EP1455311A2 - Verfahren zum sicheren Datenaustausch - Google Patents

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EP1455311A2
EP1455311A2 EP04090094A EP04090094A EP1455311A2 EP 1455311 A2 EP1455311 A2 EP 1455311A2 EP 04090094 A EP04090094 A EP 04090094A EP 04090094 A EP04090094 A EP 04090094A EP 1455311 A2 EP1455311 A2 EP 1455311A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
processing unit
data processing
message
key
integrity
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04090094A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1455311A3 (de
Inventor
Gerrit Bleumer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Francotyp Postalia GmbH
Original Assignee
Francotyp Postalia GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Francotyp Postalia GmbH filed Critical Francotyp Postalia GmbH
Publication of EP1455311A2 publication Critical patent/EP1455311A2/de
Publication of EP1455311A3 publication Critical patent/EP1455311A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00016—Relations between apparatus, e.g. franking machine at customer or apparatus at post office, in a franking system
    • G07B17/0008—Communication details outside or between apparatus
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00016—Relations between apparatus, e.g. franking machine at customer or apparatus at post office, in a franking system
    • G07B17/00024—Physical or organizational aspects of franking systems
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00016—Relations between apparatus, e.g. franking machine at customer or apparatus at post office, in a franking system
    • G07B17/0008—Communication details outside or between apparatus
    • G07B2017/00137—In a LAN
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07B—TICKET-ISSUING APPARATUS; FARE-REGISTERING APPARATUS; FRANKING APPARATUS
    • G07B17/00—Franking apparatus
    • G07B17/00733—Cryptography or similar special procedures in a franking system
    • G07B2017/00741—Cryptography or similar special procedures in a franking system using specific cryptographic algorithms or functions

Definitions

  • the present invention relates to a method for secure data exchange between a first data processing unit and a second data processing unit, at a secure communication channel between in a communication setup step the first data processing unit and the second data processing unit and in a data transmission step over the secure communication channel a first message from the second data processing unit to the first data processing unit is sent. It also relates to an arrangement for implementation of the method according to the invention is suitable.
  • the latest version of such service data is usually provided by the provider of the Service itself or a third party. It is often the case here that the service data in a second data processing unit, usually in the form of a data center or the like can be provided for download.
  • a second data processing unit usually in the form of a data center or the like
  • the fee tables are known in this context for franking machines to send along with a digital signature using the fee table to be sent has been created.
  • To create the digital Signature is the fee table or a predetermined part of the fee table in the Data center initially has a so-called hash algorithm, for example the Secure Hash algorithm (SHA), with which a so-called message core is generated becomes.
  • This message core is then encrypted with a secret key.
  • the the encrypted message core then forms the digital signature.
  • SHA Secure Hash algorithm
  • the digital signature is decrypted to the message core to obtain.
  • the fee table sent or the predetermined part of the fee table with the same hash algorithm a new message core calculates and checks whether the new message core comes from the digital Signature obtained message core corresponds. Because such hash algorithms have the property have that an extremely small change in the input information a strong deviation in the result of the calculation is in agreement of the two message cores assume that no manipulation has taken place and the fee schedule can be used accordingly.
  • From EP 0 969 420 A2 is in connection with the update of fee tables still known in franking machines to check the integrity of the a so-called MAC (Message Authentication Code) to use.
  • the fee table is used in the franking machine by means of a predetermined checksum algorithm, first a checksum generated, which is then encrypted with a secret key to form the MAC.
  • This MAC is sent back to the data center.
  • the data center generates from the previously sent a fee table with the same checksum algorithm new checksum, which is then encrypted with the secret key to create a new one MAC 'form. Does this new MAC match the one sent by the franking machine MAC matches, it is assumed that the transmission took place without manipulation and a corresponding message is sent to a postage meter which shows the fee table then accepted.
  • This variant also has the problem that it is comparatively complex, on the one hand there is a corresponding checksum algorithm in both data processing units must be present. The other is a series of communication steps is required to complete the update of the service data. Bid here again a number of manipulation possibilities, of which the corresponding measures must be counteracted.
  • the present invention is therefore based on the object of a method or a method To provide an arrangement of the type mentioned, which or which does not have the disadvantages mentioned above, or at least to a lesser extent, and in particular ensures simple and reliable secure data exchange.
  • the present invention solves this problem on the basis of a method according to the Preamble of claim 1 by those specified in the characterizing part of claim 1 Characteristics. It continues to accomplish this task based on an arrangement the preamble of claim 15 by the in the characterizing part of claim 15 specified characteristics.
  • the present invention is based on the technical teaching that a simple and can reliably ensure secure data exchange when in the data transmission step a second message in the second data processing unit is generated by attaching a predefined attachment to the first message becomes. Then a third message is generated by placing the second message under Encrypted using a secret key that is only in the first data processing unit and the second data processing unit is present. Finally the third message is sent to the first data processing unit.
  • the encryption of the second message with the secret key ensures that the data cannot be manipulated during transmission.
  • the attachment to the First message provides a simple, additional way to manipulate recognize without the need for complex test algorithms.
  • the first Message is sent to the first data processing unit. Only that is preferred third message sent to the first data processing unit, since this is the first message contains. This first message can then be easily decrypted and a simple further separation can be isolated from the third message.
  • the first data processing unit contains one later integrity check just a simple encryption or decryption and a simple comparison of the data thus obtained is required.
  • the third message is preferably in the first data processing unit decrypted using the secret key and the second message is checked for integrity in a subsequent integrity check step.
  • the first message together with the third message it should be provided that, first, the first message of the default attachment is added to form a new second message.
  • this new second message is then transmitted by decrypting the third one Message matched second message, it is assumed that no tampering occurred during the transfer.
  • the attachment can in principle be any attachment, which is present in both data processing units. To increase security, this attachment is preferably replaced from time to time, for example in fixed predetermined intervals or also at randomly determined intervals. To each to keep the amount of data to be stored in the data processing units small the attachment preferably at least part of the secret key. What part of the secret key it can be fixed, and also here the specified part can vary from time to time. It can also be provided that the specified part with a fixed or randomly determined number of data exchange processes varied. In particular, it can be provided that it interacts with each data exchange process changes.
  • the secret key can in principle be any one for such cryptographic applications act appropriate key. It just has to be ensured be in a correspondingly secure manner in the two data processing units was introduced to ensure a sufficient level of security. The secure insertion of cryptographic keys in data processing units well known, so that this will not be discussed in more detail.
  • the security is thereby increases that the secret key is a secret session key used in the communication establishment step is generated. This makes the possibility of manipulation significantly restricted because the secret key does not exist before communication is established is known and therefore cannot be compromised in advance.
  • the secret key can basically in any suitable manner according to any well-known methods for generating such cryptographic Keys are generated.
  • the secret key is preferably generated by generates a first partial key in the first data processing unit and sends it to the second data processing unit is sent.
  • the second is a second subkey generated in the second data processing unit and to the first data processing unit sent.
  • the secret key is in the first data processing unit and in the second data processing unit from the first partial key and generated the second subkey according to a predefinable key generation scheme.
  • the key generation scheme can be any predefinable algorithm act.
  • the secret key becomes simple composed of the first partial key and the second partial key.
  • the secret key can be used permanently once it has been generated. In order to increase security, however, it is preferably provided that the secret Key is a temporary key that is only used temporarily and as above described after a certain period of time.
  • an error mode can also be provided be, for example, the second data processing unit for a given one Number of attempts to repeat the previous steps, especially to send the previously sent data again to ensure an error-free transmission of the to try first message. Receives the second data processing unit after predetermined number of attempts no positive confirmation message, it breaks the Communication with the first data processing unit. At least preferably in the case of such errors that force the execution of predetermined error routines, all steps of the respective data processing unit for later use logged and saved.
  • the secure communication channel at least after receiving the positive confirmation message closed by the second data processing unit in a communication termination step is and the secret key in both the first data processing unit and is also destroyed in the second data processing unit. The same thing happens preferentially if the predetermined number of failed attempts in the failure mode described above was achieved.
  • the first data processing unit has a first processing module and comprises an associated security module, the decryption step being performed by the security module is carried out.
  • the integrity checking step is therefore also preferred and additionally or alternatively the confirmation step by the security module carried out.
  • the processing module upon detection of the Integrity of the second message at least part of the first message for further Stores use in a memory connected to the processing module. at The processing module switches ascertaining the integrity of the second message and additionally or alternatively, however, the safety module in a fault mode. In one Such an error mode can be used by the corresponding device for further operation be locked. Furthermore, a corresponding error message or a corresponding one Error signal output to the user of the first data processing unit to inform him of the fault condition. It can also be provided that automatically a corresponding error message to the second data processing unit or transmitted to other third party facilities. In the case of a franking machine This can be the manufacturer's data center, for example, but also the data center of an affected postal carrier.
  • the first message contains information and a digital signature of the second data processing unit above the first information included.
  • a digital signature offers the possibility of ensuring the integrity of the data processing unit data used not only in the integrity check step immediately after the data transfer but also to check at a later time if the digital signature is stored in the first data processing unit.
  • the integrity check step at least partially predeterminable times is repeated. This can be the case, for example, after a certain period Usage time of the first data processing unit after a certain number of uses of the first data processing unit or after a certain number of switching on the first data processing unit, in particular with each Switch on the first data processing unit, the case.
  • the digital signature can be made in any suitable manner using well-known signature algorithms generated and verified in the integrity check step.
  • signature algorithms can be used with message recovery that are available at the verification of the signature restore the message on which the signature is based and compare it with the sent message.
  • An example of one Message recovery signature algorithm is the RSA signature algorithm.
  • signature algorithms are preferred without message recovery application where it is under the Verification of the signature does not result in a reconstruction of the message, that of the signature underlying.
  • Examples of such signature algorithms without message recovery are ElGamal and its modifications (e.g. Schnorr signatures), DSA, Gost, ECDSA, ESIGN and GMR.
  • Such signature algorithms without message recovery offer, moreover, already in the application in the context of the known methods described with a reduction in the calculation effort Benefit from an additional increase in security, since it is not possible for them to Reconstruct the underlying message.
  • the present invention further relates to an arrangement for secure data exchange with a first data processing unit and a second data processing unit, to establish a secure communication channel and to transmit a first one Message from the second data processing unit to the first data processing unit are trained over the secure communication channel.
  • Secret key provided, which is only in the first data processing unit and is stored in the second data processing unit. It is also provided that that the second data processing unit for generating a second message Attaching a predetermined attachment to the first message is formed. Farther it is for generating a third message by encrypting the second message trained using the secret key. After all, it is for sending the third message to the first data processing unit via the secure communication channel educated.
  • the arrangement according to the invention is suitable for carrying out the arrangement according to the invention Process. With it, the advantages and functions of the invention described above Realize the procedure in the same way, so that at this point the Reference is made to the above statements.
  • ASIC application-specific configured integrated circuits
  • the first data processing unit is preferably for decrypting the third message using the secret key and performing an integrity check trained on the second message. To the integrity check described above To be able to carry out, the first data processing unit is preferred to Isolate the attachment from the second message and compare the attachment to a given attachment.
  • the secret key is preferably a secret session key that preferably only generated for the current session, used and after termination the meeting is destroyed.
  • the session key can be generated in the first data processing unit and also in the second data processing unit, accordingly, each for generating the secret key and to send the generated session key to the other data processing unit is trained.
  • a corresponding key generation algorithm is stored, on which the respective Data processing unit then uses.
  • the secret session key is preferably used using both data processing units generated without it as a whole between the two data processing units is exchanged.
  • the first data processing unit is Generate a first partial key and send the first partial key to the second data processing unit is formed.
  • the second data processing unit is to generate a second partial key and to transmit the second partial key to the first data processing unit.
  • a corresponding key generation scheme exists, according to the respective data processing unit receives the secret key from the first partial key and the second subkey is generated.
  • the first data processing unit is used to carry out the integrity check educated. In this case, it is also preferred for sending a positive confirmation message to the second data processing unit if the Integrity of the second message is formed. Additionally or alternatively, it can be sent a negative confirmation message to the second data processing unit in the case the determination of missing integrity of the second message.
  • the second data processing unit is also preferably designed so that it is the secure communication channel closes at least after receiving the positive confirmation message. Becomes If the communication channel is closed, then both the first data processing unit is destroyed and the second data processing unit the secret session key.
  • the arrangement according to the invention can in principle be constructed in any suitable manner his.
  • the functions of the method according to the invention described above can thereby in any suitable way by suitably configured according to the application Hardware or realized by standard components and application-specific software become.
  • the first data processing unit preferably comprises a first processing module and an associated security module, at least for decrypting the third message is formed.
  • the security module is preferably also for Execution of the integrity check and additionally or alternatively also for sending a confirmation message depending on the result of the integrity check.
  • the processing module to store at least a portion of the first message when integrity is determined the second message.
  • the first message is used for further use stored in a memory connected to the processing module.
  • the processing module and additionally or alternatively, the security module for switching to one already detailed above described failure mode.
  • the second data processing unit is to create a first digital signature over a first piece of information and to create the first message from the first information and the first digital Signature trained. This makes it possible, as mentioned, even at later times check the integrity of the data used. This is the first data processing unit for at least partial repetition of the integrity check to be specified Times trained.
  • the invention can be used in connection with any application which data in a correspondingly secure manner from a first data processing unit must be transmitted to a second data processing unit. in this connection As mentioned, it can be used in connection with any service that be carried out with the help of data processing units and where it is required is, in the first data processing unit, always the most current version of the version to be carried out of the service necessary service data available.
  • the application of the invention is Constellations of particular advantage in which a central second data processing unit, for example a remote data center, several first data processing units must provide appropriate service data.
  • a central second data processing unit for example a remote data center
  • several first data processing units must provide appropriate service data.
  • the invention can be used in connection with franking machines.
  • the first data processing unit is therefore a franking machine.
  • the present invention further relates to a data processing unit which Features of the first data processing unit or the one described above second data processing unit of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the invention Arrangement for performing the method according to the invention.
  • the arrangement comprises a first data processing unit in the form of a franking machine 1 and a second data processing unit in the form of a remote data center 2 which with the franking machine 1 by means of - not shown for reasons of clarity - Communication means connected via a communication link 3 for data exchange can be.
  • the franking machine 1 comprises a processing module 4 and an associated security module 5, which security-related processes in the franking machine 1.
  • This first message contains first information in the form of a fee table, which the franking machine 1 when calculating the Postage value used for the transport of a certain piece of mail by a mail carrier is required. If the fee schedule was transferred intact, it will be saved in a fee table memory 6 connected to the processing module 4.
  • the processing module determines the required postage for a specific mail item 4 with access to the fee table memory 6 depending on the weight of the item of mail and the user's input for the type of dispatch etc.
  • the weight of the mail item is connected to the processing module 4 Scale 7 determined.
  • the user inputs are made via an input device 8, which is also connected to the processing module 4.
  • the data center 2 can be used to add more Franking machines 9 and 10 are connected, which are designed in the same manner like franking machine 1.
  • the transmission of the fee table can be done either by the data center 2 Connection establishment with the franking machine 1 be initiated as soon as a new version the fee table is available in data center 2. However, it is also possible that the new fee table is sent as soon as the franking machine 1 receives the Data center 2 contacted.
  • FIGS. 1 and 2 the sequence of the invention is described below Process explained with the arrangement according to the invention from Figure 1.
  • a tamper-proof transmission of the first message with the fee table To ensure, is first in a communication setup step 20 via the communication link 3 between the franking machine 1 and the data center 2 secure communication channel established.
  • the establishment of a secure communication channel takes place in a well-known manner by the security module 5 and the data center 2 with the interposition of the processing module 4 using cryptographic Mutually authenticate means.
  • the first processing unit 5.1 of the security module 5 during mutual authentication accesses a first memory 5.2, in which in addition to the required encryption and Verification algorithms as well as the public key and the secret key of the security module 5 also the public key of the data center 2 and corresponding ones Certificates are saved.
  • the second one is used Processing unit 2.1 to a second memory 2.2, in which in addition to the required Encryption and verification algorithms as well as the public key and the secret key of the data center 2 also the public key of the security module 5 and corresponding certificates are stored.
  • a key generation step 21 in the franking machine 1 and the data center 2 the generation a secret key in the form of a secret session key that is exclusive is present in the franking machine 1 and the data center 2.
  • the key generation step 21 first of all in a partial step 21.1 in the first processing unit 5.1 a first partial key generated and a second partial key generated in the second processing unit 2.1.
  • the first processing unit 5.1 accesses a third memory 5.3, the one contains corresponding key generation algorithm.
  • the second processing unit 2.1 accesses a fourth memory 2.3, which also has a corresponding one Contains key generation algorithm. It goes without saying that generating the partial key in other variants of the invention even before the manufacture of the secure communication channel can take place.
  • a sub-step 21.2 the two sub-keys are transferred via the secure one Communication channel exchanged by the first subkey to the second processing unit 2.1 and the second partial key are sent to the first processing unit 5.1 becomes.
  • the secret session key is both in the franking machine 1 as well as in the data center 2 according to a predetermined key generation scheme generated from the two partial keys and in the third memory 5.3 of the security module 5 or the fourth memory 2.3 of the data center 2.
  • the key generation scheme is also in the third memory 5.3 of the security module 5 or the fourth memory 2.3 of the data center 2.
  • the key generation scheme is just that the second Subkey is appended to the first subkey.
  • the secret session keys in other variants of the invention also after any other Schemes can be generated from the first and second subkeys.
  • the key generation step 21 is followed by a data transmission step 22, in which the fee table from the data center 2 via the secure Communication channel is sent to the franking machine 1.
  • the data center is initially in a sub-step 22.1 2 generates a first message by the second processing unit 2.1, which contains first information in the form of the fee table to be sent.
  • the first message also contains a first digital signature, that of the second processing unit 2.1 with access to the second memory 2.2 in well-known way generated above the first information, ie the fee table has been. It uses a digital signature algorithm without message recovery used. However, it is understood that in other variants of the invention, one such a digital signature above the first information may also be missing.
  • the first message becomes a second in the data center 2 Message generated by the second processing unit 2.1 to the first message extended an attachment.
  • the annex is the one in fourth memory 2.3 stored secret session key.
  • the second message becomes a third in the data center 2 Message generated by the second processing unit 2.1 under the second message Encrypted using the secret session key.
  • the second processing unit 2.1 accesses a corresponding encryption algorithm, which is described in a fifth memory 2.4 of the data center 2 is stored.
  • the third message is then sent from the data center 2 transmitted to the franking machine 1 via the secure communication channel.
  • the attachment in the present case is the secret session key.
  • the attachment also act as a predetermined part of the secret session key. Around Which part of the secret session key it is, for example in advance as part of a communication, especially via the secure communication channel, agreed or specified between the franking machine and the data center have been. This specification can also be carried out simultaneously with or after the transmission the third message.
  • a decryption step 23 takes place in the security module 5 of the franking machine 1 a decryption of the third message, so that the second message is then present in the security module 5.
  • the first processing unit is used for this 5.1 of the security module on the third memory 5.3, in which the secret Session key is stored, and a sixth memory 5.4 to one contains the corresponding decryption algorithm.
  • an integrity check step 24 in the security module 5 of the franking machine 1 an integrity check, in which the second message their integrity is checked.
  • the first processing unit 5.1 accesses an integrity check algorithm to that in a seventh memory 5.5 of the security module 5 is filed.
  • a confirmation step 25 a corresponding confirmation message from the franking machine 1 to the Data center 2 sent.
  • the integrity check step 24 there is initially one Sub-step 24.1 by the first processing unit 5.1, both the appendix from the second Message isolated as well as the first message.
  • the first processing unit solves 5.1 in the present example, a bit sequence with a given position and length from the second message.
  • this attachment which is extracted from the second message, is executed the first processing unit 5.1 compared with a given attachment, so here with the secret session key stored in the third memory 5.3.
  • the first processing unit 5.1 solves in the present example again corresponding bit sequences with a given position and length from the first Message.
  • the first digital signature is then verified in a sub-step 24.4.
  • the first processing unit 5.1 takes effect in addition to the first information and the first digital signature to an appropriate verification algorithm without message recovery as well as the public key of the data center 2, both in the first memory 5.2 are saved.
  • both in the first memory 5.2 are saved.
  • the first digital signature is missing, and sub-steps 24.3 and 24.4 may also be missing.
  • the data center 2 Upon receipt of the positive confirmation message, the data center 2 ends in a communication termination step 26 the communication with the franking machine 1, as shown in FIG 2 can be seen.
  • the data center 2 initially logs the successful completion the transmission of the fee table in a sub-step 26.1 in an eighth Memory 2.5, which is connected to the second processing unit 2.1.
  • a sub-step 26.2 the secure communication channel is then started from the data center 2 closed and the connection with the franking machine 1 disconnected.
  • the secret session key is then in a sub-step 26.3 in the data center 2 destroyed by the corresponding memory area of the fourth memory 2.3 is overwritten by the second processing unit 2.1. On the part of the franking machine 1 is also followed after the communication with the data center is terminated 2 was found. In sub-step 26.3 it is also in the security module 5 the secret session key is destroyed by the corresponding memory area of the third memory 5.3 is overwritten by the first processing unit 5.1. Herewith the process is then ended.
  • the first negative confirmation message becomes sub-step 22.4 of the data transmission step 24 repeated, i.e. H. the data center 2 sends the third message again. This is indicated in FIGS. 2, 2B and 2C by the connecting point 27.
  • the security module 5 is switched to an error mode in which the franking machine 1 cannot make frankings. This is the user the franking machine by means of a corresponding acoustic signal and / or a corresponding one optical signal informed.
  • the integrity check was therefore unsuccessful, i. H. the missing Integrity of the second message determined.
  • a sub-step 25.3 of the confirmation step 25 accordingly becomes a second negative confirmation message from the security module 5 sent to the data center 2.
  • the communication termination step 26 becomes as described above carried out.
  • sub-step 24.4 of the integrity check step described above 24 is repeated by verifying the first digital signature.
  • the result of the verification in substep 24.4 is positive, d. H. corresponds to the first digital Signature of the first information, the franking machine 1 can continue to be operated.
  • the result of the verification in sub-step 24.4 becomes negative, the franking machine becomes 1 switched to an error mode, as described above in connection with substep 24.7 of the integrity check step 24 has been described.
  • the fee table is still going to that effect checks whether a validity date associated with the fee table has passed was or not. If this is the case, the franking machine 1 is also described in FIGS Error mode switched.
  • the memories described above are does not necessarily have to be separate memory modules. Rather you can one in the security module 5 and one in the data center 2 or more memory modules can be provided, with individual memory modules different Have memory areas that form the different memories.
  • the security module 5 has a has first working memory 5.6 connected to the first processing unit 5.1, in which stores all the data required for the current process step. The same applies to the data center 2, one with the second processing unit 2.1 connected second working memory 2.6.
  • the present invention has also been described above by way of example only described in the field of franking machines. However, it is understood that the present invention can also be used in other areas in which it on the secure transmission of service data between a first data processing unit and a second data processing unit arrives.

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Abstract

Verfahren zum sicheren Datenaustausch zwischen einer ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit (2), bei dem in einem Kommunikationsaufbauschritt (20) ein sicherer Kommunikationskanal zwischen der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) hergestellt wird und in einem Datenübermittlungsschritt (22) über den sicheren Kommunikationskanal eine erste Nachricht von der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) übersandt wird, wobei in dem Datenübermittlungsschritt (22) in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) eine zweite Nachricht generiert wird, indem ein vorgegebener Anhang an die erste Nachricht angehängt wird, eine dritte Nachricht generiert wird, indem die zweite Nachricht unter Verwendung eines geheimen Schlüssels verschlüsselt wird, der nur in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) vorhanden ist, und die dritte Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) übersandt wird. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Datenaustausch zwischen einer ersten Datenverarbeitungseinheit und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit, bei dem in einem Kommunikationsaufbauschritt ein sicherer Kommunikationskanal zwischen der ersten Datenverarbeitungseinheit und der zweiten Datenverarbeitungseinheit hergestellt wird und in einem Datenübermittlungsschritt über den sicheren Kommunikationskanal eine erste Nachricht von der zweiten Datenverarbeitungseinheit an die erste Datenverarbeitungseinheit übersandt wird. Sie betrifft weiterhin eine Anordnung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Für eine Vielzahl von Diensten, die mit Hilfe von Datenverarbeitungseinheiten durchgeführt werden, ist es erforderlich, in der Datenverarbeitungseinheit stets die aktuellste Version der zur Durchführung des Dienstes notwendigen Dienstdaten verfügbar zu haben. So ist es beispielsweise bei Frankiermaschinen zur Berechnung des Portowertes für den jeweiligen zu frankierenden Brief erforderlich, stets die aktuellsten Gebührentabellen zu verwenden. Nur so kann der von dem jeweiligen Brief befördere vorgegebene korrekte Portowert bestimmt und somit eine reibungslose Beförderung des Briefes sichergestellt werden. Vergleichbares gilt für andere Dienste, bei denen das zu bezahlende Entgelt oder andere für die Durchführung des Dienstes erforderliche Daten anhand von solchen Dienstdaten bestimmt wird.
Solche Dienstdaten werden in ihrer aktuellsten Version in der Regel von dem Anbieter des Dienstes selbst oder einem Dritten zur Verfügung gestellt. Hierbei ist es häufig der Fall, dass die Dienstdaten in einer zweiten Datenverarbeitungseinheit, meist in Form einer Datenzentrale oder dergleichen, zum Herunterladen bereitgestellt werden. Beim Herunterladen werden die Dienstdaten über eine Kommunikationsverbindung in einem Datennetz oder dergleichen übertragen, mit dem beide Datenverarbeitungseinheiten verbunden sind. Hierbei ist es insbesondere im Zusammenhang mit abrechnungsrelevanten oder sicherheitsrelevanten Dienstdaten wichtig, sicherzustellen, dass die Dienstdaten bei der Übertragung nicht manipuliert werden. Diese Manipulationssicherheit soll meist durch den Einsatz kryptographischer Mittel gewährleistet sein.
So ist aus der US 5,448,641 ist in diesem Zusammenhang bekannt, die Gebührentabellen für Frankiermaschinen zusammen mit einer digitalen Signatur zu versenden, die unter Verwendung der zu versendenden Gebührentabelle erstellt wurde. Zur Erstellung der digitalen Signatur wird die Gebührentabelle oder ein vorgegebener Teil der Gebührentabelle in der Datenzentrale zunächst einen so genannten Hash-Algorithmus, beispielsweise dem Secure Hash Algorithm (SHA), unterworfen, mit dem ein so genannter Nachrichtenkern erzeugt wird. Dieser Nachrichtenkern wird dann mit einem geheimen Schlüssel verschlüsselt. Der so verschlüsselte Nachrichtenkern bildet dann die digitale Signatur.
Um in der Frankiermaschine zu überprüfen, ob die Gebührentabelle während der Übertragung manipuliert wurde, wird zum einen die digitale Signatur entschlüsselt, um den Nachrichtenkern zu erhalten. Zum anderen wird aus der übersandten Gebührentabelle bzw. dem vorgegebenen Teil der Gebührentabelle mit demselben Hash-Algorithmus ein neuer Nachrichtenkern berechnet und überprüft, ob der neue Nachrichtenkern dem aus der digitalen Signatur gewonnenen Nachrichtenkern entspricht. Da solche Hash-Algorithmen die Eigenschaft haben, dass schon eine äußerst geringe Veränderung der Eingangsinformation eine starke Abweichung im Ergebnis der Berechnung hervorruft, ist bei eine Übereinstimmung der beiden Nachrichtenkerne davon auszugehen, dass keine Manipulation stattgefunden hat und die Gebührentabelle demgemäß verwendet werden kann.
Mit diesem Verfahren kann zwar eine vergleichsweise hohe Sicherheit erreicht werden, dass Manipulationen an den Dienstdaten, also den Gebührentabellen, während der Übertragung nicht unerkannt bleiben. Es weist jedoch den Nachteil auf, dass es relativ aufwändig ist. So muss zum einen in der Frankiermaschine der entsprechende Hash-Algorithmus vorhanden sein. Zum anderen ist bei der Integritätsprüfung vergleichsweise viel Rechenaufwand erforderlich, da für den Vergleich nicht nur die Entschlüsselung der Signatur sondern auch die Erzeugung des neuen Nachrichtenkerns erfolgen muss.
Aus der EP 0 969 420 A2 ist im Zusammenhang mit der Aktualisierung von Gebührentabellen bei Frankiermaschinen weiterhin bekannt, zur Überprüfung der Integrität der von einer Datenzentrale übersandten Gebührentabelle einen so genannten MAC (Message Authentication Code) zu verwenden. Dabei wird in der Frankiermaschine aus der Gebührentabelle durch einen vorgegebenen Prüfsummenalgorithmus zunächst eine Prüfsumme generiert, die dann zur Bildung des MAC mit einem geheimen Schlüssel verschlüsselt wird. Dieser MAC wird an die Datenzentrale zurückgesandt. Die Datenzentrale generiert aus der zuvor versandten Gebührentabelle mit demselben Prüfsummenalgorithmus zunächst eine neue Prüfsumme, die dann mit dem geheimen Schlüssel verschlüsselt wird, um einen neuen MAC' zu bilden. Stimmt diese neue MAC' mit dem von der Frankiermaschine übersandten MAC überein, wird angenommen, dass die Übertragung ohne Manipulationen erfolgte und es wird eine entsprechende Nachricht eine Frankiermaschine gesandt, welche die Gebührentabelle dann akzeptiert.
Bei dieser Variante besteht ebenfalls das Problem, dass sie vergleichsweise aufwändig ist, da zum einen wiederum ein entsprechender Prüfsummenalgorithmus in beiden Daten Verarbeitungseinheit vorhanden sein muss. Zum anderen ist eine Reihe von Kommunikationsschritten erforderlich ist, um die Aktualisierung der Dienstdaten abzuschließen. Hier bieten sich wieder eine Reihe von Manipulationsmöglichkeiten, denen der entsprechende Maßnahmen entgegengewirkt werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Anordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere einen einfachen und zuverlässig sicheren Datenaustausch gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 15 angegebenen Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man einen einfachen und zuverlässig sicheren Datenaustausch gewährleisten kann, wenn in dem Datenübermittlungsschritt in der zweiten Datenverarbeitungseinheit zunächst eine zweite Nachricht generiert wird, indem ein vorgegebener Anhang an die erste Nachricht angehängt wird. Anschließend wird eine dritte Nachricht generiert, indem die zweite Nachricht unter Verwendung eines geheimen Schlüssels verschlüsselt wird, der nur in der ersten Datenverarbeitungseinheit und der zweiten Datenverarbeitungseinheit vorhanden ist. Schließlich wird die dritte Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit übersandt.
Die Verschlüsselung der zweiten Nachricht mit dem geheimen Schlüssel stellt dabei sicher, dass die Daten bei der Übertragung nicht manipuliert werden können. Der Anhang an der ersten Nachricht bietet eine einfache, zusätzliche Möglichkeit, eventuelle Manipulationen zu erkennen, ohne dass hierfür aufwändige Prüfalgorithmen erforderlich wären.
Hierbei kann zum einen vorgesehen sein, dass neben der dritten Nachricht auch die erste Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit übersandt wird. Bevorzugt wird nur die dritte Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit übersandt, da diese ohnehin die erste Nachricht enthält. Diese erste Nachricht kann dann durch eine einfache Entschlüsselung und eine einfache weitere Trennung aus der dritten Nachricht isoliert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in der ersten Datenverarbeitungseinhelt bei einer späteren Integritätsprüfung lediglich eine einfache Verschlüsselung bzw. Entschlüsselung und ein einfacher Vergleich der so gewonnenen Daten erforderlich.
So kann für den Fall, dass die erste Nachricht zusammen mit der dritten Nachricht übersandt wird, zum einen vorgesehen sein, dass in der ersten Datenverarbeitungseinheit zur Integritätsprüfung zunächst an die erste Nachricht der vorgegebene Anhang angehängt wird, um so eine neue zweite Nachricht zu bilden. Diese neue zweite Nachricht wird dann mit dem geheimen Schlüssel verschlüsselt, um so eine neue dritte Nachricht zu generieren. Stimmt diese neue dritte Nachricht mit der übersandten dritten Nachricht überein, wird angenommen, dass keine Manipulationen bei der Übertragung erfolgt sind.
Vorzugsweise wird in einem Entschlüsselungsschritt die dritte Nachricht in der ersten Datenverarbeitungseinheit unter Verwendung des geheimen Schlüssels entschlüsselt und die zweite Nachricht in einem nachfolgenden Integritätsprüfungsschritt auf ihre Integrität überprüft. Hierbei kann für den Fall, dass die erste Nachricht zusammen mit der dritten Nachricht übersandt wird, zum einen vorgesehen sein, dass zunächst an die erste Nachricht der vorgegebene Anhang angehängt wird, um so eine neue zweite Nachricht zu bilden. Stimmt diese neue zweite Nachricht dann mit der durch die Entschlüsselung der übersandten dritten Nachricht gewonnenen zweiten Nachricht überein, wird angenommen, dass keine Manipulationen bei der Übertragung erfolgt sind.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem geringen zu übertragenden und bei der Integritätsprüfung zu bewältigenden Datenvolumen ist vorgesehen, dass zur Integritätsprüfung in dem Integritätsprüfungsschritt der Anhang aus der zweiten Nachricht isoliert wird und überprüft wird, ob der Anhang einem vorgegebenen Anhang entspricht. Hierbei ist es insbesondere nicht erforderlich, dass die erste Nachricht zusammen mit der dritten Nachricht übermittelt wird.
Bei dem Anhang kann es sich grundsätzlich um einen beliebig gestalteten Anhang handeln, der in beiden Datenverarbeitungseinheiten vorhanden ist. Um die Sicherheit zu erhöhen, wird dieser Anhang vorzugsweise von Zeit zu Zeit ausgewechselt, beispielsweise in fest vorgegebenen Intervallen oder aber auch in zufällig bestimmten Intervallen. Um die jeweils in den Datenverarbeitungseinheiten zu speichernden Datenmengen gering zu halten, ist der Anhang vorzugsweise zumindest ein Teil des geheimen Schlüssels. Um welchen Teil des geheimen Schlüssels es sich dabei handelt, kann fest vorgegeben sein, wobei auch hier der vorgegebene Teil von Zeit zu Zeit variieren kann. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der vorgegebene Teil mit einer festen oder zufällig ermittelten Anzahl von Datenaustauschvorgängen variiert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass er sich mit jedem Datenaustauschvorgang ändert.
Bei dem geheimen Schlüssel kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen für derartige kryptographische Anwendungen geeigneten Schlüssel handeln. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass er auf entsprechend sichere Weise in die beiden Datenverarbeitungseinheiten eingebracht wurde, um ein ausreichendes Maß an Sicherheit zu gewährleisten. Das sichere Einbringen von kryptographischen Schlüsseln in Datenverarbeitungseinheiten ist hinlänglich bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden soll.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Sicherheit dadurch erhöht, dass der geheime Schlüssel ein geheimer Sitzungsschlüssel ist, der in dem Kommunikationsaufbauschritt generiert wird. Die Möglichkeit von Manipulationen wird hierdurch deutlich eingeschränkt, da der geheime Schlüssel vor Aufbau der Kommunikation nicht bekannt ist und daher nicht vorab kompromittiert werden kann.
Der geheime Schlüssel kann dabei grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise nach beliebigen, hinlänglich bekannten Verfahren zum Generieren solcher kryptographischer Schlüssel erzeugt werden. Vorzugsweise wird der geheime Schlüssel generiert, indem zum einen ein erster Teilschlüssel in der ersten Datenverarbeitungseinheit generiert und an die zweite Datenverarbeitungseinheit gesandt wird. Zum anderen wird ein zweiter Teilschlüssel in der zweiten Datenverarbeitungseinheit generiert und an die erste Datenverarbeitungseinheit gesandt. Schließlich wird der geheime Schlüssel in der ersten Datenverarbeitungseinheit und in der zweiten Datenverarbeitungseinheit aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel nach einem vorgebbaren Schlüsselerzeugungsschema generiert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der geheime Schlüssel nie als Ganzes zwischen den beiden Datenverarbeitungseinheiten ausgetauscht werden muss, wodurch sich ein Zugriff auf den geheimen Schlüssel weiter erschwert.
Bei dem Schlüsselerzeugungsschema kann es sich um einen beliebigen vorgebbaren Algorithmus handeln. Bei besonders einfachen Varianten wird der geheime Schlüssel einfach aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel zusammengesetzt.
Der geheime Schlüssel kann sobald er einmal generiert wurde dauerhaft verwendet werden. Um die Sicherheit zu erhöhen, ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass der geheime Schlüssel ein temporärer Schlüssel ist, der nur vorübergehend verwendet und wie oben beschrieben nach einer bestimmten Zeit ausgetauscht wird.
Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ergebnis der Integritätsprüfung an die zweite Datenverarbeitungseinheit zurückgemeldet. Hierzu ist ein entsprechender Bestätigungsschritt vorgesehen. Im Fall der Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht im Integritätsprüfungsschritt wird dabei eine positive Bestätigungsnachricht von der ersten Datenverarbeitungseinheit an die zweite Datenverarbeitungseinheit gesandt. Diese Bestätigungsnachricht kann wiederum die erste Nachricht enthalten, um auch in der zweiten Datenverarbeitungseinheit eine erneute Integritätsprüfung zu ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im Fall der Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht im Integritätsprüfungsschritt anschließend eine negative Bestätigungsnachricht von der ersten Datenverarbeitungseinheit an die zweite Datenverarbeitungseinheit gesandt wird. Für diesen Fall kann im Übrigen ein Fehlermodus vorgesehen sein, der beispielsweise die zweite Datenverarbeitungseinheit für eine vorgegebene Anzahl von Versuchen dazu veranlasst, die vorherigen Schritte zu wiederholen, insbesondere die zuvor gesandten Daten erneut zu senden, um eine fehlerfreie Übertragung der ersten Nachricht zu versuchen. Erhält die zweite Datenverarbeitungseinheit auch nach der vorgegebenen Anzahl von Versuchen keine positive Bestätigungsnachricht, bricht sie die Kommunikation mit der ersten Datenverarbeitungseinheit ab. Vorzugsweise werden zumindest im Fall solcher Fehler, welche den Ablauf vorgegebener Fehlerroutinen erzwingen, sämtliche Schritte der jeweiligen Datenverarbeitungseinheit für die spätere Weiterverwendung protokolliert und gespeichert.
Bei bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der sichere Kommunikationskanal zumindest nach Erhalt der positiven Bestätigungsnachricht durch die zweite Datenverarbeitungseinheit in einem Kommunikationsabbruchschritt geschlossen wird und der geheime Schlüssel sowohl in der ersten Datenverarbeitungseinheit als auch in der zweiten Datenverarbeitungseinheit vernichtet wird. Dasselbe geschieht bevorzugt, wenn in dem oben beschriebenen Fehlermodus die vorgegebene Anzahl von Fehlversuchen erreicht wurde.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, dass die erste Datenverarbeitungseinheit ein erstes Verarbeitungsmodul und ein damit verbundenes Sicherheitsmodul umfasst, wobei der Entschlüsselungsschritt durch das Sicherheitsmodul durchgeführt wird. Hierdurch ist es möglich, die sicherheitsrelevanten Vorgänge in einem entsprechend begrenzten, abgesicherten und einfacher zu kontrollierenden Bereich ablaufen zu lassen. Bevorzugt wird daher auch der Integritätsprüfungsschritt und zusätzlich oder Alternativ der Bestätigungsschritt durch das Sicherheitsmodul durchgeführt.
Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass das Verarbeitungsmodul bei Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht zumindest einen Teil der ersten Nachricht zur weiteren Verwendung in einem mit dem Verarbeitungsmodul verbundenen Speicher ablegt. Bei Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht schaltet das Verarbeitungsmodul und zusätzlich oder alternativ das Sicherheitsmodul jedoch in einen Fehlermodus. In einem solchen Fehlermodus kann die entsprechende Einrichtung jeweils für einen weiteren Betrieb gesperrt sein. Weiterhin kann eine entsprechende Fehlernachricht bzw. ein entsprechendes Fehlersignal an dem Benutzer der ersten Datenverarbeitungseinheit ausgegeben werden, um ihn über den Fehlerzustand zu informieren. Ebenso kann vorgesehen sein, dass automatisch eine entsprechende Fehlernachricht an die zweite Datenverarbeitungseinheit oder an andere Einrichtungen Dritter übermittelt wird. Im Fall einer Frankiermaschine kann dies beispielsweise das Datenzentrum des Herstellers aber auch das Datenzentrum eines betroffenen Postbeförderers sein.
Bei weiteren vorteilhaften Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Nachricht eine Information und eine digitale Signatur der zweiten Datenverarbeitungseinheit über der ersten Information umfasst. Mit einer solchen digitalen Signatur wird zum einen eine weitere Absicherung der zu übermittelnden Daten erzielt. Zum anderen bietet eine solche digitale Signatur die Möglichkeit, die Integrität der durch die erste Datenverarbeitungseinheit verwendeten Daten nicht nur in dem Integritätsprüfungsschritt unmittelbar nach der Datenübertragung sondern auch zu einem späteren Zeitpunkt zu überprüfen, sofern die digitale Signatur in der ersten Datenverarbeitungseinheit gespeichert wird.
Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass der Integritätsprüfungsschritt zumindest teilweise zu vorgebbaren Zeitpunkten wiederholt wird. Dies kann beispielsweise nach Ablauf einer bestimmten Nutzungszeit der ersten Datenverarbeitungseinheit, nach einer bestimmten Anzahl von Nutzungen der ersten Datenverarbeitungseinheit oder nach einer bestimmten Anzahl von Einschaltvorgängen der ersten Datenverarbeitungseinheit, insbesondere mit jedem Einschalten der ersten Datenverarbeitungseinheit, der Fall sein.
Die digitale Signatur kann in beliebiger geeigneter Weise mittels hinlänglich bekannter Signaturalgorithmen generiert und im Integritätsprüfungsschritt verifiziert werden. Hierbei können Signaturalgorithmen mit Nachrichtenwiederherstellung verwendet werden, die bei der Verifizierung der Signatur die der Signatur zugrundeliegende Nachricht wiederherstellen und diese mit der übersandten Nachricht vergleichen. Ein Beispiel für einen solchen Signaturalgorithmus mit Nachrichtenwiederherstellung ist der RSA-Signaturalgorithmus. Im Hinblick auf den erforderlichen Berechnungsaufwand finden jedoch bevorzugt Signaturalgorithmen ohne Nachrichtenwiederherstellung Anwendung, bei denen es im Rahmen der Verifikation der Signatur zu keiner Rekonstruktion der Nachricht kommt, die der Signatur zugrunde liegt. Beispiele für derartige Signaturalgorithmen ohne Nachrichtenwiederherstellung sind ElGamal und dessen Abwandlungen (zum Beispiel Schnorr-Signaturen), DSA, Gost, ECDSA, ESIGN und GMR. Derartige Signaturalgorithmen ohne Nachrichtenwiederherstellung bieten im Übrigen auch schon bei der Anwendung im Rahmen der eingangs beschriebenen bekannten Verfahren bei einer Reduktion des Berechnungsaufwandes den Vorteil einer zusätzlichen Erhöhung der Sicherheit, da es mit ihnen nicht möglich ist, die der Signatur zugrundeliegende Nachricht zu rekonstruieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum sicheren Datenaustausch mit einer ersten Datenverarbeitungseinheit und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit, die zum Aufbau eines sicheren Kommunikationskanals und zur Übermittlung einer ersten Nachricht von der zweiten Datenverarbeitungseinheit an die erste Datenverarbeitungseinheit über den sicheren Kommunikationskanal ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist ein geheimer Schlüssel vorgesehen, der ausschließlich in der ersten Datenverarbeitungseinheit und in der zweiten Datenverarbeitungseinheit gespeichert ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass die zweite Datenverarbeitungseinheit zum Generieren einer zweiten Nachricht durch Anhängen eines vorgegebenen Anhangs an die erste Nachricht ausgebildet ist. Weiterhin ist sie zum Generieren einer dritten Nachricht durch Verschlüsselung der zweiten Nachricht unter Verwendung des geheimen Schlüssels ausgebildet. Schließlich ist sie zum Übersenden der dritten Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit über den sicheren Kommunikationskanal ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit ihr lassen sich die oben beschriebenen Vorteile und Funktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens in derselben Weise realisieren, sodass an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen Bezug genommen wird.
Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Funktionen lassen sich dabei auf beliebige Weise realisieren. So können je nach Komplexität der Funktion beispielsweise anwendungsspezifisch konfigurierte integrierte Schaltkreise (ASIC) ebenso Verwendung finden wie Softwarelösungen, bei denen die Funktion durch eine Verarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt wird, die hierbei auf entsprechende Programme und Daten zugreift, die in einem mit der Verarbeitungseinheit verbundenen Speicher abgelegt sind.
Vorzugsweise ist die erste Datenverarbeitungseinheit zum Entschlüsseln der dritten Nachricht unter Verwendung des geheimen Schlüssels und zur Durchführung einer Integritätsprüfung an der zweiten Nachricht ausgebildet. Um die oben beschriebene Integritätsprüfung durchführen zu können, ist die erste Datenverarbeitungseinheit bevorzugt zum Isolieren des Anhangs aus der zweiten Nachricht und zum Vergleich des Anhangs mit einem vorgegebenen Anhang ausgebildet.
Vorzugsweise ist der geheime Schlüssel wie erwähnt ein geheimer Sitzungsschlüssel, der bevorzugt nur für die jeweils aktuelle Sitzung generiert, verwendet und nach Beendigung der Sitzung vernichtet wird. Das Generieren des Sitzungsschlüssels kann sowohl in der ersten Datenverarbeitungseinheit als auch in der zweiten Datenverarbeitungseinheit erfolgen, die dementsprechend dann jeweils zum Generieren des geheimen Schlüssels und zum Übersenden des generierten Sitzungsschlüssels an die andere Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist. In der jeweiligen Datenverarbeitungseinheit ist hierzu beispielsweise ein entsprechender Schlüsselgenerierungsalgorithmus gespeichert, auf den die jeweilige Datenverarbeitungseinheit dann zurückgreift.
Vorzugsweise wird der geheime Sitzungsschlüssel unter Verwendung beider Datenverarbeitungseinheiten generiert, ohne dass er als Ganzes zwischen den beiden Datenverarbeitungseinheiten ausgetauscht wird. Dabei ist die erste Datenverarbeitungseinheit zum Generieren eines ersten Teilschlüssels und zum Übersenden des ersten Teilschlüssels an die zweite Datenverarbeitungseinheit ausgebildet. Die zweite Datenverarbeitungseinheit ist zum Generieren eines zweiten Teilschlüssels und zum Übersenden des zweiten Teilschlüssels an die erste Datenverarbeitungseinheit ausgebildet. Schließlich ist in beiden Datenverarbeitungseinheiten ein entsprechendes Schlüsselerzeugungsschema vorhanden, nach dem die jeweilige Datenverarbeitungseinheit den geheimen Schlüssel aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel generiert.
Die erste Datenverarbeitungseinheit ist wie erwähnt zur Durchführung der Integritätsprüfung ausgebildet. Hierbei ist sie weiterhin bevorzugt zum Übersenden einer positiven Bestätigungsnachricht an die zweite Datenverarbeitungseinheit im Fall der Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist sie zum Übersenden einer negativen Bestätigungsnachricht an die zweite Datenverarbeitungseinheit im Fall der Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht ausgebildet. Die zweite Datenverarbeitungseinheit ist weiterhin bevorzugt so ausgebildet, dass sie den sicheren Kommunikationskanal zumindest nach Erhalt der positiven Bestätigungsnachricht schließt. Wird der Kommunikationskanal geschlossen, vernichtet dann sowohl die erste Datenverarbeitungseinheit als auch die zweite Datenverarbeitungseinheit den geheimen Sitzungsschlüssel.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise aufgebaut sein. Die oben beschriebenen Funktionen des erfindungsgemäßen Verfahrens können dabei auf beliebige geeignete Weise durch entsprechend anwendungsspezifisch konfigurierte Hardware oder durch Standardbauteile und anwendungsspezifische Software realisiert werden. Bevorzugt umfasst die erste Datenverarbeitungseinheit ein erstes Verarbeitungsmodul und ein damit verbundenes Sicherheitsmodul, das zumindest zum Entschlüsseln der dritten Nachricht ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Sicherheitsmodul auch zur Durchführung der Integritätsprüfung und zusätzlich oder alternativ auch zum Übersenden einer Bestätigungsnachricht in Abhängigkeit vom Ergebnis der Integritätsprüfung ausgebildet.
Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Verarbeitungsmodul zum Speichern zumindest eines Teils der ersten Nachricht bei Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht ausgebildet. Die erste Nachricht wird dabei zur weiteren Verwendung in einem mit dem Verarbeitungsmodul verbundenen Speicher abgelegt. Für den Fall, dass fehlende Integrität der zweiten Nachricht festgestellt wird, ist das Verarbeitungsmodul und zusätzlich oder alternativ das Sicherheitsmodul zum Umschalten in einen oben bereits eingehend beschriebenen Fehlermodus ausgebildet.
Bei günstigen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung ist die zweite Datenverarbeitungseinheit zum Erstellen einer ersten digitalen Signatur über einer ersten Information und zum Erstellen der ersten Nachricht aus der ersten Information und der ersten digitalen Signatur ausgebildet. Hierdurch ist es wie erwähnt möglich, auch zu späteren Zeitpunkten die Integrität der verwendeten Daten zu überprüfen. Hierzu ist erste Datenverarbeitungseinheit zur zumindest teilweisen Wiederholung der Integritätsprüfung zu vorgebbaren Zeiten ausgebildet.
Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit beliebigen Anwendungen einsetzen, bei denen Daten auf entsprechend abgesicherte Weise von einer ersten Datenverarbeitungseinheit zu einer zweiten Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden müssen. Hierbei kann sie wie erwähnt im Zusammenhang mit beliebigen Diensten verwendet werden, die mit Hilfe von Datenverarbeitungseinheiten durchgeführt werden und bei denen es erforderlich ist, in der ersten Datenverarbeitungseinheit stets die aktuellste Version der zur Durchführung des Dienstes notwendigen Dienstdaten verfügbar zu haben.
Dank des geringen zu übertragenden Datenvolumens ist die Anwendung der Erfindung bei Konstellationen von besonderem Vorteil, bei denen eine zentrale zweite Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise eine entfernte Datenzentrale, mehrere erste Datenverarbeitungseinheiten mit entsprechenden Dienstdaten versorgen muss. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung im Zusammenhang mit Frankiermaschinen einsetzen. Vorzugsweise ist die erste Datenverarbeitungseinheit daher eine Frankiermaschine.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Datenverarbeitungseinheit, welche die Merkmale der oben beschriebenen ersten Datenverarbeitungseinheit oder der oben beschriebenen zweiten Datenverarbeitungseinheit der erfindungsgemäßen Anordnung aufweist.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen
Figur 1
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2
ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Anordnung aus Figur 1;
Figur 2A
ein erstes Detail des Ablaufdiagramms aus Figur 2;
Figur 2B
ein zweites Detail des Ablaufdiagramms aus Figur 2;
Figur 2C
ein drittes Detail des Ablaufdiagramms aus Figur 2.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anordnung umfasst eine erste Datenverarbeitungseinheit in Form einer Frankiermaschine 1 und eine zweite Datenverarbeitungseinheit in Form einer entfernten Datenzentrale 2, die mit der Frankiermaschine 1 mittels - aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellter - Kommunikationsmittel über eine Kommunikationsverbindung 3 zum Datenaustausch verbunden werden kann. Die Frankiermaschine 1 umfasst dabei ein Verarbeitungsmodul 4 und ein damit verbundenes Sicherheitsmodul 5, welches sicherheitsrelevante Vorgänge in der Frankiermaschine 1 abwickelt.
An die Frankiermaschine 1 soll im Rahmen eines Datenaustauschs von der Datenzentrale 2 eine erste Nachricht gesandt werden. Diese erste Nachricht enthält eine erste Information in Form einer Gebührentabelle, welche die Frankiermaschine 1 bei der Berechnung des Portowertes benutzt, der zur Beförderung eines bestimmten Poststückes durch einen Postbeförderer erforderlich ist. Wurde die Gebührentabelle unversehrt übertragen, wird sie in einem mit dem Verarbeitungsmodul 4 verbundenen Gebührentabellenspeicher 6 gespeichert. Der erforderliche Portowert für ein bestimmtes Poststück wird dann vom Verarbeitungsmodul 4 unter Zugriff auf den Gebührentabellenspeicher 6 in Abhängigkeit vom Gewicht des Poststückes und von Eingaben des Benutzers zur Versendungsart etc. berechnet. Das Gewicht des Poststückes wird über eine mit dem Verarbeitungsmodul 4 verbundene Waage 7 ermittelt. Die Eingaben des Benutzers erfolgen über eine Eingabeeinrichtung 8, die ebenfalls mit dem Verarbeitungsmodul 4 verbunden ist.
Wie der Figur 1 weiterhin zu entnehmen ist, können mit der Datenzentrale 2 noch weitere Frankiermaschinen 9 und 10 verbunden werden, die in derselben Weise ausgebildet sind wie Frankiermaschine 1.
Um zum einen zu verhindern, dass die Beförderung des Poststückes durch den Postbeförderer infolge eines zu geringen Portowertes verweigert oder mit Nachforderungen an den Empfänger verbunden wird, und zum anderen zu verhindern, dass zum anderen ein zu hoher Portowert verwendet wird, ist es erforderlich, dass in der Frankiermaschine 1 stets die unversehrte, aktuelle Gebührentabelle des Postbeförderers vorhanden ist. Hierbei ist insbesondere im Sinne des Benutzers der Frankiermaschine 1 darauf zu achten, dass die Gebührentabelle bei der Übertragung keinen Manipulationen durch Dritte unterworfen wird.
Die Übersendung der Gebührentabelle kann entweder durch die Datenzentrale 2 durch Verbindungsaufnahme mit der Frankiermaschine 1 initiiert werden, sobald eine neue Version der Gebührentabelle in der Datenzentrale 2 vorliegt. Ebenso ist jedoch möglich, dass die Übersendung der neuen Gebührentabelle erfolgt, sobald die Frankiermaschine 1 die Datenzentrale 2 kontaktiert.
Bezug nehmend auf die Figuren 1 und 2 wird im Folgenden der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Anordnung aus Figur 1 erläutert.
Um eine manipulationssichere Übertragung der ersten Nachricht mit der Gebührentabelle zu gewährleisten, wird zunächst in einem Kommunikationsaufbauschritt 20 über die Kommunikationsverbindung 3 zwischen der Frankiermaschine 1 und der Datenzentrale 2 ein sicherer Kommunikationskanal aufgebaut. Der Aufbau des sicheren Kommunikationskanals erfolgt in hinlänglich bekannter Weise, indem sich das Sicherheitsmodul 5 und die Datenzentrale 2 unter Zwischenschaltung des Verarbeitungsmoduls 4 unter Verwendung kryptographischer Mittel wechselseitig authentifizieren.
Bei der wechselseitigen Authentifizierung wird im vorliegenden Beispiel ein System mit öffentlichen und geheimen Schlüsseln verwendet, welches hinlänglich bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht erläutert werden soll. Es sei nur so viel erwähnt, dass die erste Verarbeitungseinheit 5.1 des Sicherheitsmoduls 5 bei der wechselseitigen Authentifizierung auf einen ersten Speicher 5.2 zugreift, in dem neben den erforderlichen Verschlüsselungs- und Verifikationsalgorithmen sowie dem öffentlichen Schlüssel und dem geheimen Schlüssel des Sicherheitsmoduls 5 auch der öffentliche Schlüssel der Datenzentrale 2 sowie entsprechende Zertifikate gespeichert sind. Auf Seiten der Datenzentrale 2 greift deren zweite Verarbeitungseinheit 2.1 auf einen zweiten Speicher 2.2 zu, in dem neben den erforderlichen Verschlüsselungs- und Verifikationsalgorithmen sowie dem öffentlichen Schlüssel und dem geheimen Schlüssel der Datenzentrale 2 auch der öffentliche Schlüssel des Sicherheitsmoduls 5 sowie entsprechende Zertifikate gespeichert sind.
Nach erfolgreichem Aufbau des sicheren Kommunikationskanals erfolgt in einem Schlüsselgenerierungsschritt 21 in der Frankiermaschine 1 und der Datenzentrale 2 die Erzeugung eines geheimen Schlüssels in Form eines geheimen Sitzungsschlüssels, der ausschließlich in der Frankiermaschine 1 und der Datenzentrale 2 vorhanden ist..
Wie der Figur 2A zu entnehmen ist werden in dem Schlüsselgenerierungsschritt 21 zunächst in einem Teilschritt 21.1 in der ersten Verarbeitungseinheit 5.1 ein erster Teilschlüssel generiert und in der zweiten Verarbeitungseinheit 2.1 ein zweiter Teilschlüssel generiert. Die erste Verarbeitungseinheit 5.1 greift dabei auf einen dritten Speicher 5.3 zu, der einen entsprechenden Schlüsselgenerierungsalgorithmus enthält. Die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 greift hierzu auf einen vierten Speicher 2.3 zu, der ebenfalls einen entsprechenden Schlüsselgenerierungsalgorithmus enthält. Es versteht sich hierbei, dass das Generieren der Teilschlüssel bei anderen Varianten der Erfindung auch schon vor der Herstellung des sicheren Kommunikationskanals erfolgen kann.
Anschließend werden in einem Teilschritt 21.2 die beiden Teilschlüssel über den sicheren Kommunikationskanal ausgetauscht, indem der erste Teilschlüssel an die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 und der zweite Teilschlüssel an die erste Verarbeitungseinheit 5.1 gesandt wird.
In einem Teilschritt 21.3 wird der geheime Sitzungsschlüssel sowohl in der Frankiermaschine 1 als auch in der Datenzentrale 2 nach einem vorgegebenen Schlüsselerzeugungsschema aus den beiden Teilschlüsseln generiert und in dem dritten Speicher 5.3 des Sicherheitsmoduls 5 bzw. dem vierten Speicher 2.3 der Datenzentrale 2 gespeichert.
Das Schlüsselerzeugungsschema ist dabei ebenfalls in dem dritten Speicher 5.3 des Sicherheitsmoduls 5 bzw. dem vierten Speicher 2.3 der Datenzentrale 2 gespeichert. Im vorliegenden Fall besteht das Schlüsselerzeugungsschema lediglich darin, dass der zweite Teilschlüssel an den ersten Teilschlüssel angehängt wird. Es versteht sich jedoch, dass der geheime Sitzungsschlüssel bei anderen Varianten der Erfindung auch nach beliebigen anderen Schemata aus dem ersten und zweiten Teilschlüssel generiert werden kann.
Wie Figur 2 zu entnehmen ist, folgt auf den Schlüsselgenerierungsschritt 21 ein Datenübermittlungsschritt 22, in dem die Gebührentabelle von der Datenzentrale 2 über den sicheren Kommunikationskanal an die Frankiermaschine 1 übersandt wird.
Wie Figur 2B zu entnehmen ist, wird dabei zunächst in einem Teilschritt 22.1 in der Datenzentrale 2 durch die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 eine erste Nachricht generiert, welche eine erste Information in Form der zu übersendenden Gebührentabelle enthält.
Die erste Nachricht enthält im vorliegenden Beispiel weiterhin eine erste digitale Signatur, die von der zweiten Verarbeitungseinheit 2.1 unter Zugriff auf den zweiten Speicher 2.2 in hinlänglich bekannter Weise über der ersten Information, also der Gebührentabelle, erzeugt wurde. Dabei wird ein digitaler Signaturalgorithmus ohne Nachrichtenwiederherstellung verwendet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung eine solche digitale Signatur über der ersten Information auch fehlen kann.
In einem Teilschritt 22.2 wird in der Datenzentrale 2 aus der ersten Nachricht eine zweite Nachricht generiert, indem die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 an die erste Nachricht um einen Anhang erweitert. Bei dem Anhang handelt es sich im vorliegenden Fall um den im vierten Speicher 2.3 gespeicherten geheimen Sitzungsschlüssel.
In einem Teilschritt 22.3 wird in der Datenzentrale 2 aus der zweiten Nachricht eine dritte Nachricht generiert, indem die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 die zweite Nachricht unter Verwendung des geheimen Sitzungsschlüssels verschlüsselt. Die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 greift hierbei auf einen entsprechenden Verschlüsselungsalgorithmus zu, der in einem fünften Speicher 2.4 der Datenzentrale 2 abgelegt ist.
In einem Teilschritt 22.4 wird die dritte Nachricht anschließend von der Datenzentrale 2 über den sicheren Kommunikationskanal an die Frankiermaschine 1 übermittelt.
Bei dem Anhang handelt es sich im vorliegenden Fall wie erwähnt um den geheimen Sitzungsschlüssel. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige andere Anhänge verwendet werden können. Weiterhin kann es sich bei dem Anhang auch um einen vorgegebenen Teil des geheimen Sitzungsschlüssel handeln. Um welchen Teil des geheimen Sitzungsschlüssels es sich dabei handelt, kann beispielsweise vorab im Rahmen einer Kommunikation, insbesondere über den sicheren Kommunikationskanal, zwischen der Frankiermaschine und der Datenzentrale vereinbart bzw. vorgegeben worden sein. Ebenso kann diese Vorgabe gleichzeitig mit oder nach der Übermittlung der dritten Nachricht erfolgen.
Wie Figur 2 weiterhin zu entnehmen ist, erfolgt in einem Entschlüsselungsschritt 23 im Sicherheitsmodul 5 der Frankiermaschine 1 eine Entschlüsselung der dritten Nachricht, sodass im Sicherheitsmodul 5 dann die zweite Nachricht vorliegt. Hierzu greift die erste Verarbeitungseinheit 5.1 des Sicherheitsmoduls auf dem dritten Speicher 5.3, in dem der geheime Sitzungsschlüssel gespeichert ist, und einen sechsten Speicher 5.4 zu, der einen entsprechenden Entschlüsselungsalgorithmus enthält.
Anschließend erfolgt gemäß Figur 2 in einem Integritätsprüfungsschritt 24 im Sicherheitsmodul 5 der Frankiermaschine 1 eine Integritätsprüfung, bei der die zweite Nachricht auf ihre Integrität überprüft wird. Hierbei greift die erste Verarbeitungseinheit 5.1 auf einen Integritätsprüfungsalgorithmus zu, der in einem siebten Speicher 5.5 des Sicherheitsmoduls 5 abgelegt ist. Je nach dem Ergebnis der Integritätsprüfung wird in einem Bestätigungsschritt 25 eine entsprechende Bestätigungsnachricht von der Frankiermaschine 1 an die Datenzentrale 2 übersandt.
Wie Figur 2C zu entnehmen ist, wird in dem Integritätsprüfungsschritt 24 zunächst in einem Teilschritt 24.1 durch die erste Verarbeitungseinheit 5.1 sowohl der Anhang aus der zweiten Nachricht isoliert als auch die erste Nachricht. Hierzu löst die erste Verarbeitungseinheit 5.1 im vorliegenden Beispiel jeweils eine Bitsequenz mit vorgegebener Position und Länge aus der zweiten Nachricht.
In einem Teilschritt 24.2 wird dieser aus der zweiten Nachricht herausgelöste Anhang durch die erste Verarbeitungseinheit 5.1 mit einem vorgegebenen Anhang verglichen, hier also mit dem in dem dritten Speicher 5.3 gespeicherten geheimen Sitzungsschlüssel.
Ist das Ergebnis der Überprüfung in dem Teilschritt 24.2 positiv, d. h. entspricht der herausgelöste Anhang dem vorgegebenen Anhang, wird in einem Teilschritt 24.3 aus der ersten Nachricht die erste Information, also die Gebührentabelle, und die erste digitale Signatur herausgelöst. Hierzu löst die erste Verarbeitungseinheit 5.1 im vorliegenden Beispiel wiederum entsprechende Bitsequenzen mit vorgegebener Position und Länge aus der ersten Nachricht.
In einem Teilschritt 24.4 wird dann die erste digitale Signatur verifiziert. Die erste Verarbeitungseinheit 5.1 greift hierbei neben der ersten Information und der ersten digitalen Signatur auf einen entsprechenden Verifizierungsalgorithmus ohne Nachrichtenwiederherstellung sowie den öffentlichen Schlüssel der Datenzentrale 2 zu, die beide im ersten Speicher 5.2 gespeichert sind. Es versteht sich jedoch, dass bei Varianten der Erfindung, bei denen die erste digitale Signatur fehlt, auch die Teilschritt 24.3 und 24.4 fehlen können.
Ist auch das Ergebnis der Verifizierung im Teilschritt 24.4 positiv, d. h. entspricht die erste digitale Signatur der ersten Information, ist die Integritätsprüfung erfolgreich abgeschlossen. Die Gebührentabelle wird dann in einem Teilschritt 24.5 auf Veranlassung des Sicherheitsmoduls 5 durch das Verarbeitungsmodul 4 in dem Gebührentabellenspeicher 6 abgelegt, wobei gegebenenfalls eine dort vorhandene alte Gebührentabelle überschrieben wird.
Wurde die Integritätsprüfung erfolgreich abgeschlossen, d. h. die Integrität der zweiten Nachricht festgestellt, wird in dem Bestätigungsschritt in einem Teilsschritt 25.1 eine positive Bestätigungsnachricht von dem Sicherheitsmodul 5 der Frankiermaschine 1 an die Datenzentrale 2 übersandt.
Bei Erhalt der positiven Bestätigungsnachricht beendet die Datenzentrale 2 in einem Kommunikationsabbruchschritt 26 die Kommunikation mit der Frankiermaschine 1, wie dies Figur 2 zu entnehmen ist.
Gemäß Figur 2C protokolliert die Datenzentrale 2 hierbei zunächst den erfolgreichen Abschluss der Übermittlung der Gebührentabelle in einem Teilschritt 26.1 in einem achten Speicher 2.5, der mit der zweiten Verarbeitungseinheit 2.1 verbunden ist.
In einem Teilschritt 26.2 wird dann ausgehend von der Datenzentrale 2 der sichere Kommunikationskanal geschlossen und die Verbindung mit der Frankiermaschine 1 getrennt.
Anschließend wird in einem Teilschritt 26.3 in der Datenzentrale 2 der geheime Sitzungsschlüssel vernichtet, indem der entsprechende Speicherbereich des vierten Speichers 2.3 durch die zweite Verarbeitungseinheit 2.1 überschrieben wird. Auf Seiten der Frankiermaschine 1 wird ebenso vorgegangen, nachdem der Abbruch der Kommunikation mit der Datenzentrale 2 festgestellt wurde. Es wird also im Teilschritt 26.3 auch im Sicherheitsmodul 5 der geheime Sitzungsschlüssel vernichtet, indem der entsprechende Speicherbereich des dritten Speichers 5.3 durch die erste Verarbeitungseinheit 5.1 überschrieben wird. Hiermit ist der Verfahrensablauf dann beendet.
Ist das Ergebnis der Überprüfung in dem Teilschritt 24.2 aus Figur 2C jedoch negativ, d. h. entspricht der herausgelöste Anhang nicht dem vorgegebenen Anhang, wird im Sicherheitsmodul 5 in einem Teilschritt 24.6 zunächst überprüft, ob bereits eine vorgegebene Anzahl erfolgloser Datenübermittlungsschritte 22 durchgeführt wurde. Ebenso wird verfahren, wenn das Ergebnis der Verifikation im Teilschritt 24.4 des Integritätsprüfungsschrittes 24 negativ ist.
Ist die vorgegebene Anzahl erfolgloser Datenübermittlungsschritte 22 noch nicht erreicht, wird in einem Teilschritt 25.2 des Bestätigungsschrittes 25 eine erste negative Bestätigungsnachricht von dem Sicherheitsmodul 5 an die Datenzentrale 2 übersandt. Bei Erhalt der ersten negativen Bestätigungsnachricht wird der Teilschritt 22.4 des Datenübermittlungsschrittes 24 wiederholt, d. h. die Datenzentrale 2 sendet erneut die dritte Nachricht. Dies ist in den Figuren 2, 2B und 2C durch den Anknüpfungspunkt 27 angedeutet.
Ergibt die Überprüfung in dem Teilschritt 24.6 des Integritätsprüfungsschrittes 24 jedoch, dass die vorgegebene Anzahl erfolgloser Datenübermittlungsschritte 22 erreicht ist, wird das Sicherheitsmodul 5 in einem Teilschritt 24.7 in einen Fehlermodus geschaltet, in dem die Frankiermaschine 1 keine Frankierungen vornehmen kann. Hierüber wird der Benutzer der Frankiermaschine durch ein entsprechendes akustisches Signal und/oder ein entsprechendes optisches Signal in Kenntnis gesetzt.
In diesem Fall wurde die Integritätsprüfung somit erfolglos abgeschlossen, d. h. die fehlende Integrität der zweiten Nachricht festgestellt. In einem Teilschritt 25.3 des Bestätigungsschrittes 25 wird demgemäß eine zweite negative Bestätigungsnachricht von dem Sicherheitsmodul 5 an die Datenzentrale 2 übersandt. Bei Eintreffen der zweiten negativen Bestätigungsnachricht wird dann der Kommunikationsabbruchschritt 26 wie oben beschrieben durchgeführt. Hierbei wird allerdings in dem Teilschritt 26.1 der erfolglose Abschluss der Übermittlung der Gebührentabelle in dem achten Speicher 2.5 protokolliert.
Bei der Anordnung aus Figur 1 erfolgt zum einen in regelmäßigen Zeitintervallen und zum anderen mit jedem Einschalten der Frankiermaschine 1 eine erneute Überprüfung der ersten digitalen Signatur, die zusammen mit der Gebührentabelle in dem Gebührentabellenspeicher 6 gespeichert wurde. Hierzu wird der oben beschriebene Teilschritt 24.4 des Integritätsprüfungsschrittes 24 wiederholt, in dem die erste digitale Signatur verifiziert wird. Ist das Ergebnis der Verifizierung im Teilschritt 24.4 positiv, d. h. entspricht die erste digitale Signatur der ersten Information, kann die Frankiermaschine 1 weiter betrieben werden. Ist das Ergebnis der Verifizierung im Teilschritt 24.4 jedoch negativ, wird die Frankiermaschine 1 in einen Fehlermodus geschaltet, wie er oben im Zusammenhang mit dem Teilschritt 24.7 des Integritätsprüfungsschrittes 24 beschrieben wurde.
Im Rahmen dieser regelmäßigen Überprüfung wird die Gebührentabelle noch dahingehend überprüft, ob ein mit der Gebührentabelle verbundenes Gültigkeitsdatum überschritten wurde oder nicht. Ist dies der Fall, wird die Frankiermaschine 1 ebenfalls in den beschriebenen Fehlermodus geschaltet.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es sich bei den vorstehend beschriebenen Speichern nicht notwendigerweise um getrennte Speichermodule handeln muss. Vielmehr können in dem Sicherheitsmodul 5 und in der Datenzentrale 2 gegebenenfalls jeweils eines oder mehrere Speichermodule vorgesehen sein, wobei einzelne Speichermodule unterschiedlichen Speicherbereiche aufweisen, welche die unterschiedlichen Speicher ausbilden. Zur Vervollständigung sei hier noch angemerkt, dass das Sicherheitsmodul 5 einen mit der ersten Verarbeitungseinheit 5.1 verbundenen ersten Arbeitsspeicher 5.6 aufweist, in dem sämtliche für den aktuellen Verfahrensschritt erforderlichen Daten abgelegt werden. Gleiches gilt für die Datenzentrale 2, die einen mit der zweiten Verarbeitungseinheit 2.1 verbundenen zweiten Arbeitsspeicher 2.6 aufweist.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten auch ein anderer Verfahrensablauf gewählt werden kann. Insbesondere können die Teilschritte innerhalb eines Verfahrensschrittes gegebenenfalls in abweichender Reihenfolge durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend weiterhin ausschließlich anhand eines Beispiels aus dem Bereich der Frankiermaschinen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen Bereichen Anwendung finden kann, in denen es auf die sichere Übertragung von Dienstdaten zwischen einer ersten Datenverarbeitungseinheit und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit ankommt.

Claims (30)

  1. Verfahren zum sicheren Datenaustausch zwischen einer ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit (2), bei dem in einem Kommunikationsaufbauschritt (20) ein sicherer Kommunikationskanal zwischen der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) hergestellt wird und in einem Datenübermittlungsschritt (22) über den sicheren Kommunikationskanal eine erste Nachricht von der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) übersandt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenübermittlungsschritt (22)
    in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) eine zweite Nachricht generiert wird, indem ein vorgegebener Anhang an die erste Nachricht angehängt wird,
    eine dritte Nachricht generiert wird, indem die zweite Nachricht unter Verwendung eines geheimen Schlüssels verschlüsselt wird, der nur in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) vorhanden ist, und
    die dritte Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) übersandt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Entschlüsselungsschritt (23) die dritte Nachricht in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) unter Verwendung des geheimen Schlüssels entschlüsselt wird und die zweite Nachricht in einem Integritätsprüfungsschritt (24) auf ihre Integrität überprüft wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Integritätsprüfung in dem Integritätsprüfungsschritt (24) der Anhang aus der zweiten Nachricht isoliert wird und überprüft wird, ob der Anhang einem vorgegebenen Anhang entspricht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhang zumindest ein, insbesondere vorgebbarer, Teil des geheimen Schlüssels ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime Schlüssel ein geheimer Sitzungsschlüssel ist, der in dem Kommunikationsaufbauschritt (20) oder nach dem Kommunikationsaufbauschritt (20) generiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime Schlüssel generiert wird, indem
    ein erster Teilschlüssel in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) generiert und an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) gesandt wird,
    ein zweiter Teilschlüssel in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) generiert und an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) gesandt wird und
    der geheime Schlüssel in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel nach einem vorgebbaren Schlüsselerzeugungsschema generiert wird, insbesondere aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel zusammengesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime Schlüssel ein temporärer Schlüssel ist, der nur vorübergehend verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bestätigungsschritt (25)
    im Fall der Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht im Integritätsprüfungsschritt (24) eine positive Bestätigungsnachricht, die insbesondere die erste Nachricht enthält, von der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) gesandt wird und/oder
    im Fall der Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht im Integritätsprüfungsschritt (24) eine negative Bestätigungsnachricht von der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) gesandt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der sichere Kommunikationskanal zumindest nach Erhalt der positiven Bestätigungsnachricht durch die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) in einem Kommunikationsabbruchschritt (26) geschlossen wird und der geheime Schlüssel sowohl in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) als auch in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) vernichtet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1) ein erstes Verarbeitungsmodul (4) und ein damit verbundenes Sicherheitsmodul (5) umfasst, wobei der Entschlüsselungsschritt (23) durch das Sicherheitsmodul (5) durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Integritätsprüfungsschritt (24) und/oder der Bestätigungsschritt (25) durch das Sicherheitsmodul (5) durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verarbeitungsmodul (4) bei Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht zumindest einen Teil der ersten Nachricht zur weiteren Verwendung in einem mit dem Verarbeitungsmodul (4) verbundenen Speicher (6) ablegt und
    das Verarbeitungsmodul (4) und/oder das Sicherheitsmodul (5) bei Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht in einen Fehlermodus schaltet.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nachricht eine Information und eine digitale Signatur der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) über der ersten Information umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Integritätsprüfungsschritt (24) zu vorgebbaren Zeitpunkten zumindest teilweise wiederholt wird.
  15. Anordnung zum sicheren Datenaustausch mit einer ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und einer zweiten Datenverarbeitungseinheit (2), die zum Aufbau eines sicheren Kommunikationskanals und zur Übermittlung einer ersten Nachricht von der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) über den sicheren Kommunikationskanal ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein geheimer Schlüssel vorgesehen ist, der ausschließlich in der ersten Datenverarbeitungseinheit (1) und in der zweiten Datenverarbeitungseinheit (2) gespeichert ist, und dass die zweite Datenverarbeitungseinheit (2)
    zum Generieren einer zweiten Nachricht durch Anhängen eines vorgegebenen Anhangs an die erste Nachricht ausgebildet ist,
    zum Generieren einer dritten Nachricht durch Verschlüsselung der zweiten Nachricht unter Verwendung des geheimen Schlüssels ausgebildet ist, und
    zum Übersenden der dritten Nachricht an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) über den sicheren Kommunikationskanal ausgebildet ist.
  16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1) zum Entschlüsseln der dritten Nachricht unter Verwendung des geheimen Schlüssels und zur Durchführung einer Integritätsprüfung an der zweiten Nachricht ausgebildet ist.
  17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Integritätsprüfung die erste Datenverarbeitungseinheit (1) zum Isolieren des Anhangs aus der zweiten Nachricht und zum Vergleich des Anhangs mit einem vorgegebenen Anhang ausgebildet ist.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhang zumindest ein, insbesondere vorgebbarer, Teil des geheimen Schlüssels ist.
  19. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime Schlüssel ein geheimer Sitzungsschlüssel ist und dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1) und/oder die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) zum Generieren des geheimen Schlüssels ausgebildet ist.
  20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Generieren des geheimen Schlüssels
    die erste Datenverarbeitungseinheit (1) zum Generieren eines ersten Teilschlüssels und zum Übersenden des ersten Teilschlüssels an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) ausgebildet ist,
    die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) zum Generieren eines zweiten Teilschlüssels und zum Übersenden des zweiten Teilschlüssels an die erste Datenverarbeitungseinheit (1) ausgebildet ist, und
    die erste Datenverarbeitungseinheit (1) und die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) zum Generieren des geheimen Schlüssels aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel nach einem vorgebbaren Schlüsselerzeugungsschema, insbesondere zum Zusammensetzen des ersten Schlüssels aus dem ersten Teilschlüssel und dem zweiten Teilschlüssel, ausgebildet sind.
  21. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime Schlüssel ein temporärer Schlüssel mit begrenzter Gültigkeitsdauer ist.
  22. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1)
    zum Übersenden einer positiven Bestätigungsnachricht, die insbesondere die erste Nachricht enthält, an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) im Fall der Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht ausgebildet ist und/oder
    zum Übersenden einer negativen Bestätigungsnachricht an die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) im Fall der Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht ausgebildet ist.
  23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) zum Schließen des sicheren Kommunikationskanals zumindest nach Erhalt der positiven Bestätigungsnachricht ausgebildet ist und dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1) und die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) zum Vernichten des geheimen Schlüssels nach Schließen des sicheren Kommunikationskanals ausgebildet sind.
  24. Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1) ein erstes Verarbeitungsmodul (4) und ein damit verbundenes Sicherheitsmodul (5) umfasst, das zum Entschlüsseln der dritten Nachricht ausgebildet ist.
  25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmodul (5) zur Durchführung der Integritätsprüfung und/oder zum Übersenden einer Bestätigungsnachricht in Abhängigkeit vom Ergebnis der Integritätsprüfung ausgebildet ist.
  26. Anordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verarbeitungsmodul (4) zum Speichern zumindest eines Teils der ersten Nachricht bei Feststellung der Integrität der zweiten Nachricht zur weiteren Verwendung in einem mit dem Verarbeitungsmodul (4) verbundenen Speicher (6) ausgebildet ist und
    das Verarbeitungsmodul (4) und/oder das Sicherheitsmodul (5) zum Umschalten in einen Fehlermodus bei Feststellung fehlender Integrität der zweiten Nachricht ausgebildet ist.
  27. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) zum Erstellen einer ersten digitalen Signatur über einer ersten Information und zum Erstellen der ersten Nachricht aus der ersten Information und der ersten digitalen Signatur ausgebildet ist.
  28. Anordnung nach Anspruch 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenverarbeitungseinheit (1) zur zumindest teilweisen Wiederholung der Integritätsprüfung zu vorgebbaren Zeitpunkten ausgebildet ist.
  29. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Datenverarbeitungseinheit eine Frankiermaschine (1) ist und/oder die zweite Datenverarbeitungseinheit eine entfernte Datenzentrale (2) ist.
  30. Datenverarbeitungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie wie die erste Datenverarbeitungseinheit (1) oder die zweite Datenverarbeitungseinheit (2) nach einem der Ansprüche 16 bis 29 ausgebildet ist.
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