DE69730128T2 - Authentifizierungsmethode und -system basierend auf einem periodischen challenge-response-protokoll - Google Patents

Authentifizierungsmethode und -system basierend auf einem periodischen challenge-response-protokoll Download PDF

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Description

  • STAND DER TECHNIK
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Datensicherheit. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein drahtloses Authentifikationssystem, das die Möglichkeit für eine unbefugte Nutzung einer elektronischen Vorrichtung durch periodische Abfrage-/Antwortnachrichten reduziert.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Im Zuge der weiter zunehmenden Popularität von Personalcomputern ("PCs") in Unternehmen auf der ganzen Welt ist es von zunehmender Bedeutung, sicheren Schutz gegen eine unbefugte Nutzung der Computer vorzusehen. Es gibt bereits eine Mehrzahl von Authentifikationssystemen, die für Personalcomputer eine nur gering wirksame Sicherheit vorsehen. Zum Beispiel handelt es sich bei einer allgemein bekannten Art eines herkömmlichen Authentifikationssystems um ein "Passwort-basiertes" System, bei dem einer Person der Zugriff auf die Inhalte eines Personalcomputers und die einem PC über ein Netzwerk zur Verfügung stehenden Ressourcen gewährt, nachdem ein vorher ausgewähltes Passwort korrekt eingegeben worden ist. Passwort-basierte Systeme sind jedoch anfällig in Bezug auf (i) Software, die verwendet werden kann, um das Passwort einer Person zu erfassen, und (ii) gewöhnliche "menschliche" Fehler, wie etwa die Weitergabe eines eigenen Passworts an eine andere Person oder die Verwendung des gleichen Passworts über einen langen Zeitraum. Darüber hinaus sehen Passwort-basierte Systeme keinen Mechanismus zur Reduzierung der Gefahr einer unbefugten Nutzung des eigenen Personalcomputers in Situationen vor, wenn der Anwender vergisst, den eigenen Personalcomputer auszuschalten, bevor er seinen Arbeitsplatz oder sein nach Dienstschluss oder nur kurz verlässt (z. B. zum Mittagessen, für eine Besprechung, etc.), wobei der Personalcomputer nicht ausgeschaltet wird bzw. in einem betriebsfähigen Zustand verbleibt.
  • Ein weiteres Beispiel ist ein Passwort geschützter Bildschirmschoner, der einen Computer automatisch abschaltet, wenn er über einen vorbestimmten Zeitraum nicht benutzt wird. Dieses Authentifikationssystem ist für den Anwender für gewöhnlich störend, da der Zustand des Systems davon abhängig ist, ob der jeweilige Anwender den Computer benutzt oder nicht, und nicht von der Nähe des Anwenders zu dem Computer. Wenn sich der Anwender zum Beispiel über einen bestimmten Zeitraum am Telefon befindet, kann sich der Computer unbeabsichtigt ausschalten, wobei sich der Anwender in diesem Fall wieder neu anmelden muss. Somit stellen Anwender die Zeitauslösung bzw. das "Timeout" des Bildschirmschoners für gewöhnlich entsprechend lang ein, wodurch die eigentliche Aufgabe des Schutzes des Inhalts des Computers fehlschlägt, wenn der Anwender sein Büro verlässt, ohne den Computer auszuschalten.
  • Ein weiteres nur teilweise effektives Authentifikationssystem ist ein "Karten-basiertes" System, bei dem eine Karte ("Smartcard") als integrierte Schaltung in der Größe einer Kreditkarte, eine PCMCIA-Karte oder eine Magnetstreifenkarte (nachstehend allgemein als "Taken-Karten" bezeichnet) verwendet wird, um physischen und/oder elektrischen Zugriff auf den Personalcomputer zu erlangen. Normalerweise können Token-Karten entweder in einen dafür vorgesehenen Kartensteckplatz des Personalcomputers eingeführt, in physischen Kontakt mit einer mit dem Computer verbundenen Lesevorrichtung platziert oder in einem Bereich platziert werden, in dem sich der Personalcomputer befindet (z. B. in einem Büro, einem Labor und dergleichen). Diese Token-Karten werden dazu verwendet, zu bestätigen bzw. zu verifizieren, dass die Person, die sich in Besitz der Karte befindet, tatsächlich zur Nutzung des Personalcomputers befugt ist. Abhängig von der Art der Token-Karte wird eine derartige Verifizierung dadurch realisiert, dass die Token-Karte auf die Anforderung bzw. die Abfrage (d. h. eine "Abfragenachricht") von Informationen anspricht, indem ein "Token" (d. h. Code) vorgesehen wird, normalerweise eine Zufallsziffer, wobei das Token auch statisch sein kann, und wobei das Token als Reaktion bzw. als Antwort auf eine durch den Personalcomputer ausgegebene Abfrage vorgesehen wird. Bei einer höher entwickelten Token-Karte weist diese Anforderung die Form einer zufälligen bzw. einer wahlfreien "Abfrage" auf, welche die Token-Karte zuerst verarbeiten muss, um die richtige "Antwort" vorzusehen. Obwohl diese Art eines Authentifikationssystems möglicherweise eine höhere Sicherheit als das Passwort-basierte System vorsieht, löst es jedoch ebenfalls nicht das Problem, wenn der Anwender bzw. Benutzer auf den eigenen Personalcomputer zugreift und diesen über einen bestimmten Zeitraum unbeaufsichtigt lässt, ohne die Karte zu entnehmen oder ohne den Personalcomputer während der eigenen Abwesenheit zu deaktivieren.
  • Somit ist es wünschenswert, ein drahtloses Authentifikationssystem zu entwickeln, das keine physische Verbindung mit dem Personalcomputer voraussetzt, wodurch sich die Möglichkeit verringert, eine eigene Token-Karte versehentlich in dem eigenen Rechner oder in der Nähe des eigenen Rechners zu belassen. Auf dem Markt sind gegenwärtig zwar bestimmte Authentifikationssysteme erhältlich, wie etwa von Security Dynamics, Inc., Cambridge, Massachusetts, und Digital Pathways, Mountain View, Kalifornien, wobei deren Systeme jedoch kein periodisches Abfrage-/Antwortprotokoll verwenden, um zu bestimmen, ob der berechtigte Benutzer des Personalcomputers den eigenen Personalcomputer für einen bestimmten Zeitraum unbeaufsichtigt gelassen hat.
  • Das U.S. Patent US-A-5.131.038 offenbart ein Authentifikationssystem für die persönliche Identität, wobei ein tragbarer Transceiver einen Speicher aufweist, in dem parametrische Daten eines befugten bzw. eines autorisierten Benutzers verschlüsselt sind. Der tragbare Transceiver wird durch eine Identitätsanforderung aktiviert, die durch eine autorisierte Verifizierungsvorrichtung in der Nähe übermittelt wird. Nach der Aktivierung übermittelt der tragbare Transceiver die verschlüsselten Daten an die Verifizierungsvorrichtung, die decodiert eine positive Identifikation des befugten Benutzers vorsieht.
  • Das U.S. Patent US-A-5.144.667 offenbart einen entfernten elektronischen Schlüssel für ein Fahrzeug, wobei der Schlüssel verschlüsselte Daten an eine Basiseinheit in dem Fahrzeug übermittelt. Der entfernte Schlüssel weist eine Geheimnummer auf, die in die Basiseinheit eingegeben wird, und durch einen exponentiellen Schlüsselaustausch wird ein gemeinsamer Schlüssel vereinbart.
  • Das Dokument NL-9101506 beschreibt ein Identitätsauthentifikationssystem, das den Zugriff bzw. Zugang auf Geräte autorisiert, wie etwa auf Computer, für Gebäude oder Büros.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1.
  • Vorgesehen ist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein drahtloses Authentifikationssystem gemäß dem gegenständlichen Anspruch 10.
  • Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein drahtloses Authentifikationssystem zur Steuerung eines Betriebszustands eines ersten Knotens (z. B. eines Computers) auf der Basis der Nähe eines befugten Benutzers zu dem ersten Knoten. Das drahtlose Authentifikationssystem umfasst eine in dem ersten Knoten implementierte Sicherheitsvorrichtung und ein Token zur Benutzerauthentifizierung, das sich im Besitz des autorisierten Benutzers befindet (z. B. wird es getragen, mitgeführt, etc.). Die Sicherheitsvorrichtung erzeugt eine Abfragenachricht und übermittelt diese an das Token. Als Reaktion darauf erzeugt und übermittelt das Token eine Antwortnachricht an die Sicherheitsvorrichtung, wenn sich das Token innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu der Sicherheitsvorrichtung befindet. Danach kann der autorisierte Benutzer auf den ersten Knoten zugreifen, da dieser sich in einem Betriebszustand befindet.
  • In der Folge erzeugt und übermittelt die Sicherheitsvorrichtung in ausgewählten Intervallen weitere Abfragenachrichten, um zu prüfen, ob der autorisierte Benutzer, der das Token normalerweise mit sich führt, den ersten Knoten unbeaufsichtigt gelassen hat. Wenn das Token richtig antwortet, wodurch angezeigt wird, dass sich das Token weiterhin in der Nähe des ersten Knotens befindet, wird der erste Knoten in dessen Betriebszustand gehalten. Ansonsten tritt der erste Knoten in einen nicht betriebsfähigen Zustand ein, wobei weitere Zugriffe nicht zugelassen werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlich. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Perspektivansicht des drahtlosen Authentifikationssystems, das einen Personalcomputer umfasst, der periodisch eine Abfragenachricht erzeugt, um die Nähe des Benutzers und dessen Token abzufragen, sowie eine Antwortnachricht als Reaktion auf die Antwort auf die Abfragenachricht;
  • 2 ein Blockdiagramm der allgemeinen Architektur des Personalcomputers aus 1;
  • 3 ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels der Sicherheitsvorrichtung, die in einem Knoten gemäß der Abbildung aus 2 eingesetzt wird;
  • 4 ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels des Token aus der Abbildung aus 1;
  • 5 ein Flussdiagramm der von dem drahtlosen Authentifikationssystem verwendeten Verfahrensschritte zum Schutz der Integrität des Inhalts und der über ein Netzwerk verbundenen Ressourcen des Knotens über periodische Abfrage- und Antwortnachrichten;
  • die 6A bis 6C Blockdiagramme von drei veranschaulichenden Ausführungsbeispielen des Abfrage-/Antwortprotokolls; und
  • 7 ein veranschaulichendes Ausführungsbeispiel der Operationen zur Konfiguration des Token, um eine Sicherheit vor unbefugten Zugriffen auf den Knoten vorzusehen.
  • BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein drahtloses Authentifikationssystem, das einen Knoten nur dann in einem Betriebszustand vorsieht und erhält, wenn das System durch periodische, bidirektionale Kommunikationen bestimmt, ob sich eine Person, die ein Token zur Benutzerauthentifizierung mit sich führt, innerhalb eines vorbestimmten (ungefähren) Abstands zu dem Knoten befindet. Die folgende Beschreibung führt zahlreiche spezifische Einzelheiten aus, wobei der Fachmann auf dem Gebiet allerdings erkennt, dass die genauen Einzelheiten für die Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sind. In ähnlicher Weise wurde auf die detaillierte Beschreibung allgemein bekannter Komponenten bzw. Bauteile, Vorrichtungen und Verfahrensschritte verzichtet, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
  • Eine bestimmte allgemein bekannte Terminologie ist hierin allgemein so definiert, wie dies nachstehend ausgeführt ist. Zum Beispiel ist eine "Nachricht" allgemein als Informationen (z. B. Daten, Adressen, verschlüsselte Schlüssel und alle anderen Informationen) definiert, die in einer Sequenz von einem oder mehreren Zyklen übertragen werden. Zwei gewöhnliche Arten von Nachrichten sind eine "Abfragenachricht" und eine "Antwortnachricht", die gemeinsam den Benutzer des Knotens und dessen Standort authentifizieren. Ein "Schlüssel" ist ein Codierungs- und/oder Decodierungsparameter, der von kryptografischen Algorithmen wie etwa Rivest, Shamir und Adleman ("RSA") verwendet werden, die öffentliche und private Schlüsselpaare verwenden, sowie von Data Encryption Standard-Algorithmen ("DES"), die einen geheimen Schlüssel verwenden, der vertraulich von beiden Parteien gemeinsam verwendet wird. Ein "digitales Zertifikat" ist als alle digitalen verschlüsselten Informationen (z. B. ein öffentlicher Schlüssel) definiert, die einem privaten Schlüssel einer umfassend bekannten, vertrauenswürdigen Quelle entsprechen (z. B. einer Bank, einer öffentlichen Behörde, einer Handelsorganisation, einem Gerätehersteller, einer Sicherheitsabteilung eines Unternehmens, der Systemverwaltung, etc.), und zwar zur sicheren Übertragung digitaler Informationen zwischen zwei elektronischen Vorrichtungen.
  • In Bezug auf die Abbildung aus 1 ist ein veranschaulichendes Ausführungsbeispiel des drahtlosen Authentifikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das drahtlose Authentifikationssystem 100 sieht eine Sicherheitsvorrichtung (nicht abgebildet) vor, die in einem Knoten 110 (z. B. einem Personalcomputer) implementiert ist, und mit einem Benutzerauthentifizierungs-Token 120 ("Token"), der von einem autorisierten Benutzer bzw. Anwender 130 mitgeführt wird. Das Token 120 kann in jeder Form bzw. Ausführung gestaltet werden, wobei eine, Ausführung bevorzugt wird, die nicht so sperrig ist, dass sie nur schlecht mitgeführt oder getragen werden kann. Zu den Beispielen der durch die Token verwenbaren Ausführungen zählen unter anderem Pager oder Ausweisabzeichen. Die Funktion kann auch in einer anderen Vorrichtung mit einem alternativen Verwendungszweck implementiert werden, wie zum Beispiel in einem Mobiltelefon.
  • Der Personalcomputer 110 versucht periodisch einen Datenübermittlungsabschnitt 140, dargestellt durch die gestrichelten Linien, mit dem Token 120 über Infrarotübertragungen ("IR") oder über jedes andere Medium herzustellen, das keine physische Verbindung erfordert (z. B. Hochfrequenzsignale "HF-Signale", wobei der Personalcomputer 110 dafür eine Antenne benötigen kann). Der Datenübermittlungsabschnitt 140 kann nur dann erzeugt und erhalten werden, wenn sich das Token 120 innerhalb einer vorbestimmten Entfernung (z. B. innerhalb von sechs Metern bzw. 20 Fuß) von dem Personalcomputer 110 befindet. Das drahtlose Authentifikationssystem wird zwar in Bezug auf einen Personalcomputer beschrieben, wobei es jedoch auch so implementiert werden kann, um jeden Knoten in Form eines elektronischen Produkts zu sichern, wie etwa ein Peripheriegerät des Computers (Drucker, Massenspeichervorrichtung, etc.), Türschließmechanismen (d. h. Garagentoröffner, elektronische Türschlösser) und dergleichen.
  • Nach dem Erzeugen des Datenübermittlungsabschnitts 140 werden Informationen ausgetauscht, und zwar normalerweise in einem verschlüsselten Format in mindestens eine Richtung, zwischen der Sicherheitsvorrichtung (nicht abgebildet) und dem Token 120. Nachdem die Sicherheitsvorrichtung bestimmt hat, dass das Token 120 ordnungsgemäß antwortet, wird dem Benutzer 130 Zugriff auf die Inhalte (d. h. Daten, Anwendungen und andere darin gespeicherte Informationen) des Personalcomputers 110 sowie auf dessen über ein Netzwerk verbundene Ressourcen zu gewähren.
  • Das drahtlose Authentifikationssystem 100 kann auch in Verbindung mit einem anderen Authentifikationssystem (einem Passwort-basierten System, einem Karten-basierten System, etc.) eingesetzt werden, um es zu verhindern, dass in bestimmten Situationen versehentlich auf den Personalcomputer 110 zugegriffen wird. Bei einer Situation läuft der befugte bzw. autorisierte Benutzer 130, der das Token 120 mit sich führt, innerhalb des vorbestimmten Abstands an dem Personalcomputer 110 vorbei, ohne die Absicht zu besitzen, den Personalcomputer 110 zu benutzen.
  • In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 2 veranschaulicht diese ein Ausführungsbeispiel des Personalcomputers 110 mit einer Sicherheitsvorrichtung des Authentifikationssystems. Der Personalcomputer 110 weist einen ersten Bus 200 auf, der eine Übermittlung von Informationen zwischen einer Sicherheitsvorrichtung 210, einer drahtlosen Schnittstelle 215 und einer Mehrzahl von Teilsystemen ermöglicht, zu denen ein Prozessor-Teilsystem 220, ein Speicher-Teilsystem 240 und ein Ein-/Ausgabe-Teilsystem 260 ("E/A") zählen. Die Einzelheiten der Sicherheitsvorrichtung 210 werden in 3 erläutert, und bei der drahtlosen Schnittstelle 215 handelt es sich um eine herkömmliche Schnittstelle, die so gestaltet ist, dass sie Nachrichten in einem "IR"-Format oder möglicherweise einem "HF"-Format sendet und empfängt.
  • Wie dies ferner in der Abbildung aus 2 dargestellt ist, weist das Prozessor-Teilsystem 220 einen Host-Prozessor 225 auf, der als ein einzelner Prozessor veranschaulicht ist, wobei er jedoch auch als eine Mehrzahl von Prozessoren in dem Personalcomputer 110 eingesetzt werden kann. Die Sicherheitsvorrichtung 210 kann auch als Coprozessor dargestellt werden, wobei die Authentifizierungsoperationen allerdings auch durch den Host-Prozessor 225 ausgeführt werden können, vorausgesetzt, dass keine Sorge in Bezug auf eine Virusattacke gegeben ist oder das Gehäuse des Personalcomputers entfernt wird, um die Bussignale zu überwachen. Da der Host-Prozessor jedoch eine Architektur einer offenen Plattform aufweist, würde die Implementierung der Sicherheitsvorrichtung 210 selbst oder deren Funktionalität in dem Host-Prozessor 225 die Isolation der Authentifizierungsoperationen von den normalen Operationen des Host-Prozessors 225 voraussetzen.
  • Das Speicher-Teilsystem 240 weist eine Speichersteuereinheit 245 auf, die mit dem ersten Bus 200 gekoppelt ist. Die Speichersteuereinheit 245 steuert den Zugriff auf mindestens eine Speichervorrichtung 250 wie etwa einen dynamischen Direktzugriffsspeicher ("DRAM"), einen Nur-Lesespeicher ("ROM"), einen Video-Direktzugriffsspeicher ("VRAM") und dergleichen. Die Speichervorrichtung 250 speichert Daten, Anweisungen und sonstige Informationen zur Verwendung durch den Host-Prozessor 225.
  • Das E/A-Teilsystem 260 weist eine E/A-Steuereinheit 265 auf, die mit dem ersten Bus 200 und einem zweiten Bus 270 gekoppelt ist (z. B. einem Peripheral Component Interconnect-Bus "PCI", einem Industry Standard Architecture-Bus "ISA" und dergleichen). Die E/A-Steuereinheit 265 sieht einen Kommunikationspfad vor, der mit dem ersten Bus 200 oder mit dem zweiten Bus 270 verbundenen Vorrichtungen einen Informationsaustausch ermöglicht. Der zweite Bus 270 ermöglicht das Übertragen von Informationen von oder zu mindestens einer peripheren Vorrichtung, zu denen unter anderem folgende zählen: eine Anzeigevorrichtung 275 (z. B. eine Kathodenstrahlröhre, eine Flüssigkristallanzeige, etc.), eine alphanumerische Eingabevorrichtung 276 (z. B. eine alphanumerische Tastatur, etc.) zur Übermittlung von Informationen (Adressen, Daten und Steuerinformationen) zu dem Host-Prozessor 225; eine Cursorsteuervorrichtung 277 (z. B. eine Maus, einen Trackball, einen Joystick, ein Touchpad, etc.); eine Massendatenspeichervorrichtung 278 (z. B. Magnetbänder, ein Festplattenlaufwerk, ein Diskettenlaufwerk, etc.) zur Übermittlung von Informationen von dem Personalcomputer 110 an eine andere entfernt angeordnete Vorrichtung sowie zum Empfang von Informationen von dieser und eine Hartkopievorrichtung 280 (z. B. ein Plotter, Drucker, etc.), um eine greifbare, visuelle Darstellung der Informationen vorzusehen. Der in der Abbildung aus 2 dargestellte Personalcomputer kann einige oder alle dieser Vorrichtungen oder andere als die veranschaulichten Vorrichtungen einsetzen. Die Sicherheitsvorrichtung 210 kann zum Beispiel anstatt mit dem ersten Bus 200 mit dem zweiten Bus 270 gekoppelt werden, oder mit einem lokalen Bus (nicht abgebildet) in dem Host-Prozessor 225, wobei sie sich aber auch für eine andere Busleitungskopplung aller entsprechenden Peripheriegeräte wie etwa der Massenspeichervorrichtung 278 eignen kann.
  • Alternativ kann die Sicherheitsvorrichtung für Zwecke der Zugangs- bzw. Zugriffssteuerung außerhalb des Gebiets der Computertechnologie eingesetzt werden, wie zum Beispiel im Bereich der Automatisierung, der Sicherheit privater Haushalte sowie von gewerblichen Objekten. Die Kombination aus Sicherheitsvorrichtung und Token kann auch zur Authentifizierung des Inhabers des Tokens verwendet werden, bevor der Zugriff auf einen Knoten einer Garage für Transportmittel (Auto, Bus, landwirtschaftliche Ausrüstung, etc.), einen privaten Haushalt oder ein gewerbliches Objekt oder jeden anderen Knoten gewährt wird, indem die Sicherheitsvorrichtung in dem Knoten implementiert wird, wie etwa in einem Türsteuerungsmechanismus (z. B. einem Garagentoröffner, elektronischen Schlössern, etc.) und dergleichen.
  • In Bezug auf die Abbildung aus 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Sicherheitsvorrichtung 210 dargestellt. Die Sicherheitsvorrichtung 210 weist eine Verarbeitungseinheit 211 und eine Speichereinheit 212 auf. Die Verarbeitungseinheit 211 kann einen Coprozessor, einen Mikrocontroller oder jede andere Vorrichtung mit Verarbeitungsfähigkeiten aufweisen. Die Speichereinheit 212 besteht vorzugsweise aus einem nicht-flüchtigen Speicher, der kryptografische Algorithmen sowie kryptografische Schlüssel (z. B. öffentliche Schlüssel verschiedener Token, einen öffentlichen Schlüssel einer umfassend bekannten, vertrauenswürdigen Quelle, ein eindeutiges Paar aus öffentlichem und privatem Schlüssel, einen DES-Schlüssel, etc.) aufweisen kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl die Verarbeitungseinheit 211 als auch die Speichereinheit 212 in einer einzelnen integrierten Schaltungseinheit 213 implementiert, um das Missbrauchsrisiko zu reduzieren, wobei die Einheiten jedoch auch verschiedene Einheiten darstellen können, die miteinander fest verdrahtet sind. Die Sicherheitsvorrichtung 210 kann eine Schnittstelle 214 aufweisen, welche die Prozessoreinheit 211 mit dem ersten Bus verbindet.
  • In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Token 120 dargestellt. Das Token 120 umfasst eine drahtlose Schnittstelle 300 für den Austausch von Nachrichten, das heißt, Abfrage- und Antwortnachrichten, mit dem Personalcomputer oder einem beliebigen Knoten. Die Nachrichten können einem IR- oder HF-Übermittlungsprotokoll entsprechen, wobei jedoch auch andere Arten von Übermittlungsprotokollen verwendet werden können. Die drahtlose Schnittstelle 300 ist mit einem Prozessor 310 und einem Speicherelement 320 gekoppelt, die beide vorzugsweise in einer integrierten Schaltungseinheit 325 integriert sind, um die Anfälligkeit in Bezug auf physischen Missbrauch zu reduzieren. Das Speicherelement 320 weist nicht-flüchtige Eigenschaften auf (entweder als echter nicht-flüchtiger Speicher oder als RAM mit einer "dauerhaften" Stromversorgung wie etwa über eine Batterie) und ist vorzugsweise so konfiguriert, dass es ihr eindeutiges Paar aus öffentlichem und privatem Schlüssel aufweist und möglicherweise ein digitales Zertifikat aufweist, dass es dem Token 120 ermöglicht, den eigenen öffentlichen Schlüssel "PUT" sicher an die Sicherheitsvorrichtung zu übermitteln, wenn die Sicherheitsvorrichtung nicht bei Herstellung mit verschiedenen öffentlichen Schlüsseln von Token konfiguriert wurde, deren Benutzern ein Zugriff auf den Personalcomputer oder dessen Steuerknoten gewährt wird. Für das Token 120 ist es eine Option, eine integrierte Stromversorgung 330 (z. B. eine Batterie) vorzusehen, um die Bauteile in dem Token 120 mit Strom für funktionale Zwecke zu versorgen sowie für die mögliche Wartung des Speicherelements 320, sollte dies erforderlich sein. Für bestimmte Protokollimplementierungen ist das Vorsehen eines Zufallszahlgenerators wünschenswert (im Besonderen wenn das Token zur Authentifizierung des Personalcomputers verwendet wird).
  • In Bezug auf die Abbildung aus 5 veranschaulicht diese die operativen Schritte, die von dem drahtlosen Authentifikationssystem ausgeführt werden, um Abfrage- und Antwortnachrichten periodisch zwischen einem Knoten (z. B. einem Computer, einem Schließmechanismus, einem Eingang einer Privatwohnung oder eines Büros) und dem Token auszutauschen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fordert das Token einen Benutzer zur Eingabe eines Passworts auf, wobei der Zugriff auf die Inhalte und über ein Netzwerk verbundene Ressourcen jedoch noch verweigert wird (Schritte 400 bis 405). Nachdem der Benutzer das eigene Passwort eingegeben hat, bestimmt der Knoten, ob das Passwort richtig ist (Schritt 410). Wenn das Passwort falsch ist, fordert der Knoten den Benutzer auf, das Passwort erneut einzugeben. Natürlich kann der Knoten so konfiguriert werden, dass nur ein einziger oder mehrere Versuche zur Eingabe des Passworts zulässig sind, bevor der Zugriff auf den Knoten endgültig ohne Unterstützung durch eine Sicherheitseinrichtung (z. B. einen Sicherheitsbeamten) verweigert wird, oder bevor eine zeitliche Sperre auferlegt wird, bis ein weiterer Versuch für einen Zugriff auf den Knoten unternommen werden kann.
  • Wenn das Passwort richtig ist, erzeugt der Knoten alternativ, d. h. die Sicherheitsvorrichtung eine Abfragenachricht und übermittelt die Abfragenachricht, die einen vorbestimmten Entfernungsbereich von dem Knoten abdeckt (Schritt 415). Danach wartet er auf eine Antwortnachricht von dem Token und die Verifizierung, bevor dem Benutzer der Zugriff auf die in dem Knoten gespeicherten Inhalte oder über ein Netzwerk verbundene Ressourcen gewährt wird (Schritt 420). Wenn nach einem vorbestimmten Zeitraum keine Antwortnachricht empfangen worden ist, wird der Zugang bzw. der Zugriff verweigert (Schritt 425). Nach dem Empfang der Antwortnachricht verifiziert der Knoten ansonsten, ob die Antwortnachricht richtig ist (Schritt 430). Wenn die Antwortnachricht falsch ist, wird dem Benutzer der Zugriff auf den Knoten auf herkömmliche Weise verweigert, wie zum Beispiel durch Anzeigen eines den Bildschirm verdeckenden Bilds, die Verweigerung einer weiteren Eingabe über die Tastatur, Maus, etc., das Unterbinden weiterer Ein- und Ausgaben in und von dem Knoten oder die Unterbrechung etwaiger Netzwerkverbindungen für einen den Knoten darstellenden Computer. Wenn die Antwortnachricht richtig ist, wird dem Benutzer der Zugriff auf den Knoten gewährt, und eine in dem Knoten integrierte Zeitsteuerungsschaltung wird so eingestellt, dass sie es signalisiert, wenn der Konten eine weitere Abfragenachricht erzeugt und einer weiteren Abfrage-Antwort-Sitzung ausgesetzt wird (Schritte 435 bis 445). Dies gewährleistet, dass der Knoten periodisch eine Authentifizierung und implizit die Nähe des Benutzers von dem Knoten erfordert, bevor der Betriebszustand erhalten oder in einen nicht betriebsfähigen Zustand gewechselt wird.
  • Die periodische Abfrage-/Antwortnachricht kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt werden, wie dies in den Abbildungen der 6A bis 6C dargestellt ist. Diese sind ausschließlich zur besseren Veranschaulichung vorgesehen, wobei auch andere Authentifizierungseinrichtungen verwendet werden können, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann der Knoten, das heißt die Sicherheitsvorrichtung 210, eine Zufallszahl ("RN") 500 erzeugen und die RN 500 in einem unverschlüsselten Format als Abfragenachricht an das Token 120 übermitteln. Nach dem Empfang der Abfragenachricht verschlüsselt das Token 120 die RN 500 mit dem eigenen privaten Schlüssel "PRT", wobei eine Antwortnachricht 505 erzeugt wird, und wobei die Antwortnachricht 505 zurück zu der Sicherheitsvorrichtung 210 übermittelt wird. Danach entschlüsselt die Sicherheitsvorrichtung 210 die Antwortnachricht 505 mit einem öffentlichen Schlüssel des Token "PUT" und nimmt eine Überprüfung zur Verifizierung vor, dass die empfangene Zufallszahl "RNrec") 510 mit der RN 500 übereinstimmt.
  • Ein weiteres Beispiel ist es, dass die Sicherheitsvorrichtung 210 eine Abfragenachricht 525 erzeugen kann, und zwar durch Erzeugen einer Zufallszahl "RN" 520 und Verschlüsseln der RN 520 mit dem öffentlichen Schlüssel des Token "PUT", der in der Sicherheitsvorrichtung 210 gespeichert ist. Danach wird die Abfragenachricht 525 zu dem Token 120 übertragen. Nach dem Empfang der Abfragenachricht 525 entschlüsselt das Token 120 die Abfragenachricht 525 mit dem eigenen privaten Schlüssel "PRT" zum Abrufen der Zufallszahl "RNtrmt" 530. Danach wird RNtrmt zurück zu der Sicherheitsvorrichtung 210 übermittelt und mit der vorher übermittelten RN 520 verglichen, um zu bestimmen, ob diese übereinstimmen. Wenn dies der Fall ist, wird dem Benutzer der Zugriff auf die in dem Knoten gespeicherten Daten gewährt, und wenn die Zahlen nicht übereinstimmen, wird dem Benutzer ein derartiger Zugriff verweigert.
  • Die Abbildung aus 6C zeigt ein weiteres veranschaulichendes Beispiel, wobei die Sicherheitsvorrichtung 210 nicht zum Speichern etwaiger öffentlicher Schlüssel vorgesehen ist, die autorisierten Token zugeordnet sind. Folglich ist gemäß der Abbildung ein digitales Zertifikat erforderlich. Die Sicherheitsvorrichtung 210 übermittelt eine Zufallszahl ("RN") 540 an das Token 120. Das Token 120 empfängt die RN 540 und verschlüsselt die RN 540 mit dem privaten Schlüssel des Token "PRT", so dass eine verschlüsselte Zufallszahl "RNprt" 545 als Teil einer Antwortnachricht 550 erzeugt wird. Der andere Teil der Antwortnachricht 550 ist ein digitales Zertifikat 555, das von einer allgemein bekannten, vertrauenswürdigen Quelle bzw. Autorität 560 erhalten wird (z. B. einem Systemadministrator, einem Firmensicherheitsdienst, etc.), in welcher der öffentliche Schlüssel "PUTA" 565 weit verbreitet ist. Das digitale Zertifikat 555 ist der öffentliche Schlüssel des Token ("PUT") 575, verschlüsselt mit dem privaten Schlüssel der vertrauenswürdigen Quelle "PRTA" 570. Beide Teile der Antwortnachricht 550 werden an die Sicherheitsvorrichtung 210 übermittelt.
  • Nach dem Empfang der Antwortnachricht 550 entschlüsselt die Sicherheitsvorrichtung 210 das digitale Zertifikat mit dem PUTA 565, um den PUT 575 zu erhalten. Als nächstes wird der PUT 575 zur Entschlüsselung von RNprt 545 verwendet. Zuletzt wird die von dem Token empfangene RN 580 mit der zu dem Token 120 übermittelten RN 540 verglichen, und wenn diese Zahlen übereinstimmen, ist die Antwortnachricht 550 richtig bzw. korrekt.
  • An Stelle eines in dem Knoten implementierten Passwort-basierten Systems kann das Token alternativ so konfiguriert werden, dass ein Passwort oder eine persönliche Identifikationsnummer ("PIN") erforderlich ist. Das Token verbleibt somit in einem inaktiven Zustand, sofern dessen Benutzer sich nicht periodisch authentifiziert. Der Vorteil eines in dem Knoten eingesetzten Passwort-basierten Systems ist es natürlich, dass der Knoten bereits mit E/A-Vorrichtungen (z. B. einer alphanumerischen Tastatur) zur Unterstützung der Authentifizierung durch einen Benutzer versehen ist. Wie dies bereits vorstehend im Text ausgeführt worden ist, ist der Knoten jedoch in Bezug auf Virusattacken anfällig, die bei einem in dem Token eingesetzten Passwort-basierten System keine Rolle spielen würden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel setzt das Token eine periodische Authentifizierung des Benutzers über ein Passwort oder eine persönliche Identifikationsnummer ("PIN") voraus, so dass das Token, wenn es verloren geht oder verlegt wird, nicht von einem unbefugten Benutzer verwendet werden kann, nachdem das Token einmal dadurch inaktiv geworden ist, dass die Informationen zur Authentifizierung nicht rechtzeitig vorgesehen worden sind. Es ist denkbar, dass das Token eine Art einer biometrischen Messvorrichtung an Stelle eines Passwort-basierten Systems einsetzen kann. Zum Beispiel könnte ein Daumen- oder Fingerabdruckleser in das Token integriert werden, der eine periodische Identifikation durch den autorisierten Benutzer voraussetzt (z. B. zu vorbestimmten Zeitpunkten oder in vorbestimmten Intervallen wie etwa jede Stunde, jeden Tag, etc.), um sicherzustellen, dass das Token nicht verwendet werden kann, wenn es verloren geht. Es gibt wenige Unternehmen wie etwa Digital Pathways und Security Dynamics, die Token entwickelt haben, die für einen Betrieb eine Benutzerauthentifizierung voraussetzen. Diese Token sehen jedoch nicht selbst periodische Authentifizierungen durch Abfrage- und Antwortnachrichten vor, wie dies bereits vorstehend im Text veranschaulicht worden ist.
  • In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 7 werden nachstehend die Operationen des mit einem Passwort-basierten System implementierten Token veranschaulicht. In dem Schritt 600 sieht der Benutzer zuerst in einem periodischen Intervall Authentifikationsinformationen an das Token vor. Wenn die Authentifikationsinformationen richtig sind, ist das Token funktionsfähig und befindet sich in einem aktiven Zustand (Schritte 605 bis 610). Nachdem danach ein vorher ausgewählter Zeitraum abgelaufen ist, tritt das Token in einen ungültigen Zustand ein, der es voraussetzt, dass der Benutzer erneut Authentifikationsinformationen in das Token eingibt (Schritt 615). Wenn die Authentifikationsinformationen des Benutzers nicht richtig sind, bleibt das Token ansonsten nicht funktionsfähig (Schritt 615).
  • Wenn sich das Token in einem aktiven Zustand befindet, empfängt das Token ein Abfragesignal von dem Knoten, sobald es innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu dem Knoten mitgeführt oder getragen wird (Schritt 620). In diesem Fall antwortet das Token auf die Abfrage mit einer Identifikationsnachricht, welche die Identität des Benutzers anzeigt (Schritt 625). Nachdem die Identifikationsnachricht von dem Token empfangen worden ist, erzeugt und übermittelt der Knoten in dem Schritt 630 als nächstes eine Abfragenachricht, die an das Token gerichtet ist. Danach wartet der Knoten auf eine Antwortnachricht innerhalb eines vorher festgelegten Zeitraums. Wenn der Knoten innerhalb dieses Zeitraums keine Antwortnachricht oder eine falsche Antwortnachricht empfängt, wird der Zugriff auf den Knoten verweigert (Schritte 635 bis 645). Wenn der Knoten hingegen innerhalb des vorher festgelegten Zeitraums die Antwortnachricht empfängt und diese zudem richtig ist, so wird dem Benutzer der Zugang zu dem Knoten gewährt (Schritt 650).
  • Danach wird eine Zeitsteuerungsschaltkreisanordnung in dem Knoten für den Knoten eingestellt, so dass eine weitere Abfragenachricht erzeugt wird, nachdem ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist (Schritt 655). Als nächstes wird das Token geprüft, um zu ermitteln, ob es sich länger als über den ausgewählten Zeitraum in dem aktiven Zustand befindet (Schritt 660). Wenn dies der Fall ist, wird das Token funktionsunfähig und dem Benutzer wird der Zugang zu dem Knoten verweigert (Schritt 665). Wenn das Token weiterhin aktiv ist, wird die Zeitsteuerungsschaltkreisanordnung des Knotens überprüft, um festzustellen, ob der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist (Schritt 670). Wenn dies nicht der Fall ist, werden der Zustand des Token und der Ablauf des durch die Zeitsteuerungsschaltkreisanordnung festgelegten Zeitraums in dem Knoten zu einem späteren Zeitpunkt überprüft. Wenn der Zeitraum abgelaufen ist, wird der Knoten im anderen Fall aufgefordert, eine weitere Abfragenachricht an das Token für eine periodische Authentifizierung zu erzeugen, dass sich der Benutzer in der Nähe des Knotens befindet.
  • Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung leicht erdenklich sind, ohne dabei von dem in den Ansprüchen definierten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Token kann zum Beispiel Abfragenachrichten einleiten, die es dem Knoten ermöglichen zu bestimmen, wenn sich das Token in dessen Nähe befindet. In ähnlicher Weise können die periodischen Abfrage-/Antwortkommunikationen an Stelle durch den Knoten durch das Token eingeleitet werden, solange der Knoten das Token noch authentifiziert. Ferner wurde auf eine detaillierte Ausführung allgemein bekannter Schaltreisanordnungen und operativer Schritte verzichtet, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Die vorliegende Erfindung ist somit ausschließlich durch die anhängigen Ansprüche definiert.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Kommunikation über einen drahtlosen Kanal zur Steuerung eines Betriebszustands eines Knotens auf der Basis der Nähe eines autorisierten Anwenders, der sich in Besitz eines Tokens befindet, zu dem Knoten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Übertragen einer ersten Nachricht, die eine Zufallszahl aufweist, von dem Konten zu dem Token; (b) Übertragen einer zweiten Nachricht von dem Token zu dem Knoten, wobei die genannte zweite Nachricht als Reaktion auf die erste Nachricht vorgesehen wird und die genannte Zufallszahl aufweist, die mit einem dem Token zugeordneten privaten Schlüssel verschlüsselt ist, sowie ein digitales Zertifikat, das einen dem Token zugeordneten öffentlichen Schlüssel aufweist, verschlüsselt mit einem privaten Schlüssel einer vertrauenswürdigen Autorität; (c) Bestimmen, ob die zweite Nachricht ordnungsgemäß auf die erste Nachricht anspricht, und Platzieren des Knotens in einem ersten Zustand, wenn die zweite Nachricht ordnungsgemäß auf die erste Nachricht anspricht; und (d) periodisches Ausführen der Schritte (a) bis (c) zur Bestimmung, ob sich das Token innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu dem Knoten befindet; und Erhalten des Knotens in einem ersten Zustand, wenn das Token ordnungsgemäß anspricht, und Platzieren des Knotens in einem zweiten Zustand, wenn das Token nicht anspricht oder nicht ordnungsgemäß anspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem genannten ersten Zustand um einen Betriebszustand handelt, und wobei es sich bei dem genannten zweiten Zustand um einen nicht betriebsfähigen Zustand handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem genannten Knoten um einen Computer handelt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem genannten Knoten um einen Türsteuerungsmechanismus handelt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die genannte erste Nachricht die genannte Zufallszahl in einem unverschlüsselten Format aufweist, und wobei die genannte zweite Nachricht die genannte Zufallszahl mit einem dem Token zugeordneten privaten Schlüssel verschlüsselt aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die genannte erste Nachricht die genannte Zufallszahl mit einem dem Token zugeordneten öffentlichen Schlüssel verschlüsselt aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die genannte Periodizität der genannten Austauschvorgänge der ersten und zweiten Nachricht programmierbar ist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren vor dem Schritt (a) die folgenden Schritte umfasst: Übertragen einer Abfragenachricht von dem Knoten zu dem Token (620); und Übertragen einer Antwort durch das Token an den Knoten, wenn sich das Token innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu dem Knoten (625) befindet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren vor dem Schritt (a) ferner die folgenden Schritte umfasst: Übertragen einer Abfragenachricht von dem Token an den Knoten; und Übertragen einer Antwortnachricht von dem Knoten an das Token, die anzeigt, dass der Knoten bestätigt, dass sich das Token innerhalb eines vorbestimmten Abstands befindet.
  10. Drahtloses Authentifikationssystem zur Steuerung eines Betriebszustands eines ersten Knotens mit mindestens einem ersten Datenbus zur Unterstützung von Kommunikationen innerhalb des ersten Knotens auf der Basis der Nähe eines autorisierten Anwenders, der sich in Besitz eines Tokens befindet, zu dem ersten Knoten, wobei das drahtlose Authentifikationssystem folgendes umfasst: eine in dem ersten Knoten implementiert Sicherheitsvorrichtung mit einem drahtlosen Transceiver, wobei die genannte Sicherheitsvorrichtung eine erste Nachricht und eine Mehrzahl weiterer Nachrichten erzeugt, die über den genannten drahtlosen Transceiver an das Token übermittelt werden, wobei die genannte erste Nachricht eine Zufallszahl aufweist, und wobei die genannten weiteren Nachrichten nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls einzeln übermittelt werden; und das Token, das einen drahtlosen Datenübermittlungsabschnitt mit der genannten Sicherheitsvorrichtung herstellt, die mit einer Nachricht antwortet, welche die genannte Zufallszahl aufweist, die mit einem dem Token zugeordneten privaten Schlüssel verschlüsselt ist, und mit einem digitalen Zertifikat, das einen öffentlichen Schlüssel aufweist, der dem Token zugeordnet ist, verschlüsselt mit einem privaten Schlüssel einer vertrauenswürdigen Autorität, wobei die genannte Sicherheitsvorrichtung und das genannte Token derart arbeiten, dass der erste Knoten unter Verwendung der genannten Mehrzahl von Nachrichten in einem Betriebszustand platziert wird.
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