EP3430764A1 - Verfahren zum erzeugen einer authentifizierungsnachricht, verfahren zum authentifizieren, authentifizierungsgerät und authentifizierungsbasisgerät - Google Patents

Verfahren zum erzeugen einer authentifizierungsnachricht, verfahren zum authentifizieren, authentifizierungsgerät und authentifizierungsbasisgerät

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EP3430764A1
EP3430764A1 EP17703363.6A EP17703363A EP3430764A1 EP 3430764 A1 EP3430764 A1 EP 3430764A1 EP 17703363 A EP17703363 A EP 17703363A EP 3430764 A1 EP3430764 A1 EP 3430764A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
message
authentication
key sequence
initialization
initialization message
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17703363.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Niels HADASCHIK
Marco Breiling
Tobias Dräger
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3430764A1 publication Critical patent/EP3430764A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/3234—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials involving additional secure or trusted devices, e.g. TPM, smartcard, USB or software token
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H04L2209/84—Vehicles

Definitions

  • Embodiments are concerned with methods for generating an authentication message and methods of authentication used, for example, to check whether a user of an authentication device is authorized to use an item or service.
  • the so-called cryptographic locating serves the localized authentication of a person or an object. This can be done by means of a person attached to the object or mobile radio transceiver or an authentication device that responds to a radio query of (fixed) radio technology or from an authentication base device or even initiates a radio query with this wireless infrastructure. For authentication, the authentication device encrypts a message, which it then transmits to the base authentication device. In the more specific case of cryptographic distance measurement, there is an additional limitation of the spatial communication range.
  • the encryption can, among other things, ensure the privacy of the authenticated as well as the unauthenticated user. Furthermore, encryption may effectively restrict the access rights or rights to use an item or service to potential attackers.
  • Such systems are used for example in car keys to open the doors of the vehicle only for an authorized user with corresponding authentication device or to start the vehicle engine.
  • One possibility for attacking such systems is the so-called relay attack, in which the attacker amplifies and forwards the signals between the infrastructure and the mobile transceiver. Distance restriction may attempt to exclude such an attacker.
  • so-called “Time of Flighf” measurements can be used (also called Two Way Ranging or Round Trip Time), which evaluate the signal propagation times between the basic authentication device and the authentication device.
  • Another possibility of an attack is to crack the encryption of the authentication device and thus be able to answer a radio request of the authentication base device or an initialization message contained therein instead of the authentication device and thus have authorization to use the authentication device pretend secured infrastructure.
  • Such an attack could only be prevented to a limited extent by "time of flight.”
  • the length of the key sequence used is limited due to limited hardware or power supply, such as in the car keys already mentioned, such attacks can be realized Need to improve existing authentication methods.
  • Embodiments of a method for generating an authentication message include receiving a sent initialization message and encrypting the sent initialization message using a first cryptographic method to generate an intermediate message.
  • This intermediate message is encrypted by means of a second cryptographic method in order to obtain the authentication message which is used to check in an authentication base device which has generated the sent initialization message whether the authentication message is regarded as authenticating and thus a sender of the authentication.
  • authorization message is authorized.
  • the two-time encryption with different cryptographic methods significantly hampers or even obscures the communication and spying out the encryption algorithm used to generate the authentication message and the encryption sequence used impossible.
  • Embodiments of a method for authentication include sending an initialization message, which for example is processed by an authentication device will be used to create an authentication message. This authentication message is received and the authentication message decrypted using the second cryptographic method also used in the generation thereof to obtain a received intermediate message. Decrypting the received intermediate message using a first cryptographic method generates a received initialization message. A comparison of the received initialization message and the sent initialization message is made to determine if the authentication message is considered authenticating. As with the generation of the authentication message, the successive application of the two cryptographic methods used to evaluate the authentication message takes place in order to ensure the high security of the method.
  • Embodiments of an authentication device include a receiver configured to receive an initialization message and a first encryption module configured to encrypt the received initialization message using a first cryptographic method to obtain an intermediate message.
  • a second encryption module is configured to encrypt the intermediate message using a second cryptographic method to obtain the authentication message.
  • a sender serves to send the authentication message.
  • An embodiment of an authentication base device for communicating with the authentication device comprises a transmitter that is configured to send an initialization message and a receiver that is configured to receive an authentication message.
  • a first decryption module is configured to decrypt the authentication message using a second cryptographic method to obtain a received intermediate message.
  • a second decryption module is configured to decrypt the received intermediate message using a first cryptographic method to obtain a received initialization message.
  • a decision module configured to compare the received initialization message and the sent initialization message to determine whether the authentication device is considered authenticated.
  • 1 is a flow chart of an embodiment of a method for generating an authentication message
  • FIG. 2 shows a flow diagram of an embodiment of a method for authenticating
  • 3 is a block diagram of one embodiment of an authentication device for use with analog waveforms
  • 4 is a block diagram of another embodiment of an authentication device for use with analog waveforms
  • Fig. 5 is a block diagram of one embodiment of an authentication device for use with digital signals
  • Fig. 6 is a block diagram of another embodiment of an authentication device for use with digital signals
  • Fig. 7 is a block diagram of an embodiment of an authentication base device.
  • Fig. 8 shows an implementation of an embodiment for opening a motor vehicle.
  • an infrastructure can include, for example, any devices which are protected against unauthorized use by means of the authentication base device, for example motor vehicles, construction machines, tools or the like.
  • a service may be, for example, the free or paid service of a third party or may include authentication to a computer system or special software.
  • the method for generating an authentication message comprises receiving a sent initialization message 102. Encrypting the received initialization message 104 using a first cryptographic method generates an intermediate message.
  • This intermediate message is encrypted by a second cryptographic method to obtain the authentication message used to check in an authentication base device that generated the sent initialization message 104 whether the authentication message is considered authenticating and thus a sender the authentication message is authorized.
  • a second cryptographic method to obtain the authentication message used to check in an authentication base device that generated the sent initialization message 104 whether the authentication message is considered authenticating and thus a sender the authentication message is authorized.
  • a cryptographic method is defined in particular by the algorithm which is used to encrypt the sent initialization message by means of a key sequence. Depending on whether the encryption is digital or analog, this can be implemented by a different calculation rule or by different hardware components that combine the sent initialization message and the key sequence. Examples of analog and digital implementations are shown in Figs. 3-6. In these implementations, as used cryptographic methods, adding the key sequence to the message to be encrypted and multiplying the key sequence by the message to be encrypted are combined, as will be explained with reference to the figures.
  • FIG. 2 shows a flow diagram of an embodiment of a method for authenticating, comprising sending an initialization message 202, which is processed, for example, by an authentication device in order to generate an authentication message.
  • the authentication message is received in method step 204.
  • the authentication message is decrypted using the second cryptographic method also used in the generation thereof to obtain a received intermediate message.
  • the received intermediate message is decrypted using a first cryptographic method to obtain a received initialization message.
  • the received initialization message and the sent initialization message (the original, originally generated, and additionally reserved initialization message) are compared to determine whether the authentication message is considered authenticating.
  • the authentication is judged to be successful if the received initialization message and the sent initialization message correspond to each other, which in some embodiments is particularly the case if both messages differ by less than an allowable number of bits. This correspondence or agreement may be be be evaluated by means of another arbitrarily set threshold value.
  • the key sequences used in the method of authentication and the method of generating an authentication message may be identical if symmetric encryption is used, or may be mutually corresponding public and private key sequences if asymmetric encryption is used.
  • a signal delay is determined between the transmission of the initialization message and the receipt of the authentication message.
  • the authentication is evaluated as successful only if the signal propagation time is less than a predetermined threshold so as to better detect, for example, remote relay attacks.
  • FIG. 3 schematically shows an exemplary embodiment of an authentication device 300.
  • the cryptographic methods used are implemented analogously; an analog to digital conversion of the received initialization message can thus be omitted. Nonetheless, possible digital generation of the key sequences cl (t) and c2 (t) including a digital-to-analogue conversion as well as digital signal detection, synchronization and power estimation are outside the direct signal chain implementing both cryptographic methods.
  • the sent initialization message 303 is received.
  • a signal analyzer 304 a signal & power detection as well as the synchronization to the received signal, in particular to the sent Initialmaschinesnachricht 303, which is further processed as an analog waveform.
  • a signal & power detection can be based, for example, on a signal preceding the transmitted initialization message 303, for example on a signal form which serves to estimate the distance between the authentication base device and the authentication device (ranging request).
  • the power detection may generally be based on the received power and the synchronization may also be based on partial correlation on an imaginary and a priori known preamble portion of the received signal.
  • a preamble can also be dispensed with if sufficient synchronization in time and sufficient power equalization have already been achieved by the previous communication.
  • a frame synchronization and - possibly with an interpolation - a symbol synchronization can be achieved, that is, it can be determined which period corresponds in the received waveform to which logical information.
  • a symbol synchronization is helpful, in particular, in the receiver postprocessing, because then the modulation of the authentication advisory and the authentication base device can be superimposed in phase.
  • the carrier and symbol clock frequencies are also matched to those of the infrastructure transmitter (carrier and clock synchronization). For the following considerations, it is assumed that a synchronization has taken place successfully and therefore it is known which period in the received signal form corresponds to which logical information, so that the key sequences can be processed synchronously with the sent initialization message.
  • the transmitted initialization message and the key sequences are synchronous and the analog key sequences are digitally generated and converted into an analog signal with a digital-to-analog converter.
  • the sent initialization message is that part of the received signal which is encrypted in the method for generating an authentication message.
  • the first cryptographic method uses a first key sequence 306 and the second cryptographic method uses a second key sequence 308.
  • both key sequences are extended in time approximately as long as the sent initialization message 303.
  • a first length of the first key sequence 306 differs and a second length of the second key sequence 308 less than 20% of a length of the sent initialization message 303. In some other embodiments, this deviation is less than 10% or less than 5%.
  • the key sequences 306, 308 are in some embodiments after the signal detection (or possibly after the previous communication) from a on the mobile
  • the authentication device calculates 300 stored keys (or multiple keys).
  • a key sequence for the encryption of both sequences can be generated, for example, from three components: a separate key of the authentication device 300, a key specific to the authentication base device and a time-dependent share. In this case, the time-dependent share and the key of the authentication base device can be dispensed with in some implementations. The latter already enters the initialization signal received and originally sent by the authentication base device.
  • the first cryptographic method is based in the embodiment shown on the multiplication of the first key sequence 306 with the message to be encrypted.
  • a mixer or multiplier 310 is used that multiplies the transmitted analog initialization message 303 by the first key sequence 306, which is also an analog waveform, to obtain an intermediate message 312.
  • the rate of the first key sequence 306 does not have to match the rate of the second key sequence 308.
  • the rate of the first key sequence 306 is less than the rate of the sent initialization message 303, but ideally the rate is then given by an integer divisor.
  • the second cryptographic method comprises adding the second key sequence 308 to the intermediate message 312.
  • an adder 314 is added which adds the second key sequence 308 to the intermediate message 312 to obtain the authentication message 316.
  • the second, additive encryption stage should use a key sequence whose waveform resembles that of the multiplicatively modulated intermediate message 312 in its waveform so that the additive portion in the authentication message 316 can not be separated and thus identified. This can affect both the amplitude and the bandwidth.
  • a bandwidth of the first key sequence 306 and / or the second key sequence 308 differs by less than 20% from a bandwidth of the sent initialization message 303 and / or the intermediate message 312. In some other embodiments, this deviation is less than 10% or less than 5%.
  • an amplitude of the first key sequence 306 and / or the second key sequence 308 deviates by less than 20% from an amplitude of the sent initialization message 303 and / or the intermediate message 312.
  • the received power determined by the power estimator 318 is adjusted by means of the variable gain block 320 such that both the additive portions, the intermediate message 312 and the second key sequence 308 have the (approximately) equal power and amplitude, respectively so that they are difficult or impossible to distinguish in the resulting sum signal (in the example of FIG. 3, this is the authentication message 316).
  • the latter results from the observability, or the impossible conclusion on N similar estimates based on M ⁇ N observations.
  • the optional additional mixing of the signal with a local oscillation frequency 322 (LO) shown in FIG. 3 for converting the signal spectrum to a spectral range other than the received signal serves to decouple the received signal and the transmitted signal in order to prevent signal feedback loops.
  • LO local oscillation frequency
  • the multiplicative combination of a message with the bandwidth ⁇ and key sequence with bandwidth Bschüssei creates a spread of the signal bandwidth on ( ⁇ + Bschidorfi).
  • the local oscillation frequency 322 is therefore greater than the total bandwidth ( ⁇ ⁇ + Bschidorfi) according to some embodiments.
  • the additive linking of intermediate message 312 and second key sequence 308 occurs e.g. via an active or passive combiner circuit.
  • Signal transmission of the frequency division multiplexed (FDM) authentication message 316 improves signal detection by preventing or greatly suppressing crosstalk.
  • FDM frequency division multiplexed
  • a time division multiplex (TDM) is also possible.
  • TDM requires a long delay line with high bandwidth, which covers the entire signal frame length, but which can also be realized digitally.
  • Both the TDM and FDM implementations are effective against the simple form of the attack with reinforcing relays: the defined, fixed delay time can be stored for TDM in the authentication base device, for example, so that an attacking relay that does not have the crypto sequence knows, has to look into the future in order to achieve a shorter duration and to carry out a successful attack.
  • the signal propagation times within the authentication device are kept as short as possible. This makes some stronger cryptographic attack methods, such as the "Guessing Attack” and the “Early Bit Detection", more difficult. Therefore, according to some embodiments, the processing steps are kept as short as possible.
  • cryptographic methods that perform block-by-block processing of the data to be encrypted are eliminated to avoid the associated latency.
  • methods are used in which short sequences of the data to be encrypted are combined directly with short sequences of the key sequences 306 and 308. In the case of digital processing, this can mean, for example, that data to be encrypted is billed bit by bit with the key sequences.
  • An alternative implementation of the mobile authentication device as an analog relay may use a load modulation for the multiplicative component instead of a mixer to switch between two (or more phasing) modes.
  • the encryption sequence can be used directly digitally in this embodiment and a digital-to-analog conversion of the same can be dispensed with.
  • the first cryptographic method comprises adding the first key sequence 306 to the initialization message 303, wherein the second cryptographic method comprises multiplying the second key sequence 308 by the intermediate message 312.
  • embodiments make it possible to improve existing encryptions by adding an additive term to a multiplicative modulation, as used, for example, in backscatter methods such as passive RFID.
  • the received codeword is additionally added multiplicatively modulated to its own coded codeword.
  • Prior to the start of the actual method for generating an authentication message there may be a previous communication with an activation of the authentication device, in which case further encrypted information may also be exchanged.
  • a basic synchronization in time and frequency can already be performed.
  • the combined part of the cryptographic part of the TOF method is set up via an encrypted communication channel or preceded or readjusted to the cryptographic part. Often, sequences are transmitted bit by bit and retransmitted according to encryption with XOR or NAND operations.
  • cryptographic communication offers a broad field of application. It is technically mostly based on one or more keys per communication partner.
  • symmetric encryption methods and non-symmetric encryption methods, which use an identical key for encryption and decryption or a public key for encryption and a private key for decryption.
  • Encryption methods are often attacked using methods of complete search (Brute force), even if this problem is NP-complete and thus a success can only be solved with exponential effort (based on the length of the key).
  • knowing a sequence of the unencrypted source word may also make it possible to decrypt faster.
  • the system-technical observability of the approach can be excluded.
  • the embodiments of the invention can be used by the embodiments of the invention, if necessary, on shorter encryptions with the same security.
  • FIGS. 3 and 4 show analogous implementations
  • exemplary digital embodiments are depicted in FIGS. 5 and 6. Otherwise, the mode of operation of the embodiment shown in FIG. 5 corresponds to that of FIG. 4 and that of FIG. 6 corresponds to that of FIG. 3. Therefore, the functionally identical function blocks are provided with identical reference symbols, and subsequently only brief reference is made to the digital processing owed differences.
  • the received signal is first sampled after filtering by means of a bandpass filter 502 and amplification with an amplifier 504 (LNA), subsequent mixing to baseband with a mixer 506, and bandlimiting of the baseband signal by means of a low pass 508 in an analog to digital converter 510 (ADC). Thereafter (after signal detection, synchronization and power estimation) the transmitted initialization message is detected in an analyzer 512, resulting in a sequence of logical ones and zeros. This then becomes additive and multiplicative with the key sequences 306 and 308, which in turn are generated from the keys used. Due to the digital symbol and frame synchronization, which are needed to determine the initialization message 303, the synchronicity of the received sequence and the two key sequences 306 and 308 is ensured.
  • the bits of the authentication message are generated based on the Galois Field logic GF (2). According to this, the ® is to be regarded as logical exclusive "or" (XOR) as follows:
  • the ® is interpreted as a logical "AND” (AND) according to this logic:
  • a different assignment can also be made, for example the logical "AND” can be replaced by the logical "OR” (OR) or a negation of one of the two (NOR or NAND).
  • OR logical "OR”
  • NOR negative-n-AND
  • the signals remain in the same field and amplitude gradations can not occur through this additive key sequence, which efficient transmission structures can be used and what makes the separation of the two encryption words even more difficult.
  • the digital authentication message Prior to transmission, the digital authentication message is converted by means of a digital-to-analog converter 520 and, after optional filtering by means of another low-pass filter 522, mixed by means of a further mixer 524 to the carrier frequency, if necessary filtered again with another bandpass filter 526 and with a further amplifier 528 amplified and then sent.
  • a digital-to-analog converter 520 Prior to transmission, the digital authentication message is converted by means of a digital-to-analog converter 520 and, after optional filtering by means of another low-pass filter 522, mixed by means of a further mixer 524 to the carrier frequency, if necessary filtered again with another bandpass filter 526 and with a further amplifier 528 amplified and then sent.
  • FDM FDM
  • TDM TDM
  • FIG. 7 shows a block diagram of one embodiment of an authentication base 700.
  • This includes a transmitter 702 configured to send an initialization message 703 and a receiver 704 configured to receive the authentication message 701.
  • the signal received from the receiver antenna first filtered in the analog front-end 740, amplified, and mixed into baseband or a suitable intermediate frequency, where it is scanned by means of an ADC 742.
  • the authentication base device 700 includes a first decryption module 706 configured to decrypt the authentication message by a second cryptographic method to obtain a received intermediate message 707; and a second decryption module 708 configured to decrypt the received intermediate message 707 using a second cryptographic method to obtain a received initialization message 709.
  • the first decryption module 706 and the second decryption module 708 are presently located within a cryptography module 712, which also receives the initialization message 703.
  • a decision module 710 in the cryptography module 712 is further configured to compare the received initialization message 709 and the initialization message 703 to determine whether the authentication message is considered authenticating.
  • the first key sequence 737, the second key sequence 739 and the initialization message 709 are used to validate the received initialization message and thus to authenticate the sending authentication device.
  • the illustrated authentication base 700 further supports an optional ToF verification.
  • the authentication base device 700 further includes a timing module 720 configured to determine a signal transit time between sending the initialization message 703 and receiving the authentication message 701.
  • the determination of the signal transit time in the authentication base device 700 of FIG. 7 is essentially based on performing correlations between expected signal sequences and actually received signal sequences for time measurement of a signal circulation.
  • the determination of the signal propagation time makes it possible to estimate the distance between the authentication base device and the authentication device and to limit the zone of the permitted access.
  • the cryptography module 712 with verification logic ensures that the correct authentication signal has been received and thus the authentication device is uniquely identified.
  • the base authentication device 700 transmits the initialization message 703 (Cvac), possibly containing encrypted information, at time t0 and starts timing in the time module 720.
  • the initialization message is sent through transmit filter 730, digital to analog converter 732, analog transmit front end 734 and transmitting antenna.
  • the initialization message 703 is combined in combination block 736 with the first key sequence 737 using the first cryptographic method and with the second key sequence 739 using the second cryptographic method to generate a predicted authentication message to which the received authentication message in the corrector 738 correlates is to determine the time of receipt of the authentication signal.
  • a correlation with other known signal sequences in the received signal can be used for this purpose, for example with a preamble, a midamble or a postamble.
  • the digital part of the authentication base apparatus 700 first the reception of a signal in the corrector 738 is detected (eg based on a preamble), before optionally the encrypted total sequence of the predicted authentication message is correlated with the received signal, in order subsequently to obtain, from a plurality of correlation values, the arrival time TAnclose with higher accuracy to calculate. If the ranging message is divided into several subpackages, these can optionally be combined to determine the runtime.
  • Methods for this are, inter alia, combining the correlation to determine the transit times taking into account the respective transmission times of the initiating ranging messages, the determination of the transit times and their evaluation according to the stochastic runtime distribution or parameters based thereon. Examples of such parameters are, for example, minimum, medians, mean values or percentiles, which can be evaluated on the basis of a threshold value.
  • the correlation is replaced by a channel estimation - in the time or frequency domain - from which the first path is then detected. Its time (which includes the processing time) is the arrival time TAnclose.
  • c vac is the vacuum light velocity or the propagation velocity of the radio waves.
  • the encrypted sequence is verified in the cryptography module 712.
  • An example implementation does this by accepting a maximum number of bit errors. That is, authentication is successful only if the received initialization message and the initialization message differ by less than an allowable number of bits. Upon successful authentication, the received initialization message and the initialization message correspond to each other.
  • the signal-to-noise ratio is optionally additionally determined for this, in order to match it with a minimum value and thus to ensure that the desired bit error threshold value is undershot. If the signal-to-noise ratio is too low, the performance may be increased in the authentication base device, or the command may be given to the mobile authentication device via a communication link to increase the gain. Alternatively, it can also be assumed that the authentication device is too far away from the authentication base device if the signal-to-noise ratio is not sufficient.
  • a decision logic 714 it is decided in a decision logic 714 whether the authentication is to be evaluated as successful. This is, according to some embodiments, only the case when the signal propagation time is less than a predetermined threshold and the received initialization message and the reserved, original initialization message correspond to one another.
  • the authentication base device may be provided with an adaptive signal amplification (AGC) in the analogue receiver front-end in order to increase the range by a step-wise increase in power.
  • AGC adaptive signal amplification
  • the selected technology for transmitting the wireless signal is in principle independent.
  • the transmission system may use, for example, broadband single carrier modulation.
  • a further implementation can use as a transmission method, for example, multi-carrier modulation in which several (eg two) narrow-band subcarriers are distributed in the spectrum and modulated.
  • the transmission system may be an ultra-wideband system that operates on ultra wideband signals.
  • FIG. 8 shows schematically an implementation of an embodiment of the invention for access control for a motor vehicle 800.
  • the motor vehicle 800 has an authentication base device 802 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • An embodiment of an authentication device 804 is part of a key 806 for the motor vehicle 800.
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can be under Use of a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical storage carried out are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.
  • CPU central processing unit
  • GPU graphics processing unit
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • IC integrated circuit
  • SOC system on chip
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the digital storage medium may therefore be machine or computer readable.
  • some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed.
  • One embodiment is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a programmable hardware component.
  • the program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier.
  • the program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.
  • a further embodiment is further a data stream, a signal sequence or a sequence of signals, which the program for carrying out one of the hereinbefore described represents or represent written procedure.
  • the data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network.
  • Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data represent the program.

Landscapes

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Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht(316), umfasst Empfangen (102) einer Initialisierungsnachricht(303);Verschlüsseln (104) der Initialisierungsnachricht (303) mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens, um eine intermediäre Nachricht (312) zu erhalten;und Verschlüsseln(106)der intermediären Nachricht (312) mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens, um die Authentifizierungsnachricht (316) zu erhalten.

Description

Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht, Verfahren zum Authentifizieren, Authentifizierungsgerät und Authentifizierungsbasisgerät
Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele befassen sich mit Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht und Verfahren zum Authentifizieren, die beispielsweise verwendet werden, um zu überprüfen, ob ein Benutzer eines Authentifizierungsgeräts zur Benutzung eines Gegenstandes oder eines Service berechtigt ist.
Hintergrund
Die sogenannte kryptographische Ortung dient der örtlich begrenzten Authentifizierung einer Person oder eines Objektes. Dies kann mittels eines an der Person bzw. am Objekt befestigten mobilen Funksendeempfängers oder eines Authentifizierungsgeräts geschehen, das auf eine Funkanfrage von (fest) installierter Funktechnik bzw. von einem Authentifizierungsbasisgerät antwortet oder selbst eine Funkanfrage mit dieser Funkinfrastruktur initiiert. Zur Authentifizierung verschlüsselt das Authentifizierungsgerät eine Nachricht, die es daraufhin an das Authentifizierungsbasisgerät übermittelt. Bei dem spezielleren Fall der kryp- tographischen Distanzmessung erfolgt zusätzliche eine Begrenzung der räumlichen Kommunikationsreichweite. Die Verschlüsselung kann unter anderem für die Privatheit des authentifizierten wie auch des nicht authentifizierten Benutzers sorgen. Ferner kann die Verschlüsselung die Zugangsrechte oder die Rechte zur Benutzung eines Gegenstandes oder eines Services wirksam gegenüber potentiellen Angreifern beschränken. Derartige Systeme werden beispielsweise in Autoschlüsseln eingesetzt, um die Türen des Fahrzeugs nur für einen berechtigten Benutzer mit dazu korrespondierendem Authentifizierungsgerät zu öffnen oder auch zum Start des Fahrzeugmotors. Eine Möglichkeit, solche Systeme anzugreifen, stellt die sogenannte Relay-Attacke da, bei der der Angreifer die Signale jeweils zwischen Infrastruktur und mobilen Sendeempfänger verstärkt und weiterleitet. Durch Distanz- beschränkung kann versucht werden, einen solchen Angreifer auszuschließen. Dazu können sogenannte„Time of Flighf'-Messungen verwendet werden (auch Two Way Ranging bzw. Round Trip Time genannt), die die Signallaufzeiten zwischen dem Authentifizierungsbasisgerät und dem Authentifizierungsgerät auswerten. Eine weitere Möglichkeit eines Angriffs besteht darin, die Verschlüsselung des Authentifi- zierungsgeräts knacken und sich so in die Lage zu versetzen, eine Funkanfrage des Authen- tifizierungsbasisgeräts bzw. eine darin enthaltene Initialisierungsnachricht anstelle des Au- thentifizierungsgeräts zu beantworten und so eine Berechtigung zur Nutzung der gesicherten Infrastruktur vorzutäuschen. Ein solcher Angriff wäre durch„Time of Flight" Messungen nur bedingt verhinderbar. Insbesondere wenn aufgrund von limitierter Hardware oder Stromversorgung, wie beispielsweis in den bereits genannten Autoschlüsseln, die Länge der verwendeten Schlüsselsequenz beschränkt ist, können solche Angriffe realisierbar sein. Es besteht somit ein Bedarf, bestehende Verfahren zur Authentifizierung zu verbessern.
Zusammenfassung
Dieser Bedarf wird durch die Ausführungsbeispiele der unabhängigen Patentansprüche ge- deckt. Die abhängigen Patentansprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele.
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht umfassen das Empfangen einer gesendeten Initialisierungsnachricht und ein Verschlüsseln der gesendeten Initialisierungsnachricht mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens, um eine intermediäre Nachricht zu erzeugen. Diese intermediäre Nachricht wird mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens verschlüsselt, um die Authentifizierungsnachricht zu erhalten, die verwendet wird, um in einem Authentifizierungsbasisgerät, das die gesendete Initialisierungsnachricht erzeugt hat, zu überprüfen, ob die Authentifizierungsnachricht als authentifizierend betrachtet wird und somit ein Versender der Authentifizie- rungsnachricht autorisiert wird. Gegenüber herkömmlichen Verfahren, die eine einzige Verschlüsselung einer gesendeten Initialisierungsnachricht vornehmen, um die Authentifizierungsnachricht zu erhalten, wird durch das zweimalige Verschlüsseln mit unterschiedlichen kryptografischen Verfahren ein Abhören der Kommunikation und ein Ausspähen des zum Erzeugen der Authentifizierungsnachricht verwendeten Verschlüsselungsalgorithmus sowie der verwendeten Verschlüsselungssequenz erheblich erschwert oder sogar unmöglich gemacht.
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Authentifizieren umfassen ein Senden einer Initialisierungsnachricht, die beispielsweise von einem Authentifizierungsgerät verarbeitet wird, um eine Authentifizierungsnachricht zu erstellen. Diese Authentifizierungsnachricht wird empfangen und die Authentifizierungsnachricht mittels des auch bei der Erzeugung derselben verwendeten zweiten kryptografischen Verfahrens entschlüsselt, um eine empfangene intermediäre Nachricht zu erhalten. Ein Entschlüsseln der empfangenen intermediären Nachricht mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens erzeugt eine empfangene Initialisierungsnachricht. Ein Vergleichen der empfangenen Initialisierungsnachricht und der gesendeten Initialisierungsnachricht erfolgt, um zu bestimmen, ob die Authentifizierungsnachricht als authentifizierend betrachtet wird. Ebenso wie beim Erzeugen der Authentifizierungsnachricht erfolgt beim Auswerten der Authentifizierungsnachricht die sukzessive An- wendung der beiden verwendeten kryptografischen Verfahren, um die hohe Sicherheit des Verfahrens zu gewährleisten.
Ausführungsbeispiele eines Authentifizierungsgeräts umfassen einen Empfänger, der ausgebildet ist, um eine Initialisierungsnachricht zu empfangen und ein erstes Verschlüsse- lungsmodul, das ausgebildet ist, um die empfangene Initialisierungsnachricht mittels eines ersten kryptographischen Verfahrens zu verschlüsseln, um eine intermediäre Nachricht zu erhalten. Ein zweites Verschlüsselungsmodul ist ausgebildet, um die intermediären Nachricht mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens zu verschlüsseln, um die Authentifizierungsnachricht zu erhalten. Ein Sender dient dazu, die Authentifizierungsnachricht zu versenden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Authentifizierungsbasisgeräts zur Kommunikation mit dem Authentifizierungsgerät umfasst einen Sender, der ausgebildet ist, eine Initialisierungsnachricht zu versenden und einen Empfänger, der ausgebildet ist, eine Authentifizierungsnach- rieht zu empfangen. Ein erstes Entschlüsselungsmodul ist ausgebildet, die Authentifizierungsnachricht mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens zu entschlüsseln, um eine empfangene intermediäre Nachricht zu erhalten. Ein zweites Entschlüsselungsmodul ist ausgebildet, die empfangene intermediäre Nachricht mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens zu entschlüsseln, um eine empfangene Initialisierungsnachricht zu erhalten. Ein Entscheidungsmodul, das ausgebildet ist, die empfangene Initialisierungsnachricht und die gesendete Initialisierungsnachricht zu vergleichen, um zu bestimmen, ob das Authentifizierungsgerät als authentifiziert betrachtet wird. Figurenkurzbeschreibung
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht;
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Authentifizie- ren;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Authentifizierungsgeräts zur Verwendung mit analogen Signalformen; Fig. 4 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Authentifizierungsgeräts zur Verwendung mit analogen Signalformen;
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Authentifizierungsgeräts zur Verwendung mit digitalen Signalen;
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Authentifizierungsgeräts zur Verwendung mit digitalen Signalen;
Fig.7 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Authentifizierungsbasisgeräts; und
Fig. 8 eine Implementierung eines Ausführungsbeispiels zur Öffnung eines Kraftfahrzeugs.
Beschreibung
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren Abbildungen, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äqui- valente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element„verbunden" oder„ver- koppelt" bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als„direkt verbunden" oder„direkt verkoppelt" mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähn- liehe Weise interpretiert werden (z.B.,„zwischen" gegenüber„direkt dazwischen",„angrenzend" gegenüber„direkt angrenzend" usw.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwen- det, sollen die Singularformen„ einer",„ eine",„eines " und„der, die, das" auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z.B.„beinhaltet",„beinhaltend", aufweist" und/oder „aufweisend", wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht, mittels der gegenüber einem Authentifizierungsbasisgerät die Autorisierung zur Nutzung einer Infrastruktur bzw. eines Service nachgewiesen werden kann. Eine Infrastruktur kann dabei beispielsweise beliebige Geräte umfassen, die mittels des Authentifizierungsbasisgeräts vor unbefugter Benutzung gesichert werden, beispiels- weise Kraftfahrzeuge, Baumaschinen, Werkzeuge oder dergleichen. Ein Service kann beispielsweise die kostenlose oder kostenpflichtige Dienstleistung eines Dritten sein oder auch die Authentifizierung gegenüber einem Computersystem oder einer speziellen Software umfassen. Das Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht umfasst das Empfangen einer gesendeten Initialisierungsnachricht 102. Ein Verschlüsseln der empfangenen Initialisierungsnachricht 104 mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens erzeugt eine intermediäre Nachricht. Diese intermediäre Nachricht wird mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens verschlüsselt, um die Authentifizierungsnachricht zu erhalten, die ver- wendet wird, um in einem Authentifizierungsbasisgerät, das die gesendete Initialisierungsnachricht 104 erzeugt hat, zu überprüfen, ob die Authentifizierungsnachricht als authentifizierend betrachtet wird und somit ein Versender der Authentifizierungsnachricht autorisiert wird. Gegenüber herkömmlichen Verfahren, die eine einzige Verschlüsselung einer Initialisierungsnachricht vornehmen, um die Authentifizierungsnachricht zu erhalten, wird durch das zweimalige Verschlüsseln mit unterschiedlichen kryptografischen Verfahren ein Abhören der Kommunikation und ein ausspähen des zum Erzeugen der Authentifizierungsnachricht verwendeten Verschlüsselungsalgorithmus sowie der verwendeten Verschlüsselungssequenz erheblich erschwert oder sogar unmöglich gemacht. Dies kann auch bei Verwendung von kurzen Schlüsselsequenzen, die aufgrund von Limitierungen der Hardware bei- spielsweise in Autoschlüsseln oft Verwendung finden, die Sicherheit erheblich erhöhen, insbesondere, wenn unterschiedliche kryptografischen Verfahren verwendet werden. Ein Kryptografisches Verfahren ist dabei insbesondere durch den Algorithmus definiert, der verwendet wird, um die gesendete Initialisierungsnachricht mittels Schlüsselsequenz zu verschlüsseln. Abhängig davon, ob die Verschlüsselung digital oder analog erfolgt, kann dieser durch eine unterschiedliche Rechenvorschrift umgesetzt werden oder durch verschiedene Hardwarekomponenten, die gesendete Initialisierungsnachricht und die Schlüsselsequenz kombinieren. Beispiele für analoge und für digitale Implementierungen sind in den Fig. 3 bis 6 gezeigt. In diesen Implementierungen werden als verwendete kryptografische Verfahren ein Addieren der Schlüsselsequenz mit der zu verschlüsselten Nachricht und ein Multiplizieren der Schlüsselsequenz mit der zu verschlüsselten Nachricht kombiniert, wie anhand der Figuren erläutert werden wird.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Authenti- fizieren, umfassend ein Senden einer Initialisierungsnachricht 202, die beispielsweise von einem Authentifizierungsgerät verarbeitet wird, um eine Authentifizierungsnachricht zu erstellen. Die Authentifizierungsnachricht wird im Verfahrensschritt 204 empfangen. Dann wird im Verfahrensschritt 206 die Authentifizierungsnachricht mittels des auch bei der Erzeugung derselben verwendeten zweiten kryptografischen Verfahrens entschlüsselt, um eine empfangene intermediäre Nachricht zu erhalten. Im Schritt 208 erfolgt ein Entschlüsseln der empfangenen intermediären Nachricht mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens, um eine empfangene Initialisierungsnachricht zu erhalten. Im Schritt 210 erfolgt ein Vergleichen der empfangenen Initialisierungsnachricht und der gesendeten Initialisierungsnachricht (die originale, ursprünglich erzeugte und zusätzlich vorgehaltene Initialisierungsnachricht), um zu bestimmen, ob die Authentifizierungsnachricht als authentifizierend betrachtet wird. Ebenso wie beim Erzeugen der Authentifizierungsnachricht erfolgt beim Auswerten der Authentifizierungsnachricht die sukzessive Anwendung der beiden verwendeten kryptografischen Verfahren, um die hohe Sicherheit des Verfahrens zu gewährleisten. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird das Authentifizieren als erfolgreich bewertet, wenn die empfangenen Initialisierungsnachricht und die gesendete Initialisierungsnachricht zueinander korrespondieren, was gemäß einigen Ausführungsbeispielen insbesondere dann der Fall ist, wenn beide Nachrichten um weniger als eine zulässige Anzahl von bits voneinander abweichen. Diese Korrespondenz oder Übereinstimmung kann bei weiteren Ausfüh- rungsbeispielen mittels eines anderen beliebig einzustellenden Schwellwerts bewertet werden.
Abhängig von der Art der kryptografischen Verfahren können die bei dem Verfahren zum Authentifizieren und bei dem Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht verwendeten Schlüsselsequenzen identisch sein, wenn symmetrische Verschlüsselung verwendet wird, oder diese können zueinander korrespondierende öffentliche und private Schlüsselsequenzen sein, wenn asymmetrische Verschlüsselung verwendet wird. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Authentifizieren wird ferner eine Signallaufzeit zwischen dem Senden der Initialisierungsnachricht und dem Empfangen der Authentifizierungsnachricht bestimmt. Insbesondere wird gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Authentifizierung nur dann als erfolgreich bewertet, wenn die Signallaufzeit geringer ist, als eine vorbestimmte Schwelle, um so zum Beispiel Remote-Relay-Angriffe besser detektieren zu können.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Authentifizierungsgeräts 300. Bei den in den Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die verwendeten kryptografische Verfahren analog implementiert, eine Analog- zu Digital Wandlung der empfangenen Initialisierungsnachricht kann also unterbleiben. Eine trotzdem mögliche digitale Erzeugung der Schlüsselsequenzen cl(t) und c2(t) inklusive einer Digital- Analog- Wandlung sowie digitale Signaldetektion, -Synchronisation und Leistungsschätzung liegen außerhalb der direkten Signalkette, die beide kryptografischen Verfahren implementiert. Mittels eines Empfängers 302 wird die gesendete Initialisierungsnachricht 303 empfangen. In einem Signalanalysator 304 erfolgt eine Signal- & Leistungsdetektion sowie die Synchronisation auf das Empfangene Signal, insbesondere auf die gesendete Initialisierungsnachricht 303, die als analoge Signalform weiterverarbeitet wird. Eine Signal- & Leistungsdetektion kann beispielsweise auf einem der gesendeten Initialisierungsnachricht 303 vo- rausgehenden Signal basieren, beispielsweise auf einer Signalform, die dazu dient, die Entfernung zwischen dem Authentifizierungsbasisgerät und dem Authentifizierungsgerät zu schätzen (Ranging request). Die Leistungsdetektion kann allgemein auf der Empfangsleistung basieren und die Synchronisation kann auch durch Teilkorrelation auf einem vorgestellten und a priori bekannten Präambelanteil des empfangenen Signals basieren. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann eine Präambel auch entfallen, wenn durch die vorhergehende Kommunikation bereits eine ausreichende zeitliche Synchronisation und eine ausreichende Leistungsangleichung erreicht wurde. Mit der Teilkorrelation kann ebenfalls eine Rahmensynchronisation und - ggf. mit einer Interpolation - eine Symbolsynchronisation erreicht werden, das heißt, es kann bestimmt werden, welcher Zeitraum in der empfangenen Signalform zu welcher logischen Information korrespondiert. Eine Symbolsynchronisation ist insbesondere in der Empfängernachbearbeitung hilfreich, weil dann die Modulation von Authentifizierungsberät und Authentifi- zierungsbasisgerät gleichphasig überlagert werden können. Auf den empfangenen Präambelsymbolen werden auch, falls erforderlich, die Träger- und Symboltaktfrequenzen an die des Infrastruktursenders angepasst (Träger- und Taktsynchronisation). Für die folgenden Überlegungen wird vorausgesetzt, dass eine Synchronisation erfolgreich erfolgt ist und daher bekannt ist, welcher Zeitraum in der empfangenen Signalform zu welcher logischer In- formation korrespondiert, sodass die Schlüsselsequenzen mit der gesendeten Initialisierungsnachricht synchron verarbeitet werden können. Bei der Realisierung des Authentifizie- rungsgeräts als analoges Relay sind in bevorzugten Implementierungen die gesendete Initialisierungsnachricht und die Schlüsselsequenzen synchron und die analogen Schlüsselsequenzen werden digital erzeugt und mit einem Digital-Analog-Umsetzer in ein analoges Signal umgewandelt. Die gesendete Initialisierungsnachricht ist dabei derjenige Teil des empfangenen Signals, das bei dem Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnach- richt verschlüsselt wird.
Das erste kryptografische Verfahren verwendet eine erste Schlüsselsequenz 306 und das zweite kryptografische Verfahren verwendet eine zweite Schlüsselsequenz 308. Beide Schlüsselsequenzen sind gemäß einigen Ausführungsbeispielen zeitlich in etwa so lange ausgedehnt, wie die gesendete Initialisierungsnachricht 303. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen weicht eine erste Länge der ersten Schlüsselsequenz 306 und eine zweite Länge der zweiten Schlüsselsequenz 308 um weniger als 20% von einer Länge der gesendeten Ini- tialisierungsnachricht 303 ab. Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen beträgt diese Abweichung weniger als 10% oder weniger als 5%.
Die Schlüsselsequenzen 306, 308 werden bei einigen Ausführungsbeispielen nach der Sig- naldetektion (oder ggf. nach der vorhergehenden Kommunikation) aus einem auf dem mobi- len Authentifizierungsgerät 300 gespeicherten Schlüssel (oder mehreren Schlüsseln) berechnet. Eine Schlüsselsequenz für die Verschlüsselung beider Sequenzen kann beispielsweise aus drei Komponenten generiert werden: Einem eigenen Schlüssel des Authentifizie- rungsgeräts 300, einem Schlüssel spezifisch für das Authentifizierungsbasisgerät und einem zeitabhängigen Anteil. Dabei kann auf den zeitabhängigen Anteil und den Schlüssel des Authentifizierungsbasisgeräts bei einigen Implementierungen verzichtet werden. Letzterer geht bereits in das empfangen und ursprünglich vom Authentifizierungsbasisgerät gesendete Initialisierungssignal ein. Das erste kryptografische Verfahren basiert im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Multiplikation der ersten Schlüsselsequenz 306 mit der zu verschlüsselnden Nachricht. Dazu wird ein Mischer oder Multiplizierer 310 verwendet, der die gesendete, analoge Initialisierungsnachricht 303 mit der ersten Schlüsselsequenz 306 multipliziert, die auch als analoge Signalform vorliegt, um eine intermediäre Nachricht 312 zu erhalten. Die Rate der ersten Schlüsselsequenz 306 muss nicht mit der Rate der zweiten Schlüsselsequenz 308 übereinstimmen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Rate der ersten Schlüsselsequenz 306 kleiner als die Rate der gesendeten Initialisierungsnachricht 303, allerdings ist die Rate dann idealerweise durch einen ganzzahligen Teiler gegeben. Das zweite kryptografische Verfahren umfasst ein Addieren der zweiten Schlüsselsequenz 308 mit der intermediären Nachricht 312. Zu diesem Zweck wird ein Addierer 314 verwendet, der die zweite Schlüsselsequenz 308 zu der intermediären Nachricht 312 addiert, um die Authentifizierungsnachricht 316 zu erhalten. Die zweite, additive Verschlüsselungsstufe sollte eine Schlüsselsequenz verwenden, deren Signalform derjenigen der multiplikativ mo- dulierten intermediären Nachricht 312 in Ihrer Signalform gleicht, damit der additive Anteil in der Authentifizierungsnachricht 316 nicht getrennt und damit identifiziert werden kann. Dies kann sowohl die Amplitude als auch die Bandbreite betreffen. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen weicht eine Bandbreite der ersten Schlüsselsequenz 306 und/oder der zweiten Schlüsselsequenz 308 um weniger als 20% von einer Bandbreite der gesendeten Initiali- sierungsnachricht 303 und/oder der intermediären Nachricht 312 ab. Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen beträgt diese Abweichung weniger als 10% oder weniger als 5%. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen weicht eine Amplitude der ersten Schlüsselsequenz 306 und/oder der zweiten Schlüsselsequenz 308 um weniger als 20%> von einer Amplitude der gesendeten Initialisierungsnachricht 303 und/oder der intermediären Nachricht 312 ab. Um dies zu ermöglichen, wird die von der Leistungsschätzer 318 bestimmte Empfangsleistung mittels des variablen Verstärkerblocks 320 (Variable gain block) so eingestellt, dass beide additiven Anteile, die intermediären Nachricht 312 und die zweite Schlüsselsequenz 308 die (annähernd) gleiche Leistung bzw. Amplitude haben, so dass sie im resultierenden Summensignal (im Beispiel der Fig. 3 ist dies die Authentifizierungsnachricht 316) schwer oder gar nicht unterscheidbar sind. Letzteres ergibt sich aus der Beobachtbarkeit, bzw. dem unmöglichen Schluss auf N gleichartige Schätzwerte basierend auf M < N Beobachtungen. Die in Fig. 3 dargestellte, optionale zusätzliche Mischung des Signals mit einer Lokalen Oszillationsfrequenz 322 (LO) zur Umsetzung des Signalspektrums in einen anderen Spektralbereich als das empfangene Signal dient der Entkopplung von Empfangssignal und Sendesignal, um Signal-Feedback-Schleifen zu verhindern. Die multiplikative Verknüpfung einer Nachricht mit der Bandbreite Βτχ und Schlüsselsequenz mit Bandbreite Bschüssei er- zeugt eine Aufspreizung der Signalbandbreite auf (Βτχ + Bschiüssei). Für die Entkopplung von Empfangssignal und Sendesignal ist gemäß einiger Ausführungsbeispiele die Lokale Oszillationsfrequenz 322 daher größer ist als die Gesamtbandbreite (Βτχ+ Bschiüssei).
Die additive Verknüpfung von intermediärer Nachricht 312 und zweiter Schlüsselsequenz 308 geschieht z.B. über eine aktive oder passive Combiner- Schaltung. Die Signalaussendung der Authentifizierungsnachricht 316 mit Frequenzumsetzung im Frequenzmultiplex (FDM) verbessert die Signaldetektion, indem es Übersprechen verhindert oder sehr stark unterdrückt. Auch ein Zeitmultiplex (TDM) ist möglich. TDM erfordert eine lange Verzögerungsleitung mit hoher Bandbreite, die die gesamte Signalrahmenlänge umfasst, die aber auch digital zu realisieren ist. Gegen die einfache Form der Attacke mit verstärkenden Re- lays sind sowohl die Implementierungen mit TDM als auch mit FDM wirksam: Die definierte, feste Verzögerungsdauer kann für TDM beispielsweise im Authentifizierungsbasis- gerät gespeichert werden, sodass ein attackierendes Relay, das die Krypto- Sequenz nicht kennt, in die Zukunft schauen müsste, um eine geringere Laufzeit zu erreichen und einen erfolgreichen Angriff durchzuführen.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen werden die Signallaufzeiten innerhalb des Authenti- fizierungsgeräts möglichst kurz gehalten. Dies erschwert einige stärkere kryptografische Angriffsmethoden wir beispielsweise die„Guessing Attack" und die„Early Bit Detection". Daher werden gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Verarbeitungsschritte möglichst kurz gehalten. Insbesondere wird in einigen Ausführungsbeispielen auf kryptografische Verfahren, die eine Blockweise Verarbeitung der zu verschlüsselnden Daten vornehmen, verzichtet, um die damit verbundene Latenz zu vermeiden. In den Ausführungsbeispielen der Figuren werden Verfahren eingesetzt, bei denen kurze Sequenzen der zu verschlüsselnden Daten direkt mit kurzen Sequenzen der Schlüsselsequenzen 306 und 308 kombiniert werden. Im Falle digitaler Verarbeitung kann dies beispielsweise bedeuten, dass zu verschlüsselnden Daten bitweise mit den Schlüsselsequenzen verrechnet werden. Eine alternative Realisierung des mobilen Authentifizierungsgeräts als analoges Relais kann für den multiplikativen Anteil anstelle eines Mischers eine Lastmodulation verwenden, um zwischen zwei (oder mehr Phasenlagen) hin und her zu schalten. Die Verschlüsselungssequenz kann bei diesem Ausführungsbeispiel direkt digital genutzt werden und auf eine Digital- Analog-Umsetzung derselben kann verzichtet werden.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Reihenfolge der Addition und der Multiplikation vertauscht, ansonsten entspricht es dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, weswegen auf eine detaillierte Diskussion dieses Ausführungsbeispiels verzichtet wird. Mit anderen Worten umfasst in Fig. 4 das erste kryptografische Verfahren ein Addie- ren der ersten Schlüsselsequenz 306 zu der Initialisierungsnachricht 303, wobei das zweite kryptografische Verfahren ein Multiplizieren der zweiten Schlüsselsequenz 308 mit der intermediären Nachricht 312 umfasst.
Zusammengefasst ermöglichen es Ausführungsbeispiele, vorhandene Verschlüsselungen zu verbessern, indem zu einer multiplikativen Modulation, wie Sie beispielsweise bei Back- scatter- Verfahren wie passivem RFID verwendet werden, ein additiver Term hinzukommt. Anders ausgedrückt, wird einem eigenen verschlüsselten Codewort das empfangene Codewort zusätzlich multiplikativ moduliert aufaddiert. Vor Start des eigentlichen Verfahrens zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht steht ggf. eine vorhergehende Kommuni- kation mit einer Aktivierung des Authentifizierungsgeräts, bei der ggf. auch schon verschlüsselt weitere Information ausgetauscht wird. Außerdem kann dabei bereits eine Grundsynchronisation in Zeit und Frequenz ausgeführt werden. Der Kryptographische Teil ist bei kombinierten Verfahren dem TOF- Verfahren teilweise über einen Verschlüsselten Kommunikationskanal aufgesetzt bzw. dem kryptographischen Teil voran- oder nachgestellt. Oft werden Sequenzen bitweise übertragen und gemäß einer Verschlüsselung mit XOR- oder NAND-Operationen verändert zurückübertragen. Im Ge- gensatz zu Krypto- Ortung stellt die kryptographische Kommunikation ein breites Anwendungsfeld da. Sie basiert technisch zumeist auf einem oder mehreren Schlüsseln pro Kommunikationspartner. Dabei können symmetrische Verschlüsselungsverfahren und Nichtsymmetrische Verschlüsselungsverfahren unterschieden werden, die einen Identischer Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln oder einen öffentlichen Schlüssel zum Verschlüsseln und einen privaten Schlüssel zum Entschlüsseln verwenden. Verschlüsselungsmethoden werden oft mit Methoden der vollständigen Suche (Brüte- Force) angegriffen, selbst wenn dieses Problem NP -vollständig ist und somit ein Erfolg nur mit exponentiellem Aufwand (bezogen auf die Länge des Schlüssels) zu lösen ist. Bei Kenntnis einer Sequenz des unverschlüsselten Quellwortes kann es jedoch auch möglich sein, schneller zu entschlüsseln.
Mit dem hier vorgeschlagenen mehrstufigen (beispielsweise zweistufigen) hybriden Verschlüsselungsansatz kann die systemtechnische Beobachtbarkeit des Ansatzes ausgeschlossen werden. Außerdem kann durch die Ausführungsbeispiele der Erfindung ggf. auf kürzere Verschlüsselungen bei gleicher Sicherheit zurückgegriffen werden.
Während die Fig. 3 und 4 analoge Implementierungen zeigen, sind beispielhafte digitale Ausführungsbeispiele in Fig. 5 und Fig. 6 abgebildet. Ansonsten entspricht die Funktionsweise des in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiels dem von Fig. 4 und die von Fig. 6 derjenigen von Fig. 3. Daher sind die funktionsidentischen Funktionsb locke mit identischen Be- zugszeichen versehen und nachfolgend wird lediglich kurz auf die der digitalen Verarbeitung geschuldeten Unterschiede eingegangen.
Das empfangene Signal wird nach einer Filterung mittels eines Bandpassfilters 502 und Verstärkung mit einem Verstärker 504 (LNA), darauffolgender Mischung ins Basisband mit einem Mischer 506 und Bandbegrenzung des Basisbandsignals mittels eines Tiefpasses 508 in einem Analog zu Digital Wandler 510 (ADC) zunächst abgetastet. Danach wird (nach Signaldetektion, Synchronisation und Leistungsschätzung) die gesendete Initialisierungsnachricht in einem Analysator 512 detektiert, woraus eine Folge von logischen Einsen und Nullen resultiert. Diese wird dann additiv und multiplikativ mit den Schlüsselsequenzen 306 und 308 verknüpft, die wiederum aus den verwendeten Schlüsseln erzeugt werden. Durch die digitale Symbol- und Rahmensynchronisation, die zur Bestimmung der Initialisierungsnachricht 303 benötigt werden, ist die Synchronizität der empfangenen Sequenz und der beiden Schlüsselsequenzen 306 und 308 gewährleistet. In einigen Ausführungsbeispielen werden die Bits der Authentifizierungsnachricht anhand der Galoisfeld-Logik GF(2) erzeugt. Gemäß dieser ist das ® wie folgt als logisches exklusives„oder" (XOR) zu betrachten:
(0h Φ (0h = (OL 0 m (t}2 = (1 >2 Φ (Qh - Oh und (1 )? θ {1 h - (0)2
für höhere Dimensionen GF(2n) z.B. GF(25):
(10010)2Θ(11100)2 = (01110)2.
Das ® wird gemäß dieser Logik als logisches„UND" (AND) interpretiert:
(0h ® 10h = (0k (0). ©Ii. ® (Ofc = {05, u-,d (1 ), ® (1 }2 = (1 k,
bzw. für höhere Dimensionen GF(2n) z.B GF(25):
(10010)2®(11100)2 = (10000)2.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine andere Zuordnung vorgenommen werden, beispielsweise das logische„UND" durch das logische„ODER" (OR) oder eine Verneinung einer der beiden (NOR oder NAND) ersetzt werden. Bei einer digitalen Implementierung bleiben die Signale im gleichen Feld und Amplitudenabstufungen können durch diese additive Schlüsselsequenz nicht auftreten, wodurch effiziente Sender strukturen genutzt werden können und was die Trennung der beiden Verschlüsselungsworte nochmals erschwert.
Vor dem Senden wird die digitale Authentifizierungsnachricht mittels eines Digital-zu- Analog- Wandlers 520 gewandelt und nach optionaler Filterung mittels eines weiteren Tiefpasses 522 mittels eines weiteren Mischers 524 auf die Trägerfrequenz gemischt, gegebenenfalls mit einem weiteren Bandpass 526 erneut gefiltert und mit einem weiteren Verstärker 528 verstärkt und sodann gesendet. Dabei ist wiederum sowohl FDM als auch TDM möglich.
Fig. 7 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Authentifizierungsbasis- geräts 700. Dieses umfasst einen Sender 702, der ausgebildet ist, eine Initialisierungsnachricht 703 zu versenden, sowie einen Empfänger 704, der ausgebildet ist, die Authentifizierungsnachricht 701 zu empfangen. Im Empfänger 704 wird das Signal, das von der Emp- fangsantenne kommt, zunächst im analogen Front-End 740 gefiltert, verstärkt, und ins Basisband oder eine geeignete Zwischenfrequenz gemischt, wo es mittels eines ADC 742 abgetastet wird. Ferner umfasst das Authentifizierungsbasisgerät 700 ein erstes Entschlüsselungsmodul 706, das ausgebildet ist, die Authentifizierungsnachricht mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens zu entschlüsseln, um eine empfangene intermediäre Nachricht 707 zu erhalten; und ein zweites Entschlüsselungsmodul 708, das ausgebildet ist, die empfangene intermediäre Nachricht 707 mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens zu entschlüsseln, um eine empfangene Initialisierungsnachricht 709 zu erhalten. Das erste Entschlüsselungsmodul 706 und das zweite Entschlüsselungsmodul 708 befinden sich vorliegend innerhalb eines Kryptographiemoduls 712, das ferner die Initialisierungsnachricht 703 erhält. Ein Entscheidungsmodul 710 in dem Kryptographiemodul 712 ist ferner ausgebildet, die empfangene Initialisierungsnachricht 709 und die Initialisierungsnachricht 703 zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die Authentifizierungsnachricht als authentifizierend betrachtet wird. In dem Kryptographiemodul 712 werden also die erste Schlüsselsequenz 737, die zweite Schlüsselsequenz 739 und die Initialisierungsnachricht 709 verwendet, um die empfangene Initialisierungsnachricht zu validieren und damit das sendende Authentifizierungsgerät zu authentifizieren.
Das dargestellte Authentifizierungsbasisgerät 700 unterstützt ferner eine optionale ToF- Verifikation. Zu diesem Zweck umfasst das Authentifizierungsbasisgerät 700 ferner ein Zeitmessmodul 720, das ausgebildet ist, um eine Signallaufzeit zwischen dem Senden der Initialisierungsnachricht 703 und dem Empfangen der Authentifizierungsnachricht 701 zu bestimmen. Die Bestimmung der Signallaufzeit im Authentifizierungsbasisgerät 700 der Fig. 7 basiert im Wesentlichen auf dem Durchführen von Korrelationen zwischen erwarteten Signalsequenzen und tatsächlich empfangenen Signalsequenzen zur Zeitmessung eines Signalumlaufes. Die Bestimmung der Signallaufzeit erlaubt es, die Entfernung zwischen Authentifizierungsbasisgerät und Authentifizierungsgerät zu schätzen und die Zone des er- laubten Zugriffs zu begrenzen. Als zweiten Faktor zur Bewertung einer erfolgreichen Authentifizierung stellt das Kryptographiemodul 712 mit einer Verifikationslogik sicher, dass das korrekte Authentifizierungssignal empfangen wurde und damit das Authentifizierungsgerät eindeutig identifiziert wird. Das Authentifizierungsbasisgerät 700 sendet zu dem Zeitpunkt tO die Initialisierungsnachricht 703 (Cvac) aus, die ggf. verschlüsselte Informationen enthält, und startet die Zeitmessung in dem Zeitessmodul 720. Die Initialisierungsnachricht wird durch Sendefilter 730, Digital Analog Umsetzer 732, analoges Sende- Front-End 734 und Sendeantenne abge- strahlt. Bei symmetrischer Verschlüsselung wird die Initialisierungsnachricht 703 im Kombinationsblock 736 mit der erste Schlüsselsequenz 737 mittels des ersten kryptografischen Verfahrens und mit der zweiten Schlüsselsequenz 739 mittels des zweiten kryptografischen Verfahrens verknüpft, um eine vorhergesagte Authentifizierungsnachricht zu erzeugen, mit der die empfangene Authentifizierungsnachricht in dem Korrektor 738 korreliert wird, um den Zeitpunkt des Empfangs des Authentifizierungssignals zu bestimmen. Bei unsymmetrischer Verschlüsselung kann eine Korrelation mit anderen bekannten Signalfolgen in dem empfangenen Signal zu diesem Zweck benutzt werden, beispielsweise mit einer Präambel, einer Midambel oder einer Postambel. Im Digitalteil des Authentifizierungsbasisgeräts 700 wird zunächst der Empfang eines Signals im Korrektor 738 detektiert (z.B. basierend auf einer Präambel), bevor optional die verschlüsselte Gesamtsequenz der vorhergesagten Authentifizierungsnachricht mit dem empfangenen Signal korreliert wird, um im Anschluss aus mehreren Korrelationswerten die Ankunftszeit TAnkunft mit höherer Genauigkeit zu berechnen. Wenn die Ranging-Nachricht auf mehrere Unterpakete aufgeteilt ist, können diese optional für die Ermittlung der Laufzeit zusammengefasst werden. Methoden dafür sind unter anderem das Zusammenfassen der Korrelation zur Ermittlung der Laufzeiten unter Berücksichtigung der jeweiligen Sendezeit- punkte der initiierenden Ranging-Nachrichten, die Ermittlung der Laufzeiten und ihre Auswertung gemäß der stochastischen Laufzeitverteilung bzw. auf ihr basierende Kenngrößen. Beispiele für solche Kenngrößen sind z.B. Minimum, Mediane, Mittelwerte oder Perzentile, die anhand eines Schwellwerts ausgewertet werden können. In einer alternativen Realisierung wird die Korrelation durch eine Kanalschätzung - im Zeit- oder Frequenzbereich - ersetzt, aus der dann der erste Pfad detektiert wird. Dessen Zeitpunkt (der den Bearbeitungszeitpunkt mit einbezieht) ist die Ankunftszeit TAnkunft.
Indem man den Zeitpunkt der Aussendung des Signals to zusammen mit einer bekannten Signallaufzeit TLaufzeit innerhalb des Authentifizierungsbasisgeräts und ggf. der Bearbeitungszeit im Authentifizierungsgerät Tßearbeitung abzieht, erhält man dann die Signallaufzeit, aus der sich über die Gleichung die Entferndung d abschätzen lässt: ^ cvac( Amkunft Tsende T Lau f zeit T Bearbeitung^
2
Darin ist cvac die Vakuumlichtgeschwindigkeit bzw. die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Funkwellen.
Parallel zur Laufzeitberechnung wird im Kryptographiemodul 712 die verschlüsselte Sequenz verifiziert. Eine Beispielrealisierung führt dies aus, indem eine maximale Anzahl von Bitfehlern akzeptiert wird. Das heißt, eine Authentifizierung ist nur dann erfolgreich, wenn die empfangene Initialisierungsnachricht und die Initialisierungsnachricht um weniger als eine zulässige Anzahl von bits voneinander abweichen. Bei erfolgreicher Authentifizierung korrespondieren die empfangene Initialisierungsnachricht und die Initialisierungsnachricht zueinander.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird dazu ggf. ergänzend das Signal-zu-Rausch- Verhältnis bestimmt, um es mit einem Minimalwert abzugleichen und so sicherzustellen, dass der gewünschte Bitfehlerschwellwert unterschritten wird. Wenn das Signal-zu-Rausch- Verhältnis zu gering ist kann ggf. im Authentifizierungsbasisgerät die Leistung erhöht werden, oder dem mobilen Authentifizierungsgerät über eine Kommunikationsverbindung der Befehl zur Erhöhung der Verstärkung gegeben werden. Alternativ kann auch davon ausgegangen werden, dass das Authentifizierungsgerät zu weit vom Authentifizierungsbasisgerät entfernt ist, wenn das Signal-zu-Rauschverhältnis nicht ausreicht.
Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform mit zusätzlicher Messung der Signallaufzeit wird in einer Entscheidungslogik 714 entschieden, ob die Authentifizierung als erfolgreich bewertet wird. Dies ist gemäß einigen Ausführungsbeispielen nur dann der Fall, wenn die Signallaufzeit geringer ist, als eine vorbestimmte Schwelle und die empfangenen Initialisierungsnachricht und der vorgehaltenen, originalen Initialisierungsnachricht zueinander korrespondieren.
Im Falle einer positiven Entscheidung einer im Abstand begrenzten positiven Authentifizie- rung bei ausreichendem Signal- zu- Rausch- Abstand kann beispielsweise ein Auslösesignal generiert werden, dass in einer Anwendung im Automobilbereich eine Tür öffnet oder ein Auto startet. Nicht abgebildet, kann gemäß weiteren Ausführungsbeispielen das Authentifizierungsbasis- gerät eine adaptive Signal Verstärkung (AGC) im analogen Empfänger-Frontend vorgesehen werden, um durch eine schrittweise Leistungserhöhung die Reichweite zu erhöhen. Für die Implementierung der Ausführungsbeispiele ist die gewählt Technologie zur Übertragung des schnurlosen Signals prinzipiell unabhängig. In einer Realisierung kann das Übertragungssystem beispielsweise eine breitbandige Einzelträgermodulation verwenden. Eine weiter Implementierung kann als Übertragungsverfahren beispielsweise Multi-Träger- Modulation verwenden, bei der mehrere (z.B. zwei) schmalbandige Unterträger im Spekt- rum verteilt liegen und moduliert werden. In einer weiteren Realisierung kann das Übertragungssystem ein Ultra-Breitband-System sein, das mit Ultra-Breitband- Signalen arbeitet.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Implementierung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Zugangskontrolle für ein Kraftfahrzeug 800. Das Kraftfahrzeug 800 weist ein Authenti- fizierungsbasisgerät 802 gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung auf. Ein Ausführungsbeispiel eines Authentifizierungsgeräts 804 ist Teil eines Schlüssels 806 für das Kraftfahrzeug 800. Mittels dieses Systems kann eine Authentifizierung eines berechtigten Schlüssels und dessen Nutzers mit hoher Sicherheit gegen Manipulation erfolgen. Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden. Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens- schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Pro- cessing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firm- wäre, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin be- schriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentie- rende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Varia- tionen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Verfahren zum Erzeugen einer Authentifizierungsnachricht (316), umfassend: Empfangen (102) einer gesendeten Initialisierungsnachricht (303);
Verschlüsseln (104) der empfangenen Initialisierungsnachricht (303) mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens, um eine intermediäre Nachricht (312) zu erhalten; und Verschlüsseln (106) der intermediären Nachricht (312) mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens, um die Authentifizierungsnachricht (316) zu erhalten.
2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das erste kryptografische Verfahren eine erste Schlüsselsequenz (306) und das zweite kryptografische Verfahren eine zweite Schlüsselsequenz (308) verwendet.
3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das erste kryptografische Verfahren ein Addieren der ersten Schlüsselsequenz (306) zu der Initialisierungsnachricht (303) umfasst; und
das zweite kryptografische Verfahren ein Multiplizieren der zweiten Schlüsselsequenz (308) mit der intermediären Nachricht (312) umfasst.
4. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das erste kryptografische Verfahren ein Multiplizieren der ersten Schlüsselsequenz (306) mit der Initialisierungsnachricht (303) umfasst; und
das zweite kryptografische Verfahren ein Addieren der zweiten Schlüsselsequenz (308) zu der intermediären Nachricht (312) umfasst.
5. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schlüsselsequenz (306) und die zweite Schlüsselsequenz (308) als analoge Signalform verwendet werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei eine Amplitude der ersten Schlüsselsequenz (36) und/oder der zweiten Schlüsselsequenz (308) um weniger als 20% von einer Amplitude der Initialisierungsnachricht (303) abweicht.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei eine Bandbreite der ersten Schlüsselsequenz (306) und/oder der zweiten Schlüsselsequenz (308) um weniger als 20% von einer Bandbreite der Initialisierungsnachricht (303) abweicht.
8. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schlüsselsequenz (306) und die zweite Schlüsselsequenz (308) als digitale Repräsentation verwendet werden.
9. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Länge der ersten Schlüsselsequenz (306) und eine zweite Länge der der zweiten Schlüsselsequenz
(308) um weniger als 20% von einer Länge der Initialisierungsnachricht abweicht.
10. Ein Verfahren zum Authentifizieren, umfassend:
Senden (202) einer Initialisierungsnachricht (703);
Empfangen (204) einer Authentifizierungsnachricht (701);
Entschlüsseln (206) der Authentifizierungsnachricht (701) mittels eines zweiten kryptogra- fischen Verfahrens, um eine empfangene intermediäre Nachricht (707) zu erhalten;
Entschlüsseln der empfangenen intermediären Nachricht (707) mittels eines zweiten krypto- grafischen Verfahrens, um eine empfangene Initialisierungsnachricht (709) zu erhalten; Vergleichen der empfangenen Initialisierungsnachricht (709) und der gesendeten Initialisierungsnachricht (703), um zu bestimmen, die Authentifizierungsnachricht als authentifizierend betrachtet wird.
11. Das Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Authentifizierungsnachricht (701) als authentifizierend betrachtet wird, wenn die empfangene Initialisierungsnachricht (709) und die gesendete Initialisierungsnachricht (703) zueinander korrespondieren.
12. Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die empfangene Initialisierungsnachricht (709) und die gesendete Initialisierungsnachricht (703) zueinander korrespondieren, wenn beide um weniger als eine zulässige Anzahl von bits voneinander abweichen.
13. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend:
Bestimmen einer Signallaufzeit zwischen dem Senden der Initialisierungsnachricht (703) und dem Empfangen der Authentifizierungsnachricht (701).
14. Das Verfahren gemäß Anspruch 13, die Authentifizierungsnachricht (701) nur als authentifizierend betrachtet wird, wenn die Signallaufzeit geringer ist, als eine vorbestimmte Schwelle.
15. Ein Authentifizierungsgerät (300; 400; 500; 600), umfassend:
einen Empfänger (302) , der ausgebildet ist, um eine gesendete Initialisierungsnachricht (303) zu empfangen;
ein erstes Verschlüsselungsmodul (310), das ausgebildet ist, um die gesendete Initialisie- rungsnachricht mittels eines ersten kryptographischen Verfahrens zu verschlüsseln, um eine intermediäre Nachricht (312) zu erhalten;
ein zweites Verschlüsselungsmodul (314), das ausgebildet ist, um die intermediären Nachricht (312) mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens zu verschlüsseln, um die Authentifizierungsnachricht (316) zu erhalten; und
einem Sender (324), der ausgebildet ist, die Authentifizierungsnachricht (316) zu versenden.
16. Schlüssel (806) für ein Kraftfahrzeug (800) mit einem Authentifizierungsgerät (300; 400; 500; 600) gemäß Anspruch 15.
17. Ein Authentifizierungsbasisgerät (700) , umfassend:
Einen Sender (702), der ausgebildet ist, eine Initialisierungsnachricht (703) zu versenden; Einen Empfänger(704), der ausgebildet ist, eine Authentifizierungsnachricht (701) zu empfangen;
ein erstes Entschlüsselungsmodul (706), das ausgebildet ist, die Authentifizierungsnachricht (701) mittels eines zweiten kryptografischen Verfahrens zu entschlüsseln, um eine empfangene intermediäre Nachricht (707) zu erhalten;
ein zweites Entschlüsselungsmodul (708), das ausgebildet ist, die empfangene intermediäre Nachricht (707) mittels eines ersten kryptografischen Verfahrens zu entschlüsseln, um eine empfangene Initialisierungsnachricht (709) zu erhalten; und
einem Entscheidungsmodul, (710) das ausgebildet ist, die empfangene Initialisierungsnachricht (709) und die gesendete Initialisierungsnachricht (703)zu vergleichen, um zu bestimmen, ob die Authentifizierungsnachricht (701) als authentifizierend betrachtet wird.
18. Das Authentifizierungsbasisgerät (700) gemäß Anspruch 13, ferner umfassend: Ein Zeitmessmodul (720), das ausgebildet ist, um eine Signallaufzeit zwischen dem Senden der Initialisierungsnachricht (703) und dem Empfangen der Authentifizierungsnachricht (701) zu bestimmen.
19. Das Authentifizierungsbasisgerät gemäß Anspruch 14, wobei das Entscheidungsmodul ausgebildet ist, die Authentifizierungsnachricht nur als authentifizierend betrachtet wird, wenn die Signallaufzeit geringer ist, als eine vorbestimmte Schwelle.
20. Kraftfahrzeug (800) mit einem Authentifizierungsbasisgerät (700) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16.
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