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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung und zum
Betrieb von Informationseinheiten in einem Sicherheitsmodul. Der
Begriff „Sicherheitsmodul" ist entweder in
seinem herkömmlichen
Sinn zu verstehen, d. h. er bezeichnet eine Vorrichtung, die zum
Zweck hat, in einem Kommunikations- oder Informationsnetz in Besitz
eines das Netz überwachenden
Organs zu sein und auf geschützte Weise
geheime und grundlegende Parameter des Netzes, wie z. B. kryptografische
Schlüssel
zu speichern, oder als einfache Bezeichnung einer Vorrichtung, die
diversen Anwendern des Netzes zugeordnet ist und jedem dieser Anwender
den Zugang zu diesem Netz ermöglicht,
wobei letztere Vorrichtung ebenfalls geheime Parameter enthalten
kann. Das Sicherheitsmodul kann die Form eines tragbaren Objekts
in der Art einer Chipkarte annehmen.
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Es
ist bekannt, dass ein Betrüger
die in Datenspeichermittel, insbesondere in Speicher von elektronischen
Chips enthaltenen Informationen lesen oder ändern kann, indem er je nach
Fall ein elektronisches Mikroskop oder Mittel zur Erzeugung von Strahlung
einsetzt. Um eine Wirkung zu erzielen, muss er jedoch nicht nur
Zugriff auf die gespeicherten Informationen haben, sondern auch
die Funktion dieser Informationen für den Betrieb des Sicherheitsmoduls
identifizieren.
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Die
Druckschrift US-A-4,064,558 bezieht sich auf die Datenspeicherung
in einem Speicher unter Anwendung eines Verfahrens zur störenden Beeinflussung
der physischen Adressen.
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Das
Hauptziel der Erfindung ist es, ein Datenspeicherverfahren vorzuschlagen,
das das Herausfinden der jeder der gespeicherten Informationen zugeordneten
Funktion wesentlich erschwert.
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Die
in den unabhängigen
Patentansprüchen definierte
Erfindung bezieht sich dazu auf ein Verfahren zur Informationsspeicherung
in Datenspeichermitteln eines Sicherheitsmoduls und ist dadurch
gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst, die in folgendem
bestehen:
- – Definieren
in den Speichermitteln einer ersten Speicherzone zur Speicherung
von Daten, die unter Angabe logischer Adressen zugänglich sind;
- – Definieren
in den Speichermitteln einer zweiten Speicherzone zur Speicherung
der physischen Adressen dieser Daten, durch die ihre Position in der
ersten Speicherzone definiert wird, wobei sich diese physischen
Adressen an einer Stelle befinden, die von den jeweiligen logischen
Adressen der Daten abhängt;
- – Speichern
der Daten in der ersten Speicherzone an einer Stelle, die von deren
jeweiligen logischen Adressen abhängt, sowie der logischen Adressen dieser
Daten in der zweiten Speicherzone an einer Stelle, die von diesen
logischen Adressen abhängt;
und
- – Paarweises
Umwandeln der logischen Adressen der Dateneinheiten in der zweiten
Speicherzone zur Definition ihrer physischen Adressen und nach jeder
Umwandlung Umwandeln der beiden entsprechenden Dateneinheiten in
der ersten Speicherzone oder umgekehrt.
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Alternativ
dazu ist das Verfahren zur Informationsspeicherung in Datenspeichermitteln
eines Sicherheitsmoduls dadurch gekennzeichnet, dass es folgende
Schritte umfasst, die in folgendem bestehen:
- – Definieren
in den Speichermitteln einer ersten Speicherzone zur Speicherung
von Daten, die unter Angabe logischer Adressen zugänglich sind;
- – Definieren
in den Speichermitteln einer zweiten Speicherzone zur Speicherung
der physischen Adressen dieser Daten, durch die ihre Position in der
ersten Speicherzone definiert wird, wobei sich diese physischen
Adressen an einer Stelle befinden, die von den jeweiligen logischen
Adressen der Daten abhängt;
- – Zufälliges Speichern
in der zweiten Speicherzone der logischen Adressen der Daten zur
Definition der physischen Adressen dieser Daten; und
- – Speichern
der Daten in der ersten Speicherzone an einer Stelle, die von deren
jeweiligen physischen Adressen abhängt.
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Auf
diese Weise sind die Daten in den Speichermitteln verstreut, was
in der Praxis verhindert, sie ausfindig zu machen. Im vorliegenden
Dokument geschilderte Weiterbildungen ermöglichen zudem die gespeicherten
Informationen noch besser zu schützen.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein entsprechendes Betriebsverfahren
sowie ein Sicherheitsmodul.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf
der folgenden Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht einschränkenden
Ausführungsweise
in Anlehnung an beiliegende Abbildungen deutlich, wobei:
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1 eine mit einem Sicherheitsmodul
zusammenwirkende Datenverarbeitungsvorrichtung darstellt;
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2 eine Variante eines Sicherheitsmoduls darstellt;
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3 einen flüchtigen
Speicher eines Sicherheitsmoduls darstellt, der zwei besondere Speicherzonen
umfasst, die jeweils einen gesicherten RAM-Speicher und eine Streuungsmatrix
bilden;
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4 den Speicher aus 3 nach Streuung der Informationseinheiten
des gesicherten RAM-Speichers 41 darstellt;
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5 eine Variante von 4 ist, bei der die Informationseinheiten
jeweils eine einzige Speicherzelle besetzen;
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6 die Markierung der Zellen
mit einem Pointer darstellt;
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7 ein Organigramm eines
Umkehrverfahrens von zwei Zellen der Streuungsmatrix ist;
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die 8 bis 10 den flüchtigen Speicher während drei
aufeinander folgenden Schritten des Verfahrens aus 7 darstellen;
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11 ein Organigramm eines
Umkehrverfahrens von zwei Zellen des gesicherten RAM-Speichers ist,
das sich dem Verfahren aus 7 anschließt;
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die 12 bis 14 den flüchtigen Speicher während drei
aufeinander folgenden Schritten des Verfahrens aus 11 darstellen; und
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15 ein Organigramm eines
mehrfachen Vertauschverfahrens der Zellen des gesicherten RAM-Speichers
ist.
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1 stellt eine mit einem
tragbaren Objekt 8 zusammenwirkende Datenverarbeitungsvorrichtung 1 dar.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung umfasst auf an sich bekannte Weise
einen Mikroprozessor 2, mit dem ein ROM-Speicher 3,
ein RAM-Speicher 4, Mittel 5 zum Zusammenwirken
mit bzw. ohne physischen Kontakt mit dem tragbaren Objekt 8 sowie
eine Übertragungsschnittstelle 7 verbunden
sind, mit der die Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Datenkommunikationsnetz
kommunizieren kann. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 1 kann
zudem mit Speichermittel, wie z. B. Disketten, Wechselplatten oder
Platten, Eingabemittel (wie z. B. eine Tastatur und/oder eine Markiervorrichtung
in der Art einer Maus) und Anzeigemittel ausgestattet sein, wobei diese
verschiedenen Mittel nicht in 1 dargestellt sind.
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Die
Datenverarbeitungsvorrichtung kann aus jeglichem EDV-Gerät bestehen,
das an einem privaten oder öffentlichen
Standort installiert und dazu fähig
ist, Mittel zur Datenverwaltung oder zur Erteilung verschiedener
Produkte oder Dienstleistungen bereitzustellen, wobei dieses Gerät fest oder
tragbar installiert ist. Es kann sich insbesondere auch um ein der
Telekommunikation gewidmetes Gerät
handeln.
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Darüber hinaus
trägt das
tragbare Objekt 8 einen Chip mit Mittel zum Bearbeiten
der Information 9, einen nicht-flüchtigen Speicher 10,
einen flüchtigen
RAM-Arbeitsspeicher 14 und Mittel 13 zum Zusammenwirken
mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 1. Dieser Chip ist
angeordnet, um im Speicher 10 eine geheime Zone 11 zu
definieren, in der gespeicherte Informationen von außerhalb
des Chips unzugänglich
und nur den Verarbeitungsmitteln 9 zugänglich sind, sowie eine zugängliche
Zone 12, die durch den Mikroprozessor 9 von außerhalb
des Chips zum Lesen und/oder Schreiben von Informationen zugänglich gemacht
worden ist. Jede Zone des nicht-flüchtigen Speichers 10 kann
einen nicht zu verändernden
ROM-Bereich und
einen veränderbaren EPROM-/EEPROM-Bereich
enthalten oder aus einem „Flash"-RAM-Speicher bzw.
FRAM-Speicher (bei letzterem handelt es sich um einen ferromagnetischen
RAM-Speicher) bestehen, d. h. die Eigenschaften eines EEPROM-Speichers
und zudem die einem herkömmlichen
RAM-Speicher entsprechenden Zugangszeiten aufweisen.
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Als
Chip kann insbesondere ein wie im amerikanischen Patent Nr. 4.382.279
im Namen des Anmelders beschriebener selbstprogrammierbarer Mikroprozessor
mit einem nicht-flüchtigen
Speicher verwendet werden. Wie in Spalte 1, Zeile 13–25 dieses
Patents angegeben, entspricht die selbstprogrammierbare Art des
Chips der Möglichkeit
eines in einem ROM-Speicher
vorhandenen Programms fi ein anderes, in einem programmierbaren
Speicher vorhandenes Programm fj in ein Programm gj umzuändern. In
einer Variante wird der Mikroprozessor des Chips durch logische
Schaltungen, die in einen Halbleiterchip eingelassen sind, ersetzt
oder zumindest ergänzt.
Derartige Schaltungen sind nämlich
dank verkabelter und nicht mikroprogrammierter Elektronik dazu fähig, Berechnungen
auszuführen,
insbesondere zur Authentifizierung und Signatur. Sie können insbesondere
vom Typ ASIC (aus dem Englischen „Application Specific Integrated
Circuit") sein.
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In 2 ist eine Variante von 1 dargestellt, bei der die
Datenverarbeitungsvorrichtung 16 neben den Elementen der
Datenverarbeitungsvorrichtung 1 aus 1 die in einem Modul 15 angeordneten
des tragbaren Objekts 8 umfasst, wobei die gemeinsamen
Elemente der 1, 2 dieselben Bezugszahlen
aufweisen. Die Mittel zum Zusammenwirken 5, 13 aus 1 wurden jedoch durch eine permanente
Verbindung zwischen dem Mikroprozessor 2 und dem Mikroprozessor 9 ersetzt.
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Gemäß einer
Variante der 2 besteht
die Datenverarbeitungsvorrichtung aus dem Modul 15 selbst
(aus 2).
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Erfindungsgemäß ändern sich
im Laufe der Zeit die physische Lageanordnung und die Struktur einer
sensiblen Information in einem der Speicher des tragbaren Objekts 8 oder
des Moduls 15 auf zufällige
Weise. Wenn also S eine Einheit von n Speicherzellen (c0, c1, c2,
..., c(n – 1))
und f eine Streufunktion ist, die dazu geeignet ist, den Inhalt
einer beliebigen Zelle ci von einer Ausgangsadresse
in eine Streuadresse f(ci) zu verstreuen,
prüft die
Funktion f folgende zwei Eigenschaften: ci ≠ cj ⇒ f(ci) ≠ f(cj) ci ∈ S ⇒ f(ci) ∈ S(wobei ∈ ein Symbol
ist, das "zugehörig zu" bedeutet)
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Als
Beispiel wird in 3 die
Struktur des RAM-Speichers 14 des tragbaren Objekts 8 bzw.
des Moduls 15 dargestellt. Er umfasst sechzehn durch die
Ziffern 0 bis 9 sowie durch die Buchstaben A bis F (hexadezimale
Einteilung) gekennzeichnete Spalten sowie zehn durch die Ziffern
6 bis 9 und durch die Buchstaben A bis F gekennzeichnete Zeilen.
Diese Zeilen und Spalten definieren hundertsechzig Zellen, die ausgehend
von der Zelle 60 (d. h. Zeile 6, Spalte 0) bis zur Zelle
FF (d. h. Zeile F, Spalte F) gekennzeichnet sind. Jede Zelle speichert
ein binäres
Byte.
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Der
RAM-Speicher ist in drei unterschiedliche Zonen eingeteilt. Eine
erste Zone 41 umfasst die Zellen 80 bis AF und
wird als „gesicherter
RAM-Speicher" bezeichnet, da sein
Inhalt mittels der vorab genannten Funktion f gesichert wird: in
dieser Zone werden die zu schützenden
sensiblen Informationen gespeichert. Eine zweite Zone 42 umfasst
die Zellen B0 bis BF und wird als „Streuungsmatrix" bezeichnet, da sie
dazu verwendet wird, die sensiblen Informationen im gesicherten
RAM-Speicher zu streuen. Schließlich
umfasst eine als „RAM-Standard-Speicher" bezeichnete dritte
Zone 43 die restlichen Zellen, d. h. 60 bis 7F
und C0 bis FF: sie wird zum Speichern der nicht sensiblen Informationen
verwendet. Es wird darauf hingewiesen, dass der gesicherte RAM-Speicher
und die Streuungsmatrix in diesem Beispiel aus aneinandergrenzenden
Zellen bestehen. In einer Variante könnten diese jedoch auch aus nicht
aneinandergrenzenden Zellen bestehen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind
die gesamten im gesicherten RAM-Speicher gespeicherten Informationen
in mehrere als „Informationseinheiten" bezeichnete Elemente
unterteilt, die jeweils dieselbe bestimmte Anzahl an Zellen umfassen.
Im Beispiel der 3 und 4 ist jede Informationseinheit
mit einem dicken Strich eingerahmt und umfasst drei Zellen: man
unterscheidet zum Beispiel die Informationseinheit (a, b, c), deren
Inhalt auf die Zellen mit der jeweiligen Adresse 83, 84 und 85 verteilt
ist, die Informationseinheit (d, e, f) und die Informationseinheit
(g, h, i). Die beiden aneinandergrenzenden Informationseinheiten
(a, b, c) und (d, e, f) bilden eine vollständige Information I, wie zum
Beispiel ein Passwort.
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Die
Größe der Streuungsmatrix 42 hängt von der
Anzahl der Informationseinheiten ab, die im gesicherten RAM-Speicher
enthalten sein können,
da sie für
jede Informationseinheit eine besondere Zelle umfasst. In diesem
Beispiel umfasst der gesicherte RAM-Speicher achtundvierzig Zellen,
also dreimal weniger Informationseinheiten, d. h. sechzehn Zellen B0
bis BF. Jeder Informationseinheit wird eine Zelle der Streuungsmatrix
zugeteilt, die in der entsprechenden Speicherzone einen Rang einnimmt,
der eine besondere Funktion eines von der Informationseinheit im
gesicherten RAM-Speicher 41 eingenommenen
Rangs ist. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Funktion um
die Identität,
so dass jeder Informationseinheit eine Zelle der Streuungsmatrix
zugeordnet wird, welche einen gleichen Rang in der betreffenden
Speicherzone einnimmt. Zum Beispiel wird der Informationseinheit
(a, b, c), welche den Rang 2 im gesicherten RAM-Speicher besitzt,
die Zelle B1 zugeordnet, die denselben Rang in der Streuungsmatrix
besitzt. In derselben Weise wird die Informationseinheit (d, e,
f) der dritten Zelle B2, sowie die Informationseinheit (g, h, i)
der fünfzehnten
Zelle BE zugeordnet. In einer Variante kann die Funktion G allerdings
komplexer sein; hierbei beruht der Rang rj der
Zelle der Streuungsmatrix auf einer mathematischen Formel, die ausgehend
vom Rang ri der Informationseinheit gemäß der Formel
rj = G(ri) ermittelt wird.
Im Folgenden kann ein Beispiel aufgeführt werden, bei dem sechzehn
Ränge definiert
werden: rj = 17 – ri.
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Gemäß Definition
besteht die Adresse einer Informationseinheit aus der Adresse der
ersten sie betreffenden Zelle: so ist die Adresse der Informationseinheit
(a, b, c) aus 3 83,
d. h. die Adresse ihrer ersten die Information enthaltenden Zelle
(a), während
die Adresse der Informationseinheit (g, h, i) AA ist. In 3 sind die Informationseinheiten an
als „logische
Adressen" bezeichneten
Adressen angeordnet, die den Adressen entsprechen, die man dem tragbaren
Objekt bereitstellen muss, damit es diese Informationseinheiten
bearbeitet. Gehen wir nun auf ein Initialisierungsverfahren des
RAM-Speichers 14 ein, durch das ein Ausgangszustand der
Einlagerung der Informationseinheiten im gesicherten RAM-Speicher 41 definiert
werden kann. In einer ersten Phase füllt man die Streuungsmatrix 42 mit
den Adressen der Informationseinheiten, die im gesicherten RAM-Speicher 41 gespeichert
werden können,
wobei diese Adressen zufällig
gezogen werden. In 4 sind
nur drei dieser Adressen dargestellt: AA, 92 und 98.
In einer zweiten Phase gibt man die im gesicherten RAM-Speicher 41 zu
speichernden Informationseinheiten in Abhängigkeit der in der Streuungsmatrix
enthaltenen Adressen ein. Zum Beispiel ordnet man die Informationseinheit
(a, b, c) an der in der Zelle der Streuungsmatrix enthaltenen Adresse an,
die dieser Informationseinheit zugeordnet ist: wie gesehen, handelt
es sich um die Zelle aus Rang 2. Man platziert diese Informationseinheit
also an der Adresse AA. Auf dieselbe Weise ordnet man die Informationseinheit
(d, e, f) an der Adresse 92 und die Informationseinheit
(g, h, i) an der Adresse 98 ein. Die in der Streuungsmatrix
aus 4 enthaltenen Adressen
werden als „physische
Adressen" bezeichnet,
da sie die tatsächliche
Position der Informationseinheiten im gesicherten RAM-Speicher 41 bestimmen
werden. In 4 befindet
sich der gesicherte RAM-Speicher 41 tatsächlich in
einem „gesicherten" Zustand, da seine
Informationseinheiten in Bezug auf den Zustand in 3 zerstreut wurden.
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Alternativ
dazu wird nun ein anderes Initialisierungsverfahren des RAM-Speichers 14 dargestellt.
In einer ersten Phase füllt
man die Streuungsmatrix mit den logischen Adressen der Informationseinheiten.
So bringt man in der ersten Zelle die der ersten Informationseinheit
entsprechende Adresse, d. h. 80, an. In der zweiten Zelle
bringt man die der zweiten Informationseinheit (a, b, c) entsprechende logische
Adresse, d. h. 83 an, usw. In einer zweiten Phase füllt man
den gesicherten RAM-Speicher 41 in Abhängigkeit der in der Streuungsmatrix
enthaltenen Adressen. Auf diese Weise, die auch in 3 dargestellt ist, setzt man die Informationseinheit
(a, b, c) auf den zweiten Rang, die Informationseinheit (d, e, f)
auf den dritten Rang usw. In einer dritten Phase zerstreut man schließlich paarweise
die Informationseinheiten des gesicherten RAM-Speichers 41,
indem ein im Folgenden beschriebenes elementares Vertauschverfahren
eingesetzt wird, bis alle Informationseinheiten versetzt worden
sind. Alternativ dazu hätte
man die erste und zweite Phase austauschen können.
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Wenn
der Mikroprozessor während
des Betriebs ein Programm ausführt,
das den Zugang zu einer Information wie der vorab genannten Information I
unter Angabe der logischen Adressen 83 und 86 erfordert,
ruft der Mikroprozessor die Streuungsmatrix 42 ab. Er liest
die erste in der Zelle zweiten Ranges geschriebene physische Adresse
ab, nämlich
AA; anschließend
begibt er sich dazu, den Inhalt der Informationseinheit (a, b, c)
ausgehend von dieser Adresse im gesicherten RAM-Speicher abzulesen. Anschließend liest
er die zweite in der Zelle dritten Ranges geschriebene physische
Adresse, nämlich 92;
anschließend
begibt er sich dazu, ausgehend von dieser Adresse im gesicherten
RAM-Speicher den Inhalt der Informationseinheit (d, e, f) abzulesen
und dadurch die Information I wiederherzustellen.
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Gemäß der vorausgehend
beschriebenen ersten Ausführungsform
streut man die Information im gesicherten RAM-Speicher, indem man
deren Struktur verändert,
d. h. die Reihenfolge, in der die betreffende Information bildenden
Informationseinheiten in den Zellen angeordnet sind, ohne dabei
jedoch einen maximalen Streuungsgrad zu erreichen. Im Gegensatz
dazu kann mit der Variante aus 5 dieses
Ziel erreicht werden. Bei diesem Beispiel entspricht jede Informationseinheit
einer einzigen Zelle des gesicherten RAM-Speichers 41:
daraus ergibt sich, dass die Streuungsmatrix 44 genau so
viele Zellen umfasst wie der gesicherte RAM-Speicher, d. h. achtundvierzig,
die zwischen den Adressen B0 und DF angeordnet sind.
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Nach
dem Schreiben aller Adressen der Informationseinheiten in die Streuungsmatrix 44 und anschließender zufälliger Modifikation
dieser Adressen, wie für
das vorausgehende Beispiel erklärt,
erhält
man die Streuungsmatrix der 5,
auf der nur die physischen Adressen der neun Informationseinheiten
(a bis i), die im gesicherten RAM-Speicher der 3 abgebildet sind, dargestellt sind.
Zum Beispiel ist die physische Adresse der Informationseinheit (b) in
der Zelle desselben Ranges als (b) gespeichert, nämlich des
Ranges 5: diese Adresse ist also 96. Ebenso befindet sich
die physische Adresse der Informationseinheit (g) in der Zelle DA
der Streuungsmatrix und beträgt
9C.
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Anschließend streut
der Mikroprozessor der Karte die Informationseinheiten (a bis i)
im gesicherten RAM-Speicher in Abhängigkeit der physischen Adresse,
die sich in der Streuungsmatrix 44 befindet. Zum Beispiel
wird die Informationseinheit (c) in der Zelle des gesicherten RAM-Speichers 41 gespeichert,
deren Adresse in der Zelle B5 der Streuungsmatrix 44 geschrieben
ist, nämlich
die Adresse 8F. Ebenso hat die Informationseinheit (f) den in der
Zelle B8 geschriebenen Wert AB als physische Adresse.
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Bei
diesem zweiten Beispiel ist festzustellen, dass die aus den sechs
elementaren Informationen (a bis f), die in 3 angrenzend aufeinander folgen, gebildete
Information I derart unterteilt wird, dass die sechs Informationen
(a bis f) überhaupt
nicht mehr angrenzend sind. Natürlich
erhöht
diese Eigenschaft die Sicherheit noch stärker, da die Arbeit eines Betrügers die
Gruppe von Informationen (a bis f) ausgehend vom gesicherten RAM-Speicher
in dem Zustand, in dem sie sich in 5 befindet,
wieder herzustellen, noch schwieriger ist als ausgehend vom gesicherten
RAM-Speicher in 4. Im Allgemeinen gilt,
dass je mehr Zellen in jeder Informationseinheit sind, desto geringer
der Schutz der sensiblen Informationen ist.
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Im
Folgenden ist die Adresse jeder Zelle in jeder Zone des RAM-Speichers 14 durch
ein in Bezug auf einen Ausgangspunkt bestimmtes Verschieben definiert,
wobei der Ausgangspunkt durch die Adresse der ersten Zelle der Zone
gebildet wird und zwar aufgrund einer besonderen Adressierungsweise
an einen bestimmten Typ von Mikroprozessoren. Alternativ dazu könnte man
selbstverständlich
eine von den anderen Zellen unabhängige, absolute Adresse jeder
Zelle definieren, wie dies in Bezugnahme auf die 3 bis 5 geschehen
ist.
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In
Bezugnahme auf 6, die
erneut die Struktur des RAM-Speichers
aus 5 darstellt, d.
h. mit pRamSec als einem Pointer, der die erste Zelle 45 des
gesicherten RAM-Speichers auswählt,
und pMat als einem Pointer, der die erste Zelle 46 der Streuungsmatrix
auswählt.
Eine beliebige Zelle der Streuungsmatrix enthält einen eine Verschiebung
in Bezug auf den Pointer pRamSec darstellenden Wert. Gehen wir davon
aus, dass der Mikroprozessor den Inhalt einer Zelle 47 des
gesicherten RAM-Speichers erreichen muss, dessen wie folgt definierte
logische Adresse er kennt:
pRamSec + logische Verschiebung
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Die
entsprechende physische Adresse wird durch:
pRamSec + physische
Verschiebung bestimmt,
wobei die (physische Verschiebung) dem
Inhalt der Zelle 48 der Streuungsmatrix entspricht, die
zur Zelle 47 homolog ist, d. h. dieselbe Matrixposition
besitzt; die Zelle 48 hat folgende Adresse: pMat + logische Verschiebung.
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Von
hier an kann man die physische Adresse einer zu adressierenden Zelle
ausgehend von ihrer logischen Adresse ermitteln: ein Ablesen an
dieser physischen Adresse gibt uns also einen an dieser Adresse
gespeicherten Wert.
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Nun
wird ein bevorzugtes Verfahren zur Durchführung eines elementaren Vertauschens
des Inhalts zweier zufällig
gezogener Zellen des gesicherten RAM-Speichers in Anlehnung an die 7 bis 10 beschrieben. Als erstes führt der
Mikroprozessor 9, wie durch Schritt 71 in 7 dargestellt, eine zufällige Ziehung
zweier Zahlen aus einer Einheit durch, die aus den Adressen aller
durch ihre logische Verschiebung definierten Zellen des gesicherten RAM-Speichers 41 besteht;
die achtundvierzig Zellen werden durch eine logische Verschiebung
mit einem Wert zwischen 0 und 47 definiert. Wenn z. B. die Werte 4 und 8 gezogen
werden, werden diese gemäß dem Schritt 72 aus 7 in zwei Zellen C1 und C2
des RAM-Standard-Speichers 43 gespeichert; das Ergebnis
wird in 8 dargestellt.
In Schritt 73 wird der Inhalt der durch die in der Zelle
C1 enthaltene logische Verschiebung markierten Zelle der Streuungsmatrix 44 in
einer Zelle C3 des RAM-Standard-Speichers 43 gespeichert:
da die logische Verschiebung 4 beträgt, ist die entsprechende logische Adresse
in Bezug auf die Zelle B4, deren Inhalt 22 beträgt, pMat
+ 4. Das Ergebnis ist in 8 dargestellt.
In Schritt 74 wird anschließend der Inhalt der durch die
Zelle C2 markierten Zelle der Streuungsmatrix in der durch die Zelle
C1 markierten Zelle gespeichert: die in der Zelle C2 enthaltene
logische Verschiebung beträgt 8 und
bezeichnet die Adressenzelle pMat + 8, also die Zelle B8.
Ihr Inhalt 43 wird in der Adressenzelle pMat + 4 angeordnet,
also in der Zelle B4. Das Ergebnis ist in 9 dargestellt. Schließlich wird in Schritt 75 der
Inhalt der Zelle C3 in der durch den Inhalt von Zelle C2 markierten
Zelle der Streuungsmatrix 44 gespeichert, nämlich der
logischen Adressenzelle pMat + 8, also in der Zelle B8.
Das Ergebnis ist in 10 dargestellt.
Sieht man sich die 8 und 10 an, kann man feststellen,
dass die Werte der logischen Verschiebung 22 und 43 ausgewechselt
wurden.
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Nachdem
es zu einem Vertauschen der Adressen in der Streuungsmatrix 44 gekommen
ist, muss nun auch ein entsprechendes Vertauschen der diesen Adressen
im gesicherten RAM-Speicher 41 zugeordneten Daten vorgenommen
werden. In Schritt 111 in 11 wird
der Inhalt der Zelle des gesicherten RAM-Speichers 41 abgelesen,
deren logische Adresse durch den Inhalt von Zelle C1 definiert wird.
Der Wert der logischen Verschiebung 4 verweist auf die
Zelle B4 der Streuungsmatrix, die die physische Verschiebung 43 enthält: die
entsprechende Adresse im gesicherten RAM-Speicher 41 ist
also pRamSec + 43, was der Zelle AB entspricht. In Schritt 112 wird
der Inhalt dieser Zelle, wie in 12 dargestellt,
in der Zelle C3 gespeichert. In Schritt 113 liest der Mikroprozessor
den Inhalt der Zelle des gesicherten RAM-Speichers 41 ab,
deren Adresse durch den Inhalt von Zelle C2 definiert ist. Der Wert 8 verweist auf
die Zelle B8 der Streuungsmatrix, weiche die physische Verschiebung 22 enthält: die
entsprechende Adresse im gesicherten RAM- Speicher 41 ist also pRamSec
+ 22, was der Zelle 96 entspricht und den Wert
b enthält.
In Schritt 114 wird dieser Wert in der Zelle des gesicherten
RAM-Speichers 41 gespeichert, deren logische Verschiebung
in der Zelle C1 gespeichert ist; die logische Verschiebung 4 entspricht
der physischen Verschiebung 43, die wiederum die Zelle
AB des gesicherten RAM-Speichers 41 bezeichnet. Das Ergebnis
ist in 13 dargestellt. Schließlich speichert
der Mikroprozessor in Schritt 115 den Inhalt f der Zelle
C3 in der Zelle des gesicherten RAM-Speichers 41 mit der
in Zelle C2 gespeicherten logischen Verschiebung, wobei es sich um
die Adressenzelle 96 handelt. Das Ergebnis ist in 14 gezeigt. Durch Vergleich
der 12 und 14 kann man feststellen,
dass die Werte b, f tatsächlich vertauscht
wurden.
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In 14 kann man die Übereinstimmung zwischen
den vertauschten Adressen der Streuungsmatrix und den vertauschten
Werten des gesicherten RAM-Speichers 41 nachvollziehen.
Zum Beispiel hat der Wert (f) gemäß 3 eine durch die logische Verschiebung 8 definierte
Adresse, nämlich
die physische Verschiebung 22 in 14. Es ist festzustellen, dass der Wert
f sich sehr wohl in der Zelle 96 befindet, die diese physische
Verschiebung besitzt.
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In
der Praxis führt
der Mikroprozessor nicht nur eine, sondern eine bestimmte Anzahl
von elementaren Vertauschungen durch, die gemäß dem Verfahren aus 15 eine so genannte „Mehrfach"-Vertauschung bilden.
In Schritt 151 zieht der Mikroprozessor eine Zufallszahl
AL1: normalerweise kann diese Zahl zum Beispiel zwischen 0 und 256
liegen. In Schritt 152 initialisiert der Mikroprozessor
einen Zähler
mit dem Wert AL1. In Schritt 153 prüft der Mikroprozessor, ob der
Zähler
einen positiven Wert hat. Ist dies der Fall, führt er gemäß dem Verfahren aus 7 und 11 eine elementare Vertauschung durch
und zieht dazu zwei Zufallszahlen zwischen 0 und 47. In Schritt 155 dekrementiert
der Mikroprozessor den Zähler
um eine Einheit und kehrt dann zu Schritt 153 zurück. Nachdem
der Zähler
den Wert 0 erreicht hat, kommt er zum Schluss der in 156 gekennzeichneten
Mehrfach-Vertauschung.
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Das
soeben beschriebene Verfahren der Mehrfachvertauschung bzw. Regenerierungsverfahren
der Streuungsmatrix, wird zu unterschiedlichen Momenten ausgelöst: als
erstes nach jedem erneuten Unterspannungssetzen der Karte, dann
auch im Laufe einer Anwendungssitzung der Karte zu bestimmten kritischen
Augenblicken, z. B. wenn eine sensible Information bearbeitet wird.
So setzt das Laden des PIN-Codes (aus dem Englischen Personal Identification
Number) im gesicherten RAM-Speicher 41 die Übertragung
von acht Bytes an diesen Speicher voraus: man entscheidet, nach
Laden jedes Bytes des PIN-Codes eine Regenerierung der Streuungsmatrix
auszulösen.
Ein anderes Beispiel ist, wenn in einem Sicherheitsregister der
Karte eine Anomalie festgestellt wird. Es wird darauf hingewiesen,
dass eine Karte auf an sich bekannte Weise eine Vielzahl von Sensoren
enthält,
mit denen diverse physikalische Eigenschaften der Karte getestet
werden können,
z. B. ihre Temperatur, der Strahlungsgrad, dem sie eventuell ausgesetzt
ist, die elektrische Kontinuität
einer Abschirmung gegen mechanische Eingriffe usw. Der Zustand,
in dem sich diese Sensoren zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden,
wird im besagten Sicherheitsregister aufgezeichnet. Man kann entscheiden,
zu bestimmten kritischen Zeitpunkten, z. B. vor der Bearbeitung
einer sensiblen Information, den Zustand des Sicherheitsregisters
zu testen und eine Regenerierung der Streuungsmatrix auslösen, wenn
eine Anomalie festgestellt wird.
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Gemäß einer
Variante der Erfindung befindet sich die Streuungsmatrix in einem
Speicher der Karte oder des Sicherheitsmoduls, der sich von dem
den gesicherten Speicher bildenden unterscheidet. Dies ist besonders
vorteilhaft, wenn man den gesicherten Speicher schonen will. Zum
Beispiel könnte
in Bezugnahme auf 1 die
Streuungsmatrix im nicht-flüchtigen
Speicher 10 sein.
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Es
ist festzustellen, dass ein vorteilhaftes Ergebnis der Erfindung
darin liegt, dass die Zeit, die der Mikroprozessor braucht, um zu
einer beliebigen der im gesicherten RAM-Speicher 41 gespeicherten
Informationen zugreifen zu können,
konstant ist. Dies wird dadurch erreicht, dass man die Informationseinheiten
unter Anwendung einer Matrixübereinstimmung (Übereinstimmung
zwischen den Zellen des gesicherten RAM-Speichers 41 und
denen der Streuungsmatrix) ihren Adressen zuordnet. Dies hindert jeden
den Mikroprozessor beobachtenden Betrüger die einzelnen Zugriffe
auf verschiedene Informationseinheiten auseinander halten zu können. Könnte er diese
unterscheiden, würden
ihm Hinweise über
die bearbeiteten Informationen vorliegen.