EP4430805A1 - Verfahren zum erkennen von manipulation von daten in einem netzwerk - Google Patents

Verfahren zum erkennen von manipulation von daten in einem netzwerk

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EP4430805A1
EP4430805A1 EP22812675.1A EP22812675A EP4430805A1 EP 4430805 A1 EP4430805 A1 EP 4430805A1 EP 22812675 A EP22812675 A EP 22812675A EP 4430805 A1 EP4430805 A1 EP 4430805A1
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EP
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data
private
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EP22812675.1A
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Inventor
Nikolai Fink
Mathis Zeiher
Ervin Binkert
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Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
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Publication date
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    • H04L63/0823—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities using certificates

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting manipulation of data which is sent in a network comprising a field device of measurement/automation technology and a receiving device.
  • Data can be transmitted in a secure manner, for example by encryption and subsequent decryption in a network, see DE202006000817T2.
  • encryption and subsequent decryption in a network see DE202006000817T2.
  • Encryption and subsequent decryption requires knowledge of the public keys of each data recipient.
  • the object is solved by a method according to independent claim 1 .
  • a method for detecting manipulation of data from a field device of measurement and automation technology which data is sent in the form of data packets within a network via an insecure communication channel to a receiving device
  • the field device being part of a secure subnet formed from at least one subnetwork device is, which subnet comprises at least the field device of the measurement and automation technology or an edge device and at least the field device of the measurement and automation technology, with a device key pair with a private device key and a public device key being generated by means of an asymmetric cryptosystem in a first method step
  • the private device key is stored in a signing subnetwork device
  • the signing subnetwork device generates a digital data signature for a group of data packets comprising at least one data packet using the private device key and this digital data signature and the group of data packets for Receiving device transmits
  • the receiving device sending the group of at least one data packet by means of a digital data signature and the associated group of data packets can be sent together
  • the data can include, for example, measurement data and/or device characteristic data from a field device in measurement/automation technology.
  • a cryptosystem such as RSA or ECC (Elliptic Curve Cryptography) can be used as an asymmetric cryptosystem.
  • ECC Elliptic Curve Cryptography
  • the person skilled in the art uses a cryptosystem of his choice. This exploits the fact that a private key can be used to create a signature for data, which data can then be verified using the signature and a public key belonging to the private key.
  • the data to be transmitted are digitally signed using the private device key and can therefore be verified using the public device key.
  • an affiliation of data groups and digital data signatures is documented using time stamps.
  • the generation of the digital data signature can be applied to a hash value of the group of data packets.
  • a master key pair with a private master key and a public master key is also generated, the public device key being verifiable using the public master key, and the private device key being stored in the signing subnetwork device, with the public device key being verifiable by the public master key a digital key signature for the public device key is created using the private master key, wherein the receiving device verifies the public device key using the public master key.
  • the digital key signature can be sent together with the public device key or the digital key signature can be attached to the public device key.
  • the data to be transmitted are digitally signed using the private device key and the public device key used to verify the data is itself verifiable.
  • a security chain can be set up that can be checked at any time and by anyone, so that an undetectable manipulation of the data is ruled out from practically relevant points of view.
  • a security chain can be set up that can be checked at any time and by anyone, so that an undetectable manipulation of the data is ruled out from practically relevant points of view.
  • the security chain can be guaranteed by the owner of the private device key, for example by the manufacturer of the field device of measurement/automation technology.
  • the digital key signature of the public device key is provided by a subnetwork device, in particular by the signing subnetwork device. In this way, anyone can use the public master key to verify the public device key and thus the transmitted data.
  • the private device key is stored in a secure manner in the signing subnet device, for example by means of a TPM (Trusted Platform Module) chip.
  • TPM Trusted Platform Module
  • the signing subnetwork device is a field device of measurement/automation technology or an edge device in a network with at least one such field device.
  • the device public key is provided over the channel so that it is publicly available.
  • the main key pair is generated by the manufacturer of the signing subnetwork device or of the field device of the measuring/automation technology.
  • the device key pair is predefined, for example by a manufacturer of a TPM chip, or is created during production of the signing subnet device.
  • the device key pair is generated by the manufacturer of the signing subnetwork device or by the signing subnetwork device itself.
  • Fig. 1 describes an exemplary system according to the invention for implementing the method according to the invention, comprising a secure subnet 1, from which subnet data such as measurement data from a field device of measurement and automation technology 1.1 (see Fig. 2) is transmitted via an insecure communication channel 3, for example, in the form of data packets 11 be sent to a receiving device 2.
  • a generator 5.1 of a device key pair provides the device key pair SG with a public device key SGO and a private device key SPG for a signing subnetwork device SSG.
  • the signing subnet device is set up to sign this data of the field device 1.1 with the private device key.
  • the signing subnetwork device SSG can be the field device 1.1, or also an edge device 1.2 (see Fig. 2), which, if present, is set up to enable communication from field devices 1.1 of the subnetwork 1 to the receiving device 2 to allow.
  • a generator 5.2 of a master key pair with a public master key SHO and a private master key SHP can provide the public master key SHO in the network. Both pairs of keys are based on an asymmetric cryptosystem such as RSA or ECC (Elliptic Curve Cryptography) or a method derived from them.
  • a digital key signature 30 of the public device key can be created and transmitted to a receiving device, for example.
  • the secure subnet 1 can, for example, comprise a single field device of measurement/automation technology, which determines and provides measured values for a measured variable and, if necessary, sends this measured variable with device information in the form of data packets to the receiving device.
  • the secure subnet 1 can also include multiple devices, such as an edge device 1.2, to which one or more, in this example three, field devices 1.1 described above are connected.
  • the producer of the device key pair 5.1 and the producer of the main key pair 5.2 can be different or the same, the key pairs are different.
  • the The producer of the device key pair can be a manufacturer of a security chip such as a TPM module and the producer of the master key pair can be a manufacturer of the edge device or the field device.
  • the manufacturer of the edge device or the field device can also be the generator of both key pairs.
  • a digital data signature 20 can be created for a group of data packets 10 (see also FIG. 4) comprising at least one data packet 11, which digital data signature can be verified using the public device key.
  • the digital data signature can be applied to the group itself or to a hash value of the group. Verification of the group of data packets means applying the public device key SGO to the data signature and comparing the group obtained or its hash value with the directly output group or its hash value.
  • the digital data signature is created by a signing subnetwork device SSG of the secure subnetwork 1.1, for example by a data-generating field device 1.1 or by the edge device 1.2.
  • the public device key SGO itself can be verified using the public main key SOH.
  • a digital key signature 30 is created for the public device key using the private master key.
  • the digital key signature 30 can be attached to the public device key, for example, and made available to the receiving device or a user of the receiving device.
  • the receiving device or an operator of the receiving device can then verify the group of data packets using the public device key and also the public device key itself using the digital key signature and the public master key.
  • multiple private device keys can be provided to the signing subnet device for generating the digital data signatures 20, so that if the opportunity or necessity arises, a private device key used at a time can be declared invalid and replaced with a new private device key.
  • the device public key associated with a device private key may be provided by the signing subnet device or otherwise.
  • the public device key can be mounted on a housing of a receiving device so that it can be read. This can be achieved, for example, by means of a plaque or a sign.
  • Fig. 3 outlines the sequence of an exemplary method 100 according to the invention, a device key pair SG with a public device key SGO and a private device key SGP being generated in a first method step 101,
  • the private device key and in particular the public device key is stored in a signing subnetwork device for generating the data signature.
  • the private device key is kept secret by this signing subnetwork device, with the public device key being provided by the signing subnetwork device, for example.
  • a digital data signature is created for the group of data packets, which can for example be attached to the group of data packets or sent separately.
  • the group of data packets is verified using the public device key.
  • the public device key can be verified using the public main key, so that an effort for an attempt to manipulate the data to be transmitted cannot be justified.
  • a master key pair SH is generated with a public master key SHO and a private master key SHP, and the public device key is signed with the private master key.
  • the public device key is signed before the second method step is carried out, in order to prevent manipulation of the private main key.
  • the main key pair can be present independently of the method steps, for example, or can be generated while the method is being carried out.
  • the verification of the public master key can be carried out occasionally or regularly, but is not absolutely necessary.
  • the digital signature 20 for the group and the public device key SGO can be appended to the group 10 .
  • a time stamp 40 can also be appended.
  • the digital signature 20 and/or the public device key and/or the time stamp can also be transmitted separately.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Erkennen von Manipulation von Daten eines Feldgeräts der Mess-/Automatisierungstechnik (1.1), welche Daten in Form von Datenpaketen innerhalb eines Netzwerks (4) über einen beispielsweise unsicheren Kommunikationskanal (3) zu einem Empfangsgerät (2) versendet werden, wobei das Feldgerät (1.1) Teil eines sicheren Subnetzes (1) gebildet aus zumindest einem SubnetzGerät ist, welches Subnetz (1) zumindest das Feldgerät der Mess-/Automatisierungstechnik (1.1) oder ein Edge-Device (1.2) und zumindest das Feldgerät der Mess-/Automatisierungstechnik (1.1) umfasst, wobei mittels eines asymmetrischen Kryptosystems in einem ersten Verfahrensschritt (101) ein Geräteschlüsselpaar (SG) mit einem privaten Geräteschlüssel (SGP) und einem öffentlichen Geräteschlüssel (SGO) erzeugt wird, wobei der private Geräteschlüssel in einem Signier-Subnetz-Gerät abgelegt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) das Signier-Subnetz-Gerät zu einer Gruppe von Datenpaketen (10) umfassend mindestens ein Datenpaket (11) mittels des privaten Geräteschlüssels eine digitale Datensignatur (20) erzeugt und diese digitale Datensignatur sowie die Gruppe von Datenpaketen zum Empfangsgerät sendet, wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) das Empfangsgerät die Gruppe von mindestens einem Datenpaket mittels einer zugehörigen Datensignatur (20) und des öffentlichen Geräteschlüssels verifiziert.

Description

Verfahren zum Erkennen von Manipulation von Daten in einem Netzwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Manipulation von Daten, welche in einem Netzwerk umfassend ein Feldgerät der Mess-ZAutomatisierungstechnik und ein Empfangsgerät versendet werden.
Daten können auf sichere Weise beispielsweise durch Verschlüsselung und anschließender Entschlüsselung in einem Netzwerk übermittelt werden, siehe dazu die DE202006000817T2. Jedoch besteht häufig kein Interesse an einer geheimen Übertragung, sondern vielmehr an einer Gewissheit, dass Daten nicht nachträglich verändert wurden. Außerdem erfordert die
Verschlüsselung und anschließende Entschlüsselung die Kenntnis von öffentlichen Schlüsseln jedes Datenempfängers.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, bei welchem Daten überprüfbar und auf einfache und robuste Art und Weise in einem Netzwerk bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 .
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erkennen von Manipulation von Daten eines Feldgeräts der Mess-ZAutomatisierungstechnik, welche Daten in Form von Datenpaketen innerhalb eines Netzwerks über einen unsicheren Kommunikationskanal zu einem Empfangsgerät versendet werden, wobei das Feldgerät Teil eines sicheren Subnetzes gebildet aus zumindest einem Subnetz-Gerät ist, welches Subnetz zumindest das Feldgerät der Mess-ZAutomatisierungstechnik oder ein Edge- Device und zumindest das Feldgerät der Mess-ZAutomatisierungstechnik umfasst, wobei mittels eines asymmetrischen Kryptosystems in einem ersten Verfahrensschritt ein Geräteschlüsselpaar mit einem privaten Geräteschlüssel und einem öffentlichen Geräteschlüssel erzeugt wird, wobei der private Geräteschlüssel in einem Signier-Subnetz-Gerät abgelegt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Signier-Subnetz-Gerät zu einer Gruppe von Datenpaketen umfassend mindestens ein Datenpaket mittels des privaten Geräteschlüssels eine digitale Datensignatur erzeugt und diese digitale Datensignatur sowie die Gruppe von Datenpaketen zum Empfangsgerät sendet, wobei in einem dritten Verfahrensschritt das Empfangsgerät die Gruppe von mindestens einem Datenpaket mittels einer Die digitale Datensignatur und die zugehörige Gruppe von Datenpaketen können dabei gemeinsam oder unabhängig voneinander versendet werden. Das Signier-Subnetz-Gerät des Netzwerks ist dabei beispielsweise ein Feldgerät der Mess- ZAutomatisierungstechnik oder ein Edge-Device.
Die Daten können beispielsweise Messdaten und/oder Gerätekenndaten von einem Feldgerät der Mess-/Automatisierungstechnik umfassen.
Als asymmetrisches Kryptosystem kann ein Kryptosystem wie beispielsweise RSA oder ECC (Elliptic-Curve-Cryptography) herangezogen werden. Der Fachmann bedient sich dabei eines Kryptosystems seiner Wahl. Dabei wird ausgenutzt, dass ein privater Schlüssel zur Herstellung einer Signatur von Daten herangezogen werden kann, welche Daten dann mit Hilfe der Signatur und einem zum privaten Schlüssel gehörigen öffentlichen Schlüssel verifiziert werden können.
Wesentlich für die Erfindung ist es, dass die zu übermittelnden Daten mittels des privaten Geräteschlüssels digital signiert werden und daher mittels des öffentlichen Geräteschlüssels verifizierbar sind.
In einer Ausgestaltung wird eine Zugehörigkeit von Datengruppen und digitalen Datensignaturen mittels Zeitstempeln dokumentiert.
In einer Ausgestaltung kann zur Erhöhung der Sicherheit die Erzeugung der digitalen Datensignatur auf einen Hashwert der Gruppe von Datenpaketen angewandt werden.
In einer Ausgestaltung zusätzlich ein Hauptschlüsselpaar mit einem privaten Hauptschlüssel und einem öffentlichen Hauptschlüssel erzeugt, wobei der öffentliche Geräteschlüssel mittels des öffentlichen Hauptschlüssels verifizierbar ist, und wobei der private Geräteschlüssel im Signier- Subnetz-Gerät abgelegt wird, wobei für die Verifizierbarkeit des öffentlichen Geräteschlüssels durch den öffentlichen Hauptschlüssel eine digitale Schlüsselsignatur für den öffentlichen Geräteschlüssel mittels des privaten Hauptschlüssels erstellt wird, wobei das Empfangsgerät den öffentlichen Geräteschlüssel mittels des öffentlichen Hauptschlüssels verifiziert. Die digitale Schlüsselsignatur kann dabei mit dem öffentlichen Geräteschlüssel gemeinsam verschickt werden bzw. die digitale Schlüsselsignatur kann an den öffentlichen Geräteschlüssel angehängt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die zu übermittelnden Daten mittels des privaten Geräteschlüssels digital signiert werden und der zur Verifikation der Daten verwendete öffentliche Geräteschlüssel selbst verifizierbar ist. Auf diese Weise kann eine jederzeit und von jedem überprüfbare Sicherheitskette eingerichtet werden, so dass eine nicht erkennbare Manipulation der Daten unter praktisch relevanten Gesichtspunkten ausgeschlossen ist. Auf diese Weise kann eine jederzeit und von jedem überprüfbare Sicherheitskette eingerichtet werden, so dass eine nicht erkennbare Manipulation der Daten unter praktisch relevanten Gesichtspunkten ausgeschlossen ist.
Auf diese Weise kann die Sicherheitskette durch den Besitzer des privaten Geräteschlüssels, beispielsweise durch den Hersteller des Feldgeräts der Mess-ZAutomatisierungstechnik gewährleistet werden.
In einer Ausgestaltung wird die digitale Schlüsselsignatur des öffentlichen Geräteschlüssels durch ein Subnetzgerät, insbesondere durch das Signier-Subnetz-Gerät bereitgestellt. So kann jeder mittels des öffentlichen Hauptschlüssels den öffentlichen Geräteschlüssel und somit nachfolgend die übermittelten Daten verifizieren.
In einer Ausgestaltung wird der private Geräteschlüssel auf eine sichere Weise im Signier-Subnetz- Gerät abgelegt, beispielsweise mittels eines TPM-Chips (Trusted Platform Module).
In einer Ausgestaltung ist das Signier-Subnetz-Gerät ein Feldgerät der Mess- ZAutomatisierungstechnik oder ein Edge-Device in einem Netzwerk mit mindestens einem solchen Feldgerät.
Bei Daten, die durch solche Geräte erstellt bzw. an einen externen Kommunikationskanal weitergegeben werden kann ein erhöhtes Interesse an Manipulationssicherheit vorliegen, da diese beispielsweise eine Bemessung eines zu verkaufenden Mediums wie beispielsweise Erdöl oder Bier betreffen.
In einer Ausgestaltung wird der öffentliche Geräteschlüssel über den Kanal bereitgestellt, so dass er öffentlich verfügbar ist.
In einer Ausgestaltung kann für eine weitere Erhöhung der Sicherheit eingerichtet werden, dass eine Gruppe von Datenpaketen gleichen Inhalts gleiche Hashwerte bedingen.
In einer Ausgestaltung wird das Hauptschlüsselpaar durch den Hersteller des Signier-Subnetz- Geräts bzw. des Feldgeräts der Mess-ZAutomatisierungstechnik erzeugt.
In einer Ausgestaltung ist das Geräteschlüsselpaar vordefiniert, beispielsweise durch einen Hersteller eines TPM-Chips oder wird bei der Produktion des Signier-Subnetz-Geräts erstellt.
In einer Ausgestaltung wird das Geräteschlüsselpaar durch den Hersteller des Signier-Subnetz- Geräts oder durch das Signier-Subnetz-Gerät selbst erzeugt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Fig. 1 beschreibt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes System zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 skizziert beispielhafte Netzwerke;
Fig. 3 beschreibt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren;
Fig. 4 beschreibt eine beispielhafte Struktur von zu übermittelnden Datenpaketen.
Fig. 1 beschreibt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes System zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend ein sicheres Subnetz 1 , aus welchem Subnetz Daten wie beispielsweise Messdaten eines Feldgeräts der Mess-ZAutomatisierungstechnik 1.1 (siehe Fig. 2) über einen beispielsweise unsicheren Kommunikationskanal 3 in Form von Datenpaketen 11 an ein Empfangsgerät 2 gesendet werden. Ein Erzeuger 5.1 eines Geräteschlüsselpaars stellt das Geräteschlüsselpaar SG mit einem öffentlichen Geräteschlüssel SGO und einem privaten Geräteschlüssel SPG einem Signier-Subnetz-Gerät SSG bereit. Das Signier-Subnetz-Gerät ist dazu eingerichtet, diese Daten des Feldgeräts 1.1 mit dem privaten Geräteschlüssel zu signieren. Das Signier-Subnetz-Gerät SSG kann dabei das Feldgerät 1.1 sein, oder aber auch ein Edge-Device 1.2 (siehe Fig. 2), welches, falls vorhanden, dazu eingerichtet ist, eine Kommunikation von Feldgeräten 1.1 des Subnetzes 1 mit dem Empfangsgerät 2 zu ermöglichen.
In einer Ausgestaltung kann wie hier gezeigt ein Erzeuger 5.2 eines Hauptschlüsselpaars mit einem öffentlichen Hauptschlüssel SHO und einem privaten Hauptschlüssel SHP den öffentlichen Hauptschlüssel SHO im Netzwerk bereitstellen. Beide Schlüsselpaare basieren auf einem asymmetrischen Kryptosystem wie beispielsweise RSA oder ECC (Elliptic-Curve-Cryptography) oder einem davon abgeleiteten Verfahren. Zusätzlich kann eine digitale Schlüsselsignatur 30 des öffentlichen Geräteschlüssels erstellt und beispielsweise einem Empfangsgerät übermittelt werden.
Fig. 2 zeigt zwei verschiedene beispielhafte Netzwerke 4 umfassend ein sicheres Subnetz 1 des Netzwerks, wobei das sichere Subnetz mit dem Empfangsgerät 2 über den beispielsweise unsicheren Kommunikationskanal 3 in Verbindung steht. Das sichere Subnetz 1 kann in einer einfachsten Form beispielsweise ein einzelnes Feldgerät der Mess-/Automatisierungstechnik umfassen, welches zu einer Messgröße Messwerte ermittelt und bereitstellt und diese Messgröße gegebenenfalls mit Geräteinformation in Form von Datenpaketen an das Empfangsgerät sendet. Das sichere Subnetz 1 kann jedoch auch mehrere Geräte wie beispielsweise ein Edge-Device 1 .2 umfassen, an welches ein oder mehrere, in diesem Beispiel drei, oben beschriebene Feldgeräte 1.1 angebunden sind.
Der Erzeuger des Geräteschlüsselpaars 5.1 und der Erzeuger des Hauptschlüsselpaars 5.2 können verschieden oder gleich sein, die Schlüsselpaare sind verschieden. Beispielsweise kann der Erzeuger des Geräteschlüsselpaars ein Hersteller eines Sicherheitschips wie beispielweise ein TPM-Modul und der Erzeuger des Hauptschlüsselpaars ein Hersteller des Edge-Devices bzw. des Feldgeräts sein. Beispielsweise kann der Hersteller des Edge-Devices bzw. des Feldgeräts auch der Erzeuger beider Schlüsselpaare sein.
Mittels des privaten Geräteschlüssels kann zu einer Gruppe von Datenpaketen 10 (siehe auch Fig. 4) umfassend mindestens ein Datenpaket 11 eine digitale Datensignatur 20 erstellt werden, welche durch den öffentlichen Geräteschlüssel verifizierbar ist. Die digitale Datensignatur kann dabei auf die Gruppe selbst oder auf einen Hashwert der Gruppe angewandt werden. Verifikation der Gruppe von Datenpaketen bedeutet Anwenden des öffentlichen Geräteschlüssels SGO auf die Datensignatur und Vergleich der dabei erhaltenen Gruppe bzw. deren Hashwert mit der direkt ausgegeben Gruppe bzw. deren Hashwert. Die digitale Datensignatur wird durch ein Signier-Subnetz-Gerät SSG des sicheren Subnetzes 1.1 , also beispielsweise durch ein datenerzeugendes Feldgerät 1.1 oder durch das Edge-Device 1 .2 erstellt.
In einer Ausgestaltung ist der öffentliche Geräteschlüssel SGO selbst durch den öffentlichen Hauptschlüssel SOH verifizierbar. Dazu wird beispielsweise zum öffentlichen Geräteschlüssel mittels des privaten Hauptschlüssels eine digitale Schlüsselsignatur 30 erstellt. Die digitale Schlüsselsignatur 30 kann beispielsweise an den öffentlichen Geräteschlüssel angehängt werden und dem Empfangsgerät bzw. einem Anwender des Empfangsgeräts zur Verfügung gestellt werden.
Das Empfangsgerät bzw. ein Betreiber des Empfangsgeräts kann dann die Gruppe von Datenpaketen mittels des öffentlichen Geräteschlüssels verifizieren als auch den öffentlichen Geräteschlüssel selbst mittels der digitalen Schlüsselsignatur und des öffentlichen Hauptschlüssels verifizieren.
Beispielsweise können dem Signier-Subnetz-Gerät zur Erzeugung der digitalen Datensignaturen 20 mehrere private Geräteschlüssel bereitgestellt werden, so dass bei Gelegenheit oder Notwendigkeit ein zu einem Zeitpunkt verwendeter privater Geräteschlüssel ungültig deklariert und durch einen neuen privaten Geräteschlüssel ersetzt werden kann. Der zu einem privaten Geräteschlüssel zugehörige öffentliche Geräteschlüssel kann durch das Signier-Subnetz-Gerät oder anderweitig bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der öffentliche Geräteschlüssel auf einem Gehäuse eines Empfangsgeräts lesbar angebracht sein. Dies kann beispielsweise mittels einer Plakette oder eines Schilds erreicht werden.
Fig. 3 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens 100, wobei in einem ersten Verfahrensschritt 101 ein Geräteschlüsselpaar SG mit einem öffentlichen Geräteschlüssel SGO und einem privaten Geräteschlüssel SGP erzeugt wird, Der private Geräteschlüssel und insbesondere der öffentliche Geräteschlüssel wird dabei in einem Signier-Subnetz-Gerät zur Erzeugung der Datensignatur abgelegt. Der private Geräteschlüssel wird dabei von diesem Signier-Subnetz-Gerät geheim gehalten, wobei der öffentliche Geräteschlüssel beispielsweise durch das Signier-Subnetz-Gerät bereitgestellt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird eine digitale Datensignatur zur Gruppe von Datenpaketen erstellt, welche beispielsweise an die Gruppe von Datenpaketen angehängt werden oder separat verschickt werden kann. In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird die Gruppe von Datenpaketen mit Hilfe des öffentlichen Geräteschlüssels verifiziert.
In einer Ausgestaltung ist wie bereits erwähnt der öffentliche Geräteschlüssel verifizierbar mittels des öffentlichen Hauptschlüssels, so dass ein Aufwand für einen Manipulationsversuch bei den zu übermittelnden Daten nicht zu rechtfertigen ist. Dazu wird ein Hauptschlüsselpaar SH mit einem öffentlichen Hauptschlüssel SHO und einem privaten Hauptschlüssel SHP erzeugt und der öffentliche Geräteschlüssel mit dem privaten Hauptschlüssel signiert. Die Signierung des öffentlichen Geräteschlüssels wird dabei vor Ausführung des zweiten Verfahrensschritts ausgeführt, um eine Manipulation des privaten Hauptschlüssels zu verhindern. Das Hauptschlüsselpaar kann beispielsweise unabhängig von den Verfahrensschritten vorliegen oder während einer Durchführung des Verfahrens erzeugt werden.
Sicherheitshalber kann die Verifikation des öffentlichen Hauptschlüssels gelegentlich oder auch regelmäßig durchgeführt werden, ist aber nicht zwingend nötig.
Fig. 4 skizziert einen rein beispielhaften Aufbau einer über den Kommunikationskanal 3 übermittelten Gruppe von Datenpaketen 10 mit einer Anzahl von mindestens einem Datenpaket 11 , hier beispielsweise drei. An die Gruppe 10 kann die digitale Signatur 20 zur Gruppe und der öffentliche Geräteschlüssel SGO angehängt werden. Beispielsweise kann auch ein Zeitstempel 40 mit angehängt werden. Die digitale Signatur 20 und/oder der öffentliche Geräteschlüssel und/oder der Zeitstempel können jedoch auch separat übermittelt werden.
Bezugszeichenliste
1 sicheres Subnetz
1.1 Feldgerät der Mess-ZAutomatisierungstechnik
1.2 Edge-Device
2 Empfangsgerät
3 Kommunikationskanal
4 Netzwerk
5.1 Erzeuger des Geräteschlüsselpaars
5.2 Erzeuger des Hauptschlüsselpaars
10 Gruppe von Datenpaketen
11 Datenpaket
20 digitale Datensignatur
30 digitale Schlüsselsignatur
40 Zeitstempel
100 Verfahren zum Erkennen von Manipulation
101 erster Verfahrensschritt
102 zweiter Verfahrensschritt
103 dritter Verfahrensschritt
SG Geräteschlüsselpaar
SGP privater Geräteschlüssel
SGO öffentlicher Geräteschlüssel
SH Hauptschlüsselpaar
SHP privater Hauptschlüssel
SHO öffentlicher Hauptschlüssel
SSG Signier-Subnetzgerät

Claims

8 Patentansprüche
1 . Verfahren (100) zum Erkennen von Manipulation von Daten eines Feldgeräts der Mess- ZAutomatisierungstechnik (1.1), welche Daten in Form von Datenpaketen innerhalb eines Netzwerks (4) über einen beispielsweise unsicheren Kommunikationskanal (3) zu einem Empfangsgerät (2) versendet werden, wobei das Feldgerät (1.1) Teil eines sicheren Subnetzes (1) gebildet aus zumindest einem Subnetz- Gerät ist, welches Subnetz (1) zumindest das Feldgerät der Mess-ZAutomatisierungstechnik (1.1) oder ein Edge-Device (1 .2) und zumindest das Feldgerät der Mess-ZAutomatisierungstechnik (1.1) umfasst, wobei mittels eines asymmetrischen Kryptosystems in einem ersten Verfahrensschritt (101) ein Geräteschlüsselpaar (SG) mit einem privaten Geräteschlüssel (SGP) und einem öffentlichen Geräteschlüssel (SGO) erzeugt wird, wobei der private Geräteschlüssel in einem Signier-Subnetz-Gerät (SSG) abgelegt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) das Signier-Subnetz-Gerät (SSG) zu einer Gruppe von Datenpaketen (10) umfassend mindestens ein Datenpaket (11) mittels des privaten Geräteschlüssels eine digitale Datensignatur (20) erzeugt und diese digitale Datensignatur sowie die Gruppe von Datenpaketen zum Empfangsgerät sendet, wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) das Empfangsgerät die Gruppe von mindestens einem Datenpaket mittels einer zugehörigen Datensignatur (20) und des öffentlichen Geräteschlüssels verifiziert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine Zugehörigkeit von Datengruppen und digitalen Datensignaturen mittels Zeitstempeln (40) dokumentiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erzeugung der digitalen Datensignatur auf einen Hashwert der Gruppe von Datenpaketen angewandt wird.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der öffentliche Geräteschlüssel (SGO) über den Kommunikationskanal (3) bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, 9 wobei ein Hauptschlüsselpaar (SH) mit einem privaten Hauptschlüssel (SHP) und einem öffentlichen Hauptschlüssel (SHO) erzeugt wird, wobei der öffentliche Geräteschlüssel (SGO) mittels des öffentlichen Hauptschlüssels verifizierbar ist, wobei für die Verifizierbarkeit des öffentlichen Geräteschlüssels durch den öffentlichen
Hauptschlüssel (SHO) eine digitale Schlüsselsignatur (30) für den öffentlichen Geräteschlüssel mittels des privaten Hauptschlüssels (SP2) erstellt wird, wobei das Empfangsgerät den öffentlichen Geräteschlüssel mittels des öffentlichen Hauptschlüssels verifiziert.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die digitale Schlüsselsignatur (30) des öffentlichen Geräteschlüssels (SGO) durch ein Subnetzgerät, insbesondere durch das Signier-Subnetz-Gerät (SSG) bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der private Geräteschlüssel (SGP) auf eine sichere Weise im Signier-Subnetz-Gerät (SSG) abgelegt wird, beispielsweise mittels eines TPM-Chips (Trusted Platform Module).
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei Gruppen von Datenpaketen (10) gleichen Inhalts gleiche Hashwerte bedingen.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Hauptschlüsselpaar (SH) durch einen Hersteller eines Subnetz-Geräts (1) verwaltet wird.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Geräteschlüsselpaar (SG) vordefiniert ist.
11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 1 bis 9, wobei das Geräteschlüsselpaar (SG) durch den Hersteller oder durch ein Subnetz-Gerät erzeugt wird.
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