DE69629941T2

DE69629941T2 - Verfahren und einrichtung zur datenkommunikation

Info

Publication number: DE69629941T2
Application number: DE69629941T
Authority: DE
Inventors: Anders Johansson
Original assignee: TDS Todos Data System AB
Current assignee: TDS Todos Data System AB
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2016-11-01
Also published as: AU711237B2; WO1997016904A1; EP0872081B1; CN1099781C; DE69629941D1; SE9503841D0; SE505353C2; EP0872081A1; NZ321717A; SE9503841L; ATE249699T1; CN1205818A; AU7512096A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Datenübertragung zwischen einer zentralen Einheit oder Host, z. B. ein Zentralcomputer in einer Bank, und einer Benutzereinheit, die eine IC-Karte, die der Benutzer trägt und benutzt, wenn er beabsichtigt, Transaktionen, die eine Kommunikation mit dem Host mit sich bringen, durchzuführen, und ein Endgerät umfasst, das imstande ist, mit der IC-Karte und dem Host zu kommunizieren und als Verbindungsglied zwischen ihnen zu wirken.
Hintergrund
Es ist gegenwärtig bekannt, Datenübertragungssysteme zu verwenden, die von IC-Karten gesteuerte Endgeräte und einen Host umfassen. Es ist ebenfalls bekannt, in diesen Systemen eine Art von Geheiminformation zu verwenden, um übertragene Daten kryptografisch zu schützen.
In den derzeit verwendeten Datenübertragungssystemen sind zwei Hauptnachteile zu finden. Der erste betrifft die Tatsache, dass die Endgeräte geheime Information enthalten, die wegen der physikalischen Verfügbarkeit dieser Endgeräte für die Öffentlichkeit der Verletzung in dem Sinne ausgesetzt sein kann, dass eine unberechtigte Person versuchen kann, die geheime Information aus dem Endgerät zu lesen. Der zweite Nachteil ist, dass, da gegenwärtige Standards bezüglich der Konfiguration von IC-Karten, mit Ausnahme solcher Grundmerkmale wie Signalpegel und dergleichen, erhebliche Grade an Freiheit z. B. hinsichtlich der Speicheradressen, denen die Daten zuzuordnen sind, erlauben, die Endgeräte in der Lage sind, nur einen Typ Karte zu handhaben.
US-Patent Nr. 5,212,369 offenbart ein Verfahren und ein System, die das Übertragen von Anwendungsprogrammen von einer Smartcard zu einem Kartenleser einschließen. Um Probleme hinsichtlich der Langsamkeit der Datenübertragung zu überwinden, stellt US 5, 212,369 einen schnelleren Download-Prozess bereit.
US-Patent Nr. 4,969,188 offenbart eine Verschlüsselungseinrichtung, die zwei Teile umfasst: Einen Grundteil und ein Sicherheitsmodul in der Form einer Smartcard. In US 4,969,188 werden Probleme bezüglich der Verwaltung von Verschlüsselungsschlüsseln in einigen Einzel heiten angesprochen, insbesondere im Hinblick auf bereits standardisierte Schemas.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und ein System bereizutstellen, die die oben umrissenen Probleme lösen oder in einem beträchtlichen Umfang beseitigen, um so eine erhöhte Flexibilität in Bezug auf die Karten, die in dem System verwendet werden können, und erhöhte Sicherheit bei der Verwaltung der Geheiminformation bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein in Anspruch 1 definiertes Verfahren und ein in Anspruch 8 definiertes System erfüllt.
Das Grundkonzept der Erfindung ist, dass wenigstens empfindliche Datenübertragungen zwischen der Benutzereinheit und dem Host in einen getrennten sicheren Systemmodus durchgeführt werden, und dass eine programmgesteuerte Verwirklichung des sicheren Systemmodus unter Verwendung in der Karte enthaltener kartenspezifischer Information durchgeführt wird. Der sichere Systemmodus bedeutet, dass Datenübertagungungen in einer solchen Weise durchgeführt werden, dass unberechtigte Personen übertragene Daten nicht entstellen oder manipulieren können, ohne dass eine solche Entstellung entdeckt wird. Zu diesem Zweck wird von Geheiminformation in der Benutzereinheit und in dem Host Gebrauch gemacht. Das Einleiten einer Kommunikation zwischen der Karte und dem Endgerät wird in einem so genannten normalen Systemmodus durchgeführt.
Erfindungsgemäß vewendete Karten enthalten kartenspezifische Programminformation, die in Verbindung mit der Herstellung eines sicheren Modus an das Endgerät übertragen und von diesem benutzt wird.
Erfindungsgemäß ist der "residente" Informationsinhalt in dem Endgerät nicht umfangreicher als absolut nötig ist. Jede Karte trägt Programminformation, die für die einzelne Karte spezifisch ist und an das Endgerät übertragen wird. Da die kartenspezifische Programminformation zu dem Endgerät übertragen wird, muss das Letztere keine "residente" Programminformation enthalten, die für jede einzelne Karte oder Kartentyp spezifisch ist.
Dies macht es möglich, in dem System Karten zu verwenden, die in unterschiedlicher Weise konfiguriert sind, ohne dass das Endgerät beträchtliche Software enthalten muss, und z. B. können mehrere Kartenaussteller den gleichen Satz von Endgeräten benutzen, ohne dass es nötig ist, dass das Endgerät die Software enthält oder dass die anderen Kartenaussteller die Software kennen, die ein bestimmter Kartenaussteller benutzt, damit ein sicherer Systemmodus adoptiert wird.
Das erfindungsgemäße System erlaubt es, das Endgerät sowohl billig als auch "flexibel" in dem Sinne zu machen, dass es ohne Schwierigkeiten möglich ist, das Einheitskarten-Endgerät anzupassen, um Karten einzuschließen, die unterschiedlich konfiguriert sind, ohne dass das Endgerät geändert oder mit neuer "residenter" Programminformation versehen werden muss.
Die Übertragung von kartenspezifischer Programminformation von der Karte zu dem Endgerät wird entsprechend einer bevorzugten Ausführung unter Kontrolle des Hosts durchgeführt, dessen Aktionen auf von der Benutzereinheit übertragener Kartenidentifizierungsinformation oder einem Code basieren. Es ist jedoch offensichtlich, dass dies durch das Endgerät und die Karte durchgeführt werden kann, ohne den Host einzubeziehen.
Erfindungsgemäß benutzte Karten enthalten auch kartenspezifische Geheiminformation, die verwendet wird, um kryptografischen Schutz von Datenübertragungen zu erzeugen, und die in einer solchen Weise gespeichert wird, dass sie aus der Karte nicht ausgelesen werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführung wird die kartenspezifische Geheiminformation benutzt, um unter Verwendung eines Algorithmus, vorzugsweise des so genannten DES-Algorithmus, einen erzeugten Sitzungsschlüssel (im wertesten Sinne) zu verschlüsseln, bevorzugt in der Form einer Zufallszahl, die dann in verschlüsselter Form zu dem Host übertragen wird. Dieser Sitzungsschlüssel wird dann benutzt, um Daten kryptografisch zu schützen, die zwischen der Benutzereinheit und dem Host in einen sicheren Systemmmodus übertragen werden.
Der vorerwähnte Sitzungsschlüssel wird in der Benutzereinheit spätestens dann gelöscht, wenn das nächste Mal eine Verbindung zwischen einer IC-Karte und dem Endgerät hergestellt wird, obwohl es möglich ist, dieses Löschen als Reaktion auf einen bestimmten Befehl, während die Verbindung noch aufrechterhalten wird, durchzuführen, weil gewünscht wird, eine neue Sitzung zu beginnen, oder wenn die Verbindung zwischen der fraglichen Karte und dem Endgerät unterbrochen ist.
Offensichtlich ist es ebenfalls möglich, kartenspezifische Geheiminformation als solche zu verwenden, um zwischen dem Host und der Benutzereinheit in einem sicheren Systemmodus übertragene Daten kryptografisch zu schützen, d. h., dass die Geheiminformation als ein kryptografischer Schlüssel entweder in einem Verschlüsselungsalgorithmus oder in einem Beglaubigungsalgorithmus benutzt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung umfass das Endgerät eine Tastatur, die nur in einem sicheren Systemmmodus verwendet werden kann.
Um Daten zu schützen, die auf einer offenen Leitung oder in einem anderen für unberechtigte Personen zugänglichen Medium übertragen werden, werden verschiedene unterschiedliche kryptografische Verfahren verwendet. Ein übliches Verfahren ist, Daten zuerst zu verschlüsseln, die dann übertragen und schließlich entschlüsselt werden. Die umgekehrte Reihenfolge ist auch möglich, d. h. Daten zuerst zu entschlüsseln, sie dann zu übertragen und schließlich die übertragenen Daten zu verschlüsseln, die dann im Klartext zurückgewonnen werden. Beide Verfahren können offensichtlich mit der Erfindung verwendet werden. In dem Fall von z. B. einer Zufallszahl, die angenommen wird, um einen Verschlüsselungsschlüssel für einen Verschlüsselungsalgorithmus zu erzeugen, ist es möglich, stattdessen die Zufallszahl im Klartext zu übertragen und sie dann zu verschlüsseln/entschlüsseln und später das Ergebnis als einen Verschlüsselungsschlüssel zu verwenden. Auch dieses Verfahren kann in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden, die somit nicht auf die Verwendung in Verbindung mit dem hierin ausführlich beschriebenen kryptografischen Verfahren beschränkt ist. Symmetrische wie auch unsymmetrische Verschlüsselungssysteme können verwendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems betrifft.
2 zeigt ein Flussdiagramm von Maßnahmen, die entsprechend einer bevorzugten Ausführung zu ergreifen sind, bevor Datenübertragungen zwischen der Benutzereinheit und einem Host in einem sicheren Systemmodus eingeleitet werden.
3 veranschulicht die Weise, in der ein Verschlüsselungsschlüssel gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erzeugt und verschlüsselt wird, bevor der Verschlüsselungsschlüssel zu dem Host übertragen wird.
4 veranschaulicht die Beglaubigung von Nachrichten (Daten) entsprechend einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
5 enthält eine Liste der verschiedenen Vielfältigkeiten zum Erzeugen von Codeschlüsseln und deren Übertragung zu dem Host.
6a–6h sind Flussdiagramme, die die in 5 aufgeführten Vielfältigkeiten veranschaulichen.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungen der vorliegenden Erfindung
Im Folgenden wird mit Verweis auf 1 ein System beschrieben, das für sichere Datenübertragungen bestimmt ist und eine Benutzereinheit mit einer IC-Karte 1 und einem Endgerät 2 und eine zentrale Einheit (Host) 3 umfasst.
Die IC-Karte 1 umfasst eine Karten-Kommunikationseinrichtung 4, die mit der Endgerät-Kommunikationseinrichtung in Kontakt gebracht wird, um eine Verbindung für Datenübertragungen zwischen der IC-Karte 1 und dem Endgerät 2 zu errichten.
Außerdem umfasst die IC-Karte 1 eine erste Kartenspeichereinrichtung 9 zum Speichern von kartenspezifischer Programminformation, die an das Endgerät 2 zu übertragen ist; eine zweite Kartenspeichereinnchtung 10, die kartenspezifische Geheiminformation so speichert, dass sie aus der Karte nicht ausgelesen werden kann; eine Speicherinrichtung 16 zum Speichern eines Kartenidentifizierungscodes, sowie einen Prozessor 15, der benötigte Programminformation enthält, um die Ausführung der erforderlichen kryptografischen Verarbeitung, in diesem Fall Verschlüsselung, zu erlauben, und Erzeugen eines Sitzungsschlüssels, bevor der Letztere zu dem Host 3 übertragen wird, wie später beschrieben wird.
Das Endgerät 2 umfasst eine Endgerät-Kommunikationseinheit 6 in Kommunikation mit der mit dem Host 3 verbundenen zentralen Kommunikationseinheit, um Datenübertragungen zwischen dem Host 3 und der Benutzereinheit zu gestatten, und eine Schlüsselerzeugungseinrichtung 13 in der Form eines Zufallszahlen- oder Pseudo-Zufallszahlengenerators zum Erzeugen eines Sitzungsschlüssels, der in einem verschlüsselten Zustand an den Host zu übertragen ist und zum Beglaubigen von Nachrichten zu verwenden ist, die zwischen der Benutzereinheit und dem Host 3 zu übertragen sind, wie ebenfalls später beschrieben wird. Das Endgerät 2 umfasst eine Speichereinrichtung 14, um den Sitzungsschlüssel zu speichern.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführung wird in dem Endgerät keine Schlüsselerzeugungseinrichtung verwendet, sondern die Erzeugung des Schlüssels findet stattdessen in dem Prozessor 15 in der Karte statt.
Das Endgerät 2 und der Host 3 umfaasen außerdem Steuereinrichtungen 8, 18, um die Überführung des Systems in den sicheren Systemmodus zu steuern, der entsprechend der bevorzugten Ausführung erwogen wird, angenommen worden zu sein, sobald der Sitzungsschlüssel zu dem Host übertragen worden ist. In diesem Modus finden Datenübertragungen zwischen dem Endgerät 2 und dem Host 3 in einer solchen Weise statt, dass Daten, die übertragen werden, unter Verwendung des zu dem Host übertragenen Sitzungsschlüssels geschütz (kryptografische Beglaubigung) werden. Das Endgerät 2 umfasst außerdem eine Ausleseeinrichtung 11 zum Auslesen der kartenspezifischen Programminformation in der ersten Kartenspeichereinrichtung 9, wobei die ausgelesene Programminformation in der Programmausführungseinrichtung 12 im Endgerät 2 gespeichert und davon benutzt wird, um die Interaktion zwischen dem Endgerät 2 und der IC-Karte 1 zu steuern.
2 veranschaulicht in der Form eines Flussdiagramms die Art und Weise, in der die IC-Karte, das Endgerät und der Host entsprechend einer Ausführung zusammenarbeiten, bevor die Datenübertragung in einem sicheren Systemmodus eingeleitet wird, ein Prozess, der im Folgenden ausführlicher mit Verweis auf 4 zu beschreiben ist.
In Schritt 100 wird die IC-Karte 1 in das Endgerät 2 eingeführt, wodurch Kontakt zwischen der Endgerät-Kommunikationseinrichtung 5 und der Karten-Kommunikationseinrichtung 4 hergestellt wird. In Schritt 101 wird ein in der Speichereinrichtung 16 gespeicherter ID-Code über das Endgerät 2 von der IC-Karte der Benutzereinheit zu dem Host 3 übertragen. In Schritt 102 informiert der Host 3 auf der Basis der Verifikation des Kartentyps, d. h. der Kartenkonfiguration, das Endgerät 2 darüber, wie seine Ausleseeinrichtung 11 vorzugehen hat, um die kartenspezifische Programminformation aus der ersten Kartenspeichereinrichtung 9 auszulesen. Entsprechend einer bevorzugten Ausführung enthalten von dem Host übertragene Daten Information über die Adresse, wo das Auslesen zu beginnen hat. In Schritt 103 wird die kartenspezifische Programminformation von der Karte 1 in das Endgerät 2 gelesen. In Schritt 104 wird eine Zufallszahl in der Schlüsselerzeugungseinrichtung 13 erzeugt, wobei die Zufallszahl als ein Sitzungsschlüssel in einem Beglaubigungsprozess zu verwenden ist, während ein Nachrichten-Beglaubigungs-Algorithmus (MAA) benutzt wird. In Schritt 105 wird der Sitzungsschlüssel in der IC-Karte in der Verschlüsselungseinrichtung 15 mittels der in dem zweiten Kartenspeicher 10 der IC-Karte 1 enthaltenen Geheiminformation verschlüsselt. In Schritt 106 wird der Sitzungsschlüssel im verschlüsselten Zustand an den Host 3 übertragen. Die Schritte 104, 105 und 106 werden in 3 ausführlicher veranschaulicht. In Schritt 107 wird eine mit dem Endgerät 2 verbundene Tastatur zur Benutzung geöffnet. In Schritt 108 wird die Datenübertragung in dem nun angenommenen sicheren Systemmodus begonnen.
Im Folgenden wird die Beschreibung mit Verwis auf 4 vorgenommen. Nach der bevorzugten Ausführung wird in dem Endgerät eine Zufallszahl erzeugt, die in einem MAA-Prozess zu verwenden ist, um von der Benutzereinheit zu dem Host und umgekehrt übertragene Nachrichten (d. h. Daten) zu beglaubigen. Diese Zufallszahl wird dann in der Karte in einem DES-Verschlüsselungsalgorithmus unter Verwendung der Geheiminformation (DES-Schlüssel) in der zweiten Kartenspeichereinrichtung 10 (1) als der Verschlüsselungsschlüssel verschlüsselt, um im verschlüsselten Zustand (die verschlüsselte Zufallszahl ist durch eK bezeichnet) über das Endgerät zu dem Host 3 übertragen zu werden, worin es entschlüsselt und als ein Sitzungsschlüssel in einem MAA benutzt wird.
In 4 wird die Art und Weise veranschaulicht, in der Datenübertragungen und Beglaubigung in einem sicheren Systemmodus entsprechend der bevorzugten Ausführung durchgeführt werden. Die verschlüsselte Zufallszahl, die von der Benutzereinheit übertragen wurde, wird in dem Host mittels eines in dem Host gespeicherten Schlüssels entschlüsselt, wobei der Schlüssel von der verwendeten Karte abhängt und mit dem in der Karte identisch ist. Die entschlüsselte Zufallszahl wird dann als ein MAA-Schlüssel zusammen mit einer zu der Benutzereinheit zu übertragenden Nachricht und einer Seriennummer in einem MAA benutzt, um eine kryptografische Prüfsumme, Nachricht-Beglaubigungs-Code (MAC), zu erzeugen, die der Nachricht hinzugefügt und zum Beglaubigen derselben verwendet wird. Der MAC wird in aufeinanderfolgenden Nachrichrichten während ein und derselben Sitzung ein unterschiedliches Aussehen haben (auch wenn ihre Inhalte die gleichen sind, da sie verschiedene Seriennummern empfangen haben). Somit wird ein Fluss von Daten übertragen, der die Nachricht, die Seriennummer in Klartext und einen MAC enthält.
In der Benutzereinheit wird eine MAA-Prüfung durchgeführt, um die empfangene Nachricht zu verifizieren, während der MAA-Schlüssel, d. h. die Zufallszahl, in dem Endgerät benutzt wird, oder mit anderen Worten, eine Prüfung, um zu verifizieren, ob die Nachricht auf ihrem Weg von dem Host zu der Benutzereinheit manipuliert wurde. Die Prüfung umfasst eine entsprechende Berechnung eines MAC und einen Vergleich desselben mit dem zusammen mit der Nachricht empfangenen MAC, um Übereinstimmung festzustellen.
Wenn die Benutzereinheit eine Antwortnachricht zu dem Host zu übertragen hat, wird in ei ner entsprechenden Weise vorgegangen, d. h. auf der Basis der Zufallszahl, der Antwort und der von dem Host übertragenen Seriennummer wird ein neuer MAC berechnet, der dem Fluss von Daten hinzugefügt wird, der durch die Antwort von der Benutzereinheit an den Host und die letzte von dem Host übertragene Seriennummer gebildet wird. Der Host führt dann eine MAA-Prüfung der übertragenen Antwort durch, um zu prüfen, dass die Antwort auf ihrem Weg zwischen der Benutzereinheit und dem Host nicht manipuliert wurde. Weitere Nachrichtenübertragungen können dann in der gleichen Weise durchgeführt werden.
5 ist eine Darstellung einer Anzahl von möglichen Modifikationen 1–8 der Zufallszahlenerzeugung und des Schutzes von Zufallszahlen, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Vier Fälle (1, 3, 5, 6) werden gezeigt, in denen die als ein Sitzungsschlüssel benutzte Zufallszahl in dem Endgerät erzeugt wird, und vier Fälle (2, 4, 7, 8), in denen die Zufallszahl in der Karte erzeugt wird. Außerdem werden verschiedenen Varianten der Formen gezeigt, in denen der entsprechende Sitzungsschlüssel zum kryptografischen Schutz zu dem Host übertragen wird.
6a–6h zeigen die in 5 aufgeführten acht verschiedenen Fälle ausführlicher. Die verschiedenen für jeden Fall gezeigten Schritte werden durch Verweisnummern in rechteckigen weißen Kästen angegeben. Jede Figur veranschaulicht die Situation, die vorkommt, wenn ein Benutzer seine Karte in das Endgerät eingeführt hat, und das System dabei ist, einen sicheren Modus zu erreichen. Aus den Figuren geht hervor, dass die Schritte S1–S5 für alle acht Varianten identisch sind. In Schritt S1 befiehlt die zentrale Einheit (Host) dem Endgerät, die Identifikationsnummer der Karte auszulesen, um zu verifizieren, ob die Karte mit dem fraglichen Host assoziiert ist, und wenn die Verifizierung positiv ist, den Verschlüsselungsschlüssel zu liefern, der mit der Karte assoziiert ist und der in dem Host benutzt wird, um die Zufallszahl (Sitzungsschlüssel) abhängig davon zu verschlüsseln oder zu entschlüsseln, in welcher Form der Schlüssel zu dem Host übertragen wurde. In Schritt S2 überträgt das Endgerät die ausgelesene Kartennummer zu dem Host. In allen acht Fällen stellt der Host sicher, dass die Karte durch den Benutzer des Hosts ausgestellt wurde, worauf er in Schritt S3 das Endgerät anweist, zu beginnen, einen sicheren Modus anzunehmen. In Schritten S4 und S5 führt das Endgerät die Programmfolge aus, die seine residente Programminformation ist, d. h. die kartenspezifische Programminformation aus einer Datei (SMIB) in der Karte zu lesen und zu holen. Der Rest der Schritte, die auszuführen sind, damit ein sicherer Modus angenommen wird, wird vom Inhalt der SMIB beherrscht, d. h. die kartenspezifische Programminformation. Dies zeigt, dass ein vergleichbar einfaches und somit billiges Endgerät (das im Prinzip nur eine Datei aus einer IC-Karte auszulesen imstande ist), wenn in einem erfindungsgemäßen System verwendet, einen erstaunlichen Grad an Flexibiltät in Bezug auf seine Fähigkeit, mit verschiedenartig konfigurierten Karten zu interagieren, erreichen kann. Der erste dargestellte Fall ist der in 3 gezeigte, d. h. die als ein Sitzungsschlüssel zu verwendende Zufallszahl wird in dem Endgerät erzeugt und in Schritt S6 in der Karte verschlüsselt, bevor sie in Schritt S7 zu dem Endgerät übertragen und dort gespeichert wird. In Schritt S8, schließlich, sendet das Endgerät die verschlüsselte Zufallszahl an den Host, worauf die Datenübertragung im sicheren Systemmodus entsprechend 4 begonnen werden kann.
Dem zweiten dargestellten Fall entsprechend werden die folgenden Schritte zusätzlich zu den bereits beschriebenen Schritten S1–S5 durchgeführt, nämlich: In Schritt S62 befiehlt das Endgerät (entsprechend dem Inhalt der entsprechenden SMIB) der Karte, eine Zufallszahl zu erzeugen; in Schritt S72 erzeugt die Karte eine Zufallszahl und sendet sie an das Endgerät, wo sie gespeichert wird. In Schritt S82 befiehlt das Endgerät der Karte, die erzeugte Zufallszahl zu verschlüsseln; die Karte verschlüsselt die Zufallszahl und sendet sie im verschlüsselten Zustand an das Endgerät; in Schrit S102 sendet schließlich das Endgerät die verschlüsselte Zufallszahl an den Host, worauf die Datenübertragung im sicheren Systemmodus entsprechend 4 beginnen kann.
In dem dritten dargestellten Fall werden die folgenden Schritte zusätzlich zu den bereits beschriebenen Schritten S1–S5 ausgeführt, nämlich: In Schritt S63 erzeugt und speichert das Endgerät eine Zufallszahl und weist die Karte an, die Zufallszahl zu entschlüsseln; in Schritt S73 wird die entschlüsselte Zufallszahl zu dem Endgerät übertragen, und in Schritt S83 wird die entschlüsselte Zufallszahl zu dem Host übertragen. Wenn die Zufallszahl (Sitzungsschlüssel) den Host erreicht, sollte sie vor Verwendung nicht entschlüsselt werden, sondern verschlüsselt sein, um den Schlüssel im Klartext bereitzustellen, und ansonsten werden Datenübertragungen in einem sicheren Systemmodus in der gleichen Weise wie in 4 veranschaulicht begonnen.
In dem vierten dargestellten Fall werden die folgenden Schritte zusätzlich zu den bereits beschriebenen Schritten S1–S5 ausgeführt, nämlich: In Schritt S64 wird die Karte angewiesen, eine Zufallszahl zu erzeugen; in Schritt S74 wird diese Zufallszahl zu dem Endgerät übertragen und dort gespeichert; in Schritt S84 befiehlt das Endgerät der Karte, die Zufallszahl zu entschlüsseln; in Schritt S95 sendet die Karte die entschlüsselte Zufallszahl an das Endgerät, und in Schritt S104 wird die entschlüsselte Zufallszahl an den Host gesendet. Wenn die Zufallszahl (Sitzungsschlüssel) den Host erreicht, sollte sie vor Verwendung nicht entschlüsselt werden, sondern verschlüsselt sein, um den Schlüssel im Klartext bereitzustellen, und ansonsten werden Datenübertragungen in einem sicheren Systemmodus in der gleichen Weise wie in 4 veranschaulicht begonnen.
In dem fünften dargestellten Fall werden die folgenden Schritte zusätzlich zu den bereits beschriebenen Schritten S1–S5 ausgeführt, nämlich: Das Endgerät erzeugt eine Zufallszahl, die in Schritt D85 im Klartext an den Host gesendet wird, und die in Schritt S65 durch die Karte verschlüsselt wird; in Schritt S75 wird die verschlüsselte Zufallszahl zu dem Endgerät übertragen und dort gespeichert. Weil es einen verschlüsselten Sitzungsschlüssel in dem Endgerät gibt, und weil der Sitzungsschlüssel im Klartext zu dem Host übertragen wurde, ist es erforderlich, um eine Datenübertragung in einem sicheren Systemmodus herzustellen, den Sitzungsschlüssel im Host zu verschlüsseln, bevor er benutzt werden kann.
Der sechste dargestellte Fall unterscheidet sich von dem fünften Fall nur dadurch, dass, wann immer das Verschlüsseln in dem fünften Fall durchgeführt wird, das Entschlüsseln nun durchzuführen ist.
In dem siebten dargestellten Fall werden die folgenden Schritte zusätzlich zu den bereits beschriebenen Schritten S1–S5 ausgeführt, nämlich: In Schritt S67 weist das Endgerät die Karte an, eine Zufallszahl zu erzeugen, die in Schritt S77 zu dem Endgerät übertragen wird; in Schritt S107 wird diese Zufallszahl zu dem Endgerät übertragen, und in Schritt S87 verschlüsselt die Karte die Zufallszahl; in Schritt S97, schließlich, wird die verschlüsselte Zufallszahl zu dem Endgerät übertragen und dort gespeichert. Weil es einen verschlüsselten Sitzungsschlüssel in dem Endgerät gibt, und weil der Sitzungsschlüssel im Klartext zu dem Host übertragen wurde, ist es erforderlich, um eine Datenübertragung in einem sicheren Systemmodus herzustellen, den Sitzungsschlüssel im Host zu verschlüsseln, bevor er benutzt werden kann.
Der achte dargestellte Fall unterscheidet sich von dem siebten Fall nur dadurch, dass, wann immer das Verschlüsseln in dem siebten Fall durchgeführt wird, das Entschlüsseln nun durchzuführen ist.
Ein Beispiel eines Satzes der kartenspezifischen Programminformation, die von der Karte zu dem Endgerät übertragen wird, und das Erzeugen eines Sitzungsschlüssels und dessen Übertragung zu dem Host entsprechend der Version 1 in 5 (6a) hervorbringt, kann die folgende Sequenz von Befehlen enthalten: OPEN (öffnen der Datei, die die kartenspezifische Geheiminformation enthält, und erlauben, dass sie als ein Verschlüsselungsschlüssel in einem Verschlüsselungsalgorithmus benutzt wird), RANDOM (erzeugen einer Zufallszahl in der Schlüsselerzeugungseinrichtung 13 des Endgerätes entsprechend den in dem Befehl enthaltenen Anweisungen und speichern der Zahl in der Endgerät-Speichereinrichtung 14), CRYPT (einlesen der Zufallszahl in die Karte und verschlüsseln der Zufallszahl in der Karte unter Verwendung eines herkömmlichen Verschlüsselungsalgorithmus, der durch den Prozessor definiert und ausgeführt wird, und des Verschlüsselungsschlüssels, READ (auslesen der verschlüsselten Zufallszahl in das Endgerät) und TRANS ( übertragen der verschlüsselten Zufallszahl zu dem Host).
Man sollte verstehen, dass die definierten Befehle und Funktionen nur veranschaulichender Natur sind, und dass sie in einer großen Zahl verschiedener Verfahren und in einer großen Zahl verschiedener Programmsprachen implementiert werden können. Die Verfahren der Implementierung der in den erfindungsgemäßem Ausführungen benutzten Funktionen in Pro-grammcode müssen von den Fachleuten in der Technik beim Lesen der vorliegenden Anmeldung als selbstverständlich angesehen werden und werden daher hierin nicht ausführlicher beschrieben.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einer Benutzereinheit (1, 2), die ein Endgerät (2) und eine IC-Karte (1), die in Kommunikation mit dem Endgerät (2) ist, und eine zentrale Einheit (3), wie beispielsweise einen zentralen Computer, umfasst, der sich bei einem Dienstleister, vorzugsweise einer Bank, befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzereinheit (1, 2) veranlasst wird, von Betrieb in einem normalen Modus zu Betrieb in einem sicheren Systemmodus zu wechseln, wobei der sichere Systemmodus sichere Datenübertragung zwischen der Benutzereinheit (1, 2) und der zentralen Einheit (3) in dem Sinne einschließt, dass unberechtigte Personen keine Kenntnis über die übertragenen Daten erhalten können, und zu prüfen, ob übertragene Daten während der Übertragung verfälscht oder ausgetauscht worden sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellen von Kommunikation (100) zwischen der Karte (1) und der Endstelle (2) während des normalen Modus, Übertragen (101) eines Kartenidentifizierungscodes von der Benutzereinheit (1, 2) zu der zentralen Einheit (3), wobei die zentrale Einheit (3) auf Basis dieses Codes die Benutzereinheit (1, 2) bezüglich der Art und Weise instruiert (102), die für die Übertragung der kartenspezifischen Programminformationen von der Karte (1) zu dem Endgerät (2) einzusetzen ist, während des normalen Modus, Übertragen (103) der kartenspezifischen Programminformationen zu dem Endgerät (2) zur Nutzung während des Betriebs in dem sicheren Systemmodus, während des normalen Modus; und Einleiten (108) des sicheren Systemmodus, während dessen sichere Datenübertragungen durchgeführt werden, wobei kartenspezifische Geheiminformationen in der IC-Karte (1) verwendet werden und die Verwendung der kartenspezifischen Ge heiminformationen für den kryptografischen Schutz so durchgeführt wird, dass die kartenspezifischen Geheiminformationen die Karte (1) nie verlassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Sitzungsschlüssel in der Benutzereinheit (1, 2) zur Verwendung bei der Übertragung von Daten in einem sicheren Systemmodus erzeugt (104) wird und der Sitzungsschlüssel in der IC-Karte (1) verschlüsselt oder entschlüsselt wird (105) und wobei der Sitzungsschlüssel in verschlüsselter oder entschlüsselter Form zu der zentralen Einheit (3) übertragen wird (106).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Sitzungsschlüssel in der Benutzereinheit (1, 2) erzeugt wird und der Sitzungsschlüssel in Klartext zu der zentralen Verarbeitungseinheit (3) übertragen wird und daraufhin der Sitzungsschlüssel in der zentralen Verarbeitungseinheit (3) und der IC-Karte (1) verschlüsselt oder entschlüsselt wird, um ihn in einer verschlüsselten oder entschlüsselten Form bei der Übertragung von Daten in einem sicheren Systemmodus zu verwenden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sitzungsschlüssel eine Zufallszahl ist, die vorzugsweise in dem Endgerät (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, wobei der Sitzungsschlüssel in der Benutzereinheit (1, 2) gelöscht wird, sobald die Verbindung zwischen der Karte (1) und dem Endgerät (2) unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–4, wobei der Sitzungsschlüssel in der Benutzereinheit (1, 2) gelöscht wird, sobald eine neue Verbindung zwischen dem Endgerät (2) und einer IC-Karte (1) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Eingabe von Informationen über eine mit dem Endgerät (2) verbundene Tastatur nur in einem sicheren System-Betriebsmodus ausgeführt werden kann.
System zum Übertragen von Daten, das eine Benutzereinheit (1, 2) mit einer IC-Karte (1) und einem Endgerät (2) sowie eine zentrale Einheit (3) umfasst, wobei die Karte (1) eine Karten-Kommunikationseinrichtung (4) zur Kommunikation mit dem Endgerät (2) umfasst, das Endgerät (2) eine Endgerät-Kommunikationseinrichtung (5) zur Kommunikation mit der Karte (1) und eine Endgerät-Kommunikationseinheit (6) zur Kommunikation mit der zentralen Einheit (3) umfasst, und wobei die zentrale Einheit (3) eine zentrale Kommunikationseinheit (7) zur Kommunikation mit dem Endgerät (2) umfasst und die Benutzereinheit (1, 2) sowie die zentrale Verarbeitungseinheit (3) Geheiminformationen umfassen, die verwendet werden, um Datenübertragungen zwischen den Einheiten kryptografisch zu schützen, dadurch gekennzeichnet, dass: die IC-Karte (1) eine erste Karten-Speichereinrichtung (9) zum Speichern von kartenspezifischen Programminformationen umfasst, die IC-Karte (1) eine zweite Karten-Speichereinrichtung (10) zum Speichern von kartenspezifischen Geheiminformationen umfasst, die verwendet werden, um zwischen der Benutzereinheit und der zentralen Einheit (3) in einem sicheren Systemmodus übertragene Daten kryptografisch zu schützen, wobei die zweite Karten-Speichereinrichtung (10) so ausgeführt ist, dass die Geheiminformationen nicht aus der Karte (1) ausgelesen werden können, die IC-Karte (1) eine Speichereinrichtung (16) zum Speichern von Karten-Identifizierungsinformationen oder eines Karten-Identifizierungscodes umfasst, die/der zu der zentralen Einheit (3) übertragen wird, wobei die zentrale Einheit so eingerichtet ist, dass sie von dem Code bzw. den Informationen geleitet die Benutzereinheit (1, 2) bezüglich der Art und Weise instruiert, auf die der Inhalt der ersten Kartenspeichereinrichtung (9) auszulesen ist, das Endgerät (2) eine Endgerät-Ausleseeinrichtung (11) zum Lesen des Inhalts der ersten Karten-Speichereinrichtung (9) umfasst, und das Endgerät (2) eine Programmausführungseinrichtung (12) umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie, während sie die ausgelesenen kartenspezifischen Programminformationen nutzt, die Interaktion zwischen dem Endgerät (2) und der IC-Karte (1) steuert, um von Betrieb in einem normalen Modus zu Betrieb in dem sicheren Systemmodus zu wechseln.
System nach Anspruch 8, wobei die Benutzereinheit eine Schlüssel-Erzeugungseinrichtung (13), die so eingerichtet ist, dass sie einen Sitzungsschlüssel erzeugt, und eine Speichereinrichtung (14) zum Speichern dieses Sitzungsschlüssels umfasst, und wobei die IC-Karte (1) eine Verarbeitungseinrichtung (15) umfasst, die so eingerichtet ist, dass sie den Sitzungsschlüssel kryptografisch schützt, den die Endgerät-Kommunikationseinheit (6) zu der zentralen Einheit überträgt.
System nach Anspruch 9, wobei die Schlüssel-Erzeugungseinrichtung (13) ein Zufallszahl-Generator oder ein Pseudozufallszahl-Generator ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Schlüssel-Erzeugungseinrichtung (13) in dem Endgerät (2) angeordnet ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Schlüssel-Erzeugungseinrichtung einen integrierten Teil der Verarbeitungseinrichtung (15) bildet.
System nach einem der Ansprüche 9–12, wobei die Benutzereinheit so eingerichtet ist, dass sie den Sitzungsschlüssel in der Benutzereinheit löscht, sobald die Verbindung zwischen der Karten-Kommunikationseinrichtung (4) und der Endgerät-Kommunikationseinrichtung (5) unterbrochen wird.
System nach einem der Ansprüche 9–12, wobei die Benutzereinheit so eingerichtet ist, dass sie den Sitzungsschlüssel in der Benutzereinheit löscht, sobald eine neue Verbindung zwischen der Karten-Kommunikationseinrichtung (4) und der Endgerät-Kommunikationseinrichtung (5) hergestellt wird.
System nach einem der Ansprüche 8–14, wobei die Benutzereinheit eine Tastatur zum Eingeben von Daten in das System umfasst und die Tastatur so eingerichtet ist, dass sie nur dann betriebsfähig ist, wenn sich das System in einem sicheren Systemmodus befindet.