WO2017080907A1 - Beleuchtungseinrichtung und verfahren zur bereitstellung einer datenübertragung an ein mobiles endgerät - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung und verfahren zur bereitstellung einer datenübertragung an ein mobiles endgerät Download PDF

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WO2017080907A1
WO2017080907A1 PCT/EP2016/076547 EP2016076547W WO2017080907A1 WO 2017080907 A1 WO2017080907 A1 WO 2017080907A1 EP 2016076547 W EP2016076547 W EP 2016076547W WO 2017080907 A1 WO2017080907 A1 WO 2017080907A1
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WO
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lighting device
mobile terminal
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PCT/EP2016/076547
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French (fr)
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Henry Feil
Barry Stout
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Osram GmbH
Osram Sylvania Inc
Original Assignee
Osram GmbH
Osram Sylvania Inc
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Publication date
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/06—Network architectures or network communication protocols for network security for supporting key management in a packet data network
    • H04L63/068—Network architectures or network communication protocols for network security for supporting key management in a packet data network using time-dependent keys, e.g. periodically changing keys
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/14—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using a plurality of keys or algorithms
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    • H04L63/0428—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload
    • H04L63/0435—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload wherein the sending and receiving network entities apply symmetric encryption, i.e. same key used for encryption and decryption

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for
  • the invention relates to a system with at least two such lighting devices. Moreover, the invention relates to a method for providing a
  • An illumination device which transmits data to a mobile terminal is, for example, from
  • a local beacon known on the one hand with controlling and / or information-transmitting infrastructure facilities, such as a central service server or the Internet, and / or with one or more other local beacons in
  • Communication connection is on the other hand for wireless communication connection with one or more, located in their environment terminals a combined transmitting / receiving device or in special cases only a pure transmitting device and arranged in, at or at the location of an electrical lighting device is.
  • the local beacon is provided with an intelligently operated storage and / or processing functionality relating to the data to be transmitted wirelessly, wherein the memory functionality of the local beacon is to hold information so that it can
  • Information can then be submitted multiple times to users equipped with a suitable terminal without being overtaken by the infrastructure facilities and that the processing functionality is that certain processing operations otherwise performed in a central processing unit of the infrastructure facilities or in the terminal itself are offloaded to the local beacon.
  • Data transmission in particular the data transmission via a light emitted by a luminaire, allow third parties access to the transmitted data and thus makes it usable for third parties for the creation of their own services.
  • Lighting device a system and a method by which the usability of the
  • the invention is based on a lighting device for providing a data transmission to a mobile
  • Terminal comprising a lighting means and an electronic operating device for operating the lighting means.
  • a data storage unit in which a set of first keys is stored in a reserved memory area, a selection unit which is adapted, depending on one at a
  • an encryption unit which is adapted to read the selected first key from the reserved memory area and measured value data and / or identification data, which are intended for transmission to the mobile terminal, according to a predeterminable
  • a sending unit adapted to send the encrypted message to the mobile terminal.
  • Identification numbers that are emitted by a lighting device can also be read out and used by others.
  • the identification number can thus be read out by a third party and entered into own maps, so that a link between
  • the invention is based on the further knowledge that, for example, the identification number of a
  • Lighting device always a static
  • beacons which are part of a beacon
  • Lighting device may also be and can also have a unique identification number. If a fixed identification number is encrypted with a fixed key, a fixed code sequence is created again. Since the fixed code sequence can also be used as a pseudo ⁇ identification number, without the to know actual, underlying identification number, can build a pseudo-identification number-based positioning system. This applies in the same way, if instead of a unique identification number, the construction position of the lighting device directly as
  • Location information is emitted according to a predetermined coordinate system, which also leads to a constant data content. Therefore, it is provided according to the invention that changing keys are used.
  • the signal emitted by the illumination device changes with each new key. If, for example, the key is changed weekly, it is not worthwhile for an unauthorized third party to switch over a service over and over again to the new pseudo-identification numbers. For this purpose, therefore, a number of keys, namely a set of first keys, are held in the lighting device from which a selection can then be made.
  • the lighting device can in addition to a photometrically effective component in the form of a light more
  • Luminaire are arranged.
  • the light source can be through an LED bulb or through a low-pressure discharge lamp
  • Operating device may include a program-controlled computing unit, for example in the form of a microprocessor or a microcontroller.
  • a program-controlled computing unit for example in the form of a microprocessor or a microcontroller.
  • Data storage unit be implemented in a data memory of such a microcontroller / microprocessor. Particularly preferred is the selection unit and / or the
  • Encryption unit as executable program code in a program memory of such
  • the transmitting unit may comprise the lighting means when the data transmission is a light-based data transmission. Alternatively or additionally be provided that the transmitting unit is given by a radio beacon.
  • Selection unit designed to be the selected first
  • the first keys may be arranged in a table, with the
  • Calculation rule is determined, and the selected first key is thus the key which is arranged in this table at the respective table position.
  • the table position of the selected first key from a sequence of
  • the sequence of stored pointers in a data store is one
  • Microcontroller / microprocessor stored, more preferably in the same data memory.
  • Such a configuration allows a plurality of different codes of the respective
  • a receiving device which has knowledge of the predetermined scheme and the set of first keys, can thus in a very simple way with the
  • Lighting device to be synchronized.
  • the illumination device itself coded together with the encrypted signal
  • a signaling sequence with individual signaling bits can be provided, which have a predefinable meaning for key identification, in particular a direct addressing value, which is based on shows the table position, or an indirect addressing value which points to a sequence of stored pointers.
  • Further signaling bits can indicate, for example, whether the key selected in each case directly in the
  • the selection unit is adapted to the selection of the first
  • Random generator is available. This can be
  • the encryption unit is adapted to use the selected first key before use with the
  • Keys can be realized an increase in the number of keys.
  • the length of the first key and the The number and type of key shifts determines the additional encryption space. For example, if the length of an identification number is ten bits and the length of the first key is also ten bits, the first key repeats after ten steps in the shift register. In the example mentioned, this means that each first key from the set of first keys can be used ten times before it becomes
  • a system preferably has at least one first
  • Lighting device according to the invention and at least one second illumination device according to the invention, wherein the at least one first and the at least one second illumination device each having its own set of first keys, whereby an inventive
  • the set of first keys of the at least one first illumination device and the set of first keys of the at least one second illumination device are formed by two completely different sets of keys.
  • Decrypting system without having knowledge of the keys can thus be increased if the validity of keys is set in a local dependency. For example, it may be provided that a
  • Lighting equipment within a given room is valid.
  • the system comprises a beacon for providing position determination data by means of a radio signal, wherein the
  • Lighting device comprises.
  • the area does not include a mounting position of the second
  • Beacon can be made a rough localization, from which then can be further determined, which key phrase in this
  • the system comprises a central key management unit, which is designed to transmit a key change signal to the
  • Key generation material includes, and wherein the
  • each encryption unit is adapted to determine depending on the respectively selected first key and the transmitted key generation material according to a predetermined calculation rule, a respective new second key, wherein the respective
  • Data storage unit is adapted to supplement the respective second key as an additional first key in the respective set of first keys.
  • Lighting devices within the system usable key generation material individual local keys are generated, which due to the inclusion of one of the first keys, which are stored within the respective set of first keys, an independent
  • first key sets can also be obtained and expanded using key generation material having a small amount of data compared to the set of first keys.
  • Key generation material generated are stored. It can be provided that this area is cyclically overwritten when a key change signal is sent to the lighting devices.
  • the predefinable area for supplementing with additional first keys have the same size as the set of first keys, so that for each of the first key from the set of first keys by applying the predetermined calculation rule together with the
  • the invention is further based on a method for providing a data transmission to a mobile terminal by means of a lighting device.
  • the method is developed by storing a set of first keys in a reserved memory area of a data storage unit of the illumination device, selecting a first key from the set of first keys as a function of one on one
  • the method further comprises reading the selected first key from the reserved memory area, converting measured value data and / or identification data, which are intended for transmission to the mobile terminal, according to a predefinable encryption operation in one with the
  • the invention thus serves not only to encrypt a data content, but at the same time also to the identity of the underlying data packet, for example the
  • the method comprises transmitting a key change signal to the
  • the key change signal comprises at least partially key generation material, determining a second key in dependence on the selected first key and the transmitted
  • Keys are generated whose educational requirements can not be reconstructed by a third party who analyzes the encrypted messages.
  • Key generation materials are not accessible to an unauthorized third party, this method provides a high degree of protection.
  • One for receiving the data transfer from the lighting device or the system authorized user can, for example, from the central
  • Key management unit such as a
  • the method comprises generating a second key for
  • Key generation material obtained keys are generated.
  • the process steps can be combined as desired.
  • Cascading of process steps is also possible and allows an almost inexhaustible variety of usable first keys, so that even with a daily change of the key in the system in particular the repetition of a whole key sequence is to be excluded.
  • FIG. 2 in a simplified schematic representation of a
  • FIG. 3 in a simplified schematic representation of a
  • FIG. 5 in a simplified schematic representation of a
  • FIG. 7 in a simplified schematic representation of a
  • FIG. 9 in a simplified schematic representation of a
  • FIG. 10 in a simplified schematic representation of the
  • FIG. 11 in a simplified schematic representation of the
  • An illumination system 100 comprises at least one light 12, for example in the form of a ceiling light.
  • the luminaire 12 comprises a luminous means 13
  • Illumination system 100 a mobile terminal 14.
  • the illumination system 100 may further include, independently of each other and in any combination, at least one of the following components: a beacon 16, a WLAN router 18, and a server unit 20.
  • a beacon 16 which is in direct data communication with the light 12 will also be used like the bulb 13 and a
  • the light-emitting means 13 can be designed for light-based communication. This is suitable, for example, for navigation in the interior of buildings, so-called indoor navigation. Light-based indoor navigation is based on the transmission of a light ID (LID), which can be received and detected by means of the mobile terminal 14. The light ID is in the luminous flux - invisible to the
  • the invention is based on the further finding that transmitting units which transmit local signals, which store-specific measured value data and / or
  • Identification data include, often have no return channel, as is the case in the light-based communication via the lighting means 13, whereby encryption, not based on bidirectional communication
  • the light ID itself can directly contain position information of the light source or else be determined indirectly via a look-up table.
  • the look-up table contains an assignment of light ID and
  • Position accuracy can be further increased, an optical evaluation via an image sensor (camera) can be performed.
  • image sensor camera
  • the different angles are determined under which the image sensor receives the different light IDs. From three different light IDs, a clear position in the room can be defined via triangulation
  • the own position of the receiver, for example the camera, in the mobile terminal 14 is determined in the receiver by means of sensors (3D acceleration sensors) to detect its own position and one therefrom
  • any further metadata for example location-specific measured value data provided by the luminaire 12, can be linked to the light ID.
  • the look-up table can be stored as an integrated part in an application that runs on the mobile terminal 14 or on the external
  • Server unit 20 be deposited, which accesses the mobile terminal 14.
  • look-up table can also be dynamic
  • Terminal 14 which has requested position information.
  • a dynamic motion profile can be recorded (tracking) and saved with a time stamp (tracing). This movement information forms the basis for
  • WLAN wireless local area network
  • Bluetooth wireless radio-based systems
  • FIG. 1 the position of the transmitter (WLAN access point) in FIG. 1 is shown as an optional WLAN router 18 or a beacon 16 - at
  • RSSI received signal strength
  • beacons 16 beacons 16 (beacons), which for the sake of simplicity is described below using the example of a luminaire ID (hereinafter used synonymously with light ID) and the associated
  • Encrypted again creates a fixed code sequence, namely the encrypted message code.
  • This fixed code sequence can also be used as a pseudo ID. Without knowing the actual underlying luminaire ID, a pseudo-ID-based one can be used
  • the light ID is not transmitted statically open, but instead
  • Decryption of an encrypted message code which is provided via the light emitting means 13 by way of a light-based communication, can be obtained.
  • alternate encryption keys EKey may be used.
  • the encrypted message code transporting signal changes with each new one
  • Encryption key EKey for example, changed weekly, so it's worth it for an unauthorized
  • Lighting system 100 are provided, which are then used according to a predetermined pattern.
  • the respective active encryption key EKey [n] and the pattern are then to be synchronized on the send and receive sides.
  • the first key that is, the encryption key EKey
  • the second key that is the second key
  • EKey [temp] identifies one currently enabled and used for the encryption operation
  • loc represents a running index from 1 to the number of individual lighting devices in the
  • Encryption key that is not yet activated, but intended to replace the current one
  • Encryption key EKey are assigned appropriately. For a client-side decryption, so one
  • the mobile terminal 14 requires the decryption key DKey to decrypt the encrypted message code.
  • Decryption key DKey may already be part of the application on the mobile device
  • the decryption key DKey may be provided to the mobile terminal 14 or the application running thereon during operation.
  • the decryption key DKey can be provided via an external server unit 20 optionally with a locally valid decryption key DKey [loc], which is assigned individually for each luminaire 12, or a global decryption key DKey, which can be used for all
  • Luminaires 12 within the lighting system 100 is the same, but may only be valid for a limited period of time.
  • the decryption key DKey can be provided via the luminaire 12 itself. Additionally or alternatively, according to iii.), The decryption key DKey can be made available via a local information source, for example via the beacon 16 or via the WLAN router 18. Preferably, it may be provided that a key that is made available locally is only locally valid. The provision of the decryption key DKey takes place only after previous authentication of the mobile terminal 14 and for a limited time. Of the
  • Decryption key DKey is over secure
  • the encryption can also be carried out individually per mobile terminal 14 as shown in FIG.
  • the mobile terminal 14 generates a key pair consisting of a public key PuKey and a private key PrKey, wherein in a first step the public
  • the public key PuKey is transmitted to the lamp 12.
  • the public key PuKey can, for example, via the beacon 16, the wireless router 18 or the server unit 20 to the
  • Luminaire 12 are transmitted. From the lamp 12, the identification data ID are encrypted and by means of
  • Illuminant 13 is sent, so that only the mobile terminal 14, which has the associated private key PrKey, this identification data ID can decrypt again.
  • FIG. 2 A data connection between the server unit 20 and the lamp 12 is shown in FIG. 2 via a
  • Server-side decryption and re-transmission to the mobile terminal 14 is shown in FIG.
  • the encrypted message code is transmitted to the server unit 20 and decrypted there. From there, the code obtained from the encrypted message
  • the identification data ID can on site for the activation of other services such as a
  • Light control can be used.
  • Authentication LocAuth can do this, for example
  • a location verification VerLoc is performed at the server unit 20.
  • position information Pos can also be returned directly to the mobile terminal 14.
  • Position information Pos also for any other data, which can be uniquely assigned to the identification data ID represent.
  • Position data Pos are representative of any other 12 the lamp can be considered data to be considered.
  • Position data Pos (or other data assignable to the luminaire 12) are then sent back to the mobile terminal 14
  • Identification data ID can be established, since only the encrypted message code is known to the mobile terminal 14.
  • the transmission of an encryption key EKey into a luminaire 12 is shown in FIG. 4.
  • the transmission of the encryption key EKey can, for example, in the production of the respective lamp 12, that is static,
  • a driver 11 (operating device) of a lamp 12 can already take place during production.
  • Identification data ID can at startup and
  • Lighting system 100 may include the transmission of a
  • Encryption key EKey also done dynamically.
  • the recording can take place manually via a wired or wireless interface.
  • Network for light control is accessible via a building or light management system 21 with appropriate authorization.
  • the building or light management system 21 with appropriate authorization.
  • Server unit 20 as a key server on the building ⁇ or light management system 21 access.
  • radio-based transmitting and receiving units which are connected to the driver 11, for example, the beacon 16, which in this case expediently for bidirectional Radio transmissions is designed, can serve for the import of the encryption key EKey.
  • beacons or beacons which are connected to the light driver 11. These can also be used as receivers for data and thus as a data path for the
  • the transceiver units in the form of bidirectional beacons 16 can be used to communicate with each other. Use key distribution.
  • the transceiver units in the form of bidirectional beacons 16 can be used to communicate with each transceiver units in the form of bidirectional beacons 16.
  • a gateway 22 is provided, on which the
  • Encryption key EKey can be recorded.
  • a plurality of lights 12 and a plurality of beacons 16 are shown, which form a wireless communication network.
  • Such a network is referred to as mesh mesh.
  • the gateway 22 is provided.
  • the encryption keys EKey can be used by a
  • Server unit 20 are transmitted to the local gateway 22 or transmitted via the mobile terminal 14 to the gateway 22.
  • Encryption key EKey in a transceiver unit for example, in a bidirectionally operable beacon 16 to transmit.
  • Such transceiver units can also send out static identification data IDs that are not protected. In order to protect the identification data ID also with these transceiver units, the same method of key distribution can be used. Only this decryption key DKey is not passed to the lamp 12, but used directly from the transmitting-receiving units (beacon 16). If not a central, uniformly valid for all lights 12 and / or transceiver units
  • Encryption key EKey is to be used but for each luminaire 12 / transceiver unit
  • Decryption key DKey be provided in the distribution to assign the keys individually, as shown in Fig. 2. It is important, the right one
  • Encryption key EKey the proposed lamp 12 and the transceiver units (which in
  • Encryption key EKey can be brought to the correct position.
  • Receiver need a synchronous clock, which means a considerable effort.
  • the synchronization of the keys can be beneficial over the data stream of the encrypted message code itself
  • Decryption key DKey [l ... m] must be used for decryption.
  • a luminaire ID having the binary value 1010101 may be replaced by a luminous ID
  • Encryption key EKey be encoded with the binary value 1110000 by means of an XOR operation to the binary value 0100101.
  • the coded value is also a signaling bit sequence KeySig consisting of three
  • it is a form of symmetrical
  • Encryption in which the encryption key EKey is equal to the decryption key DKey is equal to the decryption key DKey.
  • the bitwise application of an XOR operator to the message code and the decryption key DKey again results in the original luminaire ID L-ID.
  • FIG. 7 shows, by way of example, which information can be sent to a receiver of the system by means of a signaling bit sequence KeySig
  • the bit string may signal that encryption is active (EncryptionActive), a key underlying the current encryption from a pool of available keys
  • Encryption key EKey each in the local Luminaire 12, in particular in the driver 11, or in the respective local transceiver unit,
  • each luminaire 12 transmits its own individually generated encryption key EKey [loc] together with the respectively fixed identification data ID, which the
  • Identification data ID can also be the exact local position of the lamp 12 are transmitted, where this key to
  • a table is constructed on the server unit 20, which contains the local keys and the individual identification data ID or the position of the lamp 12 / the beacon 16 (transceiver unit).
  • the key generation may be initiated by the server unit 20.
  • a signal is sent to all beacons 16 / lights 12 / transceiver units, as shown in FIG. Ideally, this process is performed at times when the lighting system 100 is not in use or has little or no data flow, such as at night.
  • this process is performed at times when the lighting system 100 is not in use or has little or no data flow, such as at night.
  • an individual time offset can be defined. Not to every unit, that is, the one meshed in the mesh mesh Components in the form of the lamp 12, beacons 16 and other transceiver units such as wireless router 18, each having its own key generator, a
  • Encryption key EKey must be communicated to the server unit 20, which means a considerable addressing and communication effort, this time offset can be programmed in the production of the respective devices.
  • Signaling bits x not to increase further or not further reduce the address space for the actual identification data ID whole groups of keys can be used, which are addressed via the signaling bits x. Using 256 groups of 100 keys each produces 25,600 different keys. At a transmission rate of 100 milliseconds per encrypted identification data ID, a key would repeat itself every 2,560 seconds or after about 42 minutes, so that reading out would take a correspondingly long time.
  • Random control can be triggered by internal counters that start with random values.
  • the timebase can be chosen so that key generation can occur within hours, days or weeks.
  • EKey [n + 1, loc] is generated, it is transmitted to the server unit 20. As long as the server unit 20 the new individual
  • Encryption key EKey [n, loc] has not yet received and assigned, it is advantageous if the old one
  • Encryption key EKey [n-1, loc] is temporarily retained so that the service is secured without interruption.
  • On the server unit 20 are old and newer
  • Encryption key EKey [n-1, loc], EKey [n, loc] known and thus, for example, both an old and a new query the identification data ID answer.
  • Service queries or position queries can be stored on the server unit 20, the "old" encryption key EKey [n-1, loc], EKey [n-2, loc], EKey [n-2, loc], etc., so that a key history arises. If now a query of identification data ID, which was encrypted with an outdated encryption key EKey [n-2, loc], this is an indication that this is an unauthenticated access
  • Encryption not yet supported, or offering a new app version Likewise, a localization of the mobile terminal 14 can be made, which performs the unauthenticated accesses.
  • the signaling bits x can be distributed locally via a further channel, for example via a beacon 16 (beacon) connected to the respective driver 11 of a luminaire 12 or via a beacon 16
  • the effort to access such a lighting system 100 without the knowledge of the decryption key DKey can be further increased if the validity of decryption keys DKey are set to a local dependency, that is, a particular set
  • Lighting system 100 is valid within a certain space. Thus, a coarse localization can take place via a beacon 16 (beacon). From this it can be deduced which decryption key DKey [loc] is valid in this area.
  • the number and key N can be increased in addition to increasing the number
  • the key repeats after ten steps in a shift register. For the above example, this means that each of the 100 keys can be used ten times before it repeats itself. This increases the time it takes to repeat a key to 420 minutes.
  • Fig. 9 shows possible operations that can be applied to an existing key.
  • the left-most bit may indicate that a key is going to the left
  • shift key (KSL) and / or the rightmost bit in the signaling bit sequence KeySig may indicate that the key is to be shifted to the right (KSR).
  • KSR right shift key
  • the rotation of the bits in a shift register is meant, in which a bit pushed out of the shift register is pushed back on the opposite side.
  • the middle bit can be used to indicate that a predefined Calc algorithm is used to modify the
  • Fig. 10 shows how, starting from an output key KeyO, a first key Keyl, a second key Key2, a third key Key3, a fourth key Key4 and so on are generated by bitwise rotation of the key.
  • the application of the first key Keyl on the Identification data ID thus results in a first message Code_l
  • an application of the second key Key2 to the identification data ID accordingly yields a second message Code_2 and accordingly.
  • FIG. 11 shows how the new key Key_12 can be generated from the key Key_I and the key Key_2 by bitwise application of an XOR operator.
  • the embodiments are only illustrative of the invention and are not limiting for these.
  • the generation of new second keys in dependence on existing first and / or second

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (12) zur Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles Endgerät (14), umfassend ein Leuchtmittel (13) und ein elektronisches Betriebsgerät (11) zum Betreiben des Leuchtmittels. In einer Datenspeichereinheit ist in einem dafür reservierten Speicherbereich ein Satz von ersten Schlüsseln (Key_000 bis Key_lll) gespeichert. Eine Auswahleinheit wählt in Abhängigkeit von einem an einer Datenschnittstelle der Beleuchtungseinrichtung bereitstellbaren Schlüsselwechselsignal und/oder in Abhängigkeit von einem durch einen Schlüsselwechseltaktgeber der Beleuchtungseinrichtung bereitstellbaren beleuchtungseinrichtungsinternen Schlüsselwechselsignal einen ersten Schlüssel aus dem Satz von ersten Schlüsseln aus. Eine Verschlüsselungseinheit liest den ausgewählten ersten Schlüssel aus dem reservierten Speicherbereich aus und setzt Messwertedaten und/oder Identifikationsdaten (ID), welche zur Übertragung an das mobile Endgerät bestimmt sind, gemäß einer vorgebbaren Verschlüsselungsoperation in eine mit dem ausgewählten ersten Schlüssel verschlüsselte Nachricht (Code) um. Eine Sendeeinheit (13, 16) sendet die verschlüsselte Nachricht an das mobile Endgerät. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System (100) mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtungen mit jeweils einem eigenen Satz von ersten Schlüsseln. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.

Description

Beschreibung
Beleuchtungseinrichtung und Verfahren zur Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles Endgerät
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung zur
Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles Endgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System mit mindestens zwei derartigen Beleuchtungseinrichtungen. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung einer
Datenübertragung an ein mobiles Endgerät gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Eine Beleuchtungseinrichtung, welche Daten an ein mobiles Endgerät überträgt, ist beispielsweise aus der
WO 2015/148696 AI bekannt. Diese offenbart Techniken für positionsbasierte Aktionen mithilfe von lichtbasierter
Kommunikation. Überdies ist aus der EP 1 263 150 Bl ein
Daten-Übertragungssystem mit einer lokalen Bake bekannt, die auf der einen Seite mit steuernden und/oder Informationen übermittelnden Infrastruktur-Einrichtungen, beispielsweise einem zentralen Diensteserver oder dem Internet, und/oder mit einer oder mehreren weiteren lokalen Baken in
Kommunikationsverbindung steht und die auf der anderen Seite zur drahtlosen Kommunikationsverbindung mit einem oder mehreren, sich in ihrer Umgebung befindenden Endgeräten eine kombinierte Sende-/Empfangseinrichtung oder in besonderen Fällen nur eine reine Sendeeinrichtung enthält und die in, an oder an der Stelle einer elektrischen Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist. Die lokale Bake ist mit einer die drahtlos zu übertragenden Daten betreffenden, in intelligenter Weise betriebenen Speicher- und/oder Verarbeitungsfunktionalität versehen, wobei die Speicherfunktionalität der lokalen Bake darin besteht, Informationen vorzuhalten, so dass diese
Informationen dann mehrfach an mit einem passenden Endgerät ausgerüstete Nutzer abgegeben werden können, ohne jedes Mal von den Infrastruktur-Einrichtungen eingeholt werden zu müssen, und dass die Verarbeitungsfunktionalität darin besteht, dass bestimmte Verarbeitungsvorgänge, die sonst in einer zentralen Verarbeitungseinheit der Infrastruktur- Einrichtungen oder im Endgerät selber ausgeführt werden, auf die lokale Bake ausgelagert werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Wege zur
Datenübertragung, insbesondere die Datenübertragung über ein von einer Leuchte ausgestrahltes Licht, ermöglichen Dritten den Zugang zu den übertragenen Daten und macht diese für Dritte somit für die Erstellung eigener Dienstleistungen verwendbar .
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Beleuchtungseinrichtung, ein System sowie ein Verfahren bereitzustellen, durch welche die Nutzbarkeit der
übertragenen Daten für die Erstellung von fremden Diensten durch Drittanbieter eingeschränkt wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht aus von einer Beleuchtungseinrichtung zur Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles
Endgerät, umfassend ein Leuchtmittel und ein elektronisches Betriebsgerät zum Betreiben des Leuchtmittels.
Erfindungsgemäß wird die Beleuchtungseinrichtung
weitergebildet durch eine Datenspeichereinheit, in der in einem dafür reservierten Speicherbereich ein Satz von ersten Schlüsseln gespeichert ist, eine Auswahleinheit, welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem an einer
Datenschnittstelle der Beleuchtungseinrichtung
bereitstellbaren Schlüsselwechselsignal und/oder in
Abhängigkeit von einem durch einen Schlüsselwechseltaktgeber der Beleuchtungseinrichtung bereitstellbaren
beleuchtungseinrichtungsinternen Schlüsselwechselsignal einen ersten Schlüssel aus dem Satz von ersten Schlüsseln
auszuwählen, eine Verschlüsselungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, den ausgewählten ersten Schlüssel aus dem reservierten Speicherbereich auszulesen und Messwertedaten und/oder Identifikationsdaten, welche zur Übertragung an das mobile Endgerät bestimmt sind, gemäß einer vorgebbaren
Verschlüsselungsoperation in eine mit dem ausgewählten ersten Schlüssel verschlüsselte Nachricht umzusetzen, und eine
Sendeeinheit, welche dazu ausgelegt ist, die verschlüsselte Nachricht an das mobile Endgerät zu senden.
Die Erfinder haben erkannt, dass statische
Identifikationsnummern, die von einer Beleuchtungseinrichtung ausgesendet werden, auch von anderen ausgelesen und benutzt werden können. Die Identifikationsnummer kann somit von einem Dritten ausgelesen werden und in eigene Karten eingetragen werden, sodass eine Verknüpfung zwischen
Identifikationsnummer und Position entsteht. Somit können Dienstleistungsangebote von Dritten erstellt werden, ohne dafür ein eigenes System aus Informations- und Sendequellen aufzubauen, oder sich an den Kosten für die bestehende
Infrastruktur zu beteiligen. Somit ist dieser Service nicht mehr exklusiv für den denjenigen verfügbar, der das System und die Infrastruktur finanziert.
Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise die Identifikationsnummer einer
Beleuchtungseinrichtung (Leuchte) stets eine statische
Identifikationsnummer ist. Dies gilt in gleicher Weise für Sende-Baken (Beacons) , welche Teil einer
Beleuchtungseinrichtung sein können und ebenfalls über eine eindeutige Identifikationsnummer verfügen können. Wird eine feste Identifikationsnummer mit einem festen Schlüssel verschlüsselt, entsteht wieder eine feststehende Code- Sequenz. Da die feste Code-Sequenz ebenfalls als Pseudo¬ Identifikationsnummer benutzt werden kann, ohne die eigentliche, dahinterliegende Identifikationsnummer zu kennen, lässt sich ein Pseudo-Identifikationsnummer-basiertes Positionsbestimmungssystem aufbauen. Dies gilt in gleicher Weise, wenn anstelle einer eindeutigen Identifikationsnummer die Bauposition der Beleuchtungseinrichtung direkt als
Ortsinformation gemäß einem vorgebbaren Koordinatensystem ausgesendet wird, was ebenfalls zu einem gleichbleibenden Dateninhalt führt. Daher ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass wechselnde Schlüssel verwendet werden. So verändert sich das von der Beleuchtungseinrichtung ausgesendete Signal mit jedem neuen Schlüssel. Wird der Schlüssel zum Beispiel wöchentlich verändert, so lohnt es sich für einen unbefugten Dritten nicht, einen Dienst immer wieder aufs Neue auf die neuen Pseudo-Identifikationsnummern umzustellen. Zu diesem Zweck werden deshalb eine Reihe von Schlüsseln, nämlich ein Satz von ersten Schlüsseln, in der Beleuchtungseinrichtung vorgehalten, aus welchen dann eine Auswahl vorgenommen werden kann . Die Beleuchtungseinrichtung kann neben einer lichttechnisch wirksamen Komponente in Form einer Leuchte weitere
Komponenten umfassen, welche außerhalb der eigentlichen
Leuchte angeordnet sind. Das Leuchtmittel kann durch ein LED- Leuchtmittel oder durch eine Niederdruckentladungslampe
(Leuchtstofflampe) gebildet sein. Das elektronische
Betriebsgerät kann eine programmgesteuerte Recheneinheit umfassen, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors oder eines MikroControllers . Bevorzugt kann die
Datenspeichereinheit in einem Datenspeicher eines solchen Mikrocontrollers/Mikroprozessors realisiert sein. Besonders bevorzugt ist die Auswahleinheit und/oder die
Verschlüsselungseinheit als ausführbarer Programmcode in einem Programmspeicher eines solchen
Mikrocontrollers/Mikroprozessors gespeichert, insbesondere in demselben. Die Sendeeinheit kann das Leuchtmittel umfassen, wenn es sich bei der Datenübertragung um eine lichtbasierte Datenübertragung handelt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sendeeinheit durch eine Funk-Bake gegeben ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die
Auswahleinheit dazu ausgelegt, den ausgewählten ersten
Schlüssel in Abhängigkeit von dem Schlüsselwechselsignal gemäß einem vorgebbaren Schema aus dem Satz von ersten
Schlüsseln zu ermitteln. Beispielsweise können die ersten Schlüssel in einer Tabelle angeordnet sein, wobei die
Ermittlung des ausgewählten ersten Schlüssels durch
Ermittlung einer Tabellenposition anhand einer
Rechenvorschrift ermittelt wird, und der ausgewählte erste Schlüssel somit derjenige Schlüssel ist, welcher in dieser Tabelle an der jeweiligen Tabellenposition angeordnet ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, die Tabellenposition des ausgewählten ersten Schlüssels aus einer Folge von
gespeicherten Zeigern zu ermitteln, welche jeweils auf eine Tabellenposition der Tabelle zeigen. Bevorzugt ist die Folge von gespeicherten Zeigern in einem Datenspeicher eines
Mikrocontrollers/Mikroprozessors gespeichert, besonders bevorzugt in demselben Datenspeicher.
Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht eine Vielzahl von unterschiedlichen Codierungen der jeweiligen
Identifikationsnummern, und gleichzeitig eine einfache
Möglichkeit, die Schlüssel auf der Sende- und Empfangsseite synchron zu halten. Ein Empfangsgerät, welches Kenntnis von dem vorgebbaren Schema und dem Satz von ersten Schlüsseln hat, kann somit auf sehr einfache Weise mit der
Beleuchtungseinrichtung synchronisiert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung selbst zusammen mit dem verschlüsselten Signal einen codierten
Hinweis sendet, welcher Schlüssel aktuell verwendet wird. Hierzu kann beispielsweise eine Signalisierungsfolge mit einzelnen Signalisierungsbits vorgesehen sein, welche eine vorab definierbare Bedeutung zur Schlüsselfindung aufweisen, insbesondere einen direkten Adressierungswert, welcher auf die Tabellenposition zeigt, oder einen indirekten Adressierungswert, welcher auf eine Folge von gespeicherten Zeigern weist. Weitere Signalisierungsbits können beispielsweise anzeigen, ob der jeweils ausgewählte Schlüssel direkt in der
ausgelesenen Form verwendet werden soll, oder ob zuvor bestimmte mathematische Operationen mit diesem Schlüssel durchzuführen sind, beispielsweise ein Verschieben des
Schlüssel in einem Schieberegister, genauer ein Rotieren, bei welchem die einzelnen Bits des Schlüssels zyklisch verschoben werden können. Hierbei können sowohl eine Richtung als auch eine Länge der Verschiebung, d.h. um wie viele Bits der
Schlüssel zu verschieben ist, festgelegt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswahleinheit dazu ausgelegt, die Auswahl des ersten
Schlüssels zumindest anteilig in Abhängigkeit von einer
Zufallsvariablen zu treffen, welche mittels eines
Zufallsgenerators bereitstellbar ist. Hierdurch kann
vermieden werden, dass bei einer ausreichend langen
Aufzeichnungsdauer eines ausgewerteten Signals eine zugrunde liegende Gesetzmäßigkeit erkannt und analysiert wird und basierend auf dieser Gesetzmäßigkeit eine Vorhersage
getroffen werden kann, zu welchem Zeitpunkt welcher Schlüssel aktiv ist bzw. welche verschlüsselte Wert zu welchem
Zeitpunkt vorliegen wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Verschlüsselungseinheit dazu ausgelegt, den ausgewählten ersten Schlüssel vor der Verwendung mit der
Verschlüsselungsoperation um eine vorgebbare Anzahl von
Bitpositionen in einem Schieberegister zu verschieben und dabei in Schieberichtung aus dem Schieberegister
herausgeschobene Bits auf der gegenüberliegenden Seite wieder einzuschieben. Mittels einer derartigen Rotation von
Schlüsseln kann eine Erhöhung der Anzahl der Schlüssel realisiert werden. Die Länge des ersten Schlüssels und die Anzahl und Art der Schlüssel-Verschiebungen bestimmt hierbei den zusätzlichen Verschlüsselungsraum. Wenn beispielsweise die Länge einer Identifikationsnummer zehn Bit beträgt und die Länge des ersten Schlüssels ebenfalls zehn Bit, so wiederholt sich der erste Schlüssel nach zehn Schritten im Schieberegister wieder. In dem genannten Beispiel bedeutet dies, dass jeder erste Schlüssel aus dem Satz von ersten Schlüsseln zehnmal benutzt werden kann, ehe er sich
wiederholt .
Bevorzugt weist ein System mindestens eine erste
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung und mindestens eine zweite erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung auf, wobei die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Beleuchtungseinrichtung jeweils einen eigenen Satz von ersten Schlüsseln aufweist, wodurch sich ein erfindungsgemäßes
System ergibt. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Satz von ersten Schlüsseln der mindestens einen ersten Beleuchtungseinrichtung und der Satz von ersten Schlüsseln der mindestens einen zweiten Beleuchtungseinrichtung durch zwei vollständig verschiedene Schlüsselsätze gebildet sind. Der Aufwand, der notwendig ist, ein derartiges
erfindungsgemäßes System zu entschlüsseln, ohne die Kenntnis der Schlüssel zu besitzen, kann somit erhöht werden, wenn die Gültigkeit von Schlüsseln in eine lokale Abhängigkeit gesetzt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein
bestimmter Satz von ersten Schlüsseln nur für
Beleuchtungseinrichtungen innerhalb eines bestimmten Raums gültig ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das System eine Bake zur Bereitstellung von Positionsbestimmungsdaten mittels eines Funksignals, wobei die
Positionsbestimmungsdaten in dem System einem Bereich
zugeordnet sind, der eine Montageposition der ersten
Beleuchtungseinrichtung umfasst. Insbesondere umfasst der Bereich nicht eine Montageposition der zweiten
Beleuchtungseinrichtung. Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass eine Gültigkeitszuordnung der lokal vergebenen ersten Schlüsselsätze möglich ist, indem über die Bake
(Beacon) eine grobe Lokalisierung erfolgen kann, aus der dann weiter ermittelbar ist, welcher Schlüsselsatz in diesem
Bereich gültig ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das System eine zentrale Schlüsselverwaltungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, ein Schlüsselwechselsignal an die
mindestens eine erste und die mindestens eine zweite
Beleuchtungseinrichtung zu senden, wobei das
Schlüsselwechselsignal zumindest anteilig
Schlüsselgenerierungsmaterial umfasst, und wobei die
jeweilige Verschlüsselungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem jeweils ausgewählten ersten Schlüssel und von dem übertragenen Schlüsselgenerierungsmaterial gemäß einer vorgebbaren Berechnungsvorschrift einen jeweils neuen zweiten Schlüssel zu ermitteln, wobei die jeweilige
Datenspeichereinheit dazu ausgelegt ist, den jeweiligen zweiten Schlüssel als zusätzlichen ersten Schlüssel in dem jeweiligen Satz von ersten Schlüsseln zu ergänzen. Somit können unter Verwendung von einem für alle
Beleuchtungseinrichtungen innerhalb des Systems verwendbaren Schlüsselgenerierungsmaterial individuelle lokale Schlüssel erzeugt werden, welche aufgrund der Einbindung eines der ersten Schlüssel, welche innerhalb des jeweiligen Satzes von ersten Schlüsseln gespeichert sind, eine unabhängige
Schlüsseldiversifizierung erhalten. Damit kann auch unter Verwendung von Schlüsselgenerierungsmaterial mit im Vergleich zu dem Satz von ersten Schlüsseln geringen Datenumfang eine Vielfalt von ersten Schlüsselsätzen erhalten und ausgebaut werden .
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein derart erzeugter zusätzlicher erster Schlüssel in einer Datentabelle, welche den Satz von ersten Schlüsseln umfasst, an einem noch freien, für derartige Ergänzungen reservierten Speicherplatz
eingefügt wird, um damit jeweils neue, noch nicht verwendete Schlüssel zu generieren. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, einen vorgebbaren Bereich vorzuhalten, in dem
zusätzliche erste Schlüssel, die in Abhängigkeit von
Schlüsselgenerierungsmaterial erzeugt wurden, abgespeichert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass dieser Bereich zyklisch überschrieben wird, wenn ein Schlüsselwechselsignal an die Beleuchtungseinrichtungen gesendet wird. Bevorzugt kann der vorgebbare Bereich zur Ergänzung mit zusätzlichen ersten Schlüsseln dieselbe Größe aufweisen wie der Satz von ersten Schlüsseln, sodass für jeden der ersten Schlüssel aus dem Satz von ersten Schlüsseln durch die Anwendung der vorgebbaren Berechnungsvorschrift zusammen mit dem
Schlüsselgenerierungsmaterial jeweils ein zusätzlicher neuer Schlüssel in den erweiterten Bereich eingetragen wird.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zur Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles Endgerät mittels einer Beleuchtungseinrichtung. Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch Speichern eines Satzes von ersten Schlüsseln in einem dafür reservierten Speicherbereich einer Datenspeichereinheit der Beleuchtungseinrichtung, Auswählen eines ersten Schlüssels aus dem Satz von ersten Schlüsseln in Abhängigkeit von einem an einer
Datenschnittstelle der Beleuchtungseinrichtung
bereitstellbaren Schlüsselwechselsignal und/oder in
Abhängigkeit von einem durch einen Schlüsselwechseltaktgeber der Beleuchtungseinrichtung bereitstellbaren
beleuchtungseinrichtungsinternen Schlüsselwechselsignal. Das Verfahren umfasst weiterhin Auslesen des ausgewählten ersten Schlüssels aus dem reservierten Speicherbereich, Umsetzen von Messwertedaten und/oder Identifikationsdaten, welche zur Übertragung an das mobile Endgerät bestimmt sind, gemäß einer vorgebbaren Verschlüsselungsoperation in eine mit dem
ausgewählten ersten Schlüssel verschlüsselte Nachricht, und Senden der verschlüsselten Nachricht an das mobile Endgerät durch eine Sendeeinheit der Beleuchtungseinrichtung. Insbesondere in Fällen, in denen das Schlüsselmanagement über eine Datenschnittstelle der Beleuchtungseinrichtung mit einer in der Regel begrenzte Datenübertragungskapazität erfolgt, beispielsweise über eine Steuerungsschnittstelle mit
Anschluss an ein übergeordnetes Beleuchtungssteuerungssystem (Lichtmanagementsystem/Gebäudemanagementsystem) , kann auf diese Weise mittels Bereitstellung von
Schlüsselwechselsignalen mit im Vergleich zu den Schlüsseln geringem Datenumfang eine Verschlüsselung der Messwertedaten und/oder Identifikationsdaten auf vielfältige Weise erfolgen, sodass eine Rekonstruktion praktisch unmöglich ist. Die
Erfindung dient somit nicht nur dazu, einen Dateninhalt zu verschlüsseln, sondern gleichzeitig auch dazu, die Identität des zugrunde liegenden Datenpakets, beispielsweise der
Identifikationsdaten, zu verbergen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren Senden eines Schlüsselwechselsignals an die
Beleuchtungseinrichtung, wobei das Schlüsselwechselsignal zumindest anteilig Schlüsselgenerierungsmaterial umfasst, Ermitteln eines zweiten Schlüssels in Abhängigkeit von dem ausgewählten ersten Schlüssel und von dem übertragenen
Schlüsselgenerierungsmaterial gemäß einer vorgebbaren
Berechnungsvorschrift, und Ergänzen des zweiten Schlüssels als zusätzlichen ersten Schlüssel in dem Satz von ersten Schlüsseln. Dadurch können weitere, von den innerhalb der Beleuchtungseinrichtung vorhandenen ersten Schlüsseln
aufgrund des zusätzlich eingebrachten
Schlüsselgenerierungsmaterial nicht ableitbare weitere
Schlüssel erzeugt werden, deren Bildungsvorschriften von einem Dritten, welcher die verschlüsselten Nachrichten analysiert, nicht mehr rekonstruiert werden können.
Insbesondere dadurch, dass die beispielsweise über eine
Steuerungsschnittstelle bereitgestellten
Schlüsselgenerierungsmaterialien für einen unbefugten Dritten nicht zugänglich sind, wird durch dieses Verfahren ein hoher Schutz erreicht. Ein für den Empfang der Datenübertragung von der Beleuchtungseinrichtung bzw. dem System autorisierter Benutzer kann beispielsweise von der zentralen
Schlüsselverwaltungseinheit, beispielsweise einem
Schlüsselserver im Netzwerk, welches über einen WLAN-Zugang oder einen Mobilfunkzugang abfragbar ist, das zu dem
aktuellen Zeitpunkt verwendete Schlüsselgenerierungsmaterial zugesendet bekommen, um damit basierend auf dem
ursprünglichen Satz von ersten Schlüsseln den jeweils
geltenden zweiten Schlüssel zu berechnen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Erzeugen eines zweiten Schlüssels zur
Verwendung mit der Verschlüsselungsoperation durch
Kombination von zumindest zwei ersten Schlüsseln aus dem Satz von ersten Schlüsseln gemäß einer vorgebbaren
Kombinationsrechenvorschrift. Hierdurch können weitere
Schlüssel aus den ursprünglich vorhandenen ersten Schlüsseln sowie aus den weiteren, durch Kombination mit einem
Schlüsselgenerierungsmaterial gewonnenen Schlüsseln erzeugt werden. Die Verfahrensschritte können hierbei beliebig miteinander kombiniert werden.
Eine derartige Kombinationsrechenvorschrift kann
beispielsweise derart gebildet werden, dass eine bitweise Exklusiv-Oder-Verknüpfung der beiden Operanden ausgeführt wird. Weitere Kombinationsmöglichkeiten und/oder
Kaskadierungen von Verfahrensschritten sind ebenfalls möglich und ermöglichen eine nahezu unerschöpfliche Vielfalt von verwendbaren ersten Schlüsseln, sodass selbst bei einem täglichen Wechsel des Schlüssels in dem System insbesondere die Wiederholung einer ganzen Schlüsselsequenz auszuschließen ist .
Die für die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße System. Ebenso gelten die für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gleichermaßen für entsprechende Verfahren und umgekehrt. Folglich können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der
Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den
erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter
Berücksichtigung der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und
Funktionen .
Es zeigen: Fig. 1 in vereinfachter schematischer Darstellung ein
Beleuchtungssystems mit einer lokalen
clientbasierten Entschlüsselung,
Fig. 2 in vereinfachter schematischer Darstellung ein
Beleuchtungssystem mit einem asymmetrischen
Kryptosystem,
Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellung ein
Beleuchtungssystem mit einer serverbasierten
Entschlüsselung, Fig. 4 in vereinfachter schematischer Darstellung das
Aufbringen und den Transport der Schlüssel für die Verwendung in einem Beleuchtungssystem, Fig. 5 in vereinfachter schematischer Darstellung eine
beispielhafte Schlüsselverteilung über ein unter Nutzung einer Beacon-Funktionalität aufgebautes drahtloses Netzwerk zur Schlüsselverteilung für die Verwendung in einem Beleuchtungssystem,
Fig. 6 in schematischer Darstellung ein vereinfachtes
Beispiel für eine symmetrische Verschlüsselung einer Leuchten-Identifikationsnummer und deren Entschlüsselung,
Fig. 7 in vereinfachter schematischer Darstellung eine
beispielhafte Zusammensetzung einer verschlüsselten Nachricht, Fig. 8 in vereinfachter schematischer Darstellung die
Auswahl eines Schlüssels aus einem Satz von
Schlüsseln gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 9 in vereinfachter schematischer Darstellung eine
beispielhafte Bedeutungszuweisung der
Signalisierungsbits für Rotation und
Rotationsrichtung eines Schlüssels zur Verwendung mit der Erfindung,
Fig. 10 in vereinfachter schematischer Darstellung die
Erzeugung neuer Schlüssel durch bitweise Rotation eines vorhandenen Schlüssels zur Verwendung mit der Erfindung, und
Fig. 11 in vereinfachter schematischer Darstellung die
Erzeugung eines neuen Schlüssels aus zwei vorhandenen Schlüsseln zum Einsatz mit der
Erfindung .
Ein Beleuchtungssystem 100 umfasst zumindest eine Leuchte 12 beispielsweise in Form einer Deckenleuchte. Die Leuchte 12 umfasst ein Leuchtmittel 13. Weiterhin umfasst das
Beleuchtungssystem 100 ein mobiles Endgerät 14.
Das Beleuchtungssystem 100 kann des Weiteren unabhängig voneinander und in beliebiger Kombination mindestens eine der nachfolgenden Komponenten aufweisen: eine Bake 16, einen WLAN-Router 18 sowie eine Servereinheit 20. Eine Bake 16, welche in einer direkten Datenverbindung mit der Leuchte 12 steht, wird ebenso wie das Leuchtmittel 13 und ein
zugehöriges Betriebsgerät (Treiber) als Teil der jeweiligen Beleuchtungseinrichtung betrachtet .
Das Leuchtmittel 13 kann zur lichtbasierten Kommunikation ausgelegt sein. Diese ist beispielsweise für die Navigation im Innenraum von Gebäuden, sogenannte Indoor-Navigation, geeignet. Lichtbasierte Indoor-Navigation beruht auf der Aussendung einer Licht-ID (LID) , die mithilfe des mobilen Endgeräts 14 empfangen und detektiert werden kann. Die Licht- ID wird hierzu in den Lichtstrom - unsichtbar für das
menschliche Auge - aufmoduliert . Um das Signal mit dem mobilen Endgerät 14 zu detektieren, muss eine Sichtverbindung (line-of-sight) zwischen dem Detektor, beispielsweise einer Kamera des mobilen Endgeräts 14, und dem Leuchtmittel 13 bestehen, welches die modulierte Lichtquelle darstellt. Die Licht-ID wird von dem mobilen Endgerät 14 wieder aus dem Licht herausgefiltert und demoduliert.
Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass Sendeeinheiten, welche zur lokalen Abstrahlung von Signalen, welche ortsspezifische Messwertedaten und/oder
Identifikationsdaten beinhalten, vielfach keinen Rückkanal aufweisen, wie es bei der lichtbasierten Kommunikation über das Leuchtmittel 13 der Fall ist, wodurch Verschlüsselungen, die auf bidirektionaler Kommunikation beruhen, nicht
einsetzbar sind.
Die Licht-ID selbst kann direkt eine Positionsinformation der Lichtquelle beinhalten oder aber indirekt über eine Look-up- Tabelle ermittelt werden. Hierzu findet in der Look-up- Tabelle eine Zuordnung von Licht-ID und
Positionsinformationen der Lichtquelle statt. Um die
Positionsgenauigkeit weiter zu erhöhen, kann eine optische Auswertung über einen Bildsensor (Kamera) durchgeführt werden. Hierzu werden die unterschiedlichen Winkel ermittelt, unter welchen der Bildsensor die verschiedenen Licht-IDs empfängt. Aus drei verschiedenen Licht-IDs lässt sich somit im Raum über Triangulation eine eindeutige Position
ermitteln. Die eigene Lage des Empfängers, beispielsweise der Kamera, in dem mobilen Endgerät 14 wird in dem Empfänger mittels Sensoren ( 3D-Beschleunigungssensoren) ermittelt, um die eigene Lage zu detektieren und einen daraus
resultierenden lageabhängigen Fehler in der
Positionsermittlung zu kompensieren.
Neben der Positionsinformation können beliebige weitere Meta- Daten, beispielsweise ortsspezifische Messwertedaten, welche von der Leuchte 12 bereitgestellt werden, mit der Licht-ID verknüpft werden. Die Look-up-Tabelle kann als integrierter Teil in einer Anwendung hinterlegt sein, welche auf dem mobilen Endgerät 14 abläuft, oder aber auf der externen
Serverreinheit 20 hinterlegt sein, auf welche das mobile Endgerät 14 zugreift.
Umgekehrt kann die Look-up-Tabelle auch dynamische
Informationen aufnehmen, beispielsweise welches mobile
Endgerät 14 welche Positionsinformationen abgefragt hat.
Somit lässt sich ein dynamisches Bewegungsprofil aufzeichnen (tracking) und mit einem Zeitstempel abspeichern (tracing) . Diese Bewegungsinformationen bilden die Grundlage für
verschiedenste ortsbezogene Dienste und Analysen. Es gibt verschiedene drahtlose funkbasierte Systeme wie WLAN oder Bluetooth, die für eine Indoor-Positionsbestimmung verwendet werden können. Hierbei ist zum einen die Position des Senders (WLAN Access Point) in der Fig. 1 als optionaler WLAN-Router 18 dargestellt oder einer Bake 16 - bei
Bluetooth-basierten Funksystemen auch als Beacon bezeichnet - bekannt und anhand der Signalfeldstärke des empfangenen
Signals (received signal strength, RSSI) kann der Abstand zwischen Sender und mobilem Empfänger abgeschätzt werden. Für eine eindeutige Positionsbestimmung werden mindestens drei verschiedene Sendequellen benötigt (Trilateration) .
Erschwerend tritt hinzu, dass die Licht-ID , welche also beispielsweise eine Identifikationsnummer einer Leuchte sein kann, stets einen statischen Wert annimmt. Das gleiche gilt für ( Sende- ) Baken 16 (Beacons) , was der Einfachheit halber nachfolgend am Beispiel einer Leuchten-ID (im Folgenden synonym mit Licht-ID verwendet) und der zugehörigen
Verschlüsselung beschrieben wird. Wird eine feste Leuchten-ID mit einem festen Verschlüsselungsschlüssel EKey
verschlüsselt, entsteht wieder eine feststehende Code- Sequenz, nämlich die verschlüsselte Nachricht Code. Diese feste Code-Sequenz kann ebenfalls als Pseudo-ID genutzt werden. Ohne die eigentliche dahinterliegende Leuchten-ID zu kennen, lässt sich ein Pseudo-ID-basiertes
Positionsbestimmungssystem aufbauen .
Gemäß der Erfindung wird nun in dem Beleuchtungssystem 100 die Licht-ID nicht statisch offen übertragen, sondern
verschlüsselt. Eine besondere Herausforderung besteht darin, dass Licht zur Standard-Beleuchtung keinen direkten Rückkanal besitzt. Insofern lassen sich klassische Verfahren nicht einsetzen, die auf dem Prinzip der bidirektionalen
Kommunikation beruhen. In der Fig. 1 sind verschiedene Wege dargestellt, wie ein Entschlüsselungsschlüssel DKey zur
Entschlüsselung einer verschlüsselten Nachricht Code, welcher über das Leuchtmittel 13 auf dem Wege einer lichtbasierten Kommunikation bereitgestellt wird, bezogen werden kann. Zur Verhinderung einer unberechtigten Mitbenutzung können wechselnde Verschlüsselungsschlüssel EKey verwendet werden. So verändert sich das die verschlüsselte Nachricht Code transportierende Signal mit jedem neuen
Verschlüsselungsschlüssel EKey. Wird der
Verschlüsselungsschlüssel EKey beispielsweise wöchentlich verändert, so lohnt es sich für einen unberechtigten
Mitbenutzer nicht, seine parasitäre Applikation immer wieder neu auf die neuen Pseudo-IDs umzustellen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, eine Reihe von
Verschlüsselungsschlüsseln EKey [ l...m] in dem
Beleuchtungssystem 100 vorzuhalten, die dann nach einem vorgegebenen Muster verwendet werden. Der jeweils aktive Verschlüsselungsschlüssel EKey[n] und das Muster sind dann auf Sende- und Empfangsseite synchron zu halten.
Bei Anwendung von symmetrischen Kryptographieverfahren sind der erste Schlüssel, das heißt der Verschlüsselungsschlüssel EKey, und der zweite Schlüssel, das heißt der
Entschlüsselungsschlüssel DKey, identisch.
Nachfolgend wird eine Abhängigkeit des
Verschlüsselungsschlüssels EKey vom Ort durch Ekey[loc] gekennzeichnet, eine Abhängigkeit des
Verschlüsselungsschlüssels EKey von der Zeit durch
Ekey [temp] , und eine Abhängigkeit von sowohl von der Zeit als auch vom Ort EKey [temp, loc] . So kennzeichnet beispielsweise EKey[n,loc] einen jeweils aktuell aktivierten und für die Verschlüsselungsoperation verwendeten
Verschlüsselungsschlüssel der jeweiligen lokalen
Beleuchtungseinrichtungen, welche gemeinsam denselben
Schlüssel benutzen, also im Extremfall jeweils einer einzigen Beleuchtungseinrichtung, wenn alle Beleuchtungseinrichtungen innerhalb des Beleuchtungssystems eigene Schlüssel verwenden. In letzterem Fall repräsentiert loc einen Laufindex von 1 bis Anzahl der einzelnen Beleuchtungseinrichtungen in dem
BeieuchtungsSystem. Ein Verschlüsselungsschlüssel EKey [n-1 , loc] kennzeichnet einen Schlüssel, der vor dem Verschlüsselungsschlüssel
EKey [n, loc] aktiv war und durch letzteren ersetzt wurde. In gleicher Weise beschreibt EKey [n+1 , loc] einen
Verschlüsselungsschlüssel, der noch nicht aktiviert ist, aber dazu bestimmt ist, an die Stelle des aktuellen
Verschlüsselungsschlüssels EKey [n, loc] zu treten. Dasselbe gilt entsprechend für Entschlüsselungsschlüssel
DKey, welche - sofern nicht ohnehin identisch bei Verwendung einer symmetrischen Verschlüsselung - zu dem jeweiligen
Verschlüsselungsschlüssel EKey passend zuzuordnen sind. Für eine clientseitige Entschlüsselung, also eine
Entschlüsselung auf dem mobilen Endgerät 14, benötigt das mobile Endgerät 14 den Entschlüsselungsschlüssel DKey, um die verschlüsselte Nachricht Code zu entschlüsseln. Der
Entschlüsselungsschlüssel DKey kann hierzu bereits ein Teil der Anwendung sein, die auf dem mobilen Endgerät
beispielsweise als Smartphone-App ausgeführt wird.
Alternativ kann der Entschlüsselungsschlüssel DKey dem mobilen Endgerät 14 beziehungsweise der darauf ablaufenden Anwendung während des Betriebs bereitgestellt werden. Die
Bereitstellung des Entschlüsselungsschlüssels DKey kann i.) über eine externe Servereinheit 20 erfolgen, wobei wahlweise ein lokal gültiger Entschlüsselungsschlüssel DKey[loc], der für jede Leuchte 12 individuell zugewiesen wird, oder ein globaler Entschlüsselungsschlüssel DKey, der für alle
Leuchten 12 innerhalb des Beleuchtungssystems 100 gleich, aber gegebenenfalls nur zeitlich begrenzt gültig ist, erfolgen. Gemäß ii.) kann der Entschlüsselungsschlüssel DKey über die Leuchte 12 selbst zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann gemäß iii.) über eine lokale Informationsquelle der Entschlüsselungsschlüssel DKey zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise über die Bake 16 oder über den WLAN-Router 18. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass ein jeweils lokal zur Verfügung gestellter Schlüssel auch nur lokale Gültigkeit hat. Die Bereitstellung des Entschlüsselungsschlüssels DKey erfolgt nur nach vorangegangener Authentifizierung des mobilen Endgeräts 14 und zeitlich begrenzt. Der
Entschlüsselungsschlüssel DKey wird über sichere
Verbindungen, beispielsweise Bluetooth oder WLAN, übertragen. Die Verschlüsselung kann auch gemäß der Darstellung in Fig. 2 individuell pro mobilem Endgerät 14 erfolgen. Hierzu erzeugt das mobile Endgerät 14 ein Schlüsselpaar bestehend aus einem öffentlichen Schlüssel PuKey und einen privaten Schlüssel PrKey, wobei in einem ersten Schritt der öffentliche
Schlüssel PuKey an die Leuchte 12 übertragen wird. Der öffentliche Schlüssel PuKey kann beispielsweise über die Bake 16, den WLAN-Router 18 oder die Servereinheit 20 an die
Leuchte 12 übertragen werden. Von der Leuchte 12 werden die Identifikationsdaten ID verschlüsselt und mittels des
Leuchtmittels 13 gesendet, sodass nur das mobile Endgerät 14, welches den zugehörigen privaten Schlüssel PrKey besitzt, diese Identifikationsdaten ID wieder entschlüsseln kann.
Eine Datenverbindung zwischen der Servereinheit 20 und der Leuchte 12 ist gemäß der Darstellung in der Fig. 2 über ein
Lichtmanagementsystem beziehungsweise Gebäudemanagementsystem 21 gegeben.
Eine serverseitige Entschlüsselung und RückÜbertragung zu dem mobilen Endgerät 14 ist in der Fig. 3 dargestellt. Die verschlüsselte Nachricht Code wird zu der Servereinheit 20 übertragen und dort entschlüsselt. Von dort werden die aus der verschlüsselten Nachricht Code gewonnen
Identifikationsdaten ID zurück zu dem mobilen Endgerät 14 übertragen. Dies hat den Vorteil, dass die Verschlüsselung beliebig verändert werden kann und der
Entschlüsselungsschlüssel DKey nicht auf viele lokale
Endgeräte 14 oder andere vergleichbare Clients übertragen werden muss, was somit ein sichereres System darstellt. Die Identifikationsdaten ID können vor Ort für die Freischaltung von weiteren Dienstleistungen wie beispielsweise einer
Lichtsteuerung verwendet werden.
Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, kann eine „lokale
Authentifizierung" stattfinden. Hier kann durch weitere lokale Signale und Informationsquellen sichergestellt werden, dass die Anfragen an die Servereinheit 20 mit den lokalen Identifikationsdaten ID tatsächlich vor Ort erfolgt und kein Auslesen der Daten von Dritten beispielsweise durch
automatisierte Abfragen erfolgt. Eine lokale
Authentifizierung LocAuth kann beispielsweise dadurch
erfolgen, dass über die Bake 16 oder den WLAN-Router 18 eine Ortsverifikation VerLoc bei der Servereinheit 20 vorgenommen wird .
Bei einer serverseitigen Entschlüsselung der verschlüsselten Nachricht Code können auch direkt Positionsinformationen Pos zu dem mobilen Endgerät 14 zurückgesendet werden. Die
verschlüsselte Nachricht Code wird hierzu auf die
Servereinheit 20 übertragen und dort mittels des
Entschlüsselungsschlüssels DKey entschlüsselt. Weiterhin erfolgt dort auch die Umsetzung der Identifikationsdaten ID in die Positionsinformation Pos, wobei die
Positionsinformationen Pos auch für beliebig andere Daten, welche eindeutig den Identifikationsdaten ID zugeordnet werden können, repräsentieren. Somit können die
Positionsdaten Pos stellvertretend für beliebig weitere der Leuchte 12 zuordenbare Daten betrachtet werden. Die
Positionsdaten Pos (oder weitere der Leuchte 12 zuordenbare Daten) werden dann zurück an das mobile Endgerät 14
übertragen. Vorteil dieser Ausführung ist, dass auf der Seite des mobilen Endgeräts 14 kein Zusammenhang zwischen der verschlüsselten Nachricht Code und den unverschlüsselten
Identifikationsdaten ID hergestellt werden kann, da nur die verschlüsselte Nachricht Code dem mobilen Endgerät 14 bekannt ist . Die Übertragung eines Verschlüsselungsschlüssels EKey in eine Leuchte 12 ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Übertragung des Verschlüsselungsschlüssels EKey kann beispielsweise in der Produktion der jeweiligen Leuchte 12, also statisch,
erfolgen. Die Abspeicherung eines oder mehrerer lokaler
Verschlüsselungsschlüssel EKey in einer Leuchte 12
beziehungsweise in einem Treiber 11 (Betriebsgerät) einer Leuchte 12 kann bereits während der Produktion erfolgen.
Insbesondere kann die Übertragung des lokalen
Verschlüsselungsschlüssels EKey gemeinsam mit dem
Programmieren einer Leuchten-ID in Form der
Identifikationsdaten ID erfolgen. Anhand der
Identifikationsdaten ID kann bei der Inbetriebnahme und
Lokalisierung einer Leuchte 12 an einer bestimmten Position auch die Schlüsselzuordnung erfolgen.
Während des Betriebs einer Leuchte 12 in einem
Beleuchtungssystem 100 kann die Übertragung eines
Verschlüsselungsschlüssels EKey auch dynamisch erfolgen.
Während des Betriebs lassen sich neue
Verschlüsselungsschlüssel EKey in den Treiber 11 der Leuchte 12 einspielen. Dabei kann die Einspielung manuell über eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle stattfinden.
Hierzu eignet sich auch in besonderer Weise ein bereits bestehendes Netzwerk zur Lichtsteuerung, da hierfür in der Regel nur geringe Daten notwendig sind und es sich um ein nicht öffentlich zugängliches Netzwerk handelt. Dieses
Netzwerk zur Lichtsteuerung ist über ein Gebäudebeziehungsweise Lichtmanagementsystem 21 bei entsprechender Autorisierung zugänglich. Beispielsweise kann die
Servereinheit 20 als Schlüsselserver auf das Gebäude¬ beziehungsweise Lichtmanagementsystem 21 zugreifen.
Auch funkbasierte Sende- und Empfangseinheiten, die mit dem Treiber 11 verbunden sind, beispielsweise die Bake 16, die in diesem Fall zweckmäßigerweise für bidirektionale Funkübertragungen ausgelegt ist, können für das Einspielen der Verschlüsselungsschlüssel EKey dienen. Hier bieten sich Baken oder Beacons an, die mit dem Leuchten-Treiber 11 verbunden sind. Diese lassen sich auch als Empfänger für Daten verwenden und somit auch als Datenpfad für die
Schlüsselverteilung nutzen. Die Sende-Empfangs-Einheiten in Form der bidirektional arbeitenden Baken 16 können
untereinander ein drahtloses Netzwerk (Mesh) aufbauen, sodass an nur einem Zugangspunkt dieses drahtlosen Netzwerkes ein Gateway 22 vorgesehen ist, an welchem die
Verschlüsselungsschlüssel EKey eingespielt werden können.
In der Fig. 5 sind mehrere Leuchten 12 sowie mehrere Baken 16 dargestellt, die ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk bilden. Ein solches Netzwerk wird als Maschennetz Mesh bezeichnet. Für den Zugang zu diesem drahtlosen
Kommunikationsnetzwerk ist das Gateway 22 vorgesehen. Die Verteilung der Entschlüsselungsschlüssel DKey an die
verschiedenen Leuchten 12 erfolgt hierbei entsprechend der Vermaschung des Netzes jeweils von einer Bake 16 zu einer im Maschennetz folgenden Bake 16.
Die Verschlüsselungsschlüssel EKey können von einer
Servereinheit 20 an das lokale Gateway 22 übertragen werden oder über das mobile Endgerät 14 an das Gateway 22 übertragen werden .
Ebenso kann auch vorgesehen sein, den
Verschlüsselungsschlüssel EKey in eine Sende-Empfangs- Einheit, beispielsweise in eine bidirektional betreibbare Bake 16, zu übertragen. Auch derartige Sende-Empfangs- Einheiten können statische Identifikationsdaten ID aussenden, die nicht geschützt sind. Um die Identifikationsdaten ID auch bei diesen Sende-Empfangs-Einheiten zu schützen, kann die gleiche Methode zur Schlüsselverteilung verwendet werden. Nur wird hierzu der Entschlüsselungsschlüssel DKey nicht an die Leuchte 12 weitergereicht, sondern direkt von den Sende- Empfangs-Einheiten (Bake 16) verwendet. Falls nicht ein zentraler, für alle Leuchten 12 und/oder Sende-Empfangs-Einheiten einheitlich gültiger
Verschlüsselungsschlüssel EKey verwendet werden soll ist, sondern für jede Leuchte 12 / Sende-Empfangs-Einheit
individuelle Verschlüsselungsschlüssel EKey verteilt werden sollen, kann für die Adressierung der
Entschlüsselungsschlüssel DKey bei der Verteilung vorgesehen sein, die Schlüssel individuell zuzuordnen, wie in der Fig. 2 dargestellt. Hierbei ist es wichtig, den richtigen
Verschlüsselungsschlüssel EKey der vorgesehenen Leuchte 12 beziehungsweise den Sende-Empfangs-Einheiten (welche im
Übrigen als Teil derjenigen Beleuchtungseinrichtung
betrachtet werden, mit der sie in direkter
Kommunikationsverbindung stehen) zu senden. Dies kann über eine Routing-Tabelle geschehen, wo alle Leuchten 12
beziehungsweise Sende-Empfangs-Einheiten lokal abgebildet sind. In dieser Routing-Tabelle sind die möglichen
Kommunikationswege eingezeichnet, über die ein
Verschlüsselungsschlüssel EKey an die richtige Position gebracht werden kann. Die Synchronisierung der
Schlüsselauswahl und Abfolge kann durch eine zeitliche
Synchronisierung erreicht werden, wofür eine einheitliche Zeitbasis auf beiden Seiten erforderlich ist, was den
Nachteil aufweist, dass beide Komponenten (Sender und
Empfänger) einen synchronen Taktgeber benötigen, was einen nicht unerheblichen Aufwand bedeutet.
Die Synchronisierung der Schlüssel kann vorteilhaft über den Datenstrom der verschlüsselten Nachricht Code selbst
erfolgen. Hierzu werden neben den eigentlichen
verschlüsselten Identifikationsdaten ID weitere
Signalisierungsbits x in einer Signalisierungsbitfolge KeySig der verschlüsselten Nachricht Code verwendet, wie in der Fig. 6 dargestellt. Über diese Signalisierungsbits x kann dem Empfänger mitgeteilt werden, welcher der jeweiligen
Entschlüsselungsschlüssel DKey [ l...m] zur Entschlüsselung verwendet werden muss. Gemäß der Darstellung in der Fig. 6 kann eine Leuchten-ID mit dem binären Wert 1010101 durch einen
Verschlüsselungsschlüssel EKey mit dem binären Wert 1110000 mittels einer XOR-Operation zu dem binären Wert 0100101 codiert werden. Dem codierten Wert wird außerdem noch eine Signalisierungsbitfolge KeySig bestehend aus drei
Signalisierungsbits x angehängt, mittels derer der Empfänger erkennen kann, welchen Schlüssel er zur Entschlüsselung der Nachricht Code anwenden muss. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich um eine Form der symmetrischen
Verschlüsselung, bei der der Verschlüsselungsschlüssel EKey gleich dem Entschlüsselungsschlüssel DKey ist. Durch die bitweise Anwendung eines XOR-Operators auf die Nachricht Code und den Entschlüsselungsschlüssels DKey ergibt sich wiederum die ursprüngliche Leuchten-ID L-ID.
Fig. 7 zeigt beispielhaft, welche Informationen mittels einer Signalisierungsbitfolge KeySig an einen Empfänger der
verschlüsselten Nachricht Code bereitgestellt werden können. Beispielsweise kann die Bitfolge signalisieren, dass eine Verschlüsselung aktiv ist (EncryptionActive) , einen der aktuellen Verschlüsselung zugrundeliegenden Schlüssel aus einem Pool von zur Verfügung stehenden Schlüsseln zu
referenzieren (KeySelection) , sowie eine mögliche
Verschiebung des jeweiligen Ausgangsschlüssels durch eine bitweise Rotation in eine vorgebbare Anzahl Bits mit
vorgebbarer Richtung anzuzeigen ( Shift&Direction) . Fig. 8 zeigt die Möglichkeit, aus einem Pool vorgegebener Schlüssel Key_000, Key_001, Key_010, Key_011 ... Key_lll in Abhängigkeit von der Signalisierungsbitfolge KeySig den jeweiligen Schlüssel auszuwählen. Bei einer Anzahl N = 3 der Signalisierungsbits x ergibt sich somit über 2N = 8 mögliche Schlüssel.
Weiterhin kann die Generierung eines eindeutigen
Verschlüsselungsschlüssels EKey jeweils in der lokalen Leuchte 12, insbesondere in deren Treiber 11, beziehungsweise in der jeweiligen lokalen Sende-Empfangs-Einheit ,
stellvertretend in der Fig. 5 dargestellt durch die Baken 16, erfolgen. Werden die Verschlüsselungsschlüssel EKey[loc] lokal erzeugt und diese erzeugten individuell lokalen
Verschlüsselungsschlüssel EKey[loc] an die Servereinheit 20 zur Verwaltung übermittelt, entsteht eine wesentlich
geringere Komplexität, da es nur einen Empfänger gibt und somit keine Routing-Tabelle erzeugt und gepflegt werden muss. Jede Leuchte 12 sendet hierzu ihren eigenen individuell erzeugten Verschlüsselungsschlüssel EKey [loc] zusammen mit den jeweils festen Identifikationsdaten ID aus, die der
Leuchte 12 zugeordnet wurden. Anstatt der
Identifikationsdaten ID kann auch die genaue lokale Position der Leuchte 12 übermittelt werden, wo dieser Schlüssel zum
Einsatz kommt. So wird auf der Servereinheit 20 eine Tabelle aufgebaut, welche die lokalen Schlüssel und die individuellen Identifikationsdaten ID beziehungsweise die Position der Leuchte 12 / der Bake 16 (Sende-Empfangs-Einheit) enthält.
Um das Beleuchtungssystem 100 noch besser zu schützen, kann die Schlüsselgenerierung von der Servereinheit 20 ausgelöst werden. Hierzu wird ein Signal an alle Baken 16 / Leuchten 12 / Sende-Empfangs-Einheiten gesendet, wie in der Fig. 5 dargestellt. Idealerweise wird dieser Prozess in Zeiten ausgeführt, wo das Beleuchtungssystem 100 nicht im Einsatz ist beziehungsweise kein oder nur ein geringes Datenaufkommen herrscht, beispielsweise nachts. Somit wechselt auf der Seite der Servereinheit 20 jeweils nur einmal der
Verschlüsselungsschlüssel EKey [temp] , während die Leuchten 12 beziehungsweise die Baken 16 dann lokal jeweils einen
unabhängigen Verschlüsselungsschlüssel EKey [temp, loc] daraus erzeugen . Um die Datenmenge zu verteilen, die bei der Rückmeldung der neuen Verschlüsselungsschlüssel EKey entsteht, kann ein individueller zeitlicher Versatz definiert werden. Um nicht jeder Einheit, also den in dem Maschennetz Mesh eingebundenen Komponenten in Form der Leuchte 12, Baken 16 sowie sonstige Sende-Empfangs-Einheiten wie WLAN-Router 18, welche jeweils über einen eigenen Schlüsselgenerator verfügen, einen
individuellen Zeitversatz zwischen dem Signal zur neuen
Schlüsselgenerierung und dem Senden der neuen
Verschlüsselungsschlüssel EKey an die Servereinheit 20 mitteilen zu müssen, was einen erheblichen Adressierungs- und Kommunikationsaufwand bedeutet, kann dieser Zeitversatz bei der Herstellung der jeweiligen Geräte einprogrammiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine fest abgelegte
individuelle Identifikationsnummer beziehungsweise
Herstellernummer als Offset/Zeitversatz verwendet werden. An dem Netzwerk wechseln somit nicht alle Teilnehmer
gleichzeitig den Verschlüsselungsschlüssel EKey, sondern schalten diesen zeitversetzt gültig und übermitteln ihn dann. Die Erzeugung und die Aktivierung des Schlüssels können somit getrennt vorgenommen werden. Die Anzahl N der Signalisierungsbits x bestimmt die Anzahl der möglichen Schlüssel m = 2N. Bei N = 8 ergibt sich eine Auswahl von m=256 verschiedenen Schlüsseln, oder bei N = 3 wie in der Fig. 8 dargestellt m = 8. Um die Anzahl der
Schlüssel weiter zu erhöhen, aber die Anzahl der
Signalisierungsbits x nicht weiter ansteigen zu lassen oder den Adressraum für die eigentliche Identifikationsdaten ID nicht weiter zu verringern, können auch ganze Gruppen von Schlüsseln verwendet werden, die über die Signalisierungsbits x adressiert werden. Bei der Verwendung von 256 Gruppen mit jeweils 100 Schlüsseln ergeben sich somit 25.600 verschiedene Schlüssel. Bei einer Übertragungsrate von 100 Millisekunden je verschlüsselter Identifikationsdaten ID würde sich also ein Schlüssel alle 2.560 Sekunden beziehungsweise nach circa 42 Minuten wiederholen, sodass ein Auslesen entsprechend lange dauern würde.
Um den Schutz des Beleuchtungssystems 100 noch weiter zu erhöhen, kann anstatt einer zentralen Aufforderung zur Schlüsselerzeugung auch eine lokale individuelle zufallsgesteuerte Schlüsselerzeugung erfolgen. Diese
Zufallssteuerung kann über interne Zähler ausgelöst werden, die mit Zufallswerten starten. Die Zeitbasis kann so gewählt werden, dass eine Schlüsselerzeugung innerhalb von Stunden, Tagen oder Wochen erfolgen kann. Sobald ein neuer lokaler Verschlüsselungsschlüssel EKey [n+1 , loc] erzeugt wird, wird dieser an die Servereinheit 20 übermittelt. Solange die Servereinheit 20 den neuen individuellen
Verschlüsselungsschlüssel EKey [n, loc] noch nicht empfangen und zugeordnet hat, ist es vorteilhaft, wenn der alte
Verschlüsselungsschlüssel EKey [n-1 , loc] temporär beibehalten wird, sodass der Dienst unterbrechungsfrei sichergestellt wird. Auf der Servereinheit 20 sind alter und neuer
Verschlüsselungsschlüssel EKey [n-1 , loc] , EKey [n, loc] bekannt und können somit beispielsweise sowohl eine alte als auch eine neue Abfrage der Identifikationsdaten ID beantworten. Zur Detektion und Lokalisierung von unerlaubten
Serviceabfragen beziehungsweise Positionsabfragen können auf der Servereinheit 20 die „alten" Verschlüsselungsschlüssel EKey [n-1 , loc] , EKey [n-2 , loc] , EKey [n-2 , loc] etc. weiter abgespeichert werden, sodass eine Schlüsselhistorie entsteht. Erfolgt nun eine Abfrage von Identifikationsdaten ID, welche mit einem veralteten Verschlüsselungsschlüssel EKey [n-2 , loc] verschlüsselt wurde, ist dies ein Hinweis darauf, dass es sich hierbei um einen nicht authentifizierten Zugriff
handelt. Hierdurch lassen sich weitere Maßnahmen ableiten, beispielsweise eine gezielte Deaktivierung einer eventuell veralteten App auf dem mobilen Endgerät 14, welche
Verschlüsselung noch nicht unterstützt, oder das Anbieten einer neuen App-Version. Ebenso kann eine Lokalisierung des mobilen Endgeräts 14 vorgenommen werden, welches die nicht authentifizierten Zugriffe durchführt.
Alternativ oder zusätzlich können die Signalisierungsbits x über einen weiteren Kanal lokal verteilt werden, beispielsweise über eine mit dem jeweiligen Treiber 11 einer Leuchte 12 verbundenen Bake 16 (Beacon) oder über einen
Mobilfunkkanal zwischen der Servereinheit 20 beziehungsweise dem mobilen Endgerät 14 und der Leuchte 12.
Der Aufwand, auf ein solches Beleuchtungssystem 100 zugreifen zu können ohne die Kenntnis der Entschlüsselungsschlüssel DKey, kann weiter erhöht werden, wenn die Gültigkeit von Entschlüsselungsschlüsseln DKey in eine lokale Abhängigkeit gesetzt werden, das heißt ein bestimmter Satz an
Entschlüsselungsschlüsseln DKey[loc] nur für Teile des
Beleuchtungssystems 100 innerhalb eines bestimmten Raumes gültig ist. So kann über eine Bake 16 (Beacon) eine grobe Lokalisierung erfolgen. Hieraus kann abgeleitet werden, welcher Entschlüsselungsschlüssel DKey[loc] in diesem Bereich gültig ist.
Um die Zugriffsmöglichkeiten auf eine statische Leuchten-ID durch statische Verschlüsselungsschlüssel EKey - insbesondere bei einer symmetrischen Verschlüsselung - einzuschränken, kann neben der Erhöhung der Anzahl N der Schlüssel und
Rotation dieser Schlüssel auch der Schlüssel selbst wie in der Fig. 9 dargestellt rotieren. Die Länge des Schlüssels und die Anzahl und Art der Schlüsselverschiebungen bestimmen dabei den zusätzlichen Verschlüsselungsraum. Unter der
Annahme, dass die Länge der Identifikationsdaten ID 10 Bit und die Länge des Schlüssels ebenfalls 10 Bit beträgt, so wiederholt sich der Schlüssel nach zehn Schritten in einem Schieberegister wieder. Für das oben genannte Beispiel bedeutet dies, dass jeder der 100 Schlüssel zehnmal benutzt werden kann, ehe er sich wiederholt. Hierdurch erhöht sich die Zeit, bis sich ein Schlüssel wiederholt, auf 420 Minuten.
Durch eine Verlängerung der Schlüssellänge von 10 Bit auf 1024 Bit erhöht sich linear auch die Dauer auf das 1.224- fache (1.024 * 420 Minuten = 7.168 Stunden = ungefähr
300 Tage) . Aus vorhandenen Schlüsseln können durch Kombination neue Schlüssel erzeugt werden. Wird ein Schlüssel Key_l mit einem anderen Schlüssel Key_2 über eine Rechenvorschrift verknüpft, beispielsweise eine XOR-Verknüpfung, entsteht ein neuer
Schlüssel Key_12 wie in der Fig. 11 dargestellt. Bei
100 Schlüsseln lassen sich somit 4.950 neue Schlüssel
erzeugen (N * (N-l)/2) mit N = Anzahl der Schlüssel). In diesem weiterentwickelten Beispiel würde dies eine Zeitdauer bis zum Wiederholen der gleichen Nachricht Code, welche die verschlüsselten Identifikationsdaten ID beinhaltet, auf das ungefähr 50-fache verlängern, also auf 15.000 Tage oder
41 Jahre.
Diese Methoden für die Verschlüsselung einer Leuchten-ID als Identifikationsdaten ID lassen sich auch auf Daten erweitern, die ebenfalls über Licht übertragen werden könnten und nach diesem Verfahren gesichert übertragen werden können.
Fig. 9 zeigt mögliche Operationen, die auf einen vorhandenen Schlüssel angewendet werden können. Beispielsweise kann das linke Bit anzeigen, dass ein Schlüssel nach links zu
verschieben ist (key shift left, KSL) und/oder das rechte Bit in der Signalisierungsbitfolge KeySig kann anzeigen, dass der Schlüssel nach rechts geschoben werden soll (key shift right, KSR) . Tatsächlich ist auf Bitebene mit Verschieben/Shift das Rotieren der Bits in einem Schieberegister gemeint, bei welchem ein aus dem Schieberegister herausgeschobenes Bit auf der gegenüberliegenden Seite wieder eingeschoben wird. Das mittlere Bit kann dazu benutzt werden anzuzeigen, dass ein vordefinierter Algorithmus Calc zur Veränderung des
Schlüssels beziehungsweise der Parameter zur Anwendung einer Rechenvorschrift ausgeführt werden soll.
Fig. 10 zeigt, wie ausgehend von einem Ausgangsschlüssel KeyO ein erster Schlüssel Keyl, ein zweiter Schlüssel Key2, ein dritter Schlüssel Key3, ein vierter Schlüssel Key4 und so weiter durch bitweise Rotation des Schlüssels erzeugt werden. Die Anwendung des ersten Schlüssels Keyl auf die Identifikationsdaten ID ergibt somit eine erste Nachricht Code_l, eine Anwendung des zweiten Schlüssels Key2 auf die Identifikationsdaten ID ergibt dementsprechend eine zweite Nachricht Code_2 und entsprechend weiter.
Fig. 11 zeigt schließlich, wie aus dem Schlüssel Key_l und dem Schlüssel Key_2 durch bitweise Anwendung eines XOR- Operators der neue Schlüssel Key_12 erzeugt werden kann. Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. So kann insbesondere die Erzeugung von neuen zweiten Schlüsseln in Abhängigkeit von vorhandenen ersten und/oder zweiten
Schlüsseln und/oder Schlüsselgenerierungsmaterial beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Somit wurde voranstehend gezeigt, wie eine Schlüsselerzeugung und/oder eine Schlüsselrotation für die Verschlüsselung von ortsgebundenen Informationen zweckmäßig ausgestaltet sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungseinrichtung (12) zur Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles Endgerät (14), umfassend: - ein Leuchtmittel (13), und
- ein elektronisches Betriebsgerät (11) zum Betreiben des Leuchtmittels ,
gekennzeichnet durch:
- eine Datenspeichereinheit, in der in einem dafür
reservierten Speicherbereich ein Satz von ersten Schlüsseln (Key_000 bis Key_lll) gespeichert ist,
- eine Auswahleinheit, welche dazu ausgelegt ist, in
Abhängigkeit von einem an einer Datenschnittstelle der
Beieuchtungseinrichtung bereitstellbaren
Schlüsselwechselsignal und/oder in Abhängigkeit von einem durch einen Schlüsselwechseltaktgeber der
Beieuchtungseinrichtung bereitstellbaren
beleuchtungseinrichtungsinternen Schlüsselwechselsignal einen ersten Schlüssel aus dem Satz von ersten Schlüsseln
auszuwählen,
- eine Verschlüsselungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, den ausgewählten ersten Schlüssel aus dem reservierten
Speicherbereich auszulesen und Messwertedaten und/oder
Identifikationsdaten (ID), welche zur Übertragung an das mobile Endgerät bestimmt sind, gemäß einer vorgebbaren
Verschlüsselungsoperation in eine mit dem ausgewählten ersten Schlüssel verschlüsselte Nachricht (Code) umzusetzen, und
- eine Sendeeinheit (13, 16), welche dazu ausgelegt ist, die verschlüsselte Nachricht an das mobile Endgerät zu senden.
2. Beleuchtungseinrichtung (12) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswahleinheit dazu ausgelegt ist, den ausgewählten ersten Schlüssel in Abhängigkeit von dem
Schlüsselwechselsignal gemäß einem vorgebbaren Schema aus dem Satz von ersten Schlüsseln zu ermitteln.
3. Beleuchtungseinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswahleinheit dazu ausgelegt ist, die Auswahl des ersten Schlüssels zumindest anteilig in Abhängigkeit von einer Zufallsvariablen zu treffen, welche mittels eines
Zufallsgenerators bereitstellbar ist.
4. Beleuchtungseinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschlüsselungseinheit dazu ausgelegt ist, den ausgewählten ersten Schlüssel vor der Verwendung mit der Verschlüsselungsoperation um eine vorgebbare Anzahl von
Bitpositionen in einem Schieberegister zu verschieben und dabei in Schieberichtung aus dem Schieberegister
herausgeschobene Bits auf der gegenüberliegenden Seite wieder einzuschieben .
5. System (100) mit mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Beleuchtungseinrichtung (12) nach jeweils einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Beleuchtungseinrichtung jeweils einen eigenen Satz von ersten Schlüsseln (Key_000 bis Key_lll) aufweist.
6. System (100) nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch,
eine Bake (16) zur Bereitstellung von
Positionsbestimmungsdaten mittels eines Funksignals, wobei die Positionsbestimmungsdaten in dem System einem Bereich zugeordnet sind, der eine Montageposition der ersten
Beleuchtungseinrichtung umfasst.
7. System nach Anspruch 5 oder 6,
gekennzeichnet durch
eine zentrale Schlüsselverwaltungseinheit (20) , welche dazu ausgelegt ist, ein Schlüsselwechselsignal an die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite
Beleuchtungseinrichtung (12) zu senden, wobei das
Schlüsselwechselsignal zumindest anteilig
Schlüsselgenerierungsmaterial umfasst, und wobei die
jeweilige Verschlüsselungseinheit dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem jeweils ausgewählten ersten Schlüssel und von dem übertragenen Schlüsselgenerierungsmaterial gemäß einer vorgebbaren Berechnungsvorschrift einen jeweils neuen zweiten Schlüssel zu ermitteln, wobei die jeweilige
Datenspeichereinheit dazu ausgelegt ist, den jeweiligen zweiten Schlüssel als zusätzlichen ersten Schlüssel in dem jeweiligen Satz von ersten Schlüsseln zu ergänzen.
8. Verfahren zur Bereitstellung einer Datenübertragung an ein mobiles Endgerät (14) mittels einer Beleuchtungseinrichtung
(12)
gekennzeichnet durch:
- Speichern eines Satzes von ersten Schlüsseln (Key_000 bis Key_lll) in einem dafür reservierten Speicherbereich einer Datenspeichereinheit der Beleuchtungseinrichtung,
- Auswählen eines ersten Schlüssels aus dem Satz von ersten Schlüsseln in Abhängigkeit von einem an einer
Datenschnittstelle der Beleuchtungseinrichtung
bereitstellbaren Schlüsselwechselsignal und/oder in
Abhängigkeit von einem durch einen Schlüsselwechseltaktgeber der Beleuchtungseinrichtung bereitstellbaren
beieuchtungseinrichtungsinternen Schlüsselwechselsignal,
- Auslesen des ausgewählten ersten Schlüssels aus dem
reservierten Speicherbereich,
- Umsetzen von Messwertedaten und/oder Identifikationsdaten (ID), welche zur Übertragung an das mobile Endgerät bestimmt sind, gemäß einer vorgebbaren Verschlüsselungsoperation in eine mit dem ausgewählten ersten Schlüssel verschlüsselte Nachricht (Code) , und
- Senden der verschlüsselten Nachricht an das mobile Endgerät durch eine Sendeeinheit (13, 16) der Beleuchtungseinrichtung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch:
- Senden eines Schlüsselwechselsignals an die
Beleuchtungseinrichtung, wobei das Schlüsselwechselsignal zumindest anteilig Schlüsselgenerierungsmaterial umfasst,
- Ermitteln eines zweiten Schlüssels in Abhängigkeit von dem ausgewählten ersten Schlüssel und von dem übertragenen
Schlüsselgenerierungsmaterial gemäß einer vorgebbaren
Berechnungsvorschrift, und
- Ergänzen des zweiten Schlüssels als zusätzlichen ersten Schlüssel in dem Satz von ersten Schlüsseln.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
gekennzeichnet durch:
- Erzeugen eines zweiten Schlüssels (Key_12) zur Verwendung mit der Verschlüsselungsoperation durch Kombination von zumindest zwei ersten Schlüsseln (Key_l, Key_2) aus dem Satz von ersten Schlüsseln gemäß einer vorgebbaren
Kombinationsrechenvorschrift .
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