WO2011110603A1 - Verfahren zur vergabe eines schlüssels an ein einem drahtlosen sensor-aktor-netz neu hinzuzufügendes teilnehmergerät - Google Patents

Verfahren zur vergabe eines schlüssels an ein einem drahtlosen sensor-aktor-netz neu hinzuzufügendes teilnehmergerät Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for awarding a
  • Sensor-actuator networks also include those which contain only sensors as a subscriber device.
  • the symmetric encryption is a single
  • the key used for encryption and decryption. Therefore, the key must be kept secret and carried out its distri ⁇ development to the subscriber devices in a secure way. However, if a new subscriber device to be installed, for example by Fremdperso ⁇ nal in the network, there is a risk that the required key is misused by being programmed directly or at a later date on a jamming or listening device.
  • the invention is therefore based on the object to ensure simple means secure key assignment.
  • the object is achieved in that in the method of the type specified above, the key is requested via an operating device that communicates with the newly added subscriber device and on the other hand wirelessly with the security instance, and that the key encrypted transmitted to the operating device and from there ge ⁇ secured to the newly added subscriber device is transmitted.
  • the HMI device is authorized to the security instance by the encrypted communication.
  • the HMI device itself and thus the person using it can be classified as trustworthy.
  • the ⁇ supply, justifying test can be extended to be provided on the operator panel means for identifying the user query and / or means for identification of the newly query ⁇ patentedzu joined subscriber device.
  • the means for identification inquiry of the user can for example consist of a keyboard for entering a PIN code, a read ⁇ unit for a smart card or a fingerprint or son ⁇ term biometric sensor.
  • the means for identification query of the newly added subscriber device can query from this, for example, a device identifier.
  • the results of the identification requests can be checked directly in the HMI device. Preferably, however, they are transmitted to the security authority and checked there before the key is sent from there.
  • the HMI device can be wired or wirelessly, for example by means of radio or infrared signals, communicate with the newly added subscriber device, to secure the communication of the transmission between the HMI device and the newly added subscriber device can be encapsulated and / or encrypted communication between the two devices he follows.
  • the encapsulation may for example consist of an inaccessible from the outside connector between the two devices.
  • a symmetrical or asymmetrical Locks ⁇ Selung can be used for communication between the operating unit and the security authority and possibly the newly added user equipment.
  • the inventive method ensures that the key remains protected within the network and against access from the outside.
  • the operator pushes ⁇ only the key assignment, but receives no access to the key.
  • Figure 1 shows a section of a sensor-actuator network and Figure 2 is a flowchart for the key assignment.
  • Figure 1 shows a simplified schematic representation of a section of a wireless sensor-actuator network with four user equipment 1, 2, 3 and 4, of which the devices 1, 2 and 3 sensors or actuators, eg. B. process field devices, represent that with a central device 4, z. B: a gateway, communicate by radio.
  • the communication is symmetrically encrypted, including each of the user equipment 1, 2 and 3 a key and the central device 4 in a Si ⁇ cherheitsinstanz 5 each contains the same key.
  • the key management takes place in the security instance 5.
  • An operator 6 is now to install a new subscriber device 7 in the network.
  • the new subscriber device 7 must receive a key from the security instance 5. So that this key of the operator 6 does not have to be handed out, it is conceivable, the new subscriber device 7 via a secure, z. B. wired, possibly encapsulated, connec ⁇ tion to connect to the central device 4 and the key directly from the security instance 5 in the new subscriber device 7 to transfer.
  • the central device 4 could additionally be provided with an access control.
  • the key assignment at any point in the network, in particular at the installation of the new subscriber device 7, take place.
  • an operating device 8 (eg handheld, PDA) which, on the one hand, communicates with the newly added subscriber device 7 and, on the other hand, wirelessly, ie by radio, with the central device or the security instance 5 contained therein.
  • the wireless communication between the HMI device 8 and the security instance 5 is encrypted, whereby a symmetric or asymmetric encryption method can be used.
  • the communication connection between the operating device 8 and the new subscriber device 7 is just ⁇ if secured, the backup is done physically and / or cryptographically.
  • a physical security in the form of a wired, possibly additionally lent encapsulated, connection 9 between the devices 7 and 8 is shown.
  • Compound 9 may consist of a cable with plug ⁇ connectors to the devices 7 and 8, or from a male connector for direct coupling of the devices 7 and 8.
  • the signal transmission can be electrical or optical. But it is also a secure, ie encrypted ⁇ te radio link between the two devices 7 and 8 possible.
  • the key distribution is determined by the operator 6 angesto ⁇ SEN which requests to input means 10 to the control unit 8 of the key for the new user equipment. 7
  • Requirement may be associated with an authorization check, for which purpose, for example, a password can be queried or bio ⁇ metric data of the operator 6 can be detected.
  • an authorization check for which purpose, for example, a password can be queried or bio ⁇ metric data of the operator 6 can be detected.
  • the operating unit 8 interrogates, for example, the device number for identifying the new subscriber device 7 and transmitted for testing to the central device 4, where in a network management, the device numbers of the existing or to be added user equipment 1, 2, 3 and 7 are stored ⁇ chert.
  • FIG. 2 shows by way of example the sequence of the key assignment to the new subscriber device 7:
  • the authorization request may include information to the operating device 8 and towards the operator.
  • the security instance 5 After successful verification of the authorization request, the security instance 5 sends an authorization confirmation to the operating device 8.
  • the operating unit 8 is now demanding from the added sub ⁇ contractor gets 7 to a device identifier.
  • the subscriber device 7 to be added sends the device identifier to the operating device 8.
  • the operating device 8 forwards the device identifier to the security instance 5 and requests a key for the subscriber device 7 to be added.
  • the security authority 5 After successful verification of the device identifier, the security authority 5 sends the requested key to the operating device 8.
  • the operating device 8 forwards the key to the subscriber device 7 to be added.
  • the to add user terminal 7 logs in with the to ⁇ rejected key in the security instance 5 and requests access to the network.

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Abstract

In einem drahtlosen Sensor-Aktor-Netz erfolgt die Kommunikation symmetrisch verschlüsselt, wobei eine Sicherheitsinstanz (5) den Zugang zu dem Netz verwaltet und den Schlüssel vergibt. Um mit einfachen Mitteln eine sichere Schlüsselvergabe zu gewährleisten, wird der Schlüssel über ein Bediengerät (8) angefordert, das einerseits mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät (7) und andererseits drahtlos mit der Sicherheitsinstanz (5) kommuniziert; der Schlüssel wird verschlüsselt an das Bediengerät (8) und von dort gesichert, z. B. auf gekapseltem Übertragungsweg (9), an das hinzuzufügende Teilnehmergerät (7) übertragen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Vergabe eines Schlüssels an ein einem drahtlo¬ sen Sensor-Aktor-Netz neu hinzuzufügendes Teilnehmergerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergabe eines
Schlüssels an ein einem drahtlosen Sensor-Aktor-Netz neu hinzuzufügendes Teilnehmergerät, wobei die Kommunikation in dem Netz symmetrisch verschlüsselt erfolgt und eine Sicherheits- instanz den Zugang zu dem Netz verwaltet und den Schlüssel vergibt. Unter Sensor-Aktor-Netzen sind auch solche zu verstehen, die nur Sensoren als Teilnehmergerät enthalten.
Bei drahtlosen Sensor-Aktor-Netzen, die sehr lange und ohne Wartung laufen sollen, wird für die Kommunikation eine symmetrische Verschlüsselung eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass die Teilnehmergeräte (Sensoren und ggf. Aktoren) über sehr begrenzte Ressourcen verfügen und die eingesetzten Prozessoren wegen der geforderten geringen Stromaufnahme in Bezug auf die Rechenleistung leistungsschwach und langsam sind. Daher ist eine asymmetrische Verschlüsselung, die im Vergleich zur symmetrischen Verschlüsselung höheren Rechenaufwand benötigt und deutlich langsamer ist, nicht praktika¬ bel .
Bei der symmetrischen Verschlüsselung wird ein einziger
Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung verwendet. Daher muss der Schlüssel geheim gehalten werden und seine Vertei¬ lung an die Teilnehmergeräte auf sicherem Wege erfolgen. Wenn aber ein neues Teilnehmergerät beispielsweise von Fremdperso¬ nal in dem Netz installiert werden soll, besteht die Gefahr, dass der dazu benötigte Schlüssel missbraucht wird, indem er direkt oder zu einem späteren Zeitpunkt auf einem Stör- oder Abhörgerät programmiert wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine sichere Schlüsselvergabe zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art der Schlüssel über ein Bediengerät angefordert wird, das einerseits mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät und andererseits drahtlos mit der Sicherheitsinstanz kommuniziert, und dass der Schlüssel verschlüsselt an das Bediengerät übertragen und von dort ge¬ sichert an das neu hinzuzufügende Teilnehmergerät übertragen wird .
Das Bediengerät wird gegenüber der Sicherheitsinstanz durch die verschlüsselte Kommunikation autorisiert. Im einfachsten Fall kann das Bediengerät selbst und somit die es bedienende Person als vertrauenswürdig eingestuft werden. Die Berechti¬ gungsprüfung kann dadurch erweitert werden, dass an dem Bediengerät Mittel zur Identifikationsabfrage des Benutzers und/oder Mittel zur Identifikationsabfrage des neu hinzuzu¬ fügenden Teilnehmergeräts vorgesehen werden. Die Mittel zur Identifikationsabfrage des Benutzers können beispielsweise aus einer Tastatur zur Eingabe eines PIN-Codes, einer Lese¬ einheit für eine Smart Card oder einem Fingerprint- oder son¬ stigen biometrischen Sensor bestehen. Die Mittel zur Identifikationsabfrage des neu hinzuzufügenden Teilnehmergeräts können von diesem beispielsweise eine Gerätekennung abfragen. Die Ergebnisse der Identifikationsabfragen können direkt in dem Bediengerät geprüft werden. Vorzugsweise werden sie aber an die Sicherheitsinstanz übertragen und dort geprüft, bevor von dort der Schlüssel versandt wird.
Das Bediengerät kann drahtgebunden oder drahtlos, beispiels- weise mittels Funk- oder Infrarotsignalen, mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät kommunizieren, wobei zur Sicherung der Kommunikation der Übertragungsweg zwischen dem Bediengerät und dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät gekapselt sein kann und/oder die Kommunikation zwischen beiden Geräten verschlüsselt erfolgt. Die Kapselung kann beispielsweise aus einem von außen unzugänglichen Steckverbinder zwischen beiden Geräten bestehen. Für die Kommunikation zwischen dem Bediengerät und der Sicherheitsinstanz und ggf. dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät kann eine symmetrische oder asymmetrische Verschlüs¬ selung verwendet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, das der Schlüssel innerhalb des Netzes und gegenüber Zugriffen von außen geschützt verbleibt. Die Bedienperson stößt ledig¬ lich die Schlüsselvergabe an, erhält aber keinen Zugriff auf den Schlüssel.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen jeweils beispielhaft:
Figur 1 einen Ausschnitt aus einem Sensor-Aktor-Netz und Figur 2 ein Ablaufdiagramm für die Schlüsselvergabe. Figur 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung ein einen Ausschnitt aus einem drahtlosen Sensor-Aktor-Netz mit vier Teilnehmergeräten 1, 2, 3 und 4, von denen die Geräte 1, 2 und 3 Sensoren oder Aktoren, z. B. Prozessfeldgeräte, darstellen, die mit einem zentralen Gerät 4, z. B: einem Gate- way, per Funk kommunizieren. Die Kommunikation erfolgt symmetrisch verschlüsselt, wozu jedes der Teilnehmergeräte 1, 2 und 3 einen Schlüssel und das zentralen Gerät 4 in einer Si¬ cherheitsinstanz 5 jeweils denselben Schlüssel enthält. Die Schlüsselverwaltung erfolgt in der Sicherheitsinstanz 5.
Eine Bedienperson 6 soll nun ein neues Teilnehmergerät 7 in dem Netz installieren. Dazu muss das neue Teilnehmergerät 7 von der Sicherheitsinstanz 5 einen Schlüssel erhalten. Damit dieser Schlüssel der Bedienperson 6 nicht ausgehändigt werden muss, ist denkbar, das neue Teilnehmergerät 7 über eine sichere, z. B. drahtgebundene, ggf. gekapselte, Verbin¬ dung an das zentrale Gerät 4 anzuschließen und den Schlüssel direkt von der Sicherheitsinstanz 5 in das neue Teilnehmergerät 7 zu übertragen. Das zentrale Gerät 4 könnte zusätzlich mit einer Zugangskontrolle versehen sein. Entsprechend der Erfindung kann die Schlüsselzuweisung an jeder beliebigen Stelle in dem Netz, insbesondere am Einbauort des neuen Teilnehmergeräts 7, erfolgen. Dazu ist ein Bediengerät 8 (z. B. Handheld, PDA) vorgesehen, das einerseits mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät 7 und an- dererseits drahtlos, d. h. per Funk, mit dem zentralen Gerät bzw. der darin enthaltenen Sicherheitsinstanz 5 kommuniziert. Die drahtlose Kommunikation zwischen dem Bediengerät 8 und der Sicherheitsinstanz 5 erfolgt verschlüsselt, wobei ein symmetrisches oder asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren verwendet werden kann. Die Kommunikationsverbindung zwischen dem Bediengerät 8 und dem neuen Teilnehmergerät 7 ist eben¬ falls gesichert, wobei die Sicherung physisch und/oder kryp- tographisch erfolgt. Bei dem gezeigten Beispiel ist eine physische Sicherung in Form einer drahtgebundenen, ggf. zusätz- lieh gekapselten, Verbindung 9 zwischen den Geräten 7 und 8 dargestellt. Die Verbindung 9 kann aus einem Kabel mit Steck¬ verbindern zu den Geräten 7 und 8 oder aus einem Steckerverbinder zur unmittelbaren Kopplung der Geräte 7 und 8 bestehen. Die Signalübertragung kann elektrisch oder optisch er- folgen. Es ist aber auch eine gesicherte, d. h. verschlüssel¬ te Funkverbindung zwischen beiden Geräten 7 und 8 möglich. Die Schlüsselvergabe wird durch die Bedienperson 6 angesto¬ ßen, die dazu über Eingabemittel 10 an dem Bediengerät 8 den Schlüssel für das neue Teilnehmergerät 7 anfordert. Die
Anforderung kann mit einer Berechtigungsprüfung verbunden sein, wozu beispielsweise ein Passwort abgefragt oder bio¬ metrische Daten der Bedienperson 6 erfasst werden können. Je nach Sicherheitsanforderung oder Ausstattung des Bediengeräts 8 kann die Prüfung des eingegebenen Passworts oder der er- fassten biometrischen Daten in dem Bediengerät 8 oder der
Sicherheitsinstanz 5 erfolgen. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass das Bediengerät 8 zur Identifizierung des neuen Teilnehmergeräts 7 beispielsweise dessen Gerätenummer abfragt und zur Prüfung an das zentrale Gerät 4 übermittelt, wo in einer Netzwerkverwaltung die Gerätenummern der vorhandenen bzw. hinzuzufügenden Teilnehmergeräte 1, 2, 3 und 7 gespei¬ chert sind.
Figur 2 zeigt exemplarisch den Ablauf der Schlüsselvergabe an das neue Teilnehmergerät 7:
Auf eine Eingabe seitens der Bedienperson 6 hin sendet das Bediengerät 8 eine Autorisierungsanfrage an die Sicherheits¬ instanz 5. Die Autorisierungsanfrage kann Informationen zum Bediengerät 8 und zur Bedienperson 6 enthalten.
Nach erfolgreicher Prüfung der Autorisierungsanfrage sendet die Sicherheitsinstanz 5 eine Autorisierungsbestätigung an das Bediengerät 8.
Das Bediengerät 8 fordert nun von dem hinzuzufügenden Teil¬ nehmergerät 7 eine Gerätekennung an.
Das hinzuzufügende Teilnehmergerät 7 sendet die Gerätekennung an das Bediengerät 8.
Das Bediengerät 8 leitet die Gerätekennung an die Sicher- heitsinstanz 5 weiter und fordert für das hinzuzufügende Teilnehmergerät 7 einen Schlüssel an.
Nach erfolgreicher Prüfung der Gerätekennung sendet die Sicherheitsinstanz 5 den angeforderten Schlüssel an das Bedien- gerät 8.
Das Bediengerät 8 leitet den Schlüssel an das hinzuzufügende Teilnehmergerät 7 weiter. Das hinzuzufügende Teilnehmergerät 7 meldet sich mit dem zu¬ gewiesenen Schlüssel bei der Sicherheitsinstanz 5 an und fordert den Zugang zu dem Netz.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vergabe eines Schlüssels an ein einem draht¬ losen Sensor-Aktor-Netz neu hinzuzufügendes Teilnehmergerät (7), wobei die Kommunikation in dem Netz symmetrisch verschlüsselt erfolgt und eine Sicherheitsinstanz (5) den Zugang zu dem Netz verwaltet und den Schlüssel vergibt, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Schlüssel über ein Bediengerät (8) an¬ gefordert wird, das einerseits mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät (7) und andererseits drahtlos mit der Sicher¬ heitsinstanz (5) kommuniziert, und dass der Schlüssel ver¬ schlüsselt an das Bediengerät (8) übertragen und von dort ge¬ sichert an das neu hinzuzufügende Teilnehmergerät (7) über¬ tragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bediengerät (8) drahtgebunden mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät (7) kommuniziert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bediengerät (8) drahtlos mit dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät (7) kommuniziert.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsweg (9) für die Kommunikation zwischen dem Bediengerät (8) und dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät (7) gekapselt ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen dem Bedienge¬ rät (8) und dem neu hinzuzufügenden Teilnehmergerät (7) ver¬ schlüsselt erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bediengerät (8) Mittel (10) zur
Identifikationsabfrage einer Benutzerperson (6) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bediengerät (8) Mittel zur Identi¬ fikationsabfrage des neu hinzuzufügenden Teilnehmergeräts (7) aufweist .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Identifikationsabfrage an die Sicherheitsinstanz (5) übertragen und dort geprüft wird, bevor der Schüssel versandt wird.
PCT/EP2011/053558 2010-03-09 2011-03-09 Verfahren zur vergabe eines schlüssels an ein einem drahtlosen sensor-aktor-netz neu hinzuzufügendes teilnehmergerät WO2011110603A1 (de)

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