DE69534212T2

DE69534212T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Softwaresicherheit und zur Software-Verteilung

Info

Publication number: DE69534212T2
Application number: DE69534212T
Authority: DE
Inventors: Sheue-Ling Chang; James Woodside Gosling
Original assignee: Sun Microsystems Inc
Current assignee: Sun Microsystems Inc
Priority date: 1994-06-10
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2006-01-12
Also published as: EP0686906B1; EP0686906A3; JPH08166879A; DE69534212T8; DE69534212D1; US5724425A; EP0686906A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz einer Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung den Einsatz der Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel, um eine bessere Sicherheit und Produktauthentifizierung bei dem Software-Vertrieb zu erzielen.
2. Fachlicher Hintergrund:
Die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel basiert auf Verschlüsselungsalgorithmen, die zwei Schlüssel aufweisen. Einer wird zu Verschlüsselung verwendet und der andere Schlüssel wird zur Entschlüsselung verwendet. Es gibt einen bekannten Algorithmus, der den zweiten Schlüssel zuerst berechnet, wenn der Erste bekannt ist. Ohne vollständige Kenntnis aller Parameter kann man jedoch den ersten Schlüssel bei vorgegebenem zweiten Schlüssel nicht berechnen. Der erste Schlüssel wird als der "private Schlüssel" bezeichnet, und der zweite Schlüssel wird als der "öffentliche Schlüssel" bezeichnet. In der Praxis kann entweder der private Schlüssel oder der öffentliche Schlüssel zur Verschlüsselung einer Nachricht verwendet werden, wobei der andere Schlüssel zu deren Entschlüsselung verwendet wird. Im allgemeinen muß der private Schlüssel privat bzw. geheim gehalten werden, während der öffentliche Schlüssel jedem zur Verfügung gestellt werden kann. Verschiedene kryptographische Schemas mit öffentlichem Schlüssel wurden für den Schutz von Nachrichten und Daten entwickelt (siehe, Whitfield Diffie, "The First Ten Years of Public Key Cryptography" (IEEE Proceedings, Band 76, Nr. 5, 1988) und Paul Fahn, "Answers to Frequently Asked Questions about Today's Cryptography (RSA Laborstories 1993).
Kryptographie mit öffentlichem Schlüssel wird zum Senden sicherer Nachrichten über öffentliche Kommunikationsverbindungen verwendet, welche ein Eindringling abhören kann, und sie löst das Problem des sichereren Übersendens des Verschlüsselungspaflworts an die andere Seite.
Einige kryptographische Schemas mit öffentlichem Schlüssel erfordern eine Gegensignatur und gemeinsame Signatur für die digitale Zertifizierung (siehe Fischer, Public Key/Signature Cryptosystem With Enhanced Digital Signature Certification, Europäisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 0328232, 16. August 1989); oder sie ermöglichen einem Software-Anbieter, sein Signaturschema zu ändern, ohne seinen aktuellen Schlüsselzertifizierungsprozeß zu ändern, indem die Schlüsselzertifizierung und die Signaturverifikation in der Authentifizierungsprozedur getrennt werden (siehe Ham, Lin und Yang, A Software Authentication System For Information Integrity, Computers & Security Journal, Band 11, Nr. 8, Dezember 1992, Seiten 747–752).
Systeme mit öffentlichem Schlüssel können auch zur Verschlüsselung von Nachrichten verwendet werden, und auch zum wirksamen Unterzeichnen von Nachrichten, wobei dies der empfangenden Partei ermöglicht, den Sender der Nachricht zu authentifizieren. Man kann die Kryptographie mit öffentlichem Schlüssel auch zum Versiegeln einer Dateneinheit oder zum Schützen dieser vor unautorisierten Eingriffen verwenden. In diesem Fall berechnet der Sender einen Nachrichten-Digest aus den Daten unter Verwendung speziell konzipierter kryptographisch starker Digests, die für diesen Zweck konzipiert sind. Der Sender verwendet den privaten Schlüssel dann zum Verschlüsseln des Nachrichten-Digests, wobei dieser verschlüsselte Nachrichten-Digest eine digitale "Signatur" genannt wird. Der Sender packt die Daten, den verschlüsselten Nachrichten-Digest und den öffentlichen Schlüssel dann zusammen. Der Empfänger kann dann eine Prüfung auf unautorisierte Eingriffe ausführen, indem er den Nachrichten-Digest erneut berechnet, und dann den empfangenen Nachrichten-Digest mit dem öffentlichen Schlüssel entschlüsselt. Wenn der neu berechnete und der entschlüsselte Nachrichten-Digest identisch sind, gab es keine unautorisierten Eingriffe auf die Daten.
"Viren" und "Würmer" sind schlau in legitime Programme eingefügte Computercodes, die anschließend auf den Computern ausgeführt werden. Jedes Mal, wenn das Programm ausgeführt wird, kann der Virus oder der Wurm Schaden in den System verursachen, indem wertvolle Informationen zerstört werden, und/oder andere Maschinen außerdem infizieren und sich zu diesen in dem Netzwerk ausbreiten. Während es feine Unterschiede zwischen einem Virus und einem Wurm gibt, ist eine bedeutsame Komponente für beide, daß sie üblicherweise der Hilfe von einem ahnungslosen Computerbenutzer bedürfen, um einen Computer oder ein Firmennetz erfolgreich zu infizieren.
Die Infizierung von Computern mit Viren und Würmern ist ein allgemeines Problem in der heutigen Computerindustrie. Außerdem sind Firmennetze anfällig für Frontalangriffe, bei denen ein Eindringling in das Netzwerk einbricht und Informationen stiehlt oder zerstört. Sicherheitsverletzungen beliebiger Art sind in großen Firmennetzen ein besonders beunruhigendes Problem aufgrund der Gefahr eines umfangreichen Schadens und wirtschaftlichen Verlustes. Sicherheitsverletzungen können darüber hinaus leichter begangen werden, wenn ein Firmennetzwerk mit einem öffentlichen Netzwerk, beispielsweise dem Internet verbunden ist. Firmen ergreifen verschiedene Maßnahmen, um sich vor Verletzungen der Netzwerksicherheit zu schützen, entweder durch Frontalangriffe oder Infizierungen, wobei die Vorteile erhalten bleiben sollen, die mit der Verbindung mit einem weltweiten Netzwerk verbunden sind.
Die von den meisten Firmen, welche die Vorteile der Verbindung mit dem Internet nutzen möchten und gleichzeitig ihre Sicherheit aufrecht halten möchten, angenommene Lösung ist die Installation eines Firewall. Firewalls beschränken im allgemeinen Internet-Dateiübertragungen und Telnet-Verbindungen. Derartige Übertragungen und Verbindungen können nur von innerhalb des Firmennetzwerks initiiert werden, so daß von außerhalb initiierte Dateiübertragungen und Telnet-Verbindungen von dem Firewall zurückgewiesen werden. Firewalls erlauben e-mail und Netzwerknachrichten, frei in das innere des privaten Netzwerkes der Firewall zu strömen. Die Verwendung von Firmen-Firewalls erlaubt es Angestellten, in der Firmenumgebung leicht Informationen auszutauschen, ohne extreme Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen. Eine gute Firewall-Ausführung kann vor den meisten typischen Frontalangriffen auf die Systemsicherheit schützen.
Ein Verfahren, um zu verhindern, daß Viren und Würmer ein Firmennetz infizieren, besteht darin, nie ein Programm auszuführen, das Viren enthalten kann. Im allgemeinen sollten legitim im Firmennetz verbreitete Programme als virusfrei betrachtet werden. Sofern von außerhalb des Firewalls abgerufen, ist alles binär Ausführbare, alle nicht durchgesehenen Shell-Scripts und jeder Quellcode Software, die einen Wurm oder Virus enthalten kann.
Jedoch können binäre Ausführbare, Shell-Scripts und Quellcode von außerhalb einen Firmen-Firewall als Anlage einer e-mail erreichen. Beispielsweise können Shell-Scripts, die verwendet werden, um mehrere Dateien zu erstellen und mit Hilfe von e-mail zu senden, und die Survey-Tools, die durch Aktivierung der e-mail-Anlage gestartet werden, den Zugang von Viren ermöglichen. Ausführbare können auch direkt durch das iftp-Programm abgerufen werden, über einen world-wide-web-Browser, beispielsweise Mosaik, oder von einer externen Firma, deren Netzwerk bereits beeinträchtigt wurde.
Darüber hinaus ist der kommerzielle Softwarefreigabe- und -verteilungsprozeß mit Sicherheits- und Authentifizierungsproblemen verbunden. Beispielsweise sind einige der Software zugeordneten Informationen, beispielsweise die Ursprungsfirma oder der Autor, die Angabe der Rechtsbeschränkungen und der gleichen nicht an dem Code selbst angehängt. Statt dessen werden derartige Informationen als Drucksache zur Verfügung gestellt, und werden von dem Code getrennt, sobald das Paket geöffnet ist und der Code installiert ist. Selbst Anwendungen, die versuchen, sich beim Start selbst zu identifizieren, sind anfällig dafür, daß die Identifizierung gefälscht oder auf andere Weise nachgemacht wird.
Ein Benutzer hat keinen Mechanismus, um zu authentifizieren, daß die verkaufte Software tatsächlich von dem auf dem Etikett gezeigten Hersteller stammt. Unautorisiertes Kopieren und der Verkauf von Software ist ein beträchtliches Problem und ebenfalls Benutzer, die glauben, daß sie Software mit einer Herstellergarantie und nicht Pirateriesoftware kaufen, die weder eine Garantie noch eine Softwareunterstützung bietet. Das Problem der Authentifizierung des Originalursprungs der Software wird erhöht, wenn die Software in Netzwerken verteilt werden soll, und der Software-Ursprung für einen Benutzer kann weit entfernt von dem ursprünglichen Autor der Software sein. Außerdem hat der Benutzer nicht die Möglichkeit zu überprüfen, daß die gekaufte Software nur den Code des Originalherstellers enthält. Ein Benutzer verfügt darüber hinaus nicht über ein Verfahren zum Erfassen von unautorisierten Eingriffen, wie beispielsweise die Existenz eines Virus, welche unerwünschte Effekte verursachen können.
Alle obigen Probleme betreffen den Transport der Software sowohl von den Herstellern zu den Benutzern als auch von Benutzer zu Benutzer. Darüber hinaus ist das Transportproblem unabhängig vom Transportmedium. Das Problem gibt es in allen Transportmedien, einschließlich Diskette, Magnetband, CD-ROM und Netzwerk.
Wie beschrieben wird, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum Authentifizieren zur Verfügung, daß von einem Hersteller verteilte Software eine legitime bzw. rechtmäßige Kopie einer autorisierten Softwarefreigabe ist und daß die Software nur den Originalherstellercode ohne unautorisierte Eingriffe enthält. Die vorliegende Erfindung löst die oben angegebenen Probleme durch die Verwendung eines "Software-Passes", welcher die digitale Signatur des Anwendungsautors und Herstellers umfaßt. Wie oben beschrieben wird, kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden, um geistiges Eigentum in Form von urheberrechtlich geschütztem Computercode zu schützen, indem kryptografische Techniken verwendet werden, die hier als Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel bezeichnet werden.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verfügung, die Verschlüsselungstechniken mit öffentlichem Schlüssel zum Verbessern der Software-Sicherheit und zum Verteilen von Software verwenden, die in den beigefügten Ansprüchen beschrieben sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbessern der Software-Sicherheit geschaffen, daß die Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines ersten Computers;
Bereitstellen eines privaten Schlüssels eines Anwendungsautors;
Bereitstellen einer Lizenz des Anwendungsautors, die einen öffentlichen Schlüssel des Anwendungsautors und eine digitale Signatur eines Plattformherstellers einschließt;
Bereitstellen einer Software;
Bereitstellen des privaten Schlüssels des Anwendungsautors, der Lizenz des Anwendungsautors und der Software an einen von dem ersten Computer ausgeführten Compiler, wobei der Compiler die Software in einen binären Code kompiliert und einen ersten Nachrichten-Digest für den binären Code berechnet;
wobei der erste Computer ferner den ersten Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels des Anwendungsautors verschlüsselt, wobei der verschlüsselte erste Nachrichten-Digest eine digitale Signatur des Anwendungsautors bildet;
wobei der erste Computer einen Software-Paß erzeugt, der die digitale Signatur des Anwendungsautors, die Lizenz des Anwendungsautors und den binären Code umfaßt; und
Bereitstellen eines Elements zum Ausführen des Schrittes des Verteilens des Software-Passes an einen zweiten Computer, wobei der zweite Computer einen eingebetteten öffentlichen Schlüssel des Plattformherstellers aufweist.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verbessern der Software-Sicherheit zur Verfügung gestellt, aufweisend:
einen ersten Computer;
einen privaten Schlüssel eines Anwendungsautors;
eine Lizenz des Anwendungsautors, welche einen öffentlichen Schlüssel des Anwendungsautors und eine digitale Signatur eines Plattformherstellers einschließt;
eine Software;
einen von dem ersten Computer ausgeführten Compiler, wobei der Compiler die Software in binären Code kompiliert und einen ersten Nachrichten-Digest für den binären Code berechnet;
wobei der Compiler ferner den ersten Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels des Anwendungsautors verschlüsselt, wobei der verschlüsselte erste Nachrichten-Digest eine digitale Signatur des Anwendungsautors bildet und
wobei der erste Computer einen Software-Paß erzeugt, der die digitale Signatur des Anwendungsautors die Lizenz des Anwendungsautors und den binären Code umfaßt;
Mittel zum Verteilen des Software-Passes an einen zweiten Computer, wobei der zweite Computer einen eingebetteten öffentlichen Schlüssel des Plattformherstellers aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Datenverarbeitungssystem, in das die Lehre der vorliegenden Erfindung integriert ist.
2 zeigt konzeptionell die Verwendung des Software-Passes der vorliegenden Erfindung, wobei der Anwendungscode und der Software-Paß in separaten Dateien zur Verfügung gestellt werden.
3 zeigt konzeptionell den Einsatz der Software-Paß-Verwendung der vorliegenden Erfindung, wobei der Anwendungscode und der Software-Paß in derselben Datei verteilt werden.
4 zeigt schematisch den Prozeß zum Erzeugen eines Software-Passes gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt schematisch die Verwendung der vorliegenden Erfindung für eine Plattformhersteller-Lizenzvergabe.
6a und 6b sind Flußdiagramme, die die Schritte darstellen, die von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, um zu verifizieren, daß eine gültige Lizenz eines Software-Autors vorhanden ist, und daß die Signatur des Software-Autors ("SW's) gültig ist, bevor die Ausführung eines Computerprogramms erlaubt wird.
Notation und Nomenklaturen
Die detaillierte folgende Beschreibung wird größtenteils anhand von symbolischen Darstellungen von Operationen von Datenverarbeitungseinrichtungen präsentiert. Diese Prozeßbeschreibungen und Darstellungen sind die von Fachleuten in der Datenverarbeitung verwendeten Mittel, um das Wesen ihrer Arbeit am effektivsten anderen Fachleuten zu vermitteln.
Unter einem Algorithmus ist hier und im allgemeinen eine selbstkonsistente Schrittfolge zu verstehen, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Diese Schritte sind solche, die eine physikalische Bearbeitung von physikalischen Größen erfordern. Üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, können diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen annehmen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen, angezeigt oder auf andere Weise bearbeitet werden können. Es erweist sich manchmal als vorteilhaft, hauptsächlich aus Gründen der allgemeinen Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Nachrichten, Namen, Elemente, Symbole, Operationen, Nachrichten, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, daß alle diese ähnlichen Begriffe den entsprechenden physikalischen Größen zugeordnet werden müssen, und lediglich vorteilhafte Bezeichnungen für diese Größen sind.
In der vorliegenden Erfindung sind die Operationen, auf die Bezug genommen wird, Maschinenoperationen. Vorteilhafte Maschinen zur Ausführung der Operationen der vorliegenden Erfindung umfassen digitale Mehrzweckcomputer oder andere ähnliche Einrichtungen. In allen Fällen möge sich der Leser den Unterschied zwischen den Verfahrensoperationen beim Betrieb eines Computers und dem Berechnungsverfahren selbst vergegenwärtigen. Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahrensschritte für den Betrieb eines Computers, der mit einer Reihe von Netzwerken gekoppelt ist und elektrische oder andere physikalische Signale verarbeitet, um andere gewünschte physikalische Signale zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Einrichtung zur Ausführung dieser Operationen. Diese Einrichtung kann für die benötigten Zwecke speziell konstruiert sein oder sie kann einen Mehrzweckcomputer umfassen, der von einem in dem Computer gespeicherten Computerprogramm selektiv aktiviert oder rekonfiguriert wird. Die hier präsentierten Verfahren/Prozeßschritte sind nicht von Natur aus mit einem bestimmten Computer oder einer anderen Einrichtung verbunden. Verschiedene Mehrzweckmaschinen können mit Programmen gemäß der hier enthaltenen Lehre verwendet werden, oder es kann sich als vorteilhafter erweisen, eine spezialisierte Einrichtung zur Ausführung der erforderlichen Verfahrensschritte zu konstruieren. Die erforderliche Struktur für verschiedene dieser Maschinen ergibt sich aus der weiter unten gelieferten Beschreibung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche spezielle Details angegeben, beispielsweise Systemkonfigurationen, repräsentative Daten, eine Computercodeorganisation, Verschlüsselungsverfahren und Einrichtungen usw., um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann ist jedoch klar, daß die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden bekannte Schaltungen und Strukturen nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht zu verschleiern. Außerdem werden bestimmte Begriffe wie "weiß", "verifiziert", "vergleicht", "untersucht", "ver wendet", "findet", "bestimmt", "fordert heraus", "authentifiziert" usw. in dieser Beschreibung verwendet und werden als Fachbegriffe betrachtet. Die Verwendung dieser Begriffe, die von einem zufälligen Leser als Personifizierungen eines Computers oder eines elektronischen Systems betrachtet werden können, bezeichnen die Funktionen des Systems mit menschenähnlichen Attributen aus Gründen der Vereinfachung. Beispielsweise ist die hier gewählte Bezeichnung für ein elektronisches System als etwas "bestimmend" einfach ein Kurzschreibverfahren für die Beschreibung, daß das elektronische System gemäß der hier beschriebenen Lehre programmiert wurde oder auf andere Weise modifiziert wurde. Der Leser wird gewarnt, die beschriebenen Funktionen nicht mit menschlichen Alltagsattributen zu verwechseln. Diese Funktionen sind in jeder Hinsicht Maschinenfunktionen.
Beispielhafte Hardware
1 zeigt ein Datenverarbeitungssystem gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung. Es ist ein Computer 10 dargestellt, der drei Hauptkomponenten umfaßt. Die erste von diesen ist eine Eingabe/Ausgabe(I/O)-Schaltung 12, die zur Übermittlung von Informationen in geeignet strukturierter Form an andere Teile des Computers 10 und von diesen verwendet wird. Darüber hinaus umfaßt der Computer 10 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 13, die mit der I/O-Schaltung 12 und einem Speicher 14 gekoppelt ist. Diese Elemente sind diejenigen, die in den meisten Mehrzweckcomputern üblicherweise zu finden sind, und tatsächlich soll der Computer 10 ein breites Spektrum von Datenverarbeitungseinrichtungen repräsentieren. Der Computer 10 kann gemäß der hier beschriebenen Lehre ferner mit einem Netzwerk gekoppelt werden. Der Computer 10 kann ferner eine die vorliegende Erfindung realisierende Verschlüsselung- und Entschlüsselungsschaltung enthalten oder die vorliegende Erfindung kann als vom Computer 10 ausgeführte Software implementiert werden. In der Darstellung ist ein Rasterbildschirm 16 mit der I/O-Schaltung 12 gekoppelt und vorgesehen, um von der CPU 13 erzeugte Bilder gemäß der vorliegenden Erfindung anzuzeigen. Als Anzeige 16 kann eine beliebige von verschiedenen Kathodenstrahlröhren (CRT) oder eine andere Anzeige verwendet werden.
Der Software-Paß der vorliegenden Erfindung kennzeichnet einen Teil der Software oder einen Maschinencode (im folgenden "Code" genannt) in einer ähnlichen Weise wie eine physikalischer Paß eine Person kennzeichnet. Das Konzept ähnelt dem echten Paß-System, welches die Basis für ein Vertrauensmodel zwischen verschiedenen Nationen darstellt. Physikalische Pässe ermöglichen es Grenzbeamten, jedes Individuum zu identifizieren und bestimmte Entscheidungen auf der Basis seines/ihres Passes zu treffen. Wie im folgenden beschrieben wird, ist ein Software-Paß ein moderner Freigabeprozeß für die Verteilung von Software-Produkten. Ein Software-Paß verleiht einem Software-Produkt eine Identität und eine Handelsmarke. Der Software-Paß liefert die Basis für ein Vertrauensmodell und ermöglicht es Computerbenutzern, die Echtheit eines Software-Produktes auf der Basis der in dessen Paß enthaltenen Informationen zu identifizieren und zu bestimmen.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung ist konzeptionell für den Fall dargestellt, indem der Computercode (der aus Software besteht) und der Software-Paß sich in getrennten Dateien befinden. 3 zeigt die Verwendung der vorliegenden Erfindung, wobei der Software enthaltende Computercode und der Software-Paß sich in der gleichen Datei befinden.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, können die im Software-Paß der vorliegenden Erfindung enthaltenen Informationen umfassen:
Produktinformationen, beispielsweise den Namen des Softwareproduktes und beliebige andere für das spezielle Produkt relevante Informationen;
Firmeninformationen, einschließlich des Namens der Firma oder des Softwareanwendungsautors, der das Produkt erstellt hat;
ein Gültigkeitsdatum, welches das Ausgabedatum des Software-Passes und das Ablaufdatum des Passes umfaßt;
eine Legende über die eingeschränkten Rechte, welche Copyright-Hinweise und andere ähnliche Legenden umfaßt;
den Softwarecode-Körper, der einen an den Benutzer verteilten ausführbaren Anwendungscode umfaßt;
eine Lizenz eines Anwendungsautors; und
eine digitale Signatur des Softwareanwendungsautors.
Es wird klar sein, daß die Komponenten eines Software-Passes im allgemeinen ohne Erläuterung verständlich sind, wobei die Lizenz des Anwendungsautors und die digitale Signatur weiter unten detaillierter erläutert werden.
DIGITALE SIGNATUR DES SOFTWAREHERSTELLERS
Eine digitale "Signatur" wird erstellt, indem bestimmte kryptografische Techniken der Berechnung eines Nachrichten-Digests von einem Softwarecode (im folgenden "Code" genannt) verwendet werden, und der Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels des Unterzeichners verschlüsselt wird. Es gibt viele bekannte Nachrichten-Digest-Algorithmen, beispielsweise die von RSA, Inc. veröffentlichten MD2-, MD4- und MD5-Algorithmen. Die Verwendung von privaten kryptografischen Techniken macht es sehr schwer, diese Signatur zu fälschen, da der Unterzeichner den privaten Schlüssel geheim hält. Der Leser wird verwiesen auf die Veröffentlichungen von Whitfield Diffie, "The First Ten Years of Public Key Cryptography", Band 76, Nr. 5 (IEEE Proceedings, Mai 1988); und Whitfiled Diffie, et al., "Authentication and Authenticated Key Exchanges" (Designs, Codes and Cryptography, 2, 107 – 125, 1992 Kluwer Academic Publishers) für eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise von Diffie-Helman-Zertifikaten und Kryptographie mit öffentlichem Schlüssel.
Man kann sich das Berechnen des Nachrichten-Digest für einen Code als Mechanismus der Aufnahme eines Foto-Schnappschusses von der Software vorstellen. Wenn sich der Code ändert, gibt sein Nachrichten-Digest alle Unterschiede wieder. In dem System der vorliegenden Erfindung wird diese "digitale Signatur" auf das Produkt vor dessen Freigabe gestempelt. Die digitale Signatur ordnet ein Produkt der Rechtspersönlichkeit zu, die es erzeugt hat, und ermöglicht Verbrauchern, die Qualität eines Produktes basierend auf dem Ruf des Herstellers zu beurteilen. Die Signatur erlaubt es ferner einem Verbraucher, die Echtheit eines Produktes zu erkennen.
LIZENZ DES SOFTWAREHERSTELLERS
Die erfindungsgemäße Lizenz des Softwareherstellers (die hier meistens als die "Lizenz des Anwendungsautors" bezeichnet wird) ist eine ähnliche Identifizierung wie die von einem Staat erteilte Lizenz für Handwerkerfirmen. Die Lizenz eines Softwareherstellers identifiziert und zertifiziert, daß der Hersteller autorisiert ist, bestimmte Softwareherstellungsaktivitäten auszuführen. Es wird erwartet, daß die Lizenz des Softwareherstellers von irgendeiner allgemein anerkannten Behörde erteilt wird, die von der Computersoftwareindustrie errichtet wird. Vor der Erteilung einer Lizenz an einen Softwarehersteller, führt diese Behörde einen definierten Prozeß zur Authentifizierung der Person oder der Firma durch, und um deren fachlichen Fähigkeiten zu verifizieren; genauso wie es ein Staat vor der Erteilung einer Firmenlizenz macht. Der Einfachheit halber wird die allgemein anerkannte Rechtspersönlichkeit in dieser Beschreibung als die Software veröffentlichende Behörde ("SPA"-Software Publishing Authority) bezeichnet.
Die Lizenz eines Softwareherstellers umfaßt die folgenden Informationen
den Herstellernamen;
das Lizenzerteilungsdatum;
das Lizenzablaufdatum;
den öffentlichen Schlüssel des Herstellers;
den Namen der erteilenden Behörde SPA; und
die digitale Signatur der SPA.
Die Softwareherstellerlizenz ordnet einem Anwendungsautor einen Namen und einen öffentlichen Schlüssel zu. Sie ermöglicht einem Softwarehersteller, mehrere Produkte herzustellen und jedes hergestellte Produkt zu signieren. Der in eine Lizenz eingebettete öffentliche Schlüssel gehört der Person, die die Lizenz besitzt. Dieser öffentliche Schlüssel kann später von beliebigen Dritten zur Verifizierung der digitalen Signatur des Herstellers verwendet werden. Ein Benutzer, der ein Produkt gekauft hat, kann die Echtheit des Produktes bestimmen, indem er den in die Identifizierung des Herstellers eingebetteten öffentlichen Schlüssel verwendet, um die digitale Signatur zu authentifizieren.
Die digitale Signatur der SPA wird erzeugt, indem der Nachrichten-Digest der Herstelleridentifizierung berechnet wird und der Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels der SPA verschlüsselt wird. Da der private Schlüssel der SPA von der SPA geheim gehalten wird, können Dritte die Signatur der SPA nicht leicht fälschen, um eine gefälschte Identifizierung zu erstellen.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung liefert ein Softwareanwendungsautor ("SW"-software applicaton writer) drei Hauptinformationen an einen Compiler vor der Kompilierung des Codes:
den von dem Anwendungsautor geschriebenen Quellcode;
den privaten Schlüssel des Anwendungsautors; und
die Lizenz des Anwendungsautors.
Der in einem Paß enthaltende Code kann Quellcode in verschiedenen Computersprachen, Assemblercode, binären Maschinencode oder Daten umfassen. Der Code kann in verschiedenen Formaten gespeichert werden. Beispielsweise kann Quellcode als Klarstext im Paß gespeichert werden. Binärer ausführbarer Maschinencode kann auch in einem kompaktierten Format in dem Paß gespeichert werden, wobei bestimmte bekannte Verdichtungsalgorithmen verwendet werden, beispielsweise die Huffman- Codierung. Das in einer bestimmten Ausführungsform verwendete Format wird von einem Fleck in dem Paß angegeben.
Ferner kann ein binärer ausführbarer Code in einem Format mit einem Satz von druckbaren Zeichen gespeichert werden, um den Druck des Passes zu ermöglichen. Ein Benutzer würde dann das druckbare Format umkehren, um die Software wiederzugewinnen. Darüber hinaus kann durch geistiges Eigentum geschützter Code, beispielsweise durch Copyright oder Patent, in einem verschlüsselten Format in dem Paß gespeichert sein. In einem derartigen Fall, wird erwogen, daß ein Benutzer eine Lizenzgebühr bezahlen muß, bevor er auf die Software zugreifen kann.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen. Um den Software-Paß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen, werden der ursprüngliche Quellcode 20, der private Schlüssel 22 des Anwendungsautors und die Lizenz 24 des Anwendungsautors an einen Compiler 26 geliefert. Wie dargestellt ist, umfaßt die Lizenz 24 des Anwendungsautors den Autornamen 30, den öffentlichen Schlüssel 32 des Autors und ein Gültigkeitsdatum 34.
Der Compiler 26 kompiliert den Quellcode 20 dann im binären Code. Der Compiler 26 berechnet ferner den Nachrichten-Digest für den binären Code und verschlüsselt den Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels 22, der von dem Anwendungsautor geliefert wird. Dieser verschlüsselte Nachrichten-Digest bildet die Signatur des Anwendungsautors.
Eine digitale Signatur des Anwendungsautors wird erstellt und in den Paß eingebettet. Der Compiler 26 bettet auch die Lizenz 24 des Anwendungsautors in dem Paß ein. Die Lizenz 24 des Anwendungsautors ermöglicht es einem Benutzer, der das Produkt gekauft hat, den Hersteller des Produkts zu erkennen. Die digitale Signatur des Anwendungsautors in dem Paß ermöglicht es einem Benutzer, die Echtheit des Produktes zu verifizieren. Die digitale Signatur der SPA in der Lizenz 24 des Anwendungsautors ermöglicht es dem Benutzer, zu verifizieren, daß ein Anwendungsautor ein lizensierter Anwendungsautor ist, indem der öffentliche Schlüssel der SPA zum Entschlüsseln der Signatur verwendet wird.
Wie in 4 gezeigt ist, wird der erzeugte Software-Paß 38, der den Anwendungscode umfaßt, dann unter Verwendung eines beliebigen gewünschten Softwarevertriebsmodells vertrieben bzw. verteilt. Der Paß 38 wird von einem Benutzer empfangen und wird ausgeführt unter Verwendung eines Betriebssystems (OS), das auf einem Computersystem ("Plattform"), beispielsweise dem System gemäß 1, läuft.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen. Es wird die Verwendung der vorliegenden Erfindung durch Plattformhersteller beschrieben. In der Industrie für elektronische Spiele und der Industrie für interaktives Kabelfernsehen-Set-Top-Boxen wünschen Plattformhersteller oft, daß sie nur die Ausführung von autorisiertem Code auf ihrer speziellen Plattform erlauben können. Um die Steuerung der Zugriffsmöglichkeit auf eine Plattform zu steuern, muß der empfangene Code identifizierbar sein und die Plattform muß in der Lage sein, die Software zu identifizieren, wenn sie eingeht. Wie in 5 dargestellt ist, kann die vorliegende Erfindung in einem Plattformherstellerlizenzvergabeschema angewendet werden, und zwar mit besonderer Anwendung für den Einsatz in den Umgebungen von Set-Top-Boxen und Videospielen.
Es wird nun auf die 6a und 6b Bezug genommen. Ein Plattformhersteller kann eine "Lizenz des Programmierers" an eine Gruppe von Anwendungsautoren erteilen (die alternativ als "Software-Autoren" bezeichnet werden), die autorisiert sind, für eine spezielle Plattform Anwendungscodes zu schreiben. Eine von einem Plattformhersteller erteilte Lizenz des Programmierers ähnelt der von der SPA erteilten Identifizierung des Programmierers, mit der Ausnahme, daß die Lizenz von dem Plattformhersteller und nicht von der SPA digital signiert ist. Die Lizenz des Programmierers umfaßt die folgenden Informationen:
Herstellername;
das Lizenzerteilungsdatum;
das Lizenzablaufdatum;
den öffentlichen Schlüssel des Herstellers;
die erteilende Behörde (der Plattformhersteller); und
die digitale Signatur des Plattformherstellers.
Die digitale Signatur des Plattformherstellers wird dadurch erzeugt, daß der Nachrichten-Digest der Lizenz berechnet wird und der Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels des Plattformherstellers verschlüsselt wird.
Die von einem lizensierten Anwendungsautor erstellte Software umfaßt einen gültigen Paß 50 (siehe 5 und 6a), der eine digitale Signatur eines echten Autors enthält, und eine gültige von dem Plattformhersteller erteilte Lizenz 52 des Anwendungsautors. Jeder Anwendungsautor, der von dem Plattformhersteller nicht autorisiert ist, besitzt keine gültige Lizenz. Daher hat der von einer unautorisierten Person erzeugte Software-Paß entweder keine gültige Lizenz oder keine gültige Signatur.
Der öffentliche Schlüssel 54 des Plattformherstellers ist für den Verifizierungsprozeß in die Plattform (z. B. Videospiel) eingebettet. Zur Ausführungszeit extrahiert die Plattform den in das System eingebetteten öffentlichen Schlüssel 54, um zu verifizieren, daß ein Paß eine gültige Lizenz 52 des Anwendungsautors enthält. Die digitale Signatur in der Lizenz des Anwendungsautors wird dadurch erzeugt, daß der Nachrichten-Digest der Lizenz 52 berechnet wird und der Nachrichten-Digest mit Hilfe des privaten Schlüssels des Plattformherstellers verschlüsselt wird. Das System der vorliegenden Erfindung kann auf diese Weise den ursprünglichen Nachrichten-Digest durch Entschlüsselung der Signatur mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels 54 des Plattformherstellers wiederherstellen. Der Verifizierungsprozeß für die Lizenz des Anwendungsautors kann dadurch erreicht werden:

1. daß der Nachrichten-Digest der Anwendungslizenz 52 in dem Paß 50 neu berechnet wird,
2. der ursprüngliche Nachrichten-Digest wieder hergestellt wird, und
3. der alte Digest mit dem neu berechneten Digest verglichen wird.

Der Paß 50 enthält eine gültige Lizenz des Anwendungsautors, wenn die beiden Nachrichten-Digests gleich sind. Ansonsten ist die Lizenz nicht gültig. Der Verifizierungsprozeß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist in dem Flußdiagramm von 6(a) dargestellt.
Es wird klar sein, daß selbst wenn der Paß 50 eine gültige Lizenz eines Anwendungsautors enthält, der Anwendungsautor die Lizenz dadurch gestohlen haben kann, daß er sie von dem Paß eines anderen autorisierten Autors kopiert hat. In diesem Fall hätte der unautorisierte Autor keinen korrekten privaten Schlüssel 58, um die Signatur des autorisierten Autors zu fälschen. Es wird erwogen, daß das System die Signatur des Anwendungsautors 60 weiter verifiziert. Es wird daran erinnert, daß die digitale Signatur des Anwendungautors in dem Paß dadurch erzeugt wurde, daß der Nachrichten-Digest des Codes berechnet wurde und der Nachrichten-Digest mit Hilfe des privaten Schlüssels 58 des Anwendungsautors verschlüsselt wurde. Der ursprüngliche Nachrichten-Digest kann durch Entschlüsselung der Signatur mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels 62 des Autors entschlüsselt werden, der in der Lizenz 52 des Anwendungsautors eingebettet ist, welche in den Paß 50 eingebettet ist. Die digitale Signatur des Anwendungsautors kann dann dadurch verifiziert werden, daß:

1. der Nachrichten-Digest des Codes neu berechnet wird,
2. der ursprüngliche Nachrichten-Digest wiederhergestellt wird, und
3. der alte Digest mit dem neuen Digest verglichen wird.

Die Signatur ist gültig, wenn die beiden Nachrichten-Digests gleich sind. Ansonsten ist der Paß nicht gültig und die Plattform wird die Ausführung der Software zurückweisen. Die Schritte, die von einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Verifizierung der digitalen Signatur des Anwendungsautors ausgeführt werden, sind im Flußdiagramm von 6(b) dargestellt.
Es sei ferner zu beachten, daß das Sicherheitsschema der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um durch gewerbliche Schutzrechte, wie Copyrights und Patente, geschützte Erfindungen und Urheberschaften zu schützen. Die eine zusätzliche Prozedur die zum Schutz von geistigem Eigentum hinzugefügt wird, besteht darin, daß der Compiler (z. B. der in 5 gezeigte Compiler 68) verschlüsselte Bytecodes erzeugt. Wenn ein Benutzer versucht, den Code auf dem Betriebssystem ("OS") der Plattform ablaufen zu lassen, wird den Verifizierungsprozeduren gefolgt, die unter Bezugnahme auf die 6(a) und 6(b) oben beschrieben wurden. Da der Code jedoch verschlüsselt ist, benötigt das Betriebssystem eine zusätzliche Genehmigung, bevor es den Code ablaufen lassen kann. Es wird ein kryptografischer Schlüssel benötigt, der im wesentlichen eine IP-Lizenz zum Ablaufen des Codes ergibt. Nach der Authentifizierung des Codes fordert das Betriebssystem die IP-Lizenz an. Das Betriebssystem verifiziert, daß die IP-Lizenz von der Person signiert ist, welche der Urheber des Codes ist und geht dann zur Entschlüsselung und Ausführung des Codes über. Ein weiteres Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist, daß Dritte nicht die Möglichkeit haben, den Code zu inspizieren, da er verschlüsselt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verbessern der Softwaresicherheit beschrieben. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 – 6 beschrieben wurde, ist es klar, daß viele Alternativen, Modifikationen und Änderungen auf der Grundlage der vorangehenden Beschreibung vorgenommen werden können.

Claims

Ein Verfahren zum Verbessern der Software-Sicherheit, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines ersten Computers; Bereitstellen eines privaten Schlüssels (22, 58) eines Anwendungsautors; Bereitstellen einer Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors, die einen öffentlichen Schlüssel (32, 62) des Anwendungsautors und eine digitale Signatur eines Plattformherstellers einschließt; Bereitstellen einer Software; Bereitstellen des privaten Schlüssels (22, 58) des Anwendungsautors, der Lizenz des Anwendungsautors und der Software an einen von dem ersten Computer ausgeführten Compiler (26, 68), wobei der Compiler die Software in einen binären Code kompiliert und einen ersten Nachrichten-Digest für den binären Code berechnet; wobei der erste Computer ferner den ersten Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels des Anwendungsautors verschlüsselt, wobei der verschlüsselte erste Nachrichten-Digest eine digitale Signatur des Anwendungsautors bildet; wobei der erste Computer einen Software-Paß (38, 50) erzeugt, der die digitale Signatur des Anwendungsautors, die Lizenz des Anwendungsautors und den binären Code umfaßt; und Bereitstellen eines Elements zum Ausführen des Schrittes des Verteilens des Software-Passes (38, 50) an einen zweiten Computer, wobei der zweite Computer einen eingebetteten öffentlichen Schlüssel (54) des Plattformherstellers aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner einschließend die Schritte, daß: der zweite Computer den Software-Paß (38, 50) empfängt; und der zweite Computer feststellt, ob der Software-Paß die Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors enthält, so daß dann, wenn der Software-Paß die Lizenz des Anwendungsautors nicht enthält, der zweite Computer den Software-Paß (38, 50) zurückweist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner einschließend den Schritt des Extrahierens der Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors aus dem Software-Paß.
Das Verfahren nach Anspruch 3, ferner einschließend den Schritt des Feststellens, ob die Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors die digitale Signatur des Plattformherstellers enthält, so daß der Software-Paß (38, 50) dann, wenn die digitale Signatur des Plattformherstellers nicht enthalten ist, von dem zweiten Computer zurückgewiesen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 4, ferner einschließend den Schritt des Entschlüsselns der digitalen Signatur des Plattformherstellers unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels (54) des Plattformherstellers, der in dem zweiten Computer eingebettet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 5, ferner einschließend den Schritt, daß der zweite Computer einen zweiten Nachrichten-Digest der Lizenz des Anwendungsautors berechnet und die entschlüsselte digitale Signatur des Plattformherstellers mit dem zweiten Nachrichten-Digest vergleicht, so daß der Software-Paß (38, 50) dann, wenn die entschlüsselte digitale Signatur des Plattformherstellers und der zweite Nachrichten-Digest nicht gleich sind, von dem zweiten Computer zurückgewiesen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner einschließend den Schritt, daß dann, wenn die entschlüsselte digitale Signatur des Plattformherstellers und der zweite Nachrichten-Digest gleich sind, der zweite Computer den öffentlichen Schlüssel (32, 62) des Anwendungsautors aus der Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors extrahiert.
Das Verfahren nach Anspruch 7, ferner einschließend den Schritt, daß der zweite Computer den binären Code aus dem Software-Paß (38, 50) extrahiert.
Das Verfahren nach Anspruch 8, ferner einschließend den Schritt, daß der zweite Computer die digitale Signatur des Anwendungsautors aus dem Software-Paß (38, 50) extrahiert.
Das Verfahren nach Anspruch 9, ferner einschließend den Schritt, daß der zweite Computer einen Nachrichten-Digest des binären Codes berechnet.
Das Verfahren nach Anspruch 10, ferner einschließend den Schritt, daß der zweite Computer die digitale Signatur des Anwendungsautors unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels (32, 62) des Anwendungsautors entschlüsselt.
Das Verfahren nach Anspruch 11, ferner einschließend den Schritt, daß der zweite Computer den Nachrichten-Digest des binären Codes mit der entschlüsselten digitalen Signatur des Anwendungsautors vergleicht, so daß dann, wenn der Nachrichten-Digest des binären Codes und die entschlüsselte Signatur des Anwendungsautors gleich sind, der zweite Computer den binären Codes ausführt.
Ein System zum Verbessern der Software-Sicherheit, aufweisend: einen ersten Computer; einen privaten Schlüssel (22, 58) eines Anwendungsautors; eine Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors, welche einen öffentlichen Schlüssel (32, 62) des Anwendungsautors und eine digitale Signatur eines Plattformherstellers einschließt; eine Software; einen von dem ersten Computer ausgeführten Compiler (26, 68), wobei der Compiler die Software in binären Code kompiliert und einen ersten Nachrichten-Digest für den binären Code berechnet; wobei der Compiler ferner den ersten Nachrichten-Digest unter Verwendung des privaten Schlüssels (22, 58) des Anwendungsautors verschlüsselt, wobei der verschlüsselte erste Nachrichten-Digest eine digitale Signatur des Anwendungsautors bildet; und wobei der erste Computer einen Software-Paß (38, 50) erzeugt, der die digitale Signatur des Anwendungsautors, die Lizenz des Anwendungsautors und den binären Code umfaßt; Mittel zum Verteilen des Software-Passes an einen zweiten Computer, wobei der zweite Computer einen eingebetteten öffentlichen Schlüssel (54) des Plattformhersteller aufweist.
Das System nach Anspruch 13, wobei der zweite Computer den Software-Paß (38, 50) empfängt und feststellt, ob der Software-Paß die Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors enthält, so daß dann, wenn der Software-Paß die Lizenz des Anwendungsautors nicht enthält, der zweite Computer den Software-Paß zurückweist.
Das System nach Anspruch 14, wobei der zweite Computer die Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors aus dem Software-Paß (38, 50) extrahiert.
Das System nach Anspruch 15, wobei der zweite Computer feststellt, ob die Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors die digitale Signatur des Plattformherstellers enthält, so daß dann, wenn die digitale Signatur des Plattformherstellers nicht enthalten ist, der Software-Paß (38, 50) von dem zweiten Computer zurückgewiesen wird.
Das System nach Anspruch 16, wobei der zweite Computer die digitale Signatur des Plattformherstellers unter Verwen dung des in dem zweiten Computer eingebetteten öffentlichen Schlüssels (54) des Plattformherstellers entschlüsselt.
Das System nach Anspruch 17, wobei der zweite Computer einen zweiten Nachrichten-Digest der Lizenz (24, 52) des Anwendungsautors berechnet und die entschlüsselte digitale Signatur des Plattformherstellers mit dem zweiten Nachrichten-Digest vergleicht, so daß dann, wenn die entschlüsselte digitale Signatur des Plattformherstellers und der zweite Nachrichten-Digest nicht gleich sind, der Software-Paß (38, 50) von dem zweiten Computer zurückgewiesen wird.
Das System nach Anspruch 18, wobei dann, wenn die entschlüsselte digitale Signatur des Plattformherstellers und der zweite Nachrichten-Digest gleich sind, der zweite Computer den öffentlichen Schlüssel (32, 62) des Anwendungsautors aus der Lizenz des Anwendungsautors extrahiert.
Das System nach Anspruch 19, wobei der zweite Computer den binären Code aus dem Software-Paß (38, 50) extrahiert.
Das System nach Anspruch 20, wobei der zweite Computer die digitale Signatur des Anwendungsautors aus dem Software-Paß (38, 50) extrahiert.
Das System nach Anspruch 21, wobei der zweite Computer einen Nachrichten-Digest des binären Codes berechnet.
Das System nach Anspruch 22, wobei der zweite Computer die digitale Signatur des Anwendungsautors unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels (32, 62) des Anwendungsautors entschlüsselt.
Das System nach Anspruch 23, wobei der zweite Computer den Nachrichten-Digest des binären Codes mit der entschlüsselten digitalen Signatur des Anwendungsautors vergleicht, so daß dann, wenn der Nachrichten-Digest des binären Codes und die entschlüsselte Signatur des Anwendungsautors gleich sind, der zweite Computer den binären Code ausführt.