PT2529359E

PT2529359E - Método para autenticação de unidades de bordo

Info

Publication number: PT2529359E
Application number: PT117051425T
Authority: PT
Inventors: Oliver Nagy; Sören Schrödl
Original assignee: Kapsch Trafficcom Ag
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2014-06-24
Also published as: ATE557372T1; ES2387756T3; DK2529359T3; EP2378489A1; US20120300929A1; EP2529359B1; CA2785564C; US20110187506A1; EP2360646A1; PL2378489T3; WO2011091459A1; SI2529359T1; PL2360646T3; US8963687B2; DK2378489T3; SI2360646T1; PL2529359T3; EP2529359A1; US8724810B2; ES2389246T3

Description

ΕΡ2529359Β1

DESCRIÇÃO

MÉTODO PARA AUTENTICAÇÃO DE UNIDADES DE BORDO A presente invenção refere-se a um método para autenticação de unidades de bordo que, com balizas, conseguem gerir comunicações DSRC de um sistema de portagens, em que as balizas dispõem de uma chave de todo o sistema e as unidades de bordo dispõem apenas das chaves individuais, que são construídas a partir da chave de todo o sistema recorrendo a uma identificação de derivação específica da unidade de bordo, em que a identificação de derivação, numa comunicação da unidade de bordo, é enviada à baliza para permitir à baliza a réplica da chave individual para a codificação e descodificação da comunicação com a unidade de bordo e/ou para o acesso aos dados memorizados na unidade de bordo.

Um método para comunicação DSRC entre essas balizas e unidades de bordo, em que as unidades de bordo, nas comunicações com balizas sequenciais, enviam identificações de derivação alternadas, é conhecido do pedido de patente europeu N.° 10 450 009.5, cuja prioridade é aqui referida.

Os sistemas de portagens DSRC (Dedicated Short Range Communication Toll Systems) estão, por exemplo, normalizados nas normas ISO 14906 e EN 15509; a comunicação DSRC na interface rádio pode assim ocorrer, por exemplo, de acordo com a norma WAVE IEEE 160 9.11 . Por motivos de segurança, as chaves de todo o sistema Master Keys) nos sistemas de portagens DSRC desse tipo, não são memorizadas nas unidades de bordo (Onboard Units, OBUs), mas sim estas contêm apenas chaves individuais derivadas das mesmas (Derived Keys). Através da interface de rádio DSRC utilizam-se e comunicam-se apenas estas chaves individuais. 1 ΕΡ2529359Β1 A identificação da derivação necessária para este efeito nas normas ISO 14906 e EN 15509 designada como "Key Diversifier" apresenta uma identificação para cada unidade de bordo individual da regra utilizada para o departamento da chave individual (Derived Key) da chave de todo o sistema (Master Key) . A identificação de derivação (Key Diversifier) é reconhecida, de acordo com o estado da técnica, em cada comunicação entre uma unidade de bordo e uma baliza da unidade de o unidade de bordo, de forma que esta também a partir da chave de todo o sistema, pode derivar "on the fly" a respetiva chave individual do unidade de bordo para a comunicação com e/ou acesso à unidade de bordo. A invenção descrita no pedido anterior N.° 10 450 009.5 baseava-se no conhecimento de que esta constelação implica um problema de proteção de dados: Uma vez que a identificação da derivação - especifica de unidades de bordo - em cada comunicação rádio DSRC é primeiramente radiada pela unidade de bordo através de interfaces de rádio, conseguia-se, auscultando a interface rádio ou lendo fraudulentamente uma unidade de bordo que esteja a passar, identificar esta última e seguir o seu caminho. Assim se consegue elaborar um perfil de movimento de uma determinada unidade de bordo e do respetivo utilizador num sistema de portagens. A invenção revelada no pedido anterior N.° 10 450 009.5 resolveu este problema na medida em que, as unidades de bordo, no caso de comunicações com balizas sequenciais, enviam identificações de derivação alternadas, na medida em que, numa unidade de bordo é memorizada uma prioridade de pares de chaves individuais e respetivas identificações da derivação e uma unidade de bordo, no âmbito de uma comunicação com uma baliza, seleciona um par desta 2 ΕΡ2529359Β1 prioridade e envia este para comunicação. Assim se consegue impedir, que as unidades de bordo, devido às identificações de derivação radiadas por elas nas comunicações DSRC, sejam seguidas ("detetadas") ao longo de um grande período de tempo ou de várias secções de baliza. A presente invenção baseia-se no conhecimento de que a funcionalidade referida também pode ser utilizada, de forma vantajosa, para verificação da genuinidade, ou seja, para autenticação de uma unidade de bordo. Neste sentido, de acordo com a presente invenção está previsto que na unidade de bordo esteja memorizada uma prioridade em pares, de chaves individuais e respetivas identificações de derivação e a unidade de bordo, no caso de comunicações sequenciais seleciona um outro par da prioridade e utiliza para a respetiva comunicação, e é solicitada para autenticação da unidade de bordo a partir de um dispositivo de consulta para execução de, pelo menos, uma parte de uma comunicação rádio, no qual envia a identificação de derivação selecionada, e esta é recebida no dispositivo de consulta e comparada com as identificações de derivação memorizadas no dispositivo de consulta, em que em caso de igualdade, a unidade de bordo é autenticada.

Desta forma, de forma fácil, é verificada a genuinidade de uma unidade de bordo sem que seja necessária, para este efeito, uma ligação a uma central do sistema de portagens: A prioridade memorizada na unidade de bordo nas identificações de derivação penetra no funcionamento de rádio "normal" com as balizas, apenas parcialmente, ao longo de um vasto período de tempo e em pontos geograficamente distribuídos, nomeadamente as diversas balizas, para o público em geral. 0 perigo de tentativas de fraude através da escuta de interfaces de ar entre a unidade de bordo e as balizas, para descobrir esta 3 ΕΡ2529359Β1 prioridade "oculta" e assim, por exemplo, de equipar unidades de bordo falsificadas com "genuinas" identificações de derivação fica assim extremamente reduzido. Com o método, de acordo com a invenção, é consultada a prioridade contida na unidade de bordo nas identificações de derivação e pode assim ser utilizada para validar a genuinidade da unidade de bordo.

Para o método de autenticação, de acordo com a invenção, não é contudo necessária uma alteração do protocolo de comunicação entre as unidades de bordo e as balizas, porque o dispositivo de consulta simula uma parte da comunicação com uma baliza, na qual as identificações de derivação são emitidas pela unidade de bordo. 0 dispositivo de consulta pode, para este feito, ser construído de qualquer forma, por exemplo, como aparelho transportável ou móvel, especialmente um aparelho manual, para verificar a genuinidade de uma unidade de bordo, por exemplo, diretamente no local.

Especialmente vantajoso é, se a unidade de bordo for solicitada pelo dispositivo de consulta para execução de comunicações sequenciais, para receber diversas identificações de derivação e para comparar com identificações de derivação da prioridade memorizada no dispositivo de consulta, em que a unidade de bordo só é autenticada, quando todas as comparações resultam num caso de igualdade. Desta forma consegue obter-se uma segurança ainda maior da autenticação (validação) da unidade de bordo.

Preferencialmente, o par denominado na unidade de bordo é selecionado de forma aleatória, ou pelo menos, pseudoaleatória a partir da prioridade. 4 ΕΡ2529359Β1

Como outra forma de execução pode utilizar-se uma quantidade parcial da prioridade memorizada na unidade de bordo de identificações de derivação apenas para os efeitos de controlo referidos. Desta forma, as identificações de derivação nunca são transferidas para as balizas e permanecem ocultas até ao momento do controlo e protegidas contra tentativas de escuta. A invenção é especialmente adequada para comunicações de acordo com a norma DSRC ISO 14906, EN 15509, IEEE 1609.11 e normas nela incorporadas, em que a identificação da derivação do Key Diversifier é esta norma. A invenção é em seguida explicada em mais pormenor com ajuda dos exemplos de execução apresentados nos desenhos em anexo. Nos desenhos, mostram a figura 1 e a figura 2 um esquema de blocos e um diagrama sequencial de um método de comunicação entre uma unidade de bordo e uma baliza, de acordo com o pedido N.° 10 450 009.5; as figuras 3 e 4 mostram um esquema de blocos e um diagrama sequencial de uma primeira forma de execução do método de autenticação da invenção; e A figura 5, um diagrama sequencial de uma segunda forma de execução do método de autenticação da invenção.

De acordo com as figuras 1 e 2, é primeiramente descrito um método de comunicação de acordo com o pedido N.° 10 450 009.5, que é base do presente método de autenticação.

As figuras 1 e 2 mostram uma unidade de bordo (Onboard Unit) OBU e, por exemplo, uma baliza (Roadside Equipment) RSE de um sistema de portagens que, em regra, apresenta uma quantidade de unidades de bordo OBU e balizas RSE. As 5 ΕΡ2529359Β1 unidades de bordo OBU e as balizas RSE comunicam umas com as outras através de uma interface rádio 1, de alcance mais curto, de acordo com a norma DSRC (Dedicated Short Range Communication), especialmente de acordo com a norma ISO 14906 ou EN 15509 ou normas compatíveis.

As balizas RSE dispõem de uma ou mais chaves MK de todo o sistema (Master Keys). Por exemplo, ficam ligadas a uma central (não apresentada), que gere e distribui a chave ou as chaves de todo o sistema MK para as balizas RSE.

Por motivos de segurança, uma chave de todo o sistema MK não é memorizada nas unidades de bordo OBU, mas sim estas suportam apenas as chaves DK derivadas individualmente das mesmas (Derived Keys). As chaves individuais DK podem ser utilizadas para codificar a comunicação na interface de rádio 1 (como "Encryption Keys") e/ou sob a forma de autorização de acesso ("Access Credential Keys") para o acesso a dados memorizados na unidade de bordo OBU, tal como é conhecido dos peritos da especialidade.

As chaves individuais DK, são derivadas, de acordo com uma regra de derivação previamente definida, da chave de todo o sistema MK, em que uma identificação da derivação ("Key Diversifier") Div identifica a regra de derivação utilizada específica do unidade de bordo e/ou é um parâmetro desta regra de derivação, ou seja DK = f(MK,Div).

Apenas conhecendo a identificação da derivação Div se pode, a partir de uma chave de todo o sistema MK, formar a chave individual DK. 6 ΕΡ2529359Β1 A unidade de bordo OBU contém uma prioridade (Pool) 8 de pares de diversas identificações de derivação DiVi e respetivas chaves individuais DKi. A prioridade 8 pode, por exemplo, na altura da inicialização ou lançamento de uma unidade de bordo OBU numa estação de programação (OBU Programming Station, OPS) ser previamente calculada a partir de uma identificação de todo sistema MK e memorizada na unidade de bordo OBU.

Relativamente a uma comunicação entre unidade de bordo e baliza, a baliza RSE envia num primeiro passo 2 a sua vista geral de serviços (Beacon Service Table, BST) a uma unidade de bordo OBU que está a passar. Depois da solicitação BST pela baliza RSE, a unidade de bordo OBU seleciona agora, num passo 9 ("randomize i") aleatoriamente (ou pseudo-aleatoriamente) um par (Divi, DKi) da sua prioridade 8 e envia a identificação da derivação Divi do par selecionado na resposta VST para a baliza RSE (Passo 10). Alternativamente, o par (Divi, DKi) poderia também ser selecionado, de acordo com regras definidas da lista de pares, na prioridade 8, por exemplo, o par mais antigo ou o par há mais tempo utilizado. A baliza RSE pode agora, com base na identificação de derivação Divi das chaves individuais DKi da unidade de bordo OBU respetiva a partir da chave de todo o sistema MK (Passo 4) e ser utilizada para outra comunicação, por ex. como Encryption Key ou Access Credential Key (Passo 5).

As figuras 3 e 4 mostram um processo de autenticação de um método de comunicação da figura 1 e 2 para verificação da genuinidade (autenticidade) de uma unidade de bordo OBU. Para esse efeito é inserido um dispositivo de consulta CHK que implementa e simula, pelo menos algumas (ou mesmo todas) as funcionalidades da baliza RSE da figura 7 ΕΡ2529359Β1 1 e 2, nomeadamente, uma parte da comunicação rádio para a interface de rádio 1, que faz com que a unidade de bordo OBU envie uma das suas identificações de derivação Divi, contudo não para a baliza RSE, mas sim para o dispositivo de consulta CHK. Correspondentemente, nas figuras 3 e 4, designam ambos os sinais de referência os mesmos componentes que na figura 1 e 2 e faz-se assim referência à respetiva descrição.

No dispositivo de consulta CHK é memorizada a mesma prioridade 8 de pares {Díví,DKí} como na unidade de bordo OBU, em que no caso mais simples seria também suficiente apenas memorizar as identificações de derivação DiVi da prioridade 8 no dispositivo de consulta CHK.

Depois da unidade de bordo OBU - após correspondente solicitação através do dispositivo de consulta CHK no passo 2 - tal como anteriormente descrito com ajuda da figura 1 e 2 tiver enviado uma identificação da derivação Divi de forma aleatória, a partir da sua prioridade 8 (passos 9, 10), consegue agora verificar-se, num passo 4' a identificação de derivação ϋίν± recebida com as identificações de derivação Divi a partir da prioridade memorizada no dispositivo de consulta CHK, ou seja é verificado se a identificação de derivação Divi recebida está contida nesta prioridade:

Divie {Divi} ?.

Em caso afirmativo (caso de igualdade "y"), fica assim validada e autenticada a unidade de bordo OBU, ou seja, verificada quando a genuinidade. Em caso negativo (caso de desigualdade "n"), a unidade de bordo OBU não é autenticada (inválido), e pode, por exemplo, ser emitido um alarme e ser protocolizada uma mensagem correspondente. 8 ΕΡ2529359Β1 A figura 5 mostra uma forma de execução mais desenvolvida do método da figura 3 e 4, na qual o dispositivo de consulta CHK executa várias vezes sequencialmente os passos de comunicação 2, 10 com a unidade de bordo OBU de tal forma que esta é sequencialmente solicitada para envio de várias identificações de derivação alternadas Divn, Div±1, Divi3 etc. No passo de comparação 4" todas as identificações de derivação Divn, Divi2, Divi3, etc. recebidas, são comparadas com a prioridade, em identificações de derivação {Divi} memorizadas no dispositivo de consulta CHK e só depois, quando todas identificações de derivação recebidas estiverem incluídas na prioridade ("y"), é que a unidade de bordo OBU é considerada válida e autenticada.

Uma opção que pode ser utilizada, no método descrito conste em utilizar, para comunicações com dispositivos de controlo CHK, apenas uma quantidade parcial da prioridade 8 no unidade de bordo OBU ou seja, selecionar a ou as identificações de derivação especiais Div± e Divn, Divi2, Divi3 etc. da prioridade 8 apenas para os fins de autenticação referidos. As identificações de derivação desta quantidade parcial não são então utilizadas para as comunicações das unidades de bordo OBU com as balizas RSE, de tal forma que no funcionamento "normal" (de balizas) as unidades de bordo OBU não se projetam para fora e não podem ser escutadas. A invenção não se limita às formas de execução apresentadas mas sim abrange todas as variantes e modificações que se enquadram nas reivindicações seguintes. 9 ΕΡ2529359Β1

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • EP 10450009 A [0002] • WO 10450009 A [0005] [0006] [0014] [0016]

Lisboa, 11 de Junho de 2014 10

Claims

ΕΡ2529359Β1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para autenticação de unidades de bordo (OBU), que consigam gerir comunicações DSRC com balizas (RSE) de um sistema de portagens, em que as balizas (RSE) dispõem de uma chave de todo o sistema (MK) e a unidade de bordo (OBU) relativamente às chaves, apenas dispõe de chaves individuais (DK±) , que são construídas a partir da chave de todo o sistema (MK) recorrendo a uma identificação de derivação (Divi) específica da unidade de bordo, em que a identificação de derivação (Divi) , numa comunicação da unidade de bordo (OBU), é enviada à baliza (RSE), para possibilitar à baliza (RSE) a réplica da chave individual (DKi) para a codificação e descodificação da comunicação com a unidade de bordo (OBU) e/ou para o acesso aos dados memorizados na unidade de bordo (OBU), caraterizado por na unidade de bordo (OBU) ser memorizada uma prioridade (8) em pares de chaves individuais (DK±) e respetivas identificações de derivação (Div±) e de a unidade de bordo (OBU) no caso de comunicações sequenciais selecionar um outro par da prioridade (8) e utilizar para a comunicação respetiva, e de para autenticação, a unidade de bordo (OBU) ser solicitada por um dispositivo de consulta (CHK) para execução de pelo menos uma parte (10) de uma comunicação rádio, na qual envia a identificação de derivação (Divi) selecionada, e esta é recebida no dispositivo de consulta (CHK) e é comparada com as identificações de derivação (Divi) memorizadas no dispositivo de consulta(CHK), da prioridade (8), em que, em caso de igualdade a unidade de bordo (OBU)é autenticada.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caraterizado por a unidade de bordo (OBU) ser solicitada pelo dispositivo de consulta (CHK) para execução de comunicações sequenciais (10), para receber diversas identificações de 1 ΕΡ2529359Β1 derivação (Divn, Divl2, Div3) e para comparar com as identificações de derivação (DiVi) memorizadas no dispositivo de consulta (CHK) da prioridade (8), em que a unidade de bordo (OBU) apenas é autenticada quando todas as comparações resultam no mesmo caso de igualdade.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caraterizado por o par (Divi, DKX) na unidade de bordo (OBU) ser selecionado de forma aleatória, ou pelo menos parcialmente aleatória, a partir da prioridade (8).
4. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caraterizado por o par (Divi, DKX) na unidade de bordo (OBU) ser selecionado a partir de uma quantidade parcial da prioridade (8), que apenas vai ser utilizada em comunicações com dispositivos de controlo (CHK) e não em comunicações com balizas (RSE).
5. Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caraterizado por a comunicação ocorrer de acordo com a norma DSRC SO 14906, EN 15509, IEEE 1609.11 ou com normas compatíveis e de a identificação da derivação (Divi) ser o Key Diversifier desta norma. Lisboa, 11 de Junho de 2014 2