert. Sie können eine benutzerspezifi­ sche Kennung enthalten oder bestimmte Steuerbefehle, die zum Empfänger 2 zu übertragen sind.

Ein Codierer 14 verschlüsselt die Zufallszahl zusammen mit mindestens einem der Grundcodeworte, z. B. der Kennung, und erzeugt ein Wechselcodewort (im folgenden als Codesignal be­ zeichnet) . Das Codesignal wird mit einer Sendeeinheit 15 über einen Bus 3 zu dem Empfänger 2 übertragen. Die Übertragung zwischen der Sendeeinheit 15 und dem Bus 3 kann galvanisch oder auch drahtlos von statten gehen.

Der Empfänger 2 weist eine Empfangseinheit 21 auf, die das Codesignal empfängt. Ein Decodierer 22 entschlüsselt das Codesignal und teilt es in seine Bestandteile auf, d. h. in eine Bitfolge entsprechend der Zufallszahl und eine Bitfolge entsprechend der Kennung. Die Bestandteile des Codesignals werden einem Codierer 23 zugeführt und dort verschlüsselt, wodurch ein Codesignal erzeugt wird. Das verschlüsselte Code­ signal wird an eine Vergleichseinheit 24 weitergeleitet, die das empfangenen Codesignal mit dem verschlüsselten Codesignal vergleicht.

Wenn die beiden Codesignale übereinstimmen, hat der Sender 1 die richtige Kennung gesendet, d. h. der Sender 1 wird als be­ rechtigt akzeptiert. Eine Steuereinheit 25 erzeugt daraufhin ein Steuersignal, das an eine elektronische Einheit im Kraft­ fahrzeug weitergeleitet und dort ausgeführt wird.

Anhand des Ablaufdiagramms von Fig. 2 wird die Erfindung nä­ her erläutert. Bei jeder Betätigung des Senders 1 wird die Zufallszahl erzeugt. Die Zufallszahl besteht aus einer Bit­ folge, die nach einem vorgegebenen Muster willkürlich erzeugt wurde.

In der Speichereinheit 13 (ROM) sind mehrere Grundcodeworte als Bitfolgen gespeichert. Die Grundcodeworte können die Ken­ nung des Senders 1 enthalten und/oder auch einen oder mehrere Steuerbefehle, die von dem Empfänger 2 an ein Steuergerät weiterzuleiten und dort auszuführen sind. Die Kennung wird zusammen mit der Zufallszahl zu dem Codierer 14 geleitet, der eine oder mehrere mathematische Operationen auf diese beiden Bitfolgen anwendet. Die mathematischen Operationen können lo­ gische Verknüpfungen, wie z. B. eine EXOR-Verknüpfung, sein. Es kann auch ein herstellerseitig programmierter Algorithmus auf diese beiden Bitfolgen angewendet werden.

Hierdurch wird das Codesignal erzeugt, das zum Empfänger 2 gesendet wird. Die senderseitigen Verfahrensschritte sind auf der linken Seite der Fig. 2 und die empfängerseitigen Ver­ fahrensschritte sind auf der rechten Seite der Fig. 2 darge­ stellt. Durch den blitzförmigen Pfeil wird die Übertragung zwischen Sender 1 und Empfänger 2 symbolisiert.

Der Empfänger 2 entschlüsselt das Codesignal, d. h. er rechnet anhand einer mathematischen Operation, die invers zu der ma­ thematischen Operation im Sender 1 abläuft, das Codesignal zurück. Er teilt also das Codesignal auf in zwei Bitfolgen, die der Kennung und der Zufallszahl entsprechen. Der Codierer 23 verschlüsselt diesen beiden Bitfolgen mit der gleichen ma­ thematischen Operation, wie sie im Sender 1 abgelaufen ist, und erzeugt ein neues Codesignal.

Das neu erzeugte Codesignal und das empfangene Codesignal werden in der Vergleichseinheit 24 miteinander verglichen. Wenn die beiden Codesignale übereinstimmen, so wird der Sender 1 als berechtigt akzeptiert. Das Codesignal wird daraufhin verarbeitet. Es findet also im Empfänger 2 eine Kontrollrech­ nung statt, durch die zu überprüfen ist, ob der Sender 1 be­ rechtigt war, ein Signal an den Empfänger 2 zu schicken. Bei Berechtigung wird dann das Steuersignal erzeugt.

Das Steuersignal kann ein Steuerbefehl an ein nicht darge­ stelltes Steuergerät im Kraftfahrzeug beinhalten. In dieser Weise kann das Steuersignal ein Freigabesignal für die Weg­ fahrsperre sein, indem der Motorsteuerung oder einem sonsti­ gen die Zündung oder die Einspritzung steuernden Gerät die Freigabe mitgeteilt wird. Das Steuersignal kann zusätzlich die Kennung des Senders 1 enthalten.

Die Codierung und Decodierung werden an einem konkreten Bei­ spiel näher erläutert, bei dem der Sender 1 den Steuerbefehl

"7E" hex (hexadezimal) = "1111 1110" bin (binär)

zu dem Empfänger 2 und damit zu einer an den Bus 4 ange­ schlossenen Steuereinheit übertragen möchte. Bei Betätigung des Schalters wird eine Zufallszahl

"B4A" hex = "1011 0100 1010" bin

erzeugt. Die Nummer des Senders 1 soll

"5" hex = "0101" bin

sein. Die Nummer und der Steuerbefehl sollen gemeinsam als Kennung übertragen werden:

"57E" hex = "0101 0111 1110" bin.

Die Kennung wird zusammen mit der Zufallszahl mit einer EXOR- Verknüpfung verschlüsselt. Man erhält dann das Wechselcode­ wort

"E34" hex = "1110 0011 0100" bin.

Zusätzlich dazu muß die Zufallszahl zu dem Wechselcodewort hinzugefügt werden, so daß das folgende Wechselcodewort zur Übertragung ansteht:

"B4A E34" hex = "1011 0100 1010 1110 0011 0100" bin.

Bevor das Wechselcodewort übertragen wird, findet nochmals eine Codierung statt, und zwar eine Bitverschiebung innerhalb des Wechselcodewortes (die beiden letzten "00" des Binärwor­ tes werden an die ersten Stellen nach links verschoben), so daß folgendes Wechselcodewort als Codesignal übertragen wird:

"2D 2B 8D" hex "0010 1101 0010 1011 1000 1101" bin.

Der Empfänger 2 macht zunächst diese Bitverschiebung rückgän­ gig, separiert die Zufallszahl und wendet ebenfalls eine EXOR-Verknüpfung auf den übertragenen Code an. Der Empfänger 2 selektiert zwei Bitfolgen aus, die der Zufallszahl und der Kennung entsprechen. Diese werden nun genauso wie im Sender 1 verschlüsselt und daraus ein Wechselcodewort erzeugt. Dieses im Empfänger 2 verschlüsselte Wechselcodewort wird mit dem vom Sender 1 empfangenen Wechselcodewort verglichen.

Durch dieses Verschlüsselungsverfahren mit den Zufallszahlen ist jede übertragene Information von der vorher übertragenen Information verschieden. Ein einmal übertragenes Codesignal ist in Zukunft nicht mehr gültig. Daher kann die Übertragung zwar abgehört werden, aber die abgehörten Signale können nicht weiter verwendet werden. Da der mathematische Algorith­ mus, mit dem die Codesignale verschlüsselt und entschlüsselt werden, im Sender 1 und im Empfänger 2 herstellerseitig ent­ weder hardwaremäßig eingestellt oder softwaremäßig program­ miert sind, muß der Benutzer keine Initialisierung des Sy­ stems durchführen.

Die Sicherungsvorrichtung kann als Wegfahrsperre ausgenutzt werden. Hierzu ist der Sender 1 in einem nicht dargestellten Zündschlüssel integriert. Sobald der Zündschlüssel im Zünd­ schloß verdreht wird, wird ein elektrischer Kontakt geschlos­ sen, infolgedessen die Zufallszahl erzeugt wird. Danach läuft das erfindungsgemäße Verfahren ab. Dem Empfänger 2 wird an­ hand der Kennung mitgeteilt, daß der Benutzer berechtigt ist, das Fahrzeug zu starten und dies nun geschehen soll.

Der Sender 1 kann auch in einem Steuergerät des Kraftfahr­ zeugs angeordnet sein, das über den internen Fahrzeugbus mit einem Empfänger 2 in einem weiteren Steuergerät verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann angewendet, wenn von dem ersten Steuergerät zu dem zweiten Steuergerät sicherheitsrelevante Informationen übertragen werden sollen.

In dem Codesignal ist ein Wechselcodewort enthalten. Der ver­ wendete Begriff "Wechselcode" stellt eine Vorschrift dar, durch die Codeworte aus einer endlichen Anzahl von Codeworten nach einem bestimmten Algorithmus erzeugt werden. Die Code­ worte unterscheiden sich bei jeder Übertragung von den vorher Übertragenen. Es handelt sich also um eine mathematische Folge, die nach einer endlichen Anzahl von Übertragungen - bedingt durch die Erzeugung der Zufallszahl - wiederholt wird.

Claims (8)

1. Elektronische Sicherungsvorrichtung, insbesondere Wegfahr­ sperre für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch

• - einen Sender (1) zum Erzeugen und zum Aussenden eines Wech­ selcodewortes,
• - eine in dem Sender angeordnete Codiereinrichtung (14), die das Wechselcodewort erzeugt, indem sie mathematische Opera­ tionen auf mindestens zwei verschiedene Grundcodeworte an­ wendet,
• - einen Empfänger (2), der das Wechselcodewort empfängt,
• - eine in dem Empfänger angeordnete Decodiereinrichtung (22), die das empfangenen Wechselcodewort anhand von inversen ma­ thematischen Operationen entschlüsselt und in Grundcodewor­ te aufteilt,
• - eine in dem Empfänger angeordnete Codiereinrichtung (23), die mit Hilfe der entschlüsselten Grundcodeworte und den gleichen mathematischen Operationen wie im Sender (1) ein Wechselcodewort erzeugt,
• - eine Vergleichseinrichtung (24), die das empfangene Wech­ selcodewort und das im Empfänger (2) erzeugte Wechselcode­ wort miteinander vergleicht und bei Übereinstimmung ein Steuersignal erzeugt.

2. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Grundcodeworte ein Zufallscodewort ist, das durch einen in dem Sender (1) angeordneten Zufallsgenerator (11) bei jeder Betätigung des Senders neu erzeugt wird und daß ein anderes der Grundcode­ worte ein Kennungscodewort ist, das in einer Speichereinheit (13) des Senders abgespeichert ist und das benutzerspezifi­ sche Informationen oder Steuerbefehle enthält.

3. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und der Empfänger (2) über einen Bus (3) im Kraftfahrzeug miteinander verbunden sind.

4. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) und der Empfänger (2) jeweils in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, wobei die Steuergeräte über den Bus (3) mit­ einander verbunden sind.

5. Wegfahrsperre für ein Kraftfahrzeug mit einer Sicherungs­ vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sender (1) auf einem Zündschlüssel und der Empfänger (2) in einem Motorsteuergerät angeordnet ist.

6. Verfahren zum Betrieb einer elektronischen Sicherungsvor­ richtung gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erzeugen und Aussenden eines Wechselcodeworts im Sender (1), durch Codieren der Grundcodeworte, indem auf sie ma­ thematische Operationen angewendet werden,
• - Decodieren des empfangenen Wechselcodeworts im Empfänger (2), indem inverse mathematische Operationen auf das Wech­ selcodewort angewendet werden, und somit Erzeugen von Grun­ dcodeworten aus dem empfangenen Wechselcodewort,
• - Erzeugen eines Wechselcodewortes im Empfänger (2), indem die gleichen mathematischen Operationen wie im Sender auf die decodierten Grundcodeworte angewendet werden, und
• - Vergleichen des empfangenen Wechselcodewortes sowie des im Empfänger erzeugten Wechselcodewortes und Erzeugen eines Steuersignals bei Übereinstimmung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mathematischen Operationen logische Verknüpfungen der Grundcodeworte sind, wobei die Wechselcodeworte eine Folge aus einem mathematischen Codevor­ rat darstellen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuersignal ein Freigabesignal für eine Wegfahrsperre ist.