EP2253098A1 - Verfahren zur zugriffs- und kommunikationsbezogenen zufallsver- und entschlüsselung von daten - Google Patents

Verfahren zur zugriffs- und kommunikationsbezogenen zufallsver- und entschlüsselung von daten

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Publication number
EP2253098A1
EP2253098A1 EP08872640A EP08872640A EP2253098A1 EP 2253098 A1 EP2253098 A1 EP 2253098A1 EP 08872640 A EP08872640 A EP 08872640A EP 08872640 A EP08872640 A EP 08872640A EP 2253098 A1 EP2253098 A1 EP 2253098A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
data
random
permutation
date
key
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08872640A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Rozek
Thomas Rozek
Jan Rozek
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.)
Fachhochschule Schmalkalden
Original Assignee
Fachhochschule Schmalkalden
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 Fachhochschule Schmalkalden filed Critical Fachhochschule Schmalkalden
Publication of EP2253098A1 publication Critical patent/EP2253098A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/06—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols the encryption apparatus using shift registers or memories for block-wise or stream coding, e.g. DES systems or RC4; Hash functions; Pseudorandom sequence generators
    • H04L9/0618—Block ciphers, i.e. encrypting groups of characters of a plain text message using fixed encryption transformation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/04—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks
    • H04L63/0428—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0861—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0869—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords involving random numbers or seeds

Definitions

  • the present invention relates to a method for encrypting and decrypting data of all kinds, in which the data is encrypted and decrypted to secure its integrity and / or authenticity and to keep the contents of the data confidential with a random key.
  • Symmetric encryption methods also called secret-key methods, work with keys that are known at the location of the encryption and at the location of the decryption.
  • the symmetric methods include the cryptographic methods DES, triple-DES and AES.
  • DES cryptographic methods
  • Triple-DES triple-DES
  • AES AES
  • each 64-bit long plaintext blocks are subjected to a key-independent input permutation.
  • Each permuted 64-bit plaintext block is then split into a left and right 32-bit block.
  • a function is applied to the left 32-bit block, the result of which is exclusive or linked to the right 32-bit block. The result of this link becomes the new 32-bit block.
  • the former left 32-bit block becomes the right 32-bit block.
  • the two 32-bit blocks are merged and subjected to a re-permutation.
  • the function used in the DES method works on each round with a left 32-bit block that is first permuted and expanded to 48-bits. He then ⁇ follows an exclusive OR operation with a 48-bit long partial keys.
  • the 48-bit block is divided into 8 blocks of 6 bit, which are transformed via substitution boxes 8 in eight 4-bit Ausga ⁇ review.
  • the eight output values represent the 32-bit output value of the DES function.
  • the DES method generates from a 56-bit key Permutation and shift operations the subkeys required for the 16 rounds.
  • Triple DES is based on the more ⁇ multiple use of DES algorithm.
  • the Rijndael AES method is a block cipher like the DES. Like almost all block cipher Rijndael, the AES encrypted data in multiple iden ⁇ table running laps, another part is key in each round are used.
  • Asymmetric encryption also known as public key cryptography, is based on a public key and a first function for encryption and on a private key and a second function for decryption. Both functions are in a defined relationship to each other.
  • the method according to the invention belongs to the symmetrical method.
  • the object of the invention is to provide a method that clear data encrypts with each new encryption with in place, immediately before encryption newly generated random key, the decryption of the cipher data only for the authorized access independent of the location of the encryption and the key data Generates random data from multiple independent random number generators.
  • FIG. 1 shows by way of example a unit (1.0) for implementing the method according to the invention.
  • the unit (1.0) contains a communication-executing module (1.1), an encrypting and / or decrypting module (1.2), Ethernet interfaces (1.3), (1.4), (1.5) and (1.6), the switch (1.7 ), (1.8).
  • the Mo ⁇ dul (1.1), embedded PC 1 includes at least a serial In ⁇ terface (1.9), the Ethernet interfaces (1.10), (1.11) and the ports (1.14), (1.15).
  • the module (1.2), Embedded PC2 comprises at least the ports (1.14), (1.15), a biometric sensor (1.16) and a serial interface (1.17).
  • the module (1.2) switches the switch (1.7) via the port (1.12) and the switch (1.8) via the port (1.13).
  • the unit (1.0) is connected to the Internet via the Ethernet interface (1.3). To implement redundant networks, the Ethernet interface (1.4) is available.
  • the Ethernet interface (1.5) is connected to egg ⁇ nem not shown home PC.
  • the unit (1.0) is connected to a security intranet via the Ethernet interface (1.6).
  • the modules (1.1) and (1.2) of the unit (1.0) are connected by their separate ports (1.14) and (1.15) mitein ⁇ other. Via the separate port (1.14) and / or the separate port (1.15), the module (1.1) provides the module (1.2) with the encrypted and / or unencrypted data.
  • the module (1.2) provides the decrypted and / or encrypted data for the module (1.1).
  • at least one random reference date is unmanipulable and secretly stored for randomly predetermined time periods.
  • the module (1.2) is connected to a card device, not shown. A person authenticates himself by z. B. her fingerprint in connection with her person assigned, not shown security card. The module (1.2) authenticates the personzugeord ⁇ designated security card.
  • Figure 2 shows a first embodiment of the erfindungsge ⁇ MAESSEN method. Shown are a permutation date (2.1), a separate random reference date (2.2), a random number (2.3), another permutation date (2.4), a PI permutation module (2.5), a packet permutation date (2.6), a re-packet permu date (2.7), a re-permutation date (2.8), a random key date (2.9), exclusive or shortcuts (2.10), (2.14), switch (S 1 , S 2B , S 2P , S 3 ), memory blocks ( 2.12), (2.15), (2.17), (2.19), permutation and re-permutation modules (2.13), (2.16), (2.18), plain data (2.11) and cipher editors (2.20). Encryption and decryption take place in the two stages shown (2.21) and (2.22). Here, stage (2.21) identifies bit-related operations and stage (2.22) packet-related operations.
  • the separate random reference data (2.2) is read from the non Darge ⁇ put in force for a time range random reference data through the locked and decrypting module (1.2).
  • the information about the location of the extraction of the separate random reference date, the permutation date (2.1), the random number (2.3) and the permutation date (2.4) are generated at the encryption location in the module (1.2) with a random generator of the module (1.2), not shown.
  • the permutation date (2.1) contains eight 16-byte partial permutation data. Each byte of 128 bytes indicates the location of a bit in the permutated or non-permuted 128-bit block (B-bit block).
  • the position of the byte in the permutation data (2.1) indicates the location of a bit in the non-permuted or in the permutated 128-bit long Block.
  • the generation of the values of a permutation byte (PBj) preferably takes place by random draws of numbers from a sequence of numbers 0 to 127. Each draw may be a valid draw or invalid draw. A draw of a number is valid if and only if the drawn number value does not match the place index j of the permutation byte PBj in the permutation date
  • the permutation date (2.4) has a word width of 24 bits. Three bits each characterize the position of a partial permutation date in the packet permutation date (2.6). The value of three bits indicates the location of a Supplementpermutationsdatums in the parcel permu ⁇ tationsdatum (2.6) or a Supplementpermutationsdatums in permu ⁇ tationsdatum (2.1). The location of three bits in the 24 bit long permutation (2.4) denotes the location of a Supplementpermuta ⁇ tion datums in the permutation (2.4) or Supplementpermutationsda ⁇ tums in the parcel permutation (2.6). The three bits are carried out analogously to the number generation described in the previous section.
  • the package permutation date (2.6) therefore consists of 128
  • the 128-bit random key (2.9) is taken from the separate 128-bit random reference data (2.2) and the 128-bit random number (2.3) determined by exclusive-OR operation (2.10).
  • Clay data (2.11) is decomposed into 128-bit blocks (2.12).
  • 128Bit block (2.12) is used with the permutation and re-
  • the encrypted bit-permissible clear data blocks are repermutated bit by bit in the re / permutation module (2.16) and combined into 1024 byte blocks (2.17).
  • Each 64-bit packet of the 1024-byte block (2.17) is permuted packet by packet in the M-bit packet (re) permutation module (2.18) depending on the packet permeation date (2.6).
  • All permutated 1024-byte blocks (2.19) then give the cipher franchises (2.20).
  • the decisions ⁇ development of the cipher data (2.20) is carried out in the reverse order of encryption. Instead of the permutations, re-permutations occur and permutations occur instead of the re-permutations.
  • the switches (S 2B , S 2P ) are then in position 2 and switch (S 3 ) in position 1. The changeover is made with the date US 1 .
  • Figure 3 shows a second embodiment of the erfindungsge ⁇ MAESSEN method. This variant embodiment differs from the first embodiment only in that the random key from the second ⁇ bitpermut faced plain data block is not the previous encrypted data block bitpermutATOR clear but the previous repermutiere encrypted bitper ⁇ mutated plain data block.
  • Figure 4 a third embodiment of the method according ⁇ invention is shown.
  • the key control data (4.3) are zugsdatum information about the Keyring ⁇ sellfiten the applicable key, the key repeat counts, encryption and / or the Ableseort of sepa ⁇ advise random reference data with respect to the global Zufallsbe-.
  • a key repetition number indicates the number of repeated applications of a key on the plain data.
  • the Permuta ⁇ tion date (4.4) is identical in content to the permutation (2.1) of the first and second embodiment of the invention shown SEN method. From the permutation date (4.4), the re-permutation date (4.5) is determined.
  • the separate random reference data (4.1) is read from the random reference date (not shown) valid for a time range by the encrypting and decrypting module (1.2). The information about the location of the removal of the separate random reference data, to ⁇ number of cases (4.2), the key control data (4.3) and the permutation (4.4) duls (at the location of the encryption in the module (1.2) with a not shown random number generator of the Mo- 1.2) generated.
  • Each at a data encryption used random keys (4.6) is generated from the separate link Zufallsbe ⁇ zugsdatum and at least one 128Bit long random number (4.2) by means of EXCLUSIVE-OR.
  • the length of the separate random reference datum may be equal to or less than the length of the random number. If the lengths of the sepa- rate randomness datum and the random number in the exclusive-or-join are unequal, the smaller size will be repeated. applying applied.
  • ⁇ code encryption key used so generated is greater than the length of the separate random reference data at one of the separate To ⁇ case, the reference date, and at least a random number, a key data the sum of the lengths, the length of the key data is equal to the sum of length of all at a data encryption used key is.
  • Each key used in a data encryption is then taken from the key date depending on the key control date (4.3).
  • the clear data is decomposed into bit blocks. Each bit block is subjected to a bit permutation. The bit-permuted clear data are combined into new variable bit blocks, the length of a variable bit block (4.11) being equal to the key length.
  • the bit-sparse clear bit data of the variable bit block is exclusive-or-linked to the random key selected by the switch (4.12). The results are in bit block (4.14) Wuge ⁇ stores, subject to re permutation and as Chiffreda- th (4.16) output. Decryption is done like encryption.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver- und Entschlüsselung von Daten aller Art, bei dem die Daten zur Sicherung ihrer Integrität und/oder Authentizität und/oder zur Geheimhaltung der Dateninhalte mit einem Zufallsschlüssel ver- und entschlüsselt werden. Am Ort der Verschlüsselung werden mindestens ein Permutationsdatum, ein Schlüsselsteuerdatum und eine Zufallszahl generiert. Zufallsschlüssel werden aus mindestens einem separaten Zufallsbezugsdatum und einer Zufallszahl bestimmt. Klardaten werden in Abhängigkeit der Permutationsdaten und der Zufallsschlüssel bitpermutiert und verschlüsselt und/oder paketpermutiert. Den Chiffredaten werden die Permutationsdaten, Schlüsseldaten und Zufallsdaten in Form relativer Daten zugefügt. Am Ort der Entschlüsselung werden aus den zugefügten Daten alle zur Entschlüsselung notwendige Daten bestimmt und die Chiffredaten entschlüsselt.

Description

Verfahren zur Zugriffs- und kommunikationsbezogenen Zufallsver- und Entschlüsselung von Daten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver- und Entschlüsselung von Daten aller Art, bei dem die Daten zur Sicherung ihrer Integrität und/oder Authentizität und zur Geheimhaltung der Dateninhalte mit einem Zufallsschlüssel ver- und entschlüsselt werden.
Bekannt sind symmetrische und asymmetrische Ver- und Entschlüs¬ selungsverfahren. Symmetrische Verschlüsselungsverfahren, auch Secret- Key- Verfahren benannt, arbeiten mit Schlüsseln, die am Ort der Verschlüsselung und am Ort der Entschlüsselung bekannt sind. Zu den symmetrischen Verfahren zählen die kryptografi- sehen Verfahren DES, Triple- DES und AES. Beim DES- Verfahren werden je 64-Bit lange Klartextblöcke einer schlüsselunabhängigen Eingangspermutation unterworfen. Jeder permutierte 64-Bit Klartextblock wird anschließend in einen linken und rechten 32- Bit Block aufgeteilt. Auf den linken 32-Bit Block wird eine Funktion angewendet, deren Ergebnis mit dem rechten 32-Bit Block exklusiv- oder verknüpft wird. Das Ergebnis dieser Verknüpfung wird zum neuen 32-Bit Block. Der ehemals linke 32-Bit Block wird zum rechten 32-Bit Block. Nach 16 solcher Runden werden die beiden 32-Bit Blöcke zusammengefügt und einer Re- Permutation unterworfen. Die im DES- Verfahren verwendete Funktion arbeitet in jeder Runde mit einem linken 32-Bit Block, der zunächst permutiert und auf 48-Bit ausgedehnt wird. Danach er¬ folgt eine Exklusiv- Oder- Verknüpfung mit einem 48-Bit langen Teilschlüssel. Der 48-Bit Block wird in 8 Blöcke zu je 6Bit aufgeteilt, die über 8 Substitutionsboxen in acht 4-Bit Ausga¬ bewerte transformiert werden. Die acht Ausgabewerte stellen den 32-Bit langen Ausgabewert der DES- Funktion dar.
Das DES- Verfahren generiert aus einem 56Bit-Schlüssel durch Permutations- und Verschiebeoperationen die für die 16 Runden erforderlichen Teilschlüssel. Triple- DES basiert auf die mehr¬ fache Anwendung vom DES- Algorithmus. Das AES- Verfahren von Rijndael ist wie das DES ein Blockchiffre. Wie fast alle Block- chiffre verschlüsselt das Rijndael- AES Daten in mehreren iden¬ tisch ablaufenden Runden, wobei in jeder Runde ein anderer Teilschlüssel zur Anwendung kommt.
Asymmetrische Verschlüsselung, auch Public- Key- Kryptografie genannt, basiert auf einen öffentlichen Schlüssel und einer ersten Funktion für die Verschlüsselung und auf einen privaten Schlüssel und einer zweiten Funktion für die Entschlüsselung. Beide Funktionen stehen in einer definierten Beziehung zueinander .
Die bekannten obigen Verfahren leiden unter dem Schlüsselverteilungsproblem. Jede P2P- Kommunikation benötigt den Vorabaustausch eines Schlüssels.
Aus DE 101 04 307 Al ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Datenverschlüsselung bekannt, bei dem das Schlüsselaustauschproblem durch die Schlüsselübertragung in relativer Form gelöst ist. Klartextdaten werden in Datenverschlüsselungsmodule mit einem Zufallsschlüssel verschlüsselt. In Datenflechtmodule wer- den in den Daten Zusatzinformationen eingeflochten. Die verschlüsselten und geflochtenen Daten werden dann über Bit- Byte- permutationsmodule und Paketpermutationsmodule vermischt. Zu¬ fallsschlüssel und andere Informationen werden in relativer Form vom Ort der Verschlüsselung zum Ort der Entschlüsselung übertragen. Zufallsschlüssel und die Permutationsdaten werden in Zufallsgeneratoren des Senders erzeugt. Zur Erzeugung echter Zufallszahlen ist diese Lösung nachteilig. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist der hohe Aufwand bei der Bit-Byte und Paketpermutation .
Das erfindungsgemäße Verfahren gehört zu den symmetrischen Verfahren . Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zuschaf- fen, dass Klardaten bei jeder neuen Verschlüsselung mit am Ort, unmittelbar vor der Verschlüsselung neu generierten Zufallsschlüssel verschlüsselt, die Entschlüsselung der Chiffrendaten nur für den Zugriffsberechtigten unabhängig vom Ort der Verschlüsselung ermöglicht und die Schlüsseldaten aus Zufallsdaten mehrerer unabhängiger Zufallsgeneratoren generiert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen dargestellte Lehre gelöst. Im Folgenden wird die Erfindung ex¬ emplarisch anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine Einheit (1.0) zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Einheit (1.0) beinhaltet ein die Kommunikation ausführendes Modul (1.1), ein ver- und/oder entschlüsselndes Modul (1.2), Ethernet- Schnittstellen (1.3), (1.4), (1.5) und (1.6), die Switch (1.7), (1.8) . Das Mo¬ dul (1.1), Embedded PC 1, enthält mindestens ein serielles In¬ terface (1.9), die Ethernet- Schnittstellen (1.10), (1.11) und die Ports (1.14), (1.15) . Das Modul (1.2), Embedded PC2, um- fasst mindestens die Ports (1.14), (1.15), ein Biometrie- Sen¬ sor (1.16) und ein serielles Interface (1.17) . Das Modul (1.2) schaltet über den Port (1.12) den Switch (1.7) und über den Port (1.13) den Switch (1.8) . Die Einheit (1.0) ist über die Ethernet- Schnittstelle (1.3) mit dem Internet verbunden. Zur Realisierung redundanter Netze ist die Ethernet- Schnittstelle (1.4) vorhanden. Die Ethernet- Schnittstelle (1.5) ist mit ei¬ nem nicht dargestellten Home- PC verbunden. Über die Ethernet- Schnittstelle (1.6) steht die Einheit (1.0) mit einem Security Intranet in Verbindung. Die Module (1.1) und (1.2) der Einheit (1.0) sind durch ihre separaten Ports (1.14) und (1.15) mitein¬ ander verschaltet. Über den separaten Port (1.14) und/oder den separaten Port (1.15) stellt das Modul (1.1) dem Modul (1.2) die verschlüsselten und/oder unverschlüsselten Daten zur Verfü- gung. Über den separaten Port (1.15) und/oder den separaten Port (1.14) stellt das Modul (1.2) die entschlüsselten und/oder verschlüsselten Daten für das Modul (1.1) bereit. Im Modul (1.2) ist für zufällig vorbestimmte Zeitbereiche mindestens ein Zufallsbezugsdatum unmanipulierbar und geheim gespeichert. Zur Authentisierung und Authentifizierung ist das Modul (1.2) mit einem nicht dargestellten Kartengerät verbunden. Eine Person authentisiert sich durch z. B. ihren Fingerabdruck in Verbindung mit ihrer personzugeordneten, nicht dargestellten Sicherheitskarte. Das Modul (1.2) authentifiziert die personzugeord¬ nete Sicherheitskarte.
Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens. Dargestellt sind ein Permutationsdatum (2.1), ein separates Zufallsbezugsdatum (2.2), eine Zufallszahl (2.3), ein weiteres Permutationsdatum (2.4), ein PI- Permutationsmodul (2.5), ein Paket-Permutationsdatum (2.6), ein Re-Paket- Permu- tationsdatum (2.7), ein Re-Permutationsdatum (2.8), ein Zufallsschlüsseldatum (2.9), Exklusiv- oder- Verknüpfungen (2.10), (2.14), Switch (S1, S2B, S2P, S3) , Speicherblöcke (2.12), (2.15), (2.17), (2.19), Permutation und Re-Permutationsmodule (2.13), (2.16), (2.18), Klardaten (2.11) und Chiffredaten (2.20) . Die Verschlüsselung und Entschlüsselung erfolgt in den zwei dargestellten Stufen (2.21) und (2.22) . Dabei kennzeichnet die Stufe (2.21) bitbezogene Operationen und die Stufe (2.22) paketbezogene Operationen.
Das separate Zufallsbezugsdatum (2.2) wird aus dem nicht darge¬ stellten für einen Zeitbereich geltenden Zufallsbezugsdatum durch das ver- und entschlüsselnde Modul (1.2) abgelesen. Die Information über den Ort der Entnahme des separaten Zufallsbezugsdatums, das Permutationsdatum (2.1), die Zufallszahl (2.3) und das Permutationsdatum (2.4) werden am Ort der Verschlüsselung im Modul (1.2) mit einem nicht dargestellten Zufallsgenerator des Moduls (1.2) generiert. Das Permutationsdatum (2.1) enthält acht 16Byte lange Teilpermutationsdaten. Jedes Byte der 128Bytes gibt den Ort eines Bits im permutierten oder nicht permutierten 128Bit langen Block (B-Bit-Block) an. Die Lage des Bytes im Permutationsdatum (2.1) kennzeichnet den Ort eines Bits im nicht permutierten oder im permutierten 128Bit langen Block. Die Generierung der Werte eines Permutationsbytes (PBj) erfolgt vorzugsweise durch zufällige Ziehungen von Zahlen aus einer Zahlenfolge 0 bis 127. Jede Ziehung kann eine gültige Ziehung oder ungültige Ziehung sein. Eine Ziehung einer Zahl ist genau dann gültig, wenn der gezogene Zahlenwert ungleich dem Ortindex j des Permutationsbytes PBj im Permutationsdatum
PI ={PB0, PB127} ist. Bei gültiger Ziehung wird der gezogene
Zahlenwert an der Stelle des Ortindexes des Permutationsbytes in das Permutationsdatum PI übernommen. Bei ungültiger Ziehung ist der gezogene Zahlenwert gleich dem Ortindex j des Permuta¬ tionsbytes PBj. Er wird dann vor der nächsten Ziehung der Zahlenfolge zurückgegeben.
Das Permutationsdatum (2.4) besitzt eine Wortbreite von 24Bit. Je drei Bits charakterisieren die Stellung eines Teilpermutati- onsdatums im Paket- Permutationsdatum (2.6) . Der Wert dreier Bits gibt den Ort eines Teilpermutationsdatums im Paket- Permu¬ tationsdatum (2.6) oder eines Teilpermutationsdatums im Permu¬ tationsdatum (2.1) an. Die Lage dreier Bits im 24Bit langem Permutationsdatum (2.4) kennzeichnet den Ort eines Teilpermuta¬ tionsdatums im Permutationsdatum (2.4) oder Teilpermutationsda¬ tums im Paket- Permutationsdatum (2.6) . Die drei Bits werden analog der im vorangegangenen Abschnitt beschriebenen Zahlenge- nerierung vorgenommen.
Das Paket-Permutationsdatum (2.6) besteht demzufolge aus 128
Byte. Jedes Byte der 128 Bytes des Paket-Permutationsdatums
(2.6) gibt den Ort eines M-Bit-Paketes im permutierten oder nicht permutierten N-Byte-Block an. Die Lage des Bytes im Pa- ket-Permutationsdatum (2.6) kennzeichnet den Ort eines M-Bit- Paketes im nicht permutierten oder permutierten N-Byte-Block an .
Für das gewählte Ausführungsbeispiel ist B=128, M=64 und N=1024.
Der 128Bit-lange Zufallsschlüssel (2.9) wird aus dem separaten 128Bit-langen Zufallsbezugsdatum (2.2) und der 128Bit-langen Zufallszahl (2.3) durch Exklusiv- Oder- Verknüpfung (2.10) bestimmt .
Klardaten (2.11) werden in 128Bit-Blöcke (2.12) zerlegt. Jeder
128Bit-Block (2.12) wird mit dem Permutation- und Re-
Permutationsmodul (2.13) unter Nutzung des Permutationsdatums
(2.1) bitweise permutiert. Nach erfolgter Bitpermutation wird der erste bitpermutierte Block der Klardaten mit dem 128Bit- langen Zufallsschlüssel (2.9) exklusiv- oder- verknüpft. Nach erfolgter Verschlüsselung des ersten bitpermutierten Blocks schaltet das Switch (S1) mit Hilfe des Umschaltdatums US2 in die Stellung 2, so dass jeder weitere bitpermutierte Block als Zu¬ fallsschlüssel die verschlüsselten, bitpermutierten Klardaten des vorangegangenen Blocks verwendet.
Die verschlüsselten bitpermutierten Klardatenblöcke werden im Re-/ Permutationsmodul (2.16) bitweise repermutiert und zu 1024Byte- Blöcke (2.17) zusammengefasst . Je 64Bit- Pakete des 1024Byte- Blockes (2.17) werden in Abhängigkeit vom Paketpermu- tationsdatum (2.6) im M-Bit-Paket- (Re) -Permutationsmodul (2.18) paketweise permutiert. Alle permutierten 1024- Byte- Blöcke (2.19) ergeben dann die Chiffredaten (2.20) . Die Entschlüsse¬ lung der Chiffredaten (2.20) wird in umgekehrter Reihenfolge der Verschlüsselung vorgenommen. Anstelle der Permutationen treten Re- Permutationen und anstelle der Re- Permutationen treten Permutationen. Die Switch (S2B, S2P) befinden sich dann in Stellung 2 und Switch (S3) in Stellung 1. Die Umschaltung wird mit dem Datum US1 vorgenommen.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich zur ersten Ausführungsvariante nur darin, dass der Zufalls¬ schlüssel ab den zweiten bitpermutierten Klardatenblock nicht der vorangegangene verschlüsselte bitpermutierte Klardatenblock sondern der vorangegangene repermutierte verschlüsselte bitper¬ mutierte Klardatenblock ist. In Figur 4 ist eine dritte Ausführungsvariante des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens gezeigt. Dargestellt sind ein separates Zu¬ fallsbezugsdatum (4.1), eine Zufallszahl (4.2), ein Schlüsselsteuerdatum (4.3), ein Permutationsdatum (4.4), ein Re- Permutationsdatum (4.5), ein Zufallsschlüsseldatum oder mehrere Zufallsschlüsseldaten (4.6), Exklusiv- Oder- Verknüpfungen (4.7), (4.13), Klardaten (4.8), Speicherblöcke (4.9), (4.11), (4.14), ein Bitpermutationsmodul (4.10), ein Switch (4.12), ein Re- Permutationsmodul (4.15) und Chiffredaten (4.16) .
Das Schlüsselsteuerdatum (4.3) gibt Auskunft über die Schlüs¬ sellängen der anzuwendenden Schlüssel, die Schlüsselwiederholzahlen, Verschlüsselungsart und/oder den Ableseort des sepa¬ raten Zufallsbezugsdatums in Bezug auf das globale Zufallsbe- zugsdatum.
Eine Schlüsselwiederholzahl gibt die Anzahl der wiederholten Anwendungen eines Schlüssels auf die Klardaten an. Das Permuta¬ tionsdatum (4.4) ist Inhaltsgleich dem Permutationsdatum (2.1) der ersten und zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens. Aus dem Permutationsdatum (4.4) wird das Re- Permutationsdatum (4.5) bestimmt. Das separate Zufallsbezugsda¬ tum (4.1) wird aus dem nicht dargestellten für einen Zeitbereich geltenden Zufallsbezugsdatum durch das ver- und ent- schlüsselnde Modul (1.2) abgelesen. Die Information über den Ort der Entnahme des separaten Zufallsbezugsdatums, die Zu¬ fallszahl (4.2), das Schlüsselsteuerdatum (4.3) und das Permutationsdatum (4.4) werden am Ort der Verschlüsselung im Modul (1.2) mit einem nicht dargestellten Zufallsgenerator des Mo- duls (1.2) generiert. Jeder bei einer Datenverschlüsselung benutzte Zufallsschlüssel (4.6) wird aus dem separaten Zufallsbe¬ zugsdatum und aus mindestens einer 128Bit- langen Zufallszahl (4.2) durch Exklusiv- Oder- Verknüpfung generiert. Dabei kann die Länge des separaten Zufallsbezugsdatums gleich oder un- gleich der Länge der Zufallszahl sein. Bei Ungleichheit der Längen des separaten Zufallsbezugsdatums und der Zufallszahl in der Exklusiv- Oder- Verknüpfung wird die kleinere Größe wieder- holend angewandet . Ist die Summe der Längen aller bei einer Da¬ tenverschlüsselung benutzten Schlüssel größer als die Länge des separaten Zufallsbezugsdatums, so werden aus dem separaten Zu¬ fallsbezugsdatum und aus mindestens einer Zufallszahl ein Schlüsseldatum generiert, wobei die Länge des Schlüsseldatums gleich der Summenlänge aller bei einer Datenverschlüsselung benutzten Schlüssel ist. Jeder bei einer Datenverschlüsselung verwendete Schlüssel wird dann dem Schlüsseldatum in Abhängigkeit des Schlüsselsteuerdatums (4.3) entnommen.
Bei einer Verschlüsselung werden die Klardaten in Bitblöcke zerlegt. Jeder Bitblock wird einer Bitpermutation unterworfen. Die bitpermutierten Klardaten werden zu neuen variablen Bitblöcken zusammengefasst , wobei die Länge eines variablen Bitblo- ckes (4.11) gleich der Schlüssellänge ist. Die bitpermutierten Klardaten des variablen Bitblockes werden mit dem durch den Switch (4.12) ausgewählten Zufallsschlüssel exklusiv- oderverknüpft. Die Ergebnisse werden im Bitblock (4.14) zwischenge¬ speichert, einer Re- Permutation unterworfen und als Chiffreda- ten (4.16) ausgegeben. Die Entschlüsselung erfolgt wie die Verschlüsselung.

Claims

Verfahren zur Zugriffs- und kommunikationsbezogenen Zufallsver- und Entschlüsselung von DatenPatentansprüche
1. Verfahren zur Zugriffs- und kommunikationsbezogenen Zufallsver- und Entschlüsselung von Daten dadurch gekennzeichnet, - dass mindestens eine verschlüsselnde Einheit die zu ver¬ schlüsselnden Daten blockweise mindestens einer Permutati¬ on unterwirft, wobei mindestens ein Teil der Permutations¬ daten am Ort der Verschlüsselung lokal in einem Zufalls- prozess generiert werden, - dass die verschlüsselnde Einheit die zu verschlüsselnden Daten blockweise mit mindestens einem Zufallsschlüssel verschlüsselt, der aus mindestens einem Teil eines globa¬ len in allen Einheiten vorhandenen Zufallsbezugsdatums und aus mindestens einer lokal durch die verschlüsselnde Ein- heit generierten Zufallszahl gebildet wird,
- dass die verschlüsselnde Einheit die lokal generierten Permutationsdaten und die lokal generierte Zufallszahl oder die lokal generierten Zufallszahlen in Form relativer Daten den verschlüsselten Daten zufügt, - dass mindestens eine entschlüsselnde Einheit vor der Ent¬ schlüsselung am Ort der Entschlüsselung die Permutationsdaten und die Zufallszahl oder die Zufallszahlen aus den relativen Daten zurück gewinnt, wobei alle Zufallsschlüs¬ sel aus dem am Ort der Entschlüsselung vorhandenen globa- len Zufallsbezugsdatum und aus der aus den relativen Daten zurück gewonnenen Zufallszahl ermittelt werden,
- dass die entschlüsselnde Einheit die zu entschlüsselnden Daten blockweise mit allen Zufallsschlüsseln und mit mindestens einer Re-Permutation und/oder Permutation ent- schlüsselt .
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
- dass die lokal zugefügten Daten vor dem Zufügen gefloch- ten werden, wobei die Datenflechtinformationen ein Teil des globalen Zufallsbezugsdatums sind,
- dass das globale Zufallsbezugsdatum nur für einen Zeitabschnitt gültig ist und/oder
- dass aus dem globalen Zufallsbezugsdatum Raumdaten ermit- telt werden und/oder
- dass die relativen Daten in Bezug auf die Raumdaten und Zufallsbezugsdaten bestimmt werden, wobei ein Teil der Zufallsbezugsdaten ein Teil des globalen Zufallsbezugsdatums ist und ein weiterer Teil eine lokal generierte Zufalls- zahl ist, und/oder
- dass der Teil eines globalen in allen Einheiten vorhandenen Zufallsbezugsdatums ein separates Zufallsbezugsdatum ist, das nur den authentisierten und authentifizierten Einheiten zugeordnet ist, und/oder - dass die verschlüsselnde Einheit der entschlüsselnden Einheit den Ableseort für das separate Zufallsdatum im globalen Zufallsbezugsdatum mitteilt und/ oder
- dass die Mitteilung des Ableseortes in Form relativer Da¬ ten erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
- dass die zu verschlüsselnden Daten in Blöcken vordefinierter Länge bitweise permutiert und verschlüsselt wer¬ den, wobei der Zufallsschlüssel des ersten Blockes aus ei- nem Teil der globalen Zufallszahl und aus einer lokal generierten Zufallszahl gebildet wird, alle weiteren Schlüssel der folgenden Blöcke aus den verschlüsselten Daten des vorangegangenen Blockes gebildet werden,
- dass eine Anzahl von verschlüsselten Blöcken zu größeren Blöcken zusammengefasst werden, die jeweils einer Paket- Permutation unterworfen werden,
- dass die Schritte der Entschlüsselung in umgekehrter Rei- henfolge der Verschlüsselung erfolgt, wobei anstelle der Permutationen Re- Permutationen und anstelle der Re- Permutation Permutationen vorgenommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Zufallsschlüssel aller Blöcke außer der des ersten Blockes durch Re-Permutation der verschlüsselten Daten des vorangegangenen Blockes gebildet werden oder
- dass als Zufallsschlüssel aller dem ersten Block folgen- den Blöcke die verschlüsselten Daten des vorangegangenen
Blockes verwendet werden und
- dass die mit den Zufallsschlüsseln verschlüsselten Daten blockweise einer Re-Permutation unterworfen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
- dass die zu verschlüsselnden Daten in Blöcken vordefinierter Länge bitweise permutiert werden,
- dass die permutierten Daten mit mindestens einem Zufalls¬ schlüssel variabler Länge verschlüsselt werden, - dass die verschlüsselten Daten in den Blöcken der vordefinierten Länge repermutiert werden,
- dass die Entschlüsselung in gleicher Reihenfolge und mit gleichen Operationen wie die Verschlüsselung vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
- dass die zu verschlüsselnden Daten in Blöcken vordefinierter Länge bitweise permutiert werden,
- dass die permutierten Daten mit mehr als einem Zufalls- Schlüssel verschlüsselt werden, wobei ein Zufallsschlüssel in Abhängigkeit mindestens einer Schlüsselwiederholzahl wiederholend verwendet wird, bevor der nächste Zufalls¬ schlüssel angewandt wird,
- dass die verschlüsselten Daten in den Blöcken der vorde- finierten Länge repermutiert werden,
- dass alle Schlüsselwiederholzahlen in einem Zufallspro- zess bestimmt werden und in Form mindestens einem relati- ven Datum den verschlüsselten Daten zugefügt ist,
- dass die Entschlüsselung in gleicher Reihenfolge und mit gleichen Operationen wie die Verschlüsselung vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
- dass die Zufallsverschlüsselungen bitweise vollzogene Exklusiv Oder- Verknüpfungen sind und/oder
- dass mehr als ein Permutationsdatum vorhanden sind und/oder
- dass ein Permutationsdatum mehrere Teilpermutationsdaten und jedes Teilpermutationsdatum mehrere Permutationsbytes enthält,
- dass jedes Teilpermutationsdatum für eine vorbestimmte Bitanzahl Auskunft über die neue Position im permutierten
Block gibt und
- dass der Bitort im permutierten Block durch den Ort des Permutationsbytes in dem Permutationsdatum und der Bitort im nicht permutierten Block durch den Wert des Permutati- onsbytes oder der Bitort im nicht permutierten Block durch den Ort des Permutationsbytes in dem Permutationsdatum und der Bitort im permutierten Block durch den Wert des Permutationsbytes festgelegt sind.
8. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Paket-Permutationsdaten durch Permutation aus den Bit- Permutationsdaten gebildet werden, wobei die Werte und die Lage der Permutationsbytes im permutierten Permutationsda¬ tum die Orte der Bit-Pakete im permutierten und nicht per- mutierten Block anzeigen.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und/oder Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet,
- dass der Wert eines Permutationsbytes durch zufällige Zie- hungen von Zahlen aus einer Zahlenfolge vorbestimmter Länge erfolgt, wobei zwischen gültiger und ungültiger Ziehung unterschieden wird, - dass bei gültiger Ziehung der gezogene Wert für das Permu¬ tationsbyte ungleich dem Ortindex des Permutationsbytes im Permutationsdatum ist und der gezogene Wert an der Stelle des Ortindexes des Permutationsbytes in das Permutations- datum übernommen wird,
- dass bei ungültiger Ziehung der gezogene Wert gleich dem Ortindex des Permutationsbytes im Permutationsdatum ist und der gezogene Wert der Zahlenfolge zurückgegeben wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 und/oder Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet,
- dass jeder Zufallsschlüssel durch bitweise Exklusiv- Oder- Verknüpfung eines separaten Zufallsbezugsdatum und einer Zufallszahl gebildet wird, wobei das separate Zufallsbe- zugsdatum ein Teil eines globalen in allen Einheiten vorhanden globalen Zufallsbezugsdatum ist und/oder
- dass die Zufallszahl eine vorbestimmte Länge besitzt und/oder
- dass die Länge des separaten Zufallsbezugsdatums gleich oder kleiner oder größer der Summe der Längen aller bei einer Datenverschlüsselung anzuwendenden und angewandten Schlüssel ist, wobei bei größerer Länge die überzählige Länge des Zufallsbezugsdatum nicht benutzt wird und bei kleinerer Länge aus dem separaten Zufallsbezugsdatum und aus mindestens einer Zufallszahl ein Schlüsseldatum mit einer Länge gleich der Summenlänge aller bei einer Datenverschlüsselung verwendeten Schlüssel bestimmt wird, und/ oder
- dass das Schlüsseldatum durch Exklusiv- Oder- Verknüpfung zwischen mindestens einem Teil des separaten Zufallsbe¬ zugsdatums oder dem separaten Zufallsbezugsdatum und mindestens einem Teil mindestens einer Zufallszahl gebildet wird, und/oder
- dass jeder bei einer Datenverschlüsselung verwendete Schlüssel aus dem Schlüsseldatum entnommen wird und/oder
- dass die Längen des separaten Zufallsbezugsdatums und der Zufallszahl gleich oder ungleich sind und/oder - dass bei Ungleichheit der Längen in der Exklusiv- Oder- Verknüpfung die kleinere Größe wiederholend angewandt wird und
- dass bei kleinerer Länge der Zufallszahl aus der Zufalls- zahl und mindestens einer weiteren Zufallszahl ein Zufallsdatum der Länge des separaten Zufallsbezugsdatums ge¬ bildet wird und/oder
- dass das Zufallsdatum durch bitweise Exklusiv- Oder- Verknüpfung der Zufallszahl und mindestens eines Teils oder durch mehr als einen Teil der weiteren Zufallszahl ermittelt wird und/oder
- dass das separate Zufallsbezugsdatum und die Zufallszahl oder das Zufallsdatum als Ortvektoren eines vorbestimmten Raumes betrachtet werden, die koordinatenweise bitweise exklusiv- oder- verknüpft werden, wobei die Ausdehnungen der Koordinaten der Ortvektoren durch die Raumausdehnungen des vorbestimmten Raumes bestimmt werden und
- dass bei kleinerer Ausdehnung einer Vektorkoordinate der Koordinatenwert in der Berechnung der Exklusiv- Oder- Ver- knüpfung wiederholend oder bei größerer Ausdehnung der Vektorkoordinate nur der mit der Raumkoordinate des Raumes überdeckende Teil der Vektorkoordinate verwendet wird.
11. Verfahren nach den obigen Ansprüchen dadurch gekenn- zeichnet,
- dass die für die Bildung des Schlüsseldatums oder der Zu¬ fallsschlüssel verwendeten Zufallszahlen und/oder Zufallsbezugsdaten aus Teilzufallsdaten gebildet werden, die aneinandergereiht die jeweilige Zufallszahl oder das jewei- lige Zufallsbezugsdatum bildet,
- dass zwei aufeinander folgende Teilzufallsdaten mindestens eine Hamming- Distanz von eins hat,
- dass die Länge des Teilzufallsdatums gleich der Länge der zu verschlüsselnden Daten ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, -dass die Verschlüsselung und Entschlüsselung der Daten in Verbindung mit Authentisierung und Authentifizierung erfolgt, dass die zur Ausführung der Entschlüsselung erforderliche Authentisierung und Authentifizierung anhand von mindestens einem eine Person und/oder Einheit kennzeichnenden Datum und/oder Anschriftdaten und/oder Gerätedaten erfolgt, die in Form relativer Daten den verschlüsselten Daten zugefügt sind.
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