Verfahren zur unmanipulierbaren, abhörsicheren und nicht hackbaren P2P-Kommunikation in Mehrteilnehmernetze
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationsverfahren in Mehrteilnehmernetze, bei dem Daten über drahtlose bzw. drahtgebundene Übertragungsmedien von einem Punkt zum anderen Punkt unmanipulierbar, abhörsicher und nicht hackbar übertragen werden .
Aus DE 10043 313 ist ein Verfahren und eine Anordnung zum fäl¬ schungssicheren eindeutigen Lokalisieren und Identifizieren veröffentlicht. Das vorgestellte Verfahren beruht auf mehrere Bezugsräume und Bezugsraumvorgaben. Alle Bezugsräume sind in einem globalen Raum angeordnet. Die Raumlagen der Bezugsräume im globalen Raum ändern sich zu zufälligen Zeiten. Jeder Sender und Empfänger ermitteln in Bezug auf die Bezugsräume ihre Ort¬ lagen und ihre Identitäten. Der Sender überträgt mindestens ein mit den ermittelten Ortlagen verbundenes Datum zu dem gewünschten Empfänger, der aus diesen Daten in Bezug auf die Bezugsräu- me die Lage und die Identität des Senders berechnet.
Das in DE 100 43 310 vorgestellte Verfahren zur eindeutigen und fälschungssicheren Zustellung von elektronischen Daten beruht ebenfalls auf die Theorie von dynamisch sich ändernden Räumen. Es existiert ein globaler Raum, ein Identitätsraum, Identitätspunkte, Verschlüsselungspunkte, Raumbezugspunkte und Identi¬ tätsbezugspunkte. Die Sender und Empfänger generieren aus einer Vielzahl von Vorgaben zu Räumen, Bezugsflächen und Bezugspunkten Informationen zu den Lagen ihrer Identitätspunkte und In- formationen zu einem Verschlüsselungspunkt. Der Sender erzeugt ein Schlüssel, verschlüsselt die Daten mit dem Schlüssel, transformiert den Schlüssel in ein, allen Schlüsseln, zugeord¬ neten Raum, berechnet den Abstand des Schlüsselraumpunktes von einem Bezugpunkt, überträgt relative Identitätslagedaten, das
relative Abstandsdatum des Schlüssels und die verschlüsselten Daten an den ausgewählten Empfänger. Der Empfänger bestimmt aus den relativen Identitätslagedaten die Identitäten und aus dem relativen Schlüsseldatum den Schlüsselpunkt im, allen Schlüs- sein, zugeordneten Raum. Aus dem Schlüsselpunkt wird der Schlüssel ermittelt und damit die verschlüsselten Daten ent¬ schlüsselt .
Aus DE 102 22 492 Al ist ein weiteres Verfahren bekannt, das auf relative Datenübertragung in dynamisch sich ändernden Räumen beruht. Das Verfahren betrifft die sichere, vertrauliche und geheime Übertragung personenzugeordneter und rechtsgeschäftlicher Daten. In einem Hochsicherheitstrustcenter werden in geheimen Zufallsprozessen Vorgaben über Räume und deren Raumlagen, verfahrenstechnische Verschiebungsvektoren, verfahrenstechnische Bezugspunkte unabhängig voneinander ermittelt und allen Sendern und Empfängern in Form relativer Datenübertragung übermittelt. Sender und Empfänger generieren aus den Raumvorgaben unabhängig voneinander einen globalen Raum, einen Bezugsraum und einen Adressraum. Der Adressraum liegt vollständig im Bezugsraum, der wiederum dem globalen Raum angehört. Da die Raumvorgaben voneinander unabhängig generiert werden, kann es vorkommen, dass sich ein Teil des Bezugsraumes außerhalb des globalen Raumes befindet. Liegt der Bezugsraum außerhalb des globalen Raumes, so erfolgt durch Raumverschiebungen eine Selbstheilung dieser Raumverletzung. Die bekannten Lösungen haben den Nachteil, dass sie eine Vielzahl von zentralen Vorgaben zu Räumen und Bezugspunkten benötigen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass alle in einem zufallsbestimmten Zeitab- schnitt durchgeführten P2P- Kommunikationen innerhalb der gleichen Räume und mit gleichen verfahrenstechnischen Bezugspunkten sowie Verschiebungsvektoren ausgeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein unmanipulierbares und abhörsicheres Punkt zu Punkt- Kommunikationenverfahren in Mehrteilnehmernetze zuschaffen, das mit weinigen zentralen Vorgaben unmanipulierbare, abhörsichere und nicht hackbare P2P-
Kommunikationen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen dargestellte Lehre gelöst. Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1-11 exemplarisch dargestellten Sachverhalte erläutert. Figur 1 zeigt ein Ausschnitt eines Mehrteilnehmernetzes. Vom Mehrteilnehmernetz sind dargestellt eine Einheit (1.1), eine Einheit (1.2) und ein drahtgebundenes Übertragungsmedium (1.3) . Die Einheit (1.1) dient erfindungsgemäß als Sendeeinheit. Sie ist über das Interface (1.11) mit dem Übertragungsmedium (1.3) verbunden. Die Einheit (1.2) ist erfindungsgemäß die Empfangs¬ einheit. Sie ist über ihr Interface (1.21) an das Übertragungs¬ medium (1.3) geschaltet. Das Übertragungsmedium (1.3) ist bei¬ spielhaft das Internet. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf zufallsbestimmte globale Zufallsbezugsdaten GZBDi, die für zufallsbestimmte Zeitbereiche At1 gültig sind. Alle globalen Zufallsbezugsdaten GZBDi besitzen eine vorbestimmte Länge, wobei eine Länge von 2048 Bit vorteilhaft ist. Neben den Zufalls¬ bezugsdaten GZBDi existieren weitere Daten, die jeweils mindes- tens ein Ortdatum (GODi- globales Ortdatum) beinhalten. Jedes Zufallsbezugsdatum GZBDi ist ein Ortdatum GODi oder mehrere Ortdaten GODiμ (Ortdatum 3) zugeordnet. Jedes Ortdatum GODiμ ist für einen zufällig vorbestimmten Zeitbereich Δt gültig, wobei der Zeitbereich Δt gleich oder ungleich dem Zeitbereich At1 ist. Das Ortdatum GODiμ beinhaltet zwei Bytes GOBiμ und GO- biμ. Das Byte GOBiμ gibt den Byte-Ort im Zufallsbezugsdatum GZBDi und das Byte GObiμ gibt den Bit-Ort in dem Byte GOBiμ an. Ab der Bitstelle GODiμ in dem globalen Zufallsbezugsdatum GZBDi wird ein globales Zufallsbezugsdatum GZBiμ (Teilzufallsbezugs- datum) abgelesen. Figur 2 zeigt die Inhalte des globalen Zufallsbezugsdatums GZBiμ.
Mit den je zwei Byte enthaltenen Ortdaten GODiμ wird aus einer geringen Anzahl von globalen Zufallsbezugsdaten GZBDi eine grö- ßere Anzahl, was speicherungstechnisch von Vorteil ist.
Die Zufallsbezugsdaten GZBDi, ihre zugeordneten Ortdaten GODiμ und ihre zugeordneten Gültigkeitszeitdaten (kalendarische Daten, Weltzeit) sind erfindungsgemäß allen am Verfahren betei¬ ligten Einheiten, so auch den Einheiten (1.1), (1.2), bekannt. Sie sind unmanipulierbar und geheim (verborgen) in den Einheiten gespeichert und werden in Form relativer Daten nachgeladen.
Die Figuren 4 bis 10 offenbaren anhand der im Verfahren gebildeten Daten das Verfahrensprinzip des erfindungsgemäßen Verfah- rens .
Für eine P2P- Kommunikation ermittelt die Sendeeinheit (1.1) je P2P- Kommunikation mehrere Zufallszahlen PZsk, mindestens ein eine Person und/oder Einheit kennzeichnendes Datum und/oder mindestens ein Flechtdatum und/oder mindestens ein P2P- Steuerdatum und ein Bestandteilsdatum oder mehrere Bestandsteilsdaten PBj. Das Vorhandensein eines Bestandteilsdatums PBj wird durch ein, dem Bestandteilsdatum PBj, zugeordnetes aktiviertes Bit in einem Bestandteilskennzeichnungsdatum PBW ange- zeigt. In der Fortsetzung der Legende zur Figur 4 ist der Inhalt des Bestandteilskennzeichnungsdatums PBW näher erklärt. Mindestens ein Bestandteilsdatum PBj ist ein Permutationsdatum PI. Des Weiteren werden in der Sendeeinheit (1.1) die in der Legende zur Figur 4 beschriebenen P2P- Steuerinformationen PSI (1-3) bestimmt. Dabei werden Ortdaten, Zeitvorgaben, Abstandsnummer, P2P- Steuerdaten, Byteflechtdaten, Schlüsselsteuerdaten, Permutationsdaten PERM, Datenpaketsteuerdaten und Raumdaten separater Räume ermittelt. Eines der Ortdaten ist das Ortdatum PODki (Ortdatum 2) . Es gibt analog dem Ortdatum GODiμ den Bitort im globalen Zufallsbezugsdatum GZBDiμ an, ab dem das separate Zufallsbezugsdatum SZBkiμ aus dem globalen Zufallsbezugsdatum GZBDiμ je P2P-Kommunikation k abgelesen werden. Figur 3 zeigt die Inhalte des separaten Zufallsbezugsdatums SZBkiμ.
Die Sendeeinheit (1.1) teilt der Empfangseinheit (1.2) in dem P2P- Steuerwort (PSW) mit, ob die separaten Räume unter Verwendung der Steuerinformation PSI2 Nr. 5 aus dem separaten Zu-
fallsbezugsdatum SZBkiμ oder unter Verwendung der Steuerinformationen PSI2 Nr. (6-8) zu bestimmen sind. Die dafür vorgesehenen Informationsbits im P2P- Steuerwort können zufallsbestimmt oder nicht zufallsbestimmt gesteuert werden. Die Beziehungen Gl.5-1 bis Gl-5-3 in Figur 5 zeigen beispielhaft eine Möglich¬ keit zur Berechnung aller Raumkoordinatendaten.
Die Sendeeinheit (1.1) legt alle nicht zufallsbestimmten Be¬ standteile P2P Steuerinformationen PSI (1-3) fest, generiert mit ihrem nicht dargestellten Zufallsgenerator mehrere Zufallszahlen PZsk und fügt den Steuerinformationen PSI (2-3) über logische Maskenoperationen alle zufallsbestimmte Bestandteile hin¬ zu. Figur 6 zeigt exemplarisch eine Ausführungsvariante der Maskenoperationen .
Die Sendeeinheit (1.1) ermittelt in Verbindung mit dem Ortdatum SODkiμ (Ortdatum 1) und den eine Person kennzeichnenden Daten das geheime Absender-Adressdatum gABAkiμ, das geheime Absender- Identitätsdatum gABIkiμ, das geheime Adressaten-Adressdatum gA- DAkiμ und das geheime Adressaten-Identitätsdatum gADIkiμ. Die Buchstaben k, i und μ stellen Indizes dar, die die Abhängigkei¬ ten von der P2P- Kommunikation und von den Zufallsbezugsdaten GZBiμ und SZBkiμ charakterisieren. In der weiteren Beschreibung wird auf dem Index μ verzichtet. Dies bedeutet verfahrenstech- nisch, dass die zufallsbestimmten Zeitbereiche At1 und Δtμ gleich sind.
Des Weiteren werden die Bestandteilsdaten in Abhängigkeit der aktivierten Bits im Bestandteilskennzeichnungsdatum bereitge- stellt.
In Bezug auf den globalen P2P-Bezugsraum GPBRi, die globalen Bezugsdaten GPZIi, GPZ2i des globalen Zufallsbezugsdatums GZBi, die Personen kennzeichnenden Daten, die Zufallsdaten PZk3, PZ4k werden die folgenden acht relativen Daten unter Nutzung der in Figur 7 angegebenen Gleichungen Gl.7-1 berechnet. • das relative Datum rPZ der Zufallszahl PZ4k
• das relative Datum rPSIl der P2P-Steuerinformation PSIIk
• das relativ Datum rgABA des geheimen Absender- Adressdatums gABAki
• das relative Datum rgADA des geheimen Adressaten- Adressda- tums gADAki,
• das relative Datum rgABI des geheimen Absender- Adressdatums gABIki
• das relative Datum rgADI des geheimen Adressaten- Identitätsdatums gADIki • das relative Datum rPZ3 der Zufallszahl PZ3k
• das relative Datum rPSl2 der P2P-Steuerinformation PSl2k
In Bezug auf den separaten P2P-Bezugsraum SPBRki, das separate Bezugsdatum SPZlki des separaten Zufallsbezugsdatums SZBki, die Zufallsdaten PZ3k und PZ4k werden das relative Datum rPSl3 der P2P-Steuerinformation PSl3k und jedes relative Datum rPBj des Bestandteilsdatums PBjk unter Nutzung der in Figur 7 angegebe¬ nen Gleichungen Gl.7-2 berechnet.
Figur 4 zeigt in (4.1) die aneinander gereihten relativen Daten des globalen P2P-Bezugsraumes GPBRi und in (4.2) die aneinander gereihten relativen Daten des separaten P2P-Bezugsraumes SPBRki. Die Aneinanderreihungen der relativen Daten (4.1) und (4.2) erfolgen nach einer vorbestimmten bekannten Reihenfolge. Jedes relative Datum von (4.1) und (4.2) hat eine Datenlänge von DATLl. Vorzugsweise ist DATLl gleich 128Bit. Die Datenlänge DATLl ergibt sich aus der Summe der Koordinatenlängen der Raumkoordinaten des jeweiligen P2P-Bezugsraumes . Die zwanzig rela¬ tiven Daten von (4.2) werden in Abhängigkeit der Summe der Ko- ordinatenlängen der Raumkoordinaten des jeweiligen Transferraumes GPRi und SPRki mit weiteren Zufallszahlen (4.3) auf ein Vielfaches der Summenlänge des Transferraumes aufgefüllt. Die Zufallszahlen (4.3) werden in diesem Verfahrensschritt als re¬ lative Daten betrachtet. In den exemplarischen Ausführungen zum erfinderischen Verfahren ist die Summenlänge eines Transferrau¬ mes gleich 1024 Bit. Die Aneinanderreihung aller 128Bit- langen
relativen Daten werden in die zwei Datenblöcke PDA-I (4.4) und PDA-2 (4.5) zerlegt. Je Datenblock wird ein Hashwert (4.41) und (4.51) bestimmt. Als einfachen Hashwert wird die Prüfsumme über den Datenblock benutzt. In Abhängigkeit der Flechtsteuerdaten 2 (PSI2 Nr.2-4) werden Teile des Hashwertes (4.41) in den Datenblock (4.4) eingeflochten, wobei die Flechtung erst nach den relativen Daten (4.1) beginnt. Der geflochtene Datenblock (4.6) wird in P2P- Datenblöcke (4.7) der Datenlänge DATL2 gepackt. Die Datenlänge DATL2 entspricht der Summenlänge des Transfer- raumes. Der erste P2P-Datenblock PDAl von (4.7) enthält die acht relativen Daten von (4.1) . Die fünf weiteren P2P- Datenblöcke FPDA (2-6) von (4.7) enthalten ein Teil der mit Hashwertteilen geflochtenen relativen Daten von (4.2) . Der zweite Datenblock PDA-2 (4.5) wird in Abhängigkeit von PSI2 Nr. (2-4) mit Teilen des Hashwertes (4.51) geflochten. Der geflochtene Datenblock wird in weitere P2P- Datenblöcke (4.14) der Da¬ tenlänge DATL2 gepackt. Die zwei P2P- Datenblöcke FPDA (7,8) enthalten den restlichen Teil von (4.2) und den Teil (4.3) . In Bezug auf den globalen P2P-Transferraum GPRi, die globalen Be- zugsdaten GPZTi, GPZ2i des globalen Zufallsbezugsdatums GZBi wird das relative Datum rPDAl des P2P-Datenblocks PDAl unter Nutzung der in Figur 7 angegebenen Gleichung Gl.7-3 berechnet. In Bezug auf den separaten P2P-Transferraum SPRki, das separate Bezugsdatum SPZTki des separaten Zufallsbezugsdatums SZBki, die Zufallsdaten PZ3k und PZ4k werden die relativen Daten rFPDA (2- 8) der P2P- Datenblöcke FPDA (2-8) unter Nutzung der in Figur 7 angegebenen Gleichungen Gl.7-4 berechnet. In Abhängigkeit von den für alle Einheiten einheitlichen Flechtsteuerdaten 1 (entspricht GDAIi von GZBi in Figur 2) flechtet die Sendeeinheit (1.1) Teildaten des relativen Datums rPDAl des ersten P2P- Da¬ tenblocks in die relativen Daten rFPDA (2-6) der anderen P2P- Datenblöcke von (4.8) .
Beide Flechtungen (1 und 2) dienen erfindungsgemäß der Ver- schleierung. Eine Zuordnung von Teildaten zu ihren relativen Daten und deren Bedeutung ist damit nicht mehr möglich.
Die Sendeeinheit (1.1) sendet die geflochtenen P2P- Datenblöcke (4.9) als P2P-Haeader (4.10) als erstes aus. Bei Vorhandensein von für die eigentlichen Daten vorgesehenen Flechtdaten werden die eigentlichen Daten mit den Flechtdaten unter Verwendung der Steuerinformation PSI3 Nr. (2-4) geflochten, wobei die geflochtenen eigentlichen Daten erneut als eigentliche Daten betrachtet werden. Die eigentlichen Daten werden in Datenpakete zerlegt, je Datenpaket ein Hashwert berechnet und den Hashwert dem jeweiligen Datenpaket hinzugefügt. Jedes Datenpaket mit seinem Hashwert (4.11) oder Daten mit ihren Hashwerten werden blockweise verschlüsselt und/oder permutiert und/oder repermutiert, wobei die Permutationen und/oder Repermutationen vor und/oder nach der Verschlüsselung zur Anwendung kommen. Die Sendeeinheit (1.1) ermittelt aus allen vorangegangenen Hashwerten oder aus allen Hashwerten oder aus allen Hashwerten der Datenpakete ein Gesamthashwert , fügt vor dem Gesamthashwert (4.13) mindestens ein Hashwertkennzeichen (4.12) in den Datenstrom ein. Sie verschlüsselt und/oder permutiert und/oder repermutiert beides in Verbindung mit dem letzten mit seinem Hashwert ergänzten Daten- paket oder mit den letzten mit ihren Hashwerten ergänzten Datenpaketen. Alle verschlüsselten, permutierten Daten werden ausgesandt. Bei Vorhandensein eines P2P-Datenendblocks (4.16) wird dieser als letzte Daten ausgesandt. Die auszusendenden Da¬ ten (P2P-Header, verschlüsselte, permutierte und/oder repermu- tierte, mit Hashwerten versehene Datenpakete, KWH versehener verschlüsselter permutierter und/oder repermutierter Gesamthashwert, P2P- Datenendblock) können in einem dem Verfahren zugeordneten Kommunikationsprotokoll oder als Daten innerhalb eines bekannten Kommunikationsprotokolls übertragen werden. Die Empfangseinheit (1.2) empfängt den P2P-Header, entflechtet mit Hilfe von GDAIi (Flechtsteuerdatum 1) die Daten des relativen Datums rPDAl aus den relativen Daten rFPDA (2-6) der anderen P2P-Datenblöcke FPDA (2-6), ermittelt unter Verwendung Fi¬ gur 8 Gl. 8-1 aus dem relativen Datum rPDAl das Datum PDAl und somit die Aneinanderreihung der relativen Daten von (4.1) . mit der Datenlänge von DATLl. Unter Anwendung Figur 8 Gl.8-2 werden die Zufallszahlen PZ3k, PZ4k, die P2P-Steuerinformationen
PSIIk, PSl2k, die Person kennzeichnenden Daten gABA, gADA, gABI und gADI berechnet. Anhand der Adressaten- Anschriftdaten gADA, GADI erkennt sich die Empfangseinheit (1.2) als zum Empfang be¬ rechtigte Einheit. Daraufhin ermittelt sie aus dem restlichen Teil des P2P- Headers die relativen Daten rFPDA (2-6) . Unter Verwendung Figur 8 Gl. 8-3 werden die P2P-Datenblöcke FPDA (2- 6) berechnet. Der Hashwert (4.41) wird aus den P2P-Datenblöcken FPDA (2-6) entflochten. Die Empfangseinheit (1.2) berechnet über den PDA-I einen Hashwert und vergleicht ihn mit dem emp- fangenen Hashwert (4.41) . Bei Gleichheit erkennt die Empfangs¬ einheit die Integrität der relativen Daten des ersten Datenblo¬ ckes (4.4) .
Aus dem restlichen Teil des ersten Datenblockes werden die restlichen relativen Daten rPSl3ki und rPBjki bestimmt. Unter Anwendung Figur 8 Gl. 8-4 werden das P2P-Steuerdatum PSl3k und die ersten, im Bestandteilskennzeichnungsdatum, aktivierten Bestandteilsdaten PBjk ermittelt. Eines der Bestandteilsdaten ist mindestens ein Permutationsdatum PIk. Mit den Permutationsdaten und den Schlüsselsteuerdaten in der P2P-Steuerinformation PSl3k werden die verschlüsselten blockweise permutierten und/oder re- permutierten, mit Hashwerten versehenen Datenpakete entschlüsselt. Die Empfangseinheit (1.2) ermittelt pro Datenpaket den Hashwert, vergleicht ihn mit dem empfangenen Hashwert, errech- net den Gesamthashwert, erkennt den empfangenen Gesamthashwert
(4.13) anhand des Hashwertkennzeichen (4.12), vergleicht den empfangenen Gesamthashwert mit dem errechneten Gesamthashwert und erkennt die Integrität der Daten bei Gleichheit aller Hash- wertvergleiche . Bei Vorhandensein eines P2P-Datenendblockes (4.16) werden unter Anwendung Figur 8 Gl.8-5 aus den relativen Daten rFPDA 7,8 (4.15) die P2P-Datenblöcke FPDA 7,8 (4.14) be¬ rechnet. Der Hashwert (4.51) wird aus den P2P- Datenblöcken entflochten. Über den Datenblock PDA-2 errechnet die Empfangseinheit den Hashwert des Datenblockes und vergleicht ihn mit dem empfangenen Hashwert (4.51) . Bei Gleichheit ist die Integ¬ rität der relativen Daten des Datenblockes PDA-2 erkannt. Aus den aneinander gereihten relativen Daten der restlichen Be-
Standteilsdaten wird unter Anwendung Figur 8 Gl. 8-4 die restlichen Bestandteilsdaten PBjk ermittelt.
Aus der Legende zur Figur 7 sind die Dimensionen der einzelnen in den Gleichungen Gl. 7-1 bis 7-4 benutzten Vektoren (Ortvektor 1, Ortvektor 2, Translations- Rotationsvektor) dargestellt. Man erkennt, dass die Dimensionen einzelner Vektoren verschieden sind. Da in den Gleichungen von Figur 7 und 8 nur Vektoren mit gleichen Dimensionen verknüpft sind, werden die Dimensionen erfindungsgemäß angeglichen. Figur 9 zeigt anhand eines Bei¬ spiels die erfindungsgemäßen Angleichungen der Dimensionen. Wie aus den Figuren 7 und 8 zu erkennen, kommt erfindungsgemäß bei jeder Berechnung eines relativen Datums ein separates Bezugsda¬ tum (Ortvektor 2) und ein separater Translations- und Rotati- onsvektor (TR) zur Anwendung. Eine Übertragung aller separaten Bezugsdaten und Translations- Rotationsvektoren wäre uneffektiv. Figur 10 zeigt erfindungsgemäß die im Verfahren angewandte Erweiterungsmöglichkeit für die Gewinnung ausreichender separa¬ ter Bezugsdaten und Translations- Rotationsvektoren. In Figur 11 ist beispielhaft ein zweiter Anwendungsfall darge¬ stellt. Gezeigt sind ein mobiles Gerät (11.1) mit seinem Touch- screen (11.11), ein zweites mobiles Gerät (11.2) mit seinem Touchscreen (11.21), eine erste erfindungsgemäße P2P- Kommunikation (11.3) und eine zweite erfindungsgemäße P2P- Kom- munikation (11.4) .