WO2012056049A1 - Lesegerät als elektronischer ausweis - Google Patents

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Moritz Horsch
Detlef HÜHNLEIN
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Authentisierung mittels verteilt vorliegender Authenisierungsdaten.

Description

Patentanmeldung
TITEL
Lesegerät als elektronischer Ausweis
[Beschreibung und Einleitung des allgemeinen Gebietes der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lesegerät mit kryptographischen Daten. Das Lesegerät kann ein oder mehrere Berechtigungsdokumente auslesen, Informationen speichern und ein oder mehrere Berechtigungsdokumente emulieren. Damit ist das Lesegerät als Berechtigungsdokument auch in einer gegenseitigen Au- thentisierung einsetzbar. Zusätzlich ist das Lesegerät in der Lage, mit Hilfe eines weiteren Computersystems verteilte Berechtigungsinformation zu erzeugen und somit Funktion eines anderen Computersystems oder Berechtigungsdokumente freizuschalten. Damit kann das Lesegerät einen spezielle Art Leser emulieren. [Stand der Technik]
In der DE 10 2005 043053 wird ein Firmenausweis von einem Handy gelesen. Der Nachteil bei dieser Erfindung ist, dass man pro Authentisierungsabfrage immer wieder die PIN eingeben muss. Das kann bei vielen aufeinanderfolgenden Authentifizierungen sehr zeitaufwändig sein.
In der DE 10 2009 001959 wurde ein Verfahren zur Authentisierung einer Chipkarte mit einem Mobilfunkgerät beschrieben, wobei mit einem Verfahren die Authentifizierungen über einen externen Anbieter durchgeführt wird. Das Verfahren hat den Nachteil, dass der Nutzer immer über ein Nutzercomputersystem verfügen muss, den er im mobilen Bereich oft nicht zur Verfügung hat.
Für die Signaturfunktion des neuen Personalausweises (nPA) sind spezielle Kar- tenleser (Cat-K) mit Display und Tastenfeld erforderlich. Dies erschwert den flächendeckenden Einsatz der Funktion und behindern die Schaffung einer einheitlichen und weitverbreiteten Infrastruktur für elektronische Signaturen.
[Aufgabe]
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
[Lösung der Aufgabe]
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Lesegerät, welches kryp- tographische Daten aufweist und diese weitergeben kann. Es kann dadurch ein Berechtigungsdokument emuliert werden. Für die Emulation werden kryptografi- sche Daten gespeichert und mit oder ohne Zusammenwirken des Benutzers oder eines ursprünglichen Berechtigungsdokumentes versendet, und somit eine gegenseitige Authentisierung erreicht. Die konkrete Durchführung der Authentisie- rung und der zugehörigen Vor- und Nachbereiten kann flexibel an den konkreten Anwendungsfall angepasst werden, und kann sowohl in bestehenden als auch in neuen Infrastrukturen stattfinden. Insbesondere kann eine Authentisierung auch verteilt im Zusammenspiel mehrerer Systeme gegenüber einem Weiteren durchgeführt werden. Das Lesegerät umfasst dabei eine oder mehrere Schnittstellen. Diese können kontaktlose Verbindungen wie Near Field Communication (NFC), Bluetooth, Wire- less Local Area Network (WLAN), Global System for Mobile Communications (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), Universal Mobile Telecommunica- tions System (UMTS), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT), Radio Frequency Identification (RFID) oder andere umfassen.
Die Schnittstellen können auch kontaktbehaftet sein und demnach kontaktbehaf- tete Chipkartenartenleser, kontaktbehaftete Netzwerkverbindungen und weitere Verbindungen umfassen.
Weitere mögliche Schnittstellen beinhalten akustische, optische und taktile Mechanismen.
Das Lesegerät umfasst damit insbesondere auch Mobilfunkgeräte, wie z.B. Handys, Personal Digital Assistant (PDA) und Smartphones, aber auch andere mobile Geräte wie Laptops oder spezialisierte Kleingeräte. Das Lesegerät kann kryptographische Protokolle wie Secure Sockets Layer (SSL), Transport Layer Security (TLS), Virtual Private Network (VPN), Transmission Control Protocol over Internet Protocol (TCP/IP) oder andere beinhalten.
Das Lesegerät kann kryptographische Daten enthalten, senden oder empfangen, die eine Authentisierung bewirken. Die kryptographischen Daten umfassen kryp- tographische Schlüssel, kryptographische Signaturen und Persönliche Identifikationsnummer (PIN) bzw. Geheimzahlen oder Transaktionsnummern (TAN).
Das Lesegerät kann kryptographische Verarbeitungsalgorithmen enthalten, um kryptographische Daten zu verarbeiten oder gesicherte Verbindungen aufzubauen oder Authentisierungen bzw. Authentifizierungen durchzuführen.
Weiterhin kann das Lesegerät eine wiederholte Authentisierung ohne Benutzereingabe ermöglichen.
Die kryptographisch gesicherte Verbindung entspricht einem Verfahren, dass vom Berechtigungsdokument oder einem externen Dienst unterstützt wird. Entsprechende kryptographische Verfahren umfassen unter anderem Password Authenti- cated Connection Establishment (PACE), Basic Access Control (BAC), Extended Access Control (EAC), SSL oder TLS.
Die Authentisierung erfolgt gegenüber externen Diensten und/oder gegenüber Berechtigungsdokumenten. Die Authentisierung kann gegenseitig sein, d.h. mehrere beteiligte Parteien untereinander authentisieren. Die Kommunikation erfolgt über die vorhandenen Schnittstellen des Lesegerätes, vorzugsweise über kontaktlose Verbindungen.
Die externen Dienste umfassen Server, Software-Applikationen, Zugangsbeschränkungssysteme und andere Systeme. Das Berechtigungsdokument umfasst eine Karte wie z.B. Reisepass, Personalausweis, Gesundheitskarte, Mensakarte, Bibliotheksausweis, Firmenausweis, Ski- pass, Schwimmbäder, Mitgliedskarten, Kreditkarte, Bankkarte, Schlüsselkarten oder Autoschlüssel. Möglich sind aber unter anderem auch emulierte Karten, USB-Tokens, Hardware Security Module (HSMs) oder nicht körperliche Credenti- als wie geheime Schlüssel oder Passworte. Das Berechtigungsdokument weist einen MikroController zum Senden und / oder Empfangen von Daten auf.
Das Lesegerät kann eine Vorrichtung enthalten, die einen Benutzer erkennt. Das ist unter anderem durch Auswertung von Daten eines optischen Sensors (z.B. Kamera), Bewegungsanalyse, Stimmerkennung, GPS-Daten oder durch RFID- Kopplung (Lesegerät überprüft in Abständen, ob ein bestimmter RFID- Transponder in der Nähe ist) möglich. Die gespeicherten kryptographischen Daten können teilweise oder ganz gesperrt oder gelöscht werden, wenn ein Benutzerwechsel erkannt wurde, der zugeordnete Benutzer eine voreingestellte Zeit lang nicht erkannt wurde oder andere voreingestellte Bedingungen (wie z.B. Überschreitung einer globalen Zeitschranke oder Verlassen eines Ortes) eintritt. Die kryptographischen Daten können möglicher- weise durch geeignete Maßnahmen wieder freigeschaltet bzw. hergestellt werden.
Die kryptographischen Daten werden in das Lesegerät als Modul eingebaut. Das Modul ist als Baugruppe ausgeführt. Das Modul umfasst einen Mikrokontroller mit Software oder nur eine Software oder eine Netzwerkverbindung oder eine Kombi- nation dieser. Im Lesegerät können zusätzliche kryptographische Daten (Authentisierungstoken oder Credential) im Lesegerät gespeichert werden. Durch das Authentisierungstoken oder Credential ist es dem Lesegerät möglich, Authentisierungen vorzuneh- men.
Am Authentifizierungsverfahren sind die 5 in Abbildung 2 gezeigten Parteien beteiligt, wobei die Parteien 1 und 5 optional sind. Insbesondere können die Parteien 1 und 3 sowie 4 und 5 in jeweils einem System vereinigt sein oder in weitere Un- tersysteme aufgeteilt sein:
1 . Berechtigungsdokument: Ein oder mehrere Berechtigungsdokumente. 201
2. Nutzer: Die Partei, die eine Authentisierung gegenüber dem Zielsystem anstrebt. Für gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise, eine Person. 202
3. Lesegerät: Ein mobiles Endgerät mit dessen Hilfe sich der Nutzer am Ziel- System authentifiziert. 203
4. Zielsystem: Die Partei, der gegenüber der Nutzer eine Authentisierung anstrebt, für gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise, eine Apparatur oder ein Dienst. 204
5. Hilfssystem: Eine Partei, welche die Authentifizierung des Nutzers gegen- über dem Zielsystem unterstützt. Für gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise, ist das Hilfssystem an das Zielsystem gekoppelt. Für gewöhnlich aber nicht notwendigerweise ist es ein Dienst. 205 Das Authentifizierungsverfahren gegenüber externen Diensten erfolgt in den folgenden in Abbildung 3 gezeigten 4 Phasen, wobei die Phasen 1 und 2 optional sind:
1 . Init: Aufbringen eines Authentisierungstoken, Credential oder anderer Hilfs- funktionen auf dem Lesegerät. 21 1
2. Binding: Kontinuierliche Nutzerauthentifizierung am Lesegerät. 212
3. Trigger: Anstoßen der Authentisierung gegenüber dem externen Dienst.
213
4. Authentisierung: Durchführung und Freischaltung oder Verweigerung der Authentisierung. 214
Der Zweck der Phase Init 21 1 ist das Abspeichern von personalisierten kryptographischen Daten auf dem Lesegerät, wie beispielsweise in Form eines Au- thentisierungstokens. Diese Phase dient der Initialisierung, vorzugsweiser vieler Authentisierungen, gegenüber dem Zielsystem, und kann im Laufe der Benutzung des Lesegerätes wiederholt werden, um die Initialisierung aufzufrischen. Die Durchführung dieser Phase richtet sich nach den Anforderungen der anderen beteiligten Parteien, und ist somit optional. Es ist insbesondere auch möglich, dass die personalisierten kryptographischen Daten bereits in dem Lesegerät integriert sind. Abbildung 4 zeigt das Auslesen eines Authentisierungstokens von einem vorhandenen Berechtigungsdokument. Abbildung 5 zeigt das Abholen eines Authentisierungstokens vom Zielsystem. Abbildung 6 zeigt die Übermittlung eines Authentisierungstokens an das Zielsystem. Der Zweck der Phase Binding 212 ist die kontinuierliche Authentisierung des Nutzers am Lesegerät. Hierdurch kann das Lesegerät Authentisierungen gegenüber dem Zielsystem ohne Benutzerinteraktion durchführen. Die kontinuierliche Authentisierung kann auch durch eine wiederholte Authentisierung an diskreten Zeit- punkten simuliert werden. Die Erlaubnis des Nutzers zur kontinuierlichen Authentisierung durch das Lesegerät kann durch definierte Ereignisse verfallen und muss dann erneuert werden. Insbesondere ist die Anzahl der Erlaubnis-kontinuierliche- Authentisierung-Zyklen zunächst nicht festgelegt und kann auch bei Null liegen. Es können auch äußere Einflüsse dazu führen, dass die Erlaubnis des Nutzers oder die kontinuierliche Authentisierung enden. Abbildung 7 zeigt zwei Erlaubnis- kontinuierliche-Authentisierung-Zyklen.
Der Zweck der Phase Trigger 213 ist das Anstoßen der Authentisierung am Zielsystem. Das Anstoßen kann eine aktive Handlung des Nutzers erfordern wie bei- spielsweise die Betätigung einer Taste am Lesegerät oder am Zielsystem. Der Anstoß kann aber auch aus Sicht des Nutzers passiv erfolgen, beispielsweise durch einfache Annäherung an das Zielsystem. Auch andere Mechanismen, wie z.B. zeitabhängige Anstöße sind möglich. Insbesondere kann der Anstoß auch durch das Zielsystem erfolgen, durch andere Parteien des Systems oder Außen- stehende. Weiterhin es ist möglich kombinierte Anstöße möglicherweise verschiedenen Ursprungs zu kombinieren, um die Authentisierung zu starten. Abbildung 8 zeigt eine Auswahl von verschiedenen möglichen Triggern 701 - 706. Andere Trigger sind ebenso möglich. Der Zweck der Phase Authentisierung 214 ist die Durchführung der eigentlichen Authentisierung des Nutzers am Zielsystem, möglicherweise unter Mitwirkung des Hilfssystems oder weiterer Beteiligter. Das Lesegerät kann flexibel an die durch die Infrastruktur vorgegebenen Authentisierungsmechanismen angepasst werden. Dies kann sowohl für bestehende als auch für neue Infrastrukturen geschehen. Die Authentisierung kann nutzerzentriert stattfinden, dies bedeutet der erste Schritt zur Authentisierung kommt vom Nutzer oder dem Lesegerät. Die Authentisierung kann auch zielsystemzentriert stattfinden, wobei das Zielsystem oder das Hilfssystem den ersten Schritt der Authentisierung durchführt. Andere Konstellati- onen sind ebenfalls denkbar. Abbildung 9 zeigt eine nutzerzentrierte Authentisierung. Abbildung 10 zeigt eine zielsystemzentrierte Authentisierung.
Eine Authentisierung kann auch durch verteilte kryptographische Daten erzeugt werden. Hierbei erzeugen mindestens zwei verschiedene Computersysteme eine verteile Berechtigungsinformation und führen damit ein kryptographisches Verfahren auf einem Token aus.
Das erste Computersystem umfasst dabei mehrere Schnittstellen. Die erste Schnittstelle kann kontaktbehaftet oder eine kontaktlose Verbindung sein. Die kontaktlose Verbindung kann insbesondere nach dem Near Field Communication Standard und/oder dem Standard ISO/IEC 14443 ausgebildet sein. Damit kann das erste Computersystem das zuvor beschriebene Lesegerät sein, aber auch ein PC, ein Netzwerk oder ein anderes Gerät. Die zweite Schnittstelle kann kontaktbehaftet oder eine kontaktlose Verbindung sein und ist bevorzugt zu einem Computer-Netzwerk oder einem Computer ausgebildet. Dafür können Protokolle wie Secure Sockets Layer(SSL), Transport Layer Security (TLS), Virtual Private Network (VPN), IPSec oder andere eingesetzt werden. Die Verbindung ist auch über die erste Schnittstelle möglich.
Das zweite Computersystem umfasst mindestens eine Schnittstelle. Die Schnittstelle kann kontaktbehaftet oder eine kontaktlose Verbindung sein. Das Token umfasst mindestens eine Schnittstelle. Die Schnittstelle kann kontaktbehaftet oder eine kontaktlose Verbindung sein. Die Verbindung kann insbesondere nach dem Near Field Communication Standard und/oder dem Standard ISO/IEC 14443 aus-gebildet sein. Damit kann das Token das zuvor beschriebene Berechtigungsdokument sein, aber auch ein Computersystem, ein Netzwerk oder ein anderes Gerät.
Das erste Computersystem kann zusätzlich Verarbeitungsalgorithmen enthalten, um mit kryptographischen Daten gesicherte Verbindungen aufbauen zu können. Das erste Computersystem ist damit in der Lage zu einem Token oder anderen Systemen eine Verbindung aufzubauen, die auch kryptographisch gesichert und durch weitere Komponenten vermittelt sein kann.
Das zweite Computersystem kann zusätzlich Verarbeitungsalgorithmen enthalten, um mit kryptographischen Daten gesicherte Verbindungen aufbauen zu können. Das zweite Computersystem ist damit in der Lage zu einem Token oder anderen Systemen eine Verbindung aufzubauen, die auch kryptographisch gesichert und durch weitere Komponenten vermittelt sein kann.
Die Kommunikation zwischen dem zweiten Computersystem und dem Token er- folgt vorzugsweise über das erste Computersystem, kann aber auch anderweitig erfolgen
Die Verarbeitungsalgorithmen des ersten und zweiten Computersystems erlauben das verteile Erzeugen von Berechtigungsinformation. Die Berechtigungsinformati- on kann von dem Token überprüft werden und mindestens ein Verfahren auf dem Token kann nur per gültiger Berechtigungsinformation durchgeführt werden.
Insbesondere ist es möglich, dass bestimmte Teile der Berechtigungsinformationen für sich genommen keinen Informationsgehalt haben, und auch das erste Computersystem und das zweite Computersystem nach dem Zusammenfügen dieser Informationsteile daraus keine zusätzlichen Informationen gewinnen können.
Das erste Computersystem umfasst vorzugsweise Bestandteile zur Benutzerinter- aktion wie ein Display und eine Eingabe für Zeichen.
Das Token umfasst eine Karte wie z.B. Reisepass, Personalausweis, Gesundheitskarte, Mensakarte, Bibliotheksausweis, Firmenausweis, Skipass, Schwimmbäder, Mitgliedskarten, Kreditkarte, Bankkarte, Schlüsselkarten oder Autoschlüs- sei. Das Token weist einen MikroController zum Senden und / oder Empfangen von Daten auf.
Für das verteile Erzeugen von Berechtigungsinformation können Eingaben des Benutzers erforderlich sein. Das Verfahren kann aber auch ohne Benutzerinteraktion ausgeführt werden.
[Ausführungsbeispiele] Ein Personalausweis wird mit einem NFC-fähigen Smartphone zusammengeführt. Die NFC Schnittstelle ermöglicht eine kontaktlose Verbindung zum Personalausweis und durch kryptographische Verfahren kann eine Authentisierung durchgeführt sowie ein Authentisierungstoken erstellt werden. Damit liegen die Voraussetzungen vor, um mehrere Anträge bei einer Behörde elektronisch einzureichen. Das Handy führt pro Antrag eine Autorisierung durch, ohne dass eine erneute PIN-Eingabe durch den Nutzer erforderlich ist. Dadurch wird pro Antrag ein elektronischer Identitätsnachweis (elD) ermöglicht.
Eine Bankkarte für mehrere Finanztransfers wird an eine an ein PDA angeschlos- senen Chipkartenleser gehalten. Durch die Verbindung wird eine Kommunikation zur Bankkarte aufgebaut und durch kryptographische Funktionen eine Authentisierung durchgeführt und Teile der kryptographischen Daten gespeichert. Damit sind die Vorraussetzungen gegeben, um mehrere Finanztransfers mobil allein mit dem PDA durchzuführen. Ein Bürger möchte mit dem neuen Personalausweis (nPA) eine elektronische Signatur erstellen. Dazu ist ein spezieller Leser der Kategorie Cat-K notwendig. Der Bürger bringt seinen nPA mit seinem NFC-fähigen Smartphone zusammen. Das Smartphone berechnet zusammen mit einem Authentisierungsserver die erforder- liehe Authentisierung und emuliert so einen Cat-K-Leser. Der Bürger kann nun mit seinem Smartphone und dem nPA eine elektronische Signatur erzeugen.
Beispiele zu Verfahren zur Authentisierung: Abbildung 4 zeigt das Auslesen eines Authentisierungstokens von einem Berechtigungsdokument. Der Benutzer stößt das Auslesen am Lesegerät an 301 . Daraufhin baut das Lesegerät eine kryptographisch gesicherte Verbindung mit dem Berechtigungstoken auf 302 und erhält das Authentisierungstoken 303. Abbildung 5 zeigt das Anfordern eines Authentisierungstoken vom Zielsystem. Der Benutzer stößt das Auslesen am Lesegerät an 401 . Daraufhin baut das Lesegerät eine kryptographisch gesicherte Verbindung mit dem Zielsystem auf 402 und erhält das Authentisierungstoken 403. Abbildung 6 zeigt das Versenden eines Authentisierungstoken an das Zielsystem. Der Benutzer stößt den Versand am Lesegerät an 501 . Daraufhin baut das Lesegerät eine kryptographisch gesicherte Verbindung mit dem Zielsystem auf und versendet das Authentisierungstoken 502. Abbildung 7 zeigt die kontinuierliche Authentisierung des Nutzers am Lesegerät. Der Benutzer erlaubt dem Lesegerät die kontinuierliche Authentisierung unter Nachweis der eigenen Identität mit kryptographischen Mitteln 601 . Daraufhin beginnt das Lesegerät mit der kontinuierlichen Authentisierung mittels geeigneter Verfahren 602. Die kontinuierliche Authentisierung endet durch definierte Umstände. Darauf wiederholt sich der Vorgang erneut 603, 604. Dies kann noch mehrfach wiederholt werden.
Abbildung 8 zeigt die verschiedenen Triggermechanismen zum Auslösen der Authentisierung:
• Eingabe des Nutzers am Lesegerät, beispielsweise durch drücken einer Taste auf einem Smartphone 701 .
• Eingabe des Nutzers am Zielsystem beispielsweise durch Betätigung einer Taste an einem Fahrzeug, das der Nutzer fahren möchte 702.
• Annäherung des Lesegerätes an das Zielsystem, beispielsweise an ein Computersystem in das sich der Nutzer einloggen möchte 703.
• Annäherung des Nutzers an das Zielsystem, beispielsweise an eine Tür, die der Nutzeröffnen möchte 704.
• Annäherung des Berechtigungstokens an das Lesegerät (in diesem Fall z.B. ein Smartphone), beispielsweise um mit dem Smartphone Zugang zu einem lokalen kabellosen Computernetz zu erhalten 705.
• Annäherung des Berechtigungstokens an das Zielsystem, beispielsweise um einen elektronischen Bezahlvorgang auszulösen 706. Abbildung 9 zeigt eine nutzerzentrierte Authentisierung. Das Lesegerät startet die Authentisierung durch Versenden entsprechender Daten an das Zielsystem, beispielsweise eine Tür die der Nutzer öffnen möchte 801 . Daraufhin startet das Zielsystem eine Anfrage an das Hilfssystem, um die Authentisierung durchzuführen 802. Das Hilfssystem antwortet dem Zielsystem gemäß seiner Prüfung 803. Im Falle einer erfolgreichen Authentisierung reagiert das Zielsystem angemessen, beispielsweise durch Öffnen der Tür.
Abbildung 10 zeigt eine zielsystemzentrierte Authentisierung. Das Zielsystem, hier beispielsweise eine Tür, sendet Attribute mit denen es identifiziert werden kann an das Lesegerät, und startet damit die Authentisierung 901 . Daraufhin startet das Lesegerät eine Anfrage an das Hilfssystem, um die Authentisierung durchzuführen 902. Das Hilfssystem antwortet gemäß seiner Prüfung an das Zielsystem 903. Im Falle einer erfolgreichen Authentisierung reagiert das Zielsystem angemessen, beispielsweise durch Öffnen der Tür.
Beispiele zur verteilten Berechtigungsinformation:
Abbildung 1 zeigt die Freischaltung einer geschützten Funktion auf einem Token 103 mittels verteilter kryptographischer Daten, wobei die Kommunikation zwischen zweitem Computersystem 104 und Token 103 über das erste Computersystem 102 verläuft. Als konkretes Beispiel kann hier die Signaturerzeugung mit dem neuen Personalausweis (nPA) (Token, 103) mittels einem NFC-fähigen Mobilfunktelefon (erstes Computersystem, 102) und einem Authentisierungsserver (zweites Computersystem, 104) herangezogen werden, wie sie weiter oben beschrieben wurde.
Die Schritte 105 bis 1 1 1 zeigen die beim nPA 103 notwendige Ausführung der Protokolle PACE und EAC gemäß TR-031 10 des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik mit seinen Teilprotokollen Terminal Authentication (TA) und Chip Authentication (CA) unter Mitwirkung des Nutzers 101 . Dies kann bei anderen Computersystemen 102, 104 und/oder anderen Tokens 103 anderweitig realisiert werden, oder sogar ganz entfallen.
Während das Mobiltelefon 102 und der Authentisierungsserver 104 bei der Erzeugung des frischen EAC Schlüsselpaares zusammenarbeiten, wird die für die TA notwendige Authentisierung allein vom Authentisierungsserver 104 erzeugt. Die sichere Eingabe und kryptographische Aufbereitung der Signatur-PIN wird dann durch ein verteilt ablaufendes kryptographisches Protokoll realisiert, welches im Folgenden genauer erläutert wird.
Die Protokollschritte 1 12/1 13 können im Allgemeinen mit den Protokollschritten 1 14/1 15 in zeitlicher Reihenfolge vermischt oder vertauscht werden.
Im Schritt 1 12 wird der Nutzer 101 vom ersten Computersystem 102 zur Eingabe von Freigabeinformationen aufgefordert, beispielsweise zur Eingabe der speziellen Signatur-Teil-PIN für die Freischaltung der Signaturfunktion des nPA im verteilten Verfahren. Im Schritt 1 13 stellt der Nutzer 101 diese Informationen bereit.
Im Schritt 1 14 kann das zweite Computersystem vorbereitende Informationen an das erste Computersystem senden. Beispielsweise kann der Authentifizierungs- Server kryptographische Informationen bezüglich der Ende-zu-Ende Verbindung zwischen dem Authentifizierungsserver und dem nPA an das Mobiltelefon senden, sofern diese nicht schon während des Ablaufs der PACE und EAC Protokolle ausgetauscht wurden. In Schritt 1 15 sendet das zweite Computersystem seinen Teil der verteilten Berechtigungsdaten an das erste Computersystem. Im eingeführten Beispiel sendet der Authentifizierungsserver seinen Teil der Signatur-PIN an das Mobiltelefon. Diese Daten sind so geschützt, dass das Mobiltelefon diese nicht entschlüsseln kann.
Das Mobiltelefon kann diese verschlüsselten Daten aber mit der vom Nutzer erhaltenen Teil-PIN zur der für den EAC-Kanal (zum nPA) korrekt verschlüsselten Signatur-PIN kombinieren. Das Mobiltelefon kann die Signatur-PIN aber nicht entschlüsseln, da es den Schlüssel für den EAC Kanal nicht kennt. Der Authentisie- rungsserver kann die Signatur-PIN nicht lernen, da er den PIN-Teil des Nutzers vom Mobiltelefon nicht erhält.
In Schritt 1 16 sendet das erste Computersystem die verteilt berechnete Berechtigungsinformation, möglicherweise zusammen mit weiteren Informationen, an das Token. Im Beispiel sendet das Mobiltelefon die für den EAC-Kanal verschlüsselte Signatur-PIN und das zu signierende Dokument an den nPA.
In Schritt 1 17 erfolgt optional das Senden von Informationen vom Token zum ers- ten Computersystem. Danach können weitere, möglicherweise verschlüsselte, Kommunikationsschritte zwischen den Parteien erfolgen. Im Falle der Signaturerzeugung sendet der nPA die erzeugte Signatur zurück an das Mobiltelefon (über das der EAC Kanal geht), welches diese in weiteren Schritten dem Nutzer in Klartextform zur Verfügung stellt.
Eine Variante besteht darin, statt des Computersystemes 104 mehrere Computersysteme (z.b. 3 Stück 104.1 , 104.2, 104.3) bereitzustellen, wobei dann nur eine Teilmenge dieser (z.B. 2 Stück) in beliebiger Kombination (z.B. 104.1 und 104.2) an der verteilten Berechnung teilnehmen. Die konkrete Kombination kann bei je- der Berechnung frei und neu gewählt werden. Die Schritte 1 14 und 1 15 werden dann zwischen den Computersystemen 102, 104.1 und 1 04.2 durch geführt.
Es ist anzumerken, dass in diesem Beispiel alle an der verteilten Berechnung des Authentisierungstokens beteiligten Parteien auch an der Übermittlung des Authen- tisierungstokens zur Gegenstelle teilnehmen. Das muss nicht so sein, siehe nächstes Beispiel.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe Abbildung 1 1 ) wird das Auslösen der Signaturfunktion des neuen Personalausweises (nPA, 1 102) durch Simulation eines Komfort-Kartenlesers unter Beteiligung eines PCs mit angeschlossenem einfachen Lesegerät (1 103) durchgeführt. Im Gegensatz zum zuvor aufgeführten Beispiel ist aber nun neben dem Authentisierungsserver (uldP, 1 104) noch das Trustcenter (TC, 1 105) beteiligt, und der Benutzer (1 101 ) hat außerdem Zugriff auf ein Mobiltelefon. Ein weiterer Unterschied zum vorhergehenden Beispiel be- steht darin, dass nicht mehr alle an der verteilten Berechnung des Authentisie- rungstokens beteiligten Parteien auch an der Übermittlung des Authentisie- rungstokens an den nPA (1 102) beteiligt sind.
Für die Nutzung der Signaturfunktion (eSign) des neuen Personalausweis (nPA, 1 102) ist ein sogenannter Komfort-Kartenleser (Cat-K) erforderlich. Gemäß Spezifikation muss ein Komfort-Kartenleser unter anderem über ein Display, Tastenfeld, sicheren Schlüsselspeicher und ein eigenes Berechtigungszertifikat verfügen. Diese Anforderungen resultieren in einer geringen Verbreitung und hohem Anschaffungspreis der Geräte.
Wir stellen in diesem Beispiel ein Verfahren vor, dass eine Signatur-Erzeugung mit herkömmlichen Kartenlesern ermöglicht. Dabei wird durch eine Aufteilung und Verteilung des Verfahrenen und der erforderlichen Berechnung eine Signatur- Erzeugung durch Simulation eines Komfort-Kartenleser möglich.
Bei der verteilten Freischaltung von Signaturen wird vom Benutzer (1 101 ) nicht die herkömmliche Signatur-PIN zum Freischalten verwendet, sondern indizierte Ein- mal-PINs (iPIN) wie von indizierten TAN-Listen bekannt, was ein Aufzeichnen durch Schadsoftware ungefährlich macht. In einer initialen Phase werden 3 iPIN Listen erzeugt. Ein der Listen geht an den Benutzer (1 101 ), eine andere an den uldP (1 104) und die dritte an das TC (1 105).
Im Folgenden wird das Verfahren beschrieben. Die einzelnen Schritte sind in Ab- bildung 1 1 verdeutlicht. Die ersten beiden Schritte (PACE, 1 106 und EAC, 1 107) sind notwendige Standardschritte im Umgang mit dem nPA (1 102) und dienen nur dazu einen Kommunikationskanal zum nPA (1 102) zu öffnen. Erst dann kann mit der eigentlichen Freischaltung und Erzeugung der Signatur begonnen werden. 1 106: Im ersten Schritt wird das PACE Protokoll (1 106) zwischen nPA (1 102) und PC (1 103) zur Absicherung der kontaktlosen Schnittstelle ausgeführt.
1 107: Es folgt die Durchführung des EAC Protokolls zwischen nPA (1 102) und uldP (1 104). Nach Protokollabschluss ist ein sicherer Kanal zwischen nPA (1 102) und uldP (1 104) aufgebaut.
1 108: Der uldP (1 104) nimmt jetzt eine Aufteilung des zum sicheren Kanal gehörenden Schlüsselmaterials in die Teile k-i , k2 und k3 vor. 1 109: Der Teil ki wird an den PC (1 104), der Teil k3 wird an das TC (1 105) übergeben.
1 1 10: Auf dem PC (1 103) wählt der Benutzer (1 101 ) das zu signierende Dokument m aus. Das Computerprogramm auf dem PC berechnet eine Prüfsumme h(m) des Dokuments m und übersendet diesen an den uldP (1 104). 1 1 1 1 : Der uldP (1 104) verschlüsselt die Prüfsumme h(m) mit dem Verschlüsselungsschlüssel des EAC Kanals zu einer Nachricht CHash- 1 1 12: Die Nachricht wird zusammen mit den Integritätsschlüssel KMAC des EAC Kanals an den PC (1 103) übermittelt.
1 1 13: Der uldP (1 104) übermittelt einen Index i und die Prüfsumme h(m) zur Verifizierung an das mobile Endgerät des Nutzers (1 101 ). Des Weiteren wird der In- dex i ebenfalls an das TC (1 105) gesendet.
1 1 14: Der Benutzer (1 101 ) verifiziert die Prüfsumme h(m) durch Abgleich der Anzeigen auf PC (1 103) und Handy. 1 1 15: Anhand des Index i wählt der Benutzer (1 101 ) eine iPIN Su von seiner Liste und gibt diese auf dem PC (1 103) ein. Anhand es Index i wählt auch der uldP (1 104) seine iPIN S2,i und das TC (1 105) seine iPIN S3j.
1 1 16: Es folgt eine verteilte Berechnung zwischen PC (1 103), uldP (1 104) und TC (1 105). Dabei berechnet jeder Teilnehmer einen Chiffretext q auf seinem Schlüsselteil kj und seiner iPIN Sjj.
1 1 17: Der uldP (1 104) überträgt seinen Chiffretext c2 an den PC (1 103). 1 1 18: Der PC (1 103) setzt Ci und C2 zusammen und erhält das Datenpaket CPIN, welches die für den EAC-Kanal verschlüsselte Signatur-PIN erhält.
1 1 19: Der PC sendet die Datenpakete CPIN und CHASH an den nPA.
1 120: Der nPA (1 102) entschlüsselt die Datenpakete und erstellt nach erfolgreicher Verifizierung der Signatur-PIN die Signatur sig, welche er zu cSig verschlüsselt. 1 121 : Der nPA (1 102) versendet cSig an den PC (1 103).
1 122: Der PC (1 103) leitet cSig zusammen mit der Prüfsumme h(m) und seinem Schlüssel-Teil ki an das TC (1 105) weiter. 1 123: Das TC (1 105) setzt die Schlüssel-Teile ki und k3 zusammen und erhält den EAC- Verschlüsselungsschlüssel und verifiziert die Signatur.
1 124: Nach Erfolgreicher Signaturprüfung wird die Signatur vom TC (1 105) an den PC (1 103) übergeben.
Man beachte, dass außer dem nPA (1 102) keine der Parteien den Klartext der Signatur-PIN kennt. Der Benutzer (1 101 ) kennt weder die verschlüsselte Signatur- PIN CPIN noch den EAC-Verschlüsselungsschlüssel. Der PC (1 103) kennt die verschlüsselte Signatur-PIN CPIN, hat aber den EAC-Verschlüsselungsschlüssel nicht. Der uldP (1 104) und das TC (1 105) kennen den EAC- Verschlüsselungsschlüssel, haben aber die verschlüsselte Signatur-PIN CPIN nicht.
5 Neben der hier gezeigten Kommunikation ist es zusätzlich möglich, dass alle Parteien (insbesondere erstes Computersystem und Nutzer) zu jeder Zeit weitere Informationen austauschen, um die gezeigten Schritte ausführen zu können.
Verteilte kryptographische Authentisierungsdaten sind dadurch charakterisiert, 10 dass sie auf mehrere Parteien aufgeteilt sind und einzeln nicht für eine Authenti- sierung verwendet werden können. In einem verteilten Berechnungsverfahren kann aus den verteilten Authentisierungsdaten eine Authentisierungstoken erzeugt werden, mit welchem dann eine Authentisierung durchgeführt werden kann. Die Verteilung erfolgt auf mindestens zwei Teilnehmer oder mindestens zwei Pari s teien, erlaubt aber beliebig viele weitere, z.B. mehr als 1000. Verteilte kryptographische Authentisierungsdaten entstehen beispielsweise durch eine Zerlegung eines privaten kryptographischen Schlüssels, einer Zahl, einer PIN oder eines Passwortes in mehrere einzelne Teile. Das Erzeugen der verteilen kryptographischen Authentisierungsdaten erfolgt zentral oder verteilt (bei den einzel- 20 nen Parteien). Die Daten müssen aber für die weiteren Schritte bei allen Kommunikationsteilnehmern oder Parteien vorliegen. Durch die Teilberechnungen der einzelnen Kommunikationsteilnehmer oder Parteien mit ihren Authentisierungsdaten ist das Erzeugen eines Authentisierungstokens möglich, so dass eine Authentisierung durchgeführt werden kann, ohne dass einzelne Teilnehmer Informatio- 25 nen über das Authentisierungstoken erlangen. Das aus verteilten kryptographischen Authentisierungsdaten berechnete Autonsierungstoken ist von dem aus nicht-verteilten kryptographischen Authentisierungsdaten ermittelten Autorisierungstoken nicht zu unterscheiden, d.h. es ist gleich. Das hat den besonderen Vorteil, das nur geringe Änderungen in der Software der Parteien notwendig sind. Es ist dadurch sogar möglich, dass die Software der Berechtigungsdokumente nicht geändert werden muss.
[Abbildungslegenden und Bezugszeichenliste]
Abbildung 1 : Verteilte Erzeugung von Berechtigungsinformationen
Abbildung 2: Parteien
Abbildung 3: Phasen
Abbildung 4: Auslesen eines Authentisierungstokens
Abbildung 5: Anfordern eines Authentisierungstoken
Abbildung 6: Übermittlung eines Authentisierungstoken
Abbildung 7: Kontinuierliche Authentisierung
Abbildung 8: Trigger
Abbildung 9: Nutzerzentrierte Authentisierung
Abbildung 10: Zielsystemzentrierte Authentisierung
101 Nutzer
102 Erstes Computersystem
103 Token
104 Zweites Computersystem
105 Eingabeaufforderung z.B. für PIN
106 Freigabe 107 Authentifizierung
108 Attributspezifizierung
109 Authentifizierung
1 10 Attributspezifizierung
1 1 1 Authentifizierung
1 12 Eingabeaufforderung z.B. für PIN
1 13 Freigabe
14 Attributspezifizierung
1 15 Attribute
6 Attribute
1 17 Attribute
201 : Berechtigungsdokument
202: Nutzer
203: Lesegerät
204: Zielsystem
205: Hilfssystem
21 1 : Phase 1 - Init
212: Phase 2 - Binding
213: Phase 3 - Trigger
214: Phase 4 - Authentisierung
301 : Aufforderung + Attribute
302: Auslesewunsch und Attribute
303: Authentisierungstoken
401 : Aufforderung + Attribute 402: Auslesewunsch und Attribute 403: Authentisierungstoken
501 : Aufforderung + Attribute 502: Authentisierungstoken
601 : Erlaubnis
602: Kontinuierliche Authentisierung 603: Erlaubnis
604: Kontinuierliche Authentisierung
701 : Eingabe
702: Eingabe
703: Annäherung
704: Annäherung
705: Annäherung
706: Annäherung
801 : Attribute
802: Anfrage
803: Ergebnis
901 : Attribute
902: Anfrage
903: Ergebnis

Claims

[Ansprüche]
1 . Verfahren zur Erzeugung eines Authentisierungstokens dadurch gekennzeichnet dass mittels verteilter kryptographischer Authentisierungsdaten ein kryp- tographisches Verfahren zur Authentisierung ausgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass es zur wiederholten Authentisierung eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet dass es zur kontinuierlichen Authentisierung eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet dass keine der an der verteilten Berechnung des Authentisierungstokens beteiligten
Parteien weder vor, noch während, noch nach der Zusammensetzung und Übertragung des kombinierten Authentisierungstokens Kenntnis oder Zugriff auf das Authentisierungstoken hat.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet dass keine an der verteilten Berechnung des Authentisierungstokens beteiligte Partei alleine über zur Berechnung des Authentisierungstokens hinreichende Informationen verfügt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet dass, mindestens zwei Parteien die Ermittlung des Autorisierungstokens durchführen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet dass, das aus verteilten kryptographischen Authentisierungsdaten berechnete Autorisie- rungstoken dem aus nicht verteilten Authentisierungsdaten ermittelten Autorisie- rungstoken gleicht.
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