WO1997040603A2 - Verfahren und vorrichtung zum aufzeichnen/verarbeiten von authentischen tondaten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum aufzeichnen/verarbeiten von authentischen tondaten Download PDF

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    • G06F2211/007—Encryption, En-/decode, En-/decipher, En-/decypher, Scramble, (De-)compress

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for recording / processing authentic sound data according to the preamble of patent claim 1 and of patent claim 7.
  • Analog recording and transmission methods of any data are increasingly being replaced by digital methods.
  • the development of modern information technology makes manipulating digital data easier and easier.
  • Digitally available sound data or general acoustic information can easily be faked with the appropriate software and hardware with relatively little financial and technical effort. Examples of such forgeries range from simply copying data, in this case sound frequencies or word sounds, to the synthetic generation of speech texts from an existing sound document.
  • the problem is that audio data must be recorded in a manner that ensures that the data is actually an image of an acoustic signal sequence (e.g., a speech), that is, has not been tampered with or synthetically created.
  • an acoustic signal sequence e.g., a speech
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and a device which ensure authentic and integral recording / processing of acoustic signals, for example digital sound data, and their tamper-proof storage and reproduction from the sound carrier.
  • the method and the device according to the invention ensure that sound data are recorded in such a way that it is ensured that the data are actually an image of an acoustic signal sequence, for example a speech, and have not been manipulated or generated synthetically. This is achieved in that a digital signature is calculated from the digitized sound data before the recording, which is also recorded or stored. This takes place in the device in such a way that the specified processes or process steps can only be separated from one another by manipulation or destruction of the device by unauthorized persons that can be determined subsequently.
  • Proof of authenticity of the digital data that is to say the proof that the digital data is an image of an actually occurring acoustic signal sequence (for example speech) is carried out by checking the digital signature for the present digital data and by checking the integrity of the device according to the invention .
  • Manipulations on the device can be recognized that suggest. . that the processes described above have been separated, or if the digital signature does not match the existing data, the data is considered not authentically rejected. However, if the signature is correct and the device is intact, then this proves that the data present are actually an image of a sequence of acoustic signals which have been recorded using the device.
  • the device must be personalized. This means that the digital signature calculation via the data takes place with the aid of a secret key 9 which
  • the insertion of the secret key 9 into the device has to be done in a trustworthy, controlled manner.
  • the digital signature could be calculated for any available data after the secret key of the device had been ascertained. This data, together with the intact device, would then be recognized as authentic.
  • data that identify the device 1 or the settings of the device 1 can also flow into the data that are proven to be authentic by this method
  • Microphone identifier or type technical recording data such as microphone characteristics
  • the device 1 can additionally be equipped with a receiver 2 of such signals.
  • the time and / or location signal can also be recorded, and the digital signature is formed from the data that come from acoustic signals, the time and / or location signal and, if appropriate, the aforementioned from the settings or identifiers of the device 1.
  • the introduction of the secret key 9 into the device 1 in a trustworthy, controlled manner generally takes place through the use of chip cards or plug-in modules into which the key 9 has been programmed in a trustworthy instance. Furthermore, is usually also on the chip card or in the plug-in module implemented the procedure for calculating the digital signature. This has the advantage that the key 9 never leaves the chip card or the plug-in module and is not securely stored in the chip card or the plug-in module from the outside.
  • FIG. 1 A basic structure of a device 1, which can be implemented in the form of a plug-in module or a special chip card or the like, is shown in FIG. 1.
  • a receiver for location - / Time signal 2 can be integrated with the corresponding antenna 3 in order to achieve an even higher security of the records 10.
  • the device for the records 10 is therefore connected to the crypto module 7, the A / D converter 6, the circuit 4 and, if appropriate, to the receiver 2 via corresponding lines.
  • the data or the information of all available quantities are included in the signature calculation, which is why the
  • Signature calculation circuit 8 with the A / D converter 6, the microphone 5 indirectly, the circuit 4 and the receiver for ⁇ rts- / time signal 2 is connected.

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Abstract

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß Tondaten in einer Art und Weise aufgezeichnet werden müssen, die sicherstellt, daß die Daten tatsächlich Abbild einer akustischen Signalfolge (zum Beispiel einer Rede) sind, das heißt nicht in irgendeiner Form manipuliert oder synthetisch erzeugt worden sind. Zum Erreichen einer authentischen Tonaufzeichnung muß der gesamte Prozeß von den akustischen Signalen bis hin zu den aufgezeichneten digitalen Daten nachvollziehbar, unwiderrufbar und beweisbar gestaltet werden. Dies wird gemäß dem beschriebenen Verfahren dadurch erreicht, daß die Prozesse der Umwandlung der akustischen Signalfolge in analoge elektrische Signale, der Umwandlung der analogen elektrischen Signale in digitale elektrische Signale und der Berechnung einer digitalen Signatur über die digitalen Daten in einer Vorrichtung nach Fig. 1 miteinander so gekoppelt werden, daß eine Trennung dieser Prozesse nicht ohne nachträglich erkennbare Manipulationen an der Vorrichtung möglich ist. Gemäß dem Verfahren wird über die digitalisierten Tondaten vor der Aufnahme eine digitale Signatur berechnet, die zusammen mit den digitalen Tondaten auf einen Tonträger gespeichert wird. Der Prozeß der Umwandlung der akustischen Signale in digitale elektrische Signale und der Prozeß der Berechnung der digitalen Signatur über die digitalen Tondaten in einer Vorrichtung (1) ist derart realisiert, daß die Prozesse nur mit nachträglich feststellbarer Manipulation der Vorrichtung voneinander getrennt werden können. Durch die Signatur werden auch die Reihenfolge und Vollständigkeit aller akustischer Informationen fälschungssicher protokolliert.

Description

B E S C H R E I B U N G
VERFÄHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUFZEICHNEN/VERARBEITEN VON
AUTHENTISCHEN TONDATEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen/Verarbeiten von authentischen Tondaten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 7.
Analoge Aufnahme- und Übertragungsverfahren jedweder Daten werden heute mehr und mehr durch digitale Verfahren ersetzt. Durch die Entwicklung der modernen Informationstechnik wird die Manipulation digitaler Daten immer einfacher. So können schon heute mit relativ geringem finanziellen und technischen Aufwand digital vorliegende Tondaten bzw. allgemeine akustische Informationen leicht mit entsprechender Soft- und Hardware gefälscht werden. Beispiele solcher Fälschungen gehen vom einfachen Kopieren von Daten, in diesem Fall von Tonfrequenzen oder Wortlauten, bis hin zur synthetischen Erzeugung von Sprachtexten aus einem vorhandenen Tondokument. Schon heute ist es für Experten sehr schwer festzustellen, ob vorgegebenes Tonmaterial authentisch ist, das heißt Abbild von tatsächlich aufgetretenen akustischen Signalen. Als Beispiel denke man sich Aussagen eines Politikers oder Aussagen eines Kronzeugen, welche - falls gefälscht - weitreichende Konsequenzen haben könnten. Es sind auch Verfahren zur Berechnung digitaler Signaturen unter anderem aus Kapitel 5, Stallings W. , Network and Internetwork Security, IEEE Press 1995, ISBN 0-02-415483-0 und aus Kapitel Stinson D.R. , Cryptography: Theory and Practice, CRC Press 1995, ISBN 0-8493-8521-0 bekannt, die für eine gesicherte Informations- bzw. Datenübertragung verwendet werden.
BESTÄTIGUNGSKÜPIE In Zukunft wird die Synthese stimm- und tonfallgetreuer Fälschungen von Sprachdaten immer preiswerter und einfacher in der Handhabung. Die Originalität/Authentizität vorliegender digitaler Tondaten wird auf technischem Wege nicht mehr zu entscheiden sein, so daß Fälschungen bei den bisherigen Tonsignalaufzeichnungen leichter möglich werden. Durch ein Mikrofon werden die akustischen Signale in analoge elektrische Signale umgeformt, letztere werden mittels eines Analog-Digital-Wandlers in digitale elektrische Signale transformiert, welche dann gegebenenfalls aufgezeichnet werden. Der Lösungsansatz , die digitalen Daten mit einer digitalen Signatur zu unterschreiben, ist nicht hinreichend. Die digitalen Daten könnten zuvor gefälscht und erst danach unterschrieben werden.
Das Problem besteht darin, daß Tondaten in einer Art und Weise aufgezeichnet werden müssen, die sicherstellt, daß die Daten tatsächlich Abbild einer akustischen Signalfolge (zum Beispiel einer Rede) sind, das heißt nicht in irgendeiner Form manipuliert oder synthetisch erzeugt wurden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine authentische und integre Aufzeichnung/Verarbeitung akustischer Signale, zum Beispiel digitale Tondaten, und deren fälschungssichere Speicherung und Wiedergabe vom Tonträger gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Lösung ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 für das Verfahren und im Kennzeichen des Patentanspruchs 7 für die Vorrichtung charakterisiert. Weitere Merkmale bzw. Verbesserungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Kennzeichen der restlichen Patentansprüche beschrieben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung wird erreicht, daß Tondaten so aufgezeichnet werden, daß sichergestellt ist, daß die Daten tatsächlich Abbild einer akustischen Signalfolge, zum Beispiel einer Rede sind und nicht manipuliert oder synthetisch erzeugt wurden. Dies wird dadurch erreicht, daß eine digitale Signatur über die digitalisierten Tondaten vor der Aufzeichnung errechnet wird, die mit aufgezeichnet bzw. gespeichert wird. Dies erfolgt in der Vorrichtung derart, daß die angegebenen Prozesse bzw. Prozeßschritte nur mit nachträglich feststellbarer Manipulation oder Zerstörung der Vorrichtung durch Unbefugte voneinander getrennt werden können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Es werden folgende Bezugszeichen in der Beschreibung, der Fig. 1, in den Patentansprüchen und der Zusammenfassung verwendet:
1 Schaltung bzw. Vorrichtung zur geschützten Tondatenaufzeichnung
2 Empfänger für Orts-/Zeitsignal
3 Antenne
4 Schaltung bzw. Speicher zur Kennzeichnung der Einstellung der Bauteile
5 Mikrofon
6 A/D-Wandler
7 Kryptomodul .
8 Signaturberechnung
9 Schlüssel 10 Aufzeichnung
Zum Erreichen einer authentischen Tonaufzeichnung muß der gesamte Prozeß von den akustischen Signalen bis hin zu den aufgezeichneten digitalen Daten nachvollziehbar, unwiderrufbar und beweisbar gestaltet werden.
Dieses wird dadurch erreicht, daß die Prozesse der
Umwandlung der akustischen Signalfolge in analoge elektrische Signale (Mikrofon);
Umwandlung der analogen elektrischen Signale in digitale elektrische Signale (Analog-Digital-Wandler) ;
Berechnung einer digitalen Signatur über die digitalen
Daten
in einer Vorrichtung nach Fig. 1 miteinander so gekoppelt werden, daß eine Trennung dieser Prozesse nicht ohne nachträglich erkennbare Manipulation an der Vorrichtung möglich ist. Eine solche Kopplung der Prozesse kann beispielsweise physikalisch erfolgen, zum Beispiel durch das Eingießen der gesamten Vorrichtung oder durch die Versiegelung der Vorrichtung.
Der Authentizitätsnachweis der digitalen Daten, das heißt der Nachweis, daß die digitalen Daten Abbild einer tatsächlich aufgetretenen akustischen Signalfolge (zum Beispiel Rede) sind, erfolgt durch das Überprüfen der digitalen Signatur zu den vorliegenden digitalen Daten und durch das Überprüfen der Unversehrtheit der ' erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Sind Manipulationen an der Vorrichtung zu erkennen, die vermuten lassen, ..daß die oben beschriebenen Prozesse getrennt wurden, oder paßt die digitale Signatur nicht zu den vorliegenden Daten, so werden die Daten als nicht authentisch abgelehnt. Ist die Signatur jedoch korrekt und die Vorrichtung unversehrt, dann ist dadurch bewiesen, daß die vorliegenden Daten tatsächlich ein Abbild einer Folge von akustischen Signalen sind, welche mit Hilfe der Vorrichtung aufgenommen worden sind.
In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, daß die Vorrichtung personalisiert ist. Das heißt, die digitale Signaturberechnung über die Daten erfolgt mit Hilfe eines geheimen Schlüssels 9, der
1. sicher in der Vorrichtung gespeichert ist und von außerhalb der Vorrichtung nicht in Erfahrung gebracht werden kann, ohne nachträglich erkennbare Manipulation der Vorrichtung, und der
2. jeder Vorrichtung eindeutig zugeordnet ist, das heißt es gibt keine zwei Vorrichtungen mit gleichem geheimen Schlüssel 9.
Das Einbringen des geheimen Schlüssels 9 in die Vorrichtung hat auf eine vertrauenswürdige, kontrollierte Weise zu geschehen.
Bedingungen 1. ist erforderlich, Bedingung 2. sinnvoll.
Wäre 1. nicht gegeben, das heißt der geheime Schlüssel 9 der Vorrichtung eruierbar ohne nachträglich erkennbare Manipulation der Vorrichtung, so könnte nach dem Eruieren des geheimen Schlüssels der Vorrichtung die digitale Signatur zu beliebigen vorliegenden Daten berechnet werden. Diese Daten würden zusammen mit der unversehrten ' Vorrichtung dann als authentisch anerkannt.
Wäre 2. nicht gegeben, das heißt mehrere Vorrichtungen mit dem gleichen geheimen Schlüssel 9 würden existieren, dann könnten die Daten nur dann als authentisch anerkannt werden, falls die Unversehrtheit aller dieser Vorrichtungen gewährleistet ist. Ist jeder Vorrichtung eindeutig ein Schlüssel 9 zugeordnet, so genügt die Unversehrtheit der entsprechenden Vorrichtung, um die mit dem ihr zugeordneten geheimen Schlüssel 9 unterschriebenen Daten als authentisch anzuerkennen.
In die Daten, die durch dieses Verfahren als authentisch nachgewiesen werden, können neben den Daten, die von akustischen Signalen stammen, des weiteren Daten mit einfließen, die die Vorrichtung 1 bzw. die Einstellungen der Vorrichtung 1 identifizieren, beispielsweise
Mikrofonkennung bzw. -typ, technische Aufnahmedaten wie Mikrofoncharakteriεtika,
Typ des Analog-Digital-Wandlers,
Samplingfrequenz des Analog-Digital-Wandlers, etc.
Falls ein vertrauenswürdiges Zeitεignal und/oder Ortssignal vorhanden ist, kann die Vorrichtung 1 zusätzlich mit einem Empfänger 2 solcher Signale ausgestattet werden. Das Zeit- und/oder Ortssignal kann mit aufgezeichnet werden und die digitale Signatur wird über die Daten, die von akustischen Signalen stammen, das Zeit- und/oder Ortssignal und gegebenenfalls die zuvor genannten über die Einstellungen bzw. Kennungen der Vorrichtung 1 gebildet.
Erreicht wird hiermit eine authentische Aufnahme von Tondaten, zusammen mit authentischen Informationen über den Ort, die Zeit sowie den Einstellungen der Aufnahmevorrichtung und die Aufnahmevorrichtung selbst.
Das Einbringen des geheimen Schlüssels 9 in die Vorrichtung 1 auf eine vertrauenswürdige, kontrollierte Weise erfolgt im allgemeinen durch die Verwendung von Chipkarten bzw. Plug-in Modulen, in die bei einer vertrauenswürdigen Instanz der Schlüssel 9 programmiert wurde. Des weiteren ist auf der Chipkarte bzw. im Plug-in Modul gewöhnlich auch das verfahren zur Berechnung der digitalen Signatur implementiert. Dies hat den Vorteil, daß der Schlüssel 9 die Chipkarte bzw. das Plug-in Modul nie verläßt und in der Chipkarte bzw. dem Plug-in Modul nicht von außen abfragbar, sicher gespeichert ist.
Ein prinzipieller Aufbau einer Vorrichtung 1, die in Form eines Plug-in-Moduls oder einer speziellen Chipkarte oder ähnlichem realisiert werden kann, iεt in Fig. 1 dargestellt.
Sie besteht aus Schaltungen bzw. Speichern mit äquivalenten Daten zur Kennzeichnung der Einstellungen der Bauteile 4, der Charakteristika eines Mikrofons 5, eines A/D-Wandlers 6 und aus einem Kryptomodul 7 mit Signaturberechnung 8 und Schlüssel 9. Außerdem kann gegebenenfalls ein Empfänger für Orts-/Zeitsignal 2 mit entsprechender Antenne 3 integriert sein, um eine noch höhere Sicherheit der Aufzeichnungen 10 zu erreichen. Das Gerät für die Aufzeichnungen 10 ist deshalb über entsprechende Leitungen mit dem Kryptomodul 7, dem A/D-Wandler 6, der Schaltung 4 und gegebenenfalls mit dem Empfänger 2 verbunden. In die Signaturberechnung gehen die Daten bzw. die Informationen, wie bereits beschrieben, aller vorhandenen Größen ein, weshalb die
Signaturberechnungsschaltung 8 mit dem A/D-Wandler 6 , dem Mikrofon 5 indirekt, der Schaltung 4 und dem Empfänger für θrts-/Zeitsignal 2 verbunden ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum authentischen und integren Aufzeichnen/Verarbeiten akustischer Signale, zum Beispiel digitaler Tondaten, sowie deren fälschungssichere Speicherung und Wiedergabe, dadurch gekennzeichnet
daß über die digitalisierten Tondaten vor oder während der Aufnahme bzw. Aufzeichnung (10) eine digitale Signatur berechnet wird, die zusammen mit den digitalen Tondaten gespeichert wird, und
daß der Prozeß der Umwandlung der akustischen Signale in digitale Signale und der Prozeß der Berechnung der digitalen Signatur über die digitalisierten Tondaten in einer versiegelten bzw. nicht offenbaren Vorrichtung von außen nicht trennbar gekoppelt werden.
2. Verfahren zur Erstellung von authentischen und integren Aufzeichnungen zeitlich langer akustischer Tonfolgen, zum Beispiel Konzerte oder Reden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signatur, die Reihenfolge und die Vollständigkeit aller aufzuzeichnender akustischer Informationen fälschungssicher protokolliert werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die digitale Signaturberechnung (8) über digitale Daten gebildet wird, die die Kennung der Vorrichtung (1), ihrer Bestand- bzw. Bauteile und/oder deren Einstellungen charakterisieren, die in einem Modul, insbesondere einem Kryptomodul (7) erzeugt werden, das in die Vorrichtung (1) voll integriert ist und daß bei unsachgemäßer bzw. manipulierter Handhabung Fehlfunktionen ausgelöst werden.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet,
daß in die digitale Signatur digitalisierte Ortsdaten von integrierten Empfängern ( 2 ) für Ortssignale eingehen.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Signaturberechnungen (8) des Kryptomoduls (7) authentische Zeitsignale untrennbar eingehen.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Signaturberechnung (8) des Kryptomoduls (7) miteinander gekoppelt authentische Ortssignale und authentische Zeitsignale eingehen.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung (1) mindestens aus einer Schaltung bzw. einen Speicher zur Charakterisierung der Einstellungen der Bauteile (4), einem damit' verbundenen Mikrofon (5), einem A/D-Wandler (6), der sowohl mit der Schaltung für die Charakterisierung der Einstellungen der Bauteile (4) als auch mit dem Mikrofon (5). verbunden ist, und einem Kryptomodul (7) mit einem speziellen Schlüssel (9) und einer Anordnung zur Signaturberechnung (8) besteht und über Leitungen mit dem Gerät zur Aufzeichnung (10) zu einer Einheit integriert ist.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß außerdem ein Empfänger für Orts-/Zeitsignale (2) mit zugehöriger Antenne (3) mit der Schaltung für die Einstellungen der Bauteile (4) und mit dem Kryptomodul (7) sowie dem Gerät zur Aufzeichnung (10) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung bzw. Vorrichtung (1) versiegelt oder fest in eine Glas-, Kunststoff- oder Metallvorrichtung eingegossen ist.
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