SE517460C2 - Metod och system för kryptering och autentisiering - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 35 51 7 4 6 0 §II= - Iffš - j§§j f' 2 överföringen av nycklar mellan enheterna gäller dock även i detta fall.

Uppfinningens syfte Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod och ett system för krypterad överföring och autentisiering över en osäker kommunika- tionskanal som helt eller åtminstone delvis löser de ovan relaterade problemen hos den kända tekniken.

Detta syfte erhålls medelst en metod och ett system i enlighet med bifogade patentkrav.

Kort beskrivning av ritninqarna Uppfinningen skall nu beskrivas mer ingående med hjälp av utföringsexempel, och med hänvisning till de bi- fogade ritningarna, på vilka: Fig 1 schematiskt visar en nyckelgenereringsenhet enligt ett utföringsexempel av uppfinningen; och Fig 2 visar ett flödesschema för genomförande av en krypterad överföring eller autentisering i enlighet med ett utföringsexempel av uppfinningen.

Beskrivning av föredragna utförinqsformer Uppfinningen omfattar ett system för säker krypterad överföring/autentisiering mellan åtminstone två enheter via en osäker kommunikationskanal. Kommunikationskanalen kan utgöras av vilken som helst kanal över vilken data kan överföras, och speciellt kan kanalen vara såväl fast som trådlös. Varje sådan enhet omfattar härvid en nyckel- genereringsenhet 1, såsom visas i fig l. Sådana nyckelge- nereringsenheter omfattar ett minne 10 i vilket identiska utgångsvärden U, s k frön, lagrats, företrädesvis dyna- miskt och utbytbart. Denna lagring av utgångsvärden sker företrädesvis vid en inledande initiering av enheterna, och kan med fördel utföras över en säker kanal. Eventu- ellt behöver dock utgångsvärdena inte fysiskt överföras, utan användarna av enheterna kan själva mata in ett värde c n n . no S11 460 3 som de kommit överens om. Utgángsvärdena kan vidare vid behov bytas ut, men alternativt kan samma utgàngsvärden användas under hela nyckelgenereringsenhetens livslängd.

I detta fall behöver sålunda utgángsvärdena lagras i dy- 5 namiska minnen, utan permanentminnen kan istället använ- das.

Nyckelgenereringsenheterna omfattar vidare en räkna- re för periodisk förändring av ett räknevärde R, samt en beräkningsenhet vilken är inrättad att i vardera enheten, 10 oberoende av andra enheter, generera en nyckel utifrån utgàngsvärdet samt ett räknevärde från räknaren. Med för- del kan dock räknaren och beräkningsenheten vara integre- rade i samma enhet ll, vilken med fördel kan vara en mik- roprocessor, såsom en kommersiellt tillgänglig CPU. Räk- 15 naren kan med fördel styras av en oscillator eller klocka, vilken också kan vara integrerad i enheten ll.

Företrädesvis används en realtidsklocka som är integrerad med CPU ll. Räknaren stegas vidare företrädesvis heltals- vis, varigenom det är lättare att hålla enheterna i fas 20 (synkroniserade).

Med sådana nyckelgenereringsenheter kan, under för- utsättning att samma utgàngsvärden är lagrade i minnet 10, samt att räknarna är synkroniserade sà att de levere- rar samma räknevärde, identiska nycklar genereras i flera 25 nyckelgenereringsenheter oberoende av varandra. Dessa nycklar kan sedan användas för kryptering eller autenti- siering mellan enheterna.

Företrädesvis är nyckelgenereringsenheterna vidare inrättade att avkänna om de är synkroniserade eller inte, 30 och för det fall de inte är synkroniserade utföra en syn- kronisering. Sàdan avkänning kan ske genom att ett speci- fL_ ellt synkroniseringstest utförs före nyckelgenereringen. 0": Alternativt kan dock ett synkroniseringsbehov identifie- ras när olika nycklar använts, och först därefter en 35 àterställning av synkroniseringen ske. Synkronisering kan Ixf exempelvis ske genom att enheterna utbyter räknevärde med ÄH: varandra. vu.. 10 15 20 25 30 35 4 Beräkningsenheten omfattar en beräkningsalgoritm F som använder utgångsvärdet och räknevärdet som ingående parametrar, dvs F = f(R,U). Denna beräkningsalgoritm är företrädesvis implementerad i hårdvara i beräkningsenhe- ten, eller alternativt lagrad i ett icke-dynamiskt och oförändringsbart minne. Beräkningsalgoritmen genererar företrädesvis en 128-bitars nyckel, men nycklar av andra längder är givetvis möjliga. Varje gång man ger nyckelge- nereringsenheten order att göra en ny nyckel skapas så- lunda ett nytt pseudo-slumpmässigt 128-bitars ord beräk- nat utifrån ”fröet” och räknevärdet.

Nyckelgenereringsenheten 1 omfattar vidare en gräns- snittsdel 12, vilken tjänar till att möjliggöra kommuni- kation mellan den kommunicerande enheten och nyckelgene- reringsenheten, Företrädesvis omfattar denna kommunika- tion insändande av instruktioner att generera en nyckel in till nyckelgenereringsenheten, samt utsändande av en sålunda genererad nyckel tillbaka till den kommunicerande enheten.

Nyckelgenereringsenheten kan med fördel implementeras i hårdvara och utföras som en integrerad krets, eftersom den därmed blir svårare att manipulera.

Denna krets kan sedan tillföras och användas tillsammans med väsentligen vilken som helst typ av kommunikativa enheter. Exempelvis är det möjligt att använda nyckelgenereringsenheten enligt uppfinningen tillsammans med återuppladdningsbara kort, s k smartcards, i bärbara eller stationära datorer, i mobiltelefoner, elektroniska kalendrar, och liknande elektronisk utrustning som är kommunikativ.

Det är dock även möjligt att implementera nyckelge- nereringsenheten i mjukvara i en konventionell dator, och* användande befintliga minnen och liknande. Detta är spe- ciellt föredraget för implementering i stationära enhe- ter, och speciellt för enheter som används som centralen- heter. 10 15 20 25 30 35 n - u - nu . .. .. .. .. . . . . . . . . ..

I I I I ß! nu Il vt Olli I I l 5 Nyckelgenereringsenheterna enligt uppfinningen kan antingen användas för punkt-till-punkt kommunikation el- ler autentisering, dvs mellan två enheter, eller mellan en central enhet, server, och flera användare, klienter.

En sädan centralenhet omfattar företrädesvis ett flertal olika nyckelgenereringsenheter, en för varje med central- enheten kommunicerande klient. Alternativt kan dock en nyckelenhet omfattar flera olika utgàngsvärden, varvid ordern till nyckelgenereringsenheten att generera en nyckel även omfattar information om vilket utgängsvärde som skall användas. Det är också möjligt att ett flertal med centralenheten kommunicerande enheter har identiska nyckelgenereringsenheter, varvid de kan kommunicera med samma nyckelgenereringsenhet hos centralenheten.

I fallet med en centralenhet som är inrättad att kommunicera med ett flertal andra enheter omfattar före- trädesvis centralenheten en mjukvaruimplementering av nyckelgenereringsenheten, medan klienterna har härdvaru- implementeringar. Klienterna kan exempelvis vara smart- cards eller mobiltelefoner, datorer osv. Sålunda kan sy- stemet enligt uppfinningen användas mellan en bank och dess kunder, mellan företag och dess anställda, mellan ett bolag och dess dotterbolag osv. Systemet kan vidare användas för att styra åtkomsten till hemsidor via Inter- net eller liknande, exempelvis genom att plugga in sitt smartcard i en därför avsedd läsare, och pà detta sätt kan man även styra åtkomst till elektronisk utrustning som kommunicerar trådlöst via exempelvis blue-tooth. Även enheter som inte utgör centralenheter kan om- fatta ett flertal utgàngsvärden, i samma nyckelgenere- ringsenhet eller i separata enheter, för att kunna kommu- nicera via flera separata kanaler. Pà sä sätt kan enheten' användas för kommunikation med flera olika centralenhe- ter. Exempelvis kan sålunda ett smartcard användas för kommunikation med flera olika banker eller andra inrätt- ningar.

S11 460 6 Med hänvisning till fig 2 skall nu en krypterad överföring eller autentisering medelst systemet enligt ovan beskrivas. I ett första steg S1 initieras enheterna som sedermera skall kommunicera med varandra, varvid de 5 förses med samma utgàngsvärde och företrädesvis även syn- kroniseras. Därefter är systemet färdigt att användas, och vid en senare tidpunkt, vilken kan inträffa en god- tycklig tidsperiod efter initieringen, sker en uppkopp- ling mellan enheterna via en osäker kommunikationskanal 10 (steg S2), och åtminstone en av enheterna identifierar sig för den andra (steg S3). Den andra enheten bedömer sedan i steg S4 om den angivna identiteten är känd och om den har en motsvarande nyckelgenereringskrets, dvs en nyckelgenereringskrets enligt ovan och med ett motsvaran- l5 de utgàngsvärde. Om så är fallet fortsätter processen till steg S5, men i annat fall avbryts processen.

Därefter kommer enheterna överens om att genomföra en krypterad överföring eller autentisering, varvid de var för sig beräknar nycklar i respektive nyckelgenere- 20 ringsenhet (steg S8). Dessförinnan kan eventuellt ett synkroniseringstest (steg S6) ha utförts för att undersö- ka om räknarna i respektive nyckelgenereringsenhet är synkroniserade. Om så är fallet gär processen direkt vi- dare till steg S8, men i annat fall sker först ett syn- 25 kroniseringssteg (steg S7) för att återställa synkronise- ringen mellan enheterna. Steget S7 kan dock alternativ utelämnas, varvid identifierande av att enheterna inte längre är synkroniserade istället kan ske genom konsta- terande av att samma nycklar inte har använts. I detta 30 fall får processen därefter utföra synkroniseringssteget S7 och sedan àtergà till steg S8 för att pä nytt beräkna :Ü¿ nycklar i respektive enhet. l De beräknade nycklarna används sedan för att utföra .nn en krypterad överföring eller autentisering. Det inses aj: 35 dock att krypterade överföring och autentisering natur- .Hz ligtvis kan ske samtidigt och under samma process. 1:? Kryptering och autentisiering kan ske med väsentligen 10 15 20 25 30 35 o o u ø oc n 517 460 7 vilken som helst krypteringsalgoritm som använder nycklar, såsom de kända RFSM- och RSA-algoritmerna.

Uppfinningen kan användas för såväl autentisering, dvs verifiera av att enheten med vilken man kommunicerar är den den utger sig för att vara, som för nyckelgenere- ring för krypterad överföring. Enheterna som används för föreliggande uppfinning, såsom smartcards, telefoner och liknande, kan dock även med fördel vara utrustade med me- del för att säkerställa att det är rätt användare som an- vänder enheten, dvs autentisering mellan användare och den kommunicerande enheten. Sådana autentisiering kan ske medelst inmatande av en kod, identifierande av fingerav- tryck osv.

Systemet och metoden enligt uppfinningen tillhandahåller ett enkelt och billigt sätt att åstadkomma en hög grad av säkerhet vid krypterad överföring och autentisering, eftersom uppfinningen möjliggör att samma nyckel skapas synkront på tvâ olika platser och utan utbyte av information, eller möjligen med utbyte av en uppgift om vilken nyckel i ordning som skall skapas, dvs räknevärdet. Inga nycklar behöver så- lunda utbytas för att utföra autentisering eller krypte- rad överföring mellan två enheter, såsom mellan en server och en klient eller vice versa. Detta möjliggör även att kortare nycklar kan användas, vilket ger en billigare och effektivare överföring, samtidigt som säkerheten i för- hållande till konventionella system bibehålls eller till och med ökas. Medelst uppfinningen kan även en stor del av säkerheten byggas in i hårdvara, vilket ytterligare ökar säkerheten, eftersom härvid företrädesvis endast fröet är utbytbart, och endast de genererade nycklarna normalt är åtkomliga utifrån.

Flera varianter av systemet och metoden som beskri- vits ovan är möjliga. Exempelvis är metoden och systemet inte avhängigt av vilken krypterings- eller autentise- ringsmetod som används, utan kan användas för att pà ett enkelt och säkert sätt generera nycklar, och kan därför o c v u o o acne o 10 15 sw 460 n» nu non.. n a . uø-uo 8 användas tillsammans med de flesta sådana kända metoder.

Vidare är det föredraget att nyckelgenereringsenheten im- plementeras i hårdvara, vilket gör att nyckelgenereringen sker helt dolt för användaren. Det är dock även möjligt att implementera nyckelgenereringsenheten i mjukvara i en ordinär dator. Enheterna i systemet kan vidare utgöras av väsentligen vilka som helst kommunikativa elektroniska enheter. Räknarna som används för att generera räknevär- den för nyckelgenereringsenheterna kan vidare vara av vilken som helst typ, så länge de genererar över tiden varierande räknevärden. Det är även möjligt att utesluta räknare i en eller flera av enheterna, varvid steget att synkronisera räknarna istället byts ut mot ett steg att mellan enheterna utbyta, dvs synkronisera, räknevärden före varje nyckelgenerering. Sådana och andra närliggande varianter måste anses omfattas av uppfinningen såsom den avgränsas av de bifogade patentkraven.

Claims (13)

l0 15 20 25 30 35 517 460 9 PATENTKRAV

1. Metod för krypterad överföring eller autentisie- ring mellan åtminstone två enheter i ett datakommunika- tionssystem via en osäker kommunikationskanal, omfattande stegen att: - vid en initieringsprocedur komma fram till ett gemen- samt utgångsvärde för användning i respektive enhet; - synkroniserat och periodiskt uppråkna ett räknevärde hos vardera enheten; - vid vardera enheten, oberoende av varandra, generera en nyckel utifrån utgångsvärdet samt räknevärdet; och - använda dessa sålunda genererade nycklar vid en efter- följande krypterad överföring eller autentisiering.

2. Metod enligt patentkrav l, varvid utgångsvärdet sparas dynamiskt och utbytbart i åtminstone en av enhe- terna, och företrädesvis i alla enheterna.

3. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, varvid räkne- värdet genereras i en räknare hos respektive enhet, var- vid synkroniseringen av räknevärdena avser en synkronise- ring av räknarna.

4. Metod enligt patentkrav 3, varvid enheterna efter en inledande synkronisering av räknarna endast utför kom- pletterande synkroniseringssteg vid behov.

5. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, varvid genererandet av nycklar utifrån utgångsvärdet och räknevärdet sker medelst en beräkningsalgoritm som hos åtminstone en av enheterna är lagrad icke-dynamiskt och oförändringsbart.

6. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, varvid åtminstone en av enheterna är en mobil enhet, så- som ett smartcard eller en mobiltelefon.

7. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, varvid en av enheterna är en centralenhet, vilken omfat- tar ett flertal utgångsvärden för säker krypterad överfö- ring eller autentisiering med flera olika enheter med var sitt utgångsvärde. nunnan 10 15 20 25 30 35 ....« . . o “au nu u ouøu . . .. . u Q - nosa; ~ .- I :can .~ -n~u .- o 10

8. Datakommunikationssystem för krypterad överfö- ring/autentisiering mellan åtminstone två enheter via en osäker kommunikationskanal, varvid vardera enheten omfat- tar en nyckelgenereringsenhet, vilka nyckelgenereringsen- heter omfattar ett minne i vilket identiska utgàngsvärden lagrats, en räknare för periodisk och mellan enheterna synkroniserad förändring av ett räknevärde, samt en be- räkningsenhet vilken är inrättad att i vardera enheten, oberoende av andra enheter, automatiskt generera en nyck- el utifrån utgàngsvärdet samt ett räknevärde från räkna- ren, vilka nycklar kan användas för krypterad överföring eller autentisiering mellan enheterna.

9. System enligt patentkrav 8, varvid minnet för lagring av utgàngsvärdet i åtminstone en av enheterna är ett dynamiskt minne för dynamiskt och utbytbart lagrande av utgàngsvärdet.

10. System enligt patentkrav 8 eller 9, varvid en- heterna är inrättade att avkänna när de inte är synkroni- serade och därvid återställa synkroniseringen.

11. System enligt något av patentkraven 8-10, var- vid beräkningsenheten hos åtminstone en av enheterna om- fattar en beräkningsalgoritm som är lagrad icke-dynamiskt och oförändringsbart, och företrädesvis är utförd i hård- vara.

12. System enligt något av patentkraven 8-11, var- vid åtminstone en av enheterna är en mobil enhet, såsom ett smartcard eller en mobiltelefon.

13. System enligt något av patentkraven 8-12, var- vid en av enheterna är en centralenhet, vars minne omfat- tar ett flertal utgångsvärden för säker krypterad överfö- ring eller autentisiering med flera olika enheter med var sitt utgàngsvärde. 1 ooovoo