WO1999008230A2 - Verfahren zur echtheitsprüfung eines datenträgers - Google Patents

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    • H04L2209/26—Testing cryptographic entity, e.g. testing integrity of encryption key or encryption algorithm

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the authenticity of a data carrier, in particular a chip card, which has at least one memory, a specific physical characteristic of the data carrier being stored in the memory in encrypted form.
  • Data carriers that are to be subjected to an authenticity check process usually have a counter, the status of which represents a monetary value and therefore provide a copy or. Incentive for replica. But there is also such an incentive when using such data carriers in access control systems or in the area of social insurance.
  • the known method does not yet provide satisfactory security against forgery. Since the comparison takes place in the card or in the semiconductor chip contained in the card, it is possible to replicate a chip or a card that always reports a positive comparison result to the terminal, regardless of an actually carried out comparison. However, if the comparison in the known method were to take place in the terminal, the encryption algorithm and the key number to be kept secret would have to be present in each terminal in order either to also encrypt the measured data and to compare the encrypted forms or the encrypted form read out from the card Decrypt the form of the data and compare the original data. However, this poses significant security risks because it provides incentives for a fraudster to steal and analyze terminals.
  • the problem on which the invention is based is therefore to specify a method for verifying the authenticity of data carriers which offers a high degree of security and avoids the disadvantages mentioned above.
  • the comparison is carried out in the terminal without the secret key having to be present in the terminal, since asymmetrical encryption is used.
  • Asymmetric encryption means that a different key is used for encryption than for decryption and neither of the two keys can be calculated even if the other is known.
  • the decryption key can and will be generally known usually files accessible to everyone - for example from the Internet - can be removed.
  • the public key is assigned to a specific card system operator, such as credit card companies or banks and insurance companies. It is essential in the method according to the invention that the secret key known only to the system operator cannot be calculated from the public key.
  • the RSA method is mentioned as an example of an asymmetrical encryption method.
  • the public, special key is stored in encrypted form in the card, a secret, global key being used to encrypt it.
  • This secret, global key is known only to central banks or other sovereign institutions, for example. It is used for the encryption of every public, special key.
  • the unencrypted, public, special key is also stored in the card.
  • the terminal then only contains the public, global key belonging to the secret, global key, by means of which the encrypted form of the public, special key is decrypted and compared with the original key, which is also stored. A match then shows that the correct secret, global key was used to encrypt the public, special key and means certification, for example, by the central bank, which thus guarantees that the public, special key is correct and can be used to decrypt the physical characteristic.
  • an antenna property such as, for example, the quality or combinations of such properties can be used as the physical feature. Further possibilities for physical features are given in EP 0 676 073 B1 and EP 0 602 643 A2. An adjustable resistance network or the characteristics of an EEPROM cell are proposed there as a card-specific, physical feature.
  • the invention is described in more detail below on the basis of an exemplary embodiment with the aid of a figure.
  • the figure shows schematically a chip card and a read / write terminal and a flow chart of the method according to the invention.
  • the figure shows a chip card 1 which has a memory 2, which can be implemented in a semiconductor chip, for example, and a physical feature X.
  • the memory 2 contains at least the form K s ⁇ [X] of the feature X encrypted with a first secret, special key K ss . As shown by a dashed line
  • a further public, special key K sp and the encrypted form of this second key K ge [K sp ] can also be contained in a further development of the invention.
  • a third secret, global key K gs was used to encrypt the second key K sp .
  • a terminal 3 is shown separated from the chip card 1 by a vertical, dashed line. This has a receiving slot 4 for the chip card 1 and a keyboard 5 and a display 6.
  • the terminal 3 also has a memory 7 in which the second public, special key K sp is stored at least temporarily. Terminal 3 can have this key permanently stored on the one hand, but can also fetch it from a central office or from a data network for each authenticity check via a data line. Since the second key K sp is a special one
  • a fourth public, global key K gP can be stored, which is indicated by a dashed expansion of the memory 7.
  • Both the chip card 1 and the terminal 3 can contain further devices, such as microprocessors or crypto processors.
  • the transfer from the chip card 1 to the terminal 3 can take place both in a contact-type manner and without contact, for example via inductive coupling.
  • the terminal 3 also has a measuring device in order to be able to determine the physical feature X of the chip card 1. All these details are not shown in the figure, since they are already known from the prior art and do not contribute to the invention in detail.
  • the sequence of the method according to the invention is shown under the representation of the chip card 1 and the terminal 3.
  • the development of the invention is shown between horizontal dashed lines if terminal 3 only contains a public, global key.
  • a process step d) transmit the encrypted form of the public, special key and the public, special key itself from chip card 1 to terminal 3, calculate the public, special key in terminal 3 using the public, global key and use the transmitted public, special key in process step e ) compared. If there is no agreement, the procedure is terminated.
  • the encrypted form of the physical feature is transferred from chip card 1 to terminal 3 in method step a) and the physical feature itself is measured from terminal 3.
  • the encrypted physical feature is then decrypted in the terminal by means of the previously transmitted public special key K sp recognized as correct and compared with the measured physical characteristic.
  • the encrypted forms of the feature X and of the public, special key and the public, special key itself need be stored in the chip card 1.
  • the secret, special and the secret, global key need not be present in the chip card 1, but only has to be known to the system operator or the certifying body.
  • the secret keys are clearly assigned to the associated public keys, it is not possible to recreate a card that contains the correct encrypted forms of the data required for the authenticity check.
  • Both the data carrier and the terminal may contain the secret, special and secret, global keys, although this is not necessary, but this would lead to a loss of security.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Datenträgers (1), insbesondere einer Chipkarte, ist die verschlüsselte Form eines physikalischen Merkmals (X) des Datenträgers (1) in diesem gespeichert. Die verschlüsselte Form des Merkmals wird zu einem Terminal (3) übertragen, welches auch das physikalische Merkmal (X) selbst misst. Das physikalische Merkmal (X) ist mit einem geheimen Schlüssel (Ks,s) verschlüsselt und wird mit einem öffentlichen Schlüssel (Ks,p) im Terminal (3) entschlüsselt. Bei einem Vergleich des entschlüsselten Merkmals und des gemessenen Merkmals wird bei Übereinstimmung die Echtheit festgestellt. Da der geheime Schlüssel (Ks,s) weder im Datenträger (1) noch im Terminal (3) enthalten ist, ist eine hohe Sicherheit gegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Datenträgers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Datenträgers, insbesondere einer Chipkarte, der zumindest einen Speicher aufweist, wobei ein spezifisches, physikalisches Merkmal des Datenträgers in verschlüsselter Form in dem Speicher abgelegt ist.
Ein solches Verfahren ist aus der EP 0 112 461 AI bekannt. Dort sind die Eigenschaften einer in einer Identitätskarte enthaltenen Antenne in verschlüsselter Form in der Karte ge- speichert und werden mit den gemessenen Eigenschaften verglichen. Der Vergleich findet dort jedoch in der Karte statt, wobei das wesentliche Geheimnis der Verschlüsselungsalgorithmus ist .
Datenträger, die einem Echtheitsprüfungsverfahren unterzogen werden sollen, weisen meist einen Zähler auf, dessen Stand einen Geldwert repräsentiert und liefern daher einen Kopierbzw. Nachbauanreiz. Aber auch bei der Verwendung solcher Datenträger bei Zutrittskontrollsystemen oder im Bereich der Sozialversicherungen ist ein solcher Anreiz gegeben.
Es ist möglich, einen Halbleiterchip identisch zu kopieren, so daß auch alle Geheimzahlen und verschlüsselten Daten wie das verschlüsselte physikalische Merkmal auf der Kopie ent- halten sind, ohne den genauen Schaltungsaufbau verstanden zu haben, so daß hier ein großes Sicherheitsrisiko vorliegt. Die Durchführung einer Echtheitsprüfung mittels eines physikalischen Merkmals, das bei jedem Datenträger anders und möglichst kompliziert ist und somit sehr schwer nachzubauen ist, ist jedoch ein erster Schritt zu einer höheren Fälschungssicherheit, da ein Betrüger zwar einen Chip nachbauen kann aber kaum eine dazu passende Karte mit dem richtigen physikalischen Merkmal .
Das bekannte Verfahren bringt hier allerdings noch keine zu- friedenstellende Fälschungssicherheit. Da der Vergleich in der Karte bzw. im in der Karte enthaltenen Halbleiterchip stattfindet, ist es möglich, einen Chip oder eine Karte nachzubauen, der oder die immer ein positives Vergleichsergebnis an das Terminal meldet, unabhängig von einem tatsächlich durchgeführten Vergleich. Würde der Vergleich bei dem bekannten Verfahren jedoch im Terminal stattfinden, müßte in jedem Terminal der Verschlüsselungsalgorithmus sowie die geheim zu haltende Schlüsselzahl vorhanden sein, um entweder die gemessenen Daten ebenfalls zu verschlüsseln und die verschlüssel- ten Formen zu vergleichen oder die aus der Karte ausgelesene verschlüsselte Form der Daten zu entschlüsseln und die Originaldaten zu vergleichen. Dies birgt jedoch erhebliche Sicherheitsrisiken, da es einem Betrüger Anreize bietet, Terminals zu entwenden und zu analysieren.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem ist also, ein Verfahren zur Echtheitsprüfung von Datenträgern anzugeben, das ein hohes Maß an Sicherheit bietet und die oben genannten Nachteile vermeidet.
Das Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst . Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Unteranspruch angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vergleich im Terminal durchgeführt, ohne daß der geheime Schlüssel im Terminal vorhanden sein muß, da eine asymmetrische Verschlüsselung verwendet wird. Asymmetrische Verschlüsselung bedeutet, daß zum Verschlüsseln ein anderer Schlüssel verwendet wird als zum Entschlüsseln und selbst bei Kenntnis des jeweils anderen keiner der beiden Schlüssel berechnet werden kann. Der Entschlüsselungsschlüssel kann allgemein bekannt sein und wird in der Regel jedermann zugänglichen Dateien - beispielsweise aus dem Internet - entnehmbar sein.
Der öffentliche Schlüssel ist hierbei einem bestimmten spezi- eilen Kartensystembetreiber, wie Kreditkartengesellschaften oder Banken und Versicherungen zugeordnet. Wesentlich beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß der geheime, nur dem Systembetreiber bekannte Schlüssel nicht aus dem öffentlichen Schlüssel berechnet werden kann. Als Beispiel für ein asymme- trisches Verschlüsselungsverfahren wird das RSA-Verfahren genannt .
Wenn lediglich das verschlüsselte Merkmal zum Terminal übertragen wird, ist es nötig, daß im Terminal die öffentlichen Schlüssel sämtlicher Systembetreiber gespeichert oder über beispielsweise einen Intranetanschluß zugreifbar sind, die sich dieses Terminals bedienen wollen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist in Weiterbildung der Erfindung der öffentliche, spezielle Schlüssel in verschlüsselter Form in der Karte abgespeichert, wobei zu dessen Verschlüsselung ein geheimer, globaler Schlüssel verwendet wurde. Dieser geheime, globale Schlüssel ist beispielsweise nur Zentralbanken oder sonstigen hoheitlichen Institutionen bekannt. Er wird für die Verschlüsselung jedes öffentlichen, speziellen Schlüssels ver- wendet. In der Karte ist außerdem der unverschlüsselte, öffentliche, spezielle Schlüssel gespeichert.
Im Terminal ist dann lediglich der zum geheimen, globalen Schlüssel gehörende öffentliche, globale Schlüssel enthalten, mittels dem die verschlüsselte Form des öffentlichen, speziellen Schlüssels entschlüsselt und mit dem Originalschlüssel, der ja ebenfalls gespeichert ist, verglichen wird. Eine Übereinstimmung zeigt dann, daß zum Verschlüsseln des öffentlichen, speziellen Schlüssels der richtige geheime, globale Schlüssel verwendet wurde und bedeutet eine Zertifizierung beispielsweise der Zentralbank, die somit dafür bürgt, daß der öffentliche, spezielle Schlüssel korrekt ist und zum Entschlüsseln des physikalischen Merkmals verwendet werden kann.
Als physikalisches Merkmal kann bei kontaktlosen Datenträgern eine Antenneneigenschaft wie beispielsweise die Güte oder auch Kombinationen solcher Eigenschaften verwendet werden. Weitere Möglichkeiten für physikalische Merkmale sind in der EP 0 676 073 Bl und der EP 0 602 643 A2 angegeben. Dort werden ein einstellbares Widerstandsnetzwerk bzw. die Eigen- schatten einer EEPROM-Zelle als kartenspezifisches, physikalisches Merkmal vorgeschlagen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spiels mit Hilfe einer Figur näher beschrieben. Die Figur zeigt dabei in schematischer Weise eine Chipkarte und ein Lese/Schreib-Terminal sowie ein Ablaufdiagramm des erfindungs- gemäßen Verfahrens .
Die Figur zeigt eine Chipkarte 1, die einen Speicher 2, der beispielsweise in einem Halbleiterchip realisiert sein kann, sowie ein physikalisches Merkmal X aufweist.
Trotz der Darstellung einer Chipkarte ist die Erfindung keineswegs auf eine solche Ausgestaltung eingeschränkt, sondern kann bei beliebigen Formen von Datenträgern angewendet werden.
Im Speicher 2 ist zumindest die mit einem ersten geheimen, speziellen Schlüssel Kss verschlüsselte Form Ks β [X] des Merk- mals X enthalten. Wie durch eine strichliert dargestellte
Vergrößerung des Speichers 2 angedeutet ist, kann in Weiterbildung der Erfindung außerdem ein zweiter öffentlicher, spezieller Schlüssel Ksp sowie die verschlüsselte Form dieses zweiten Schlüssels Kg e[Ksp] enthalten sein. Zum Verschlüsseln des zweiten Schlüssels Ksp wurde ein dritter geheimer, globaler Schlüssel Kg s verwendet . Durch eine senkrechte, strichlierte Linie von der Chipkarte 1 getrennt ist ein Terminal 3 dargestellt. Dieses weist einen Aufnahmeschacht 4 für die Chipkarte 1 auf sowie eine Tastatur 5 und ein Display 6. Das Terminal 3 weist außerdem einen Speicher 7 auf, in dem wenigstens temporär der zweite öffentliche, spezielle Schlüssel Ks p gespeichert ist. Das Terminal 3 kann diesen Schlüssel einerseits permanent gespeichert haben, aber auch für jede Echtheitsprüfung über einen Datenleitung von einer Zentrale oder aus einem Datennetz holen. Da es sich bei dem zweiten Schlüssel Ksp um einen speziellen
Schlüssel handelt, der einem bestimmten Systembetreiber, wie beispielsweise einer Kreditkartenfirma zugeordnet ist, das Terminal 3 jedoch möglicherweise für Karten unterschiedlicher Systembetreiber anwendbar sein soll, wäre es nötig, verschie- dene zweite öffentliche, spezielle Schlüssel gespeichert zu halten. Stattdessen kann in Weiterbildung der Erfindung ein vierter öffentlicher, globaler Schlüssel KgP gespeichert sein, was durch eine strichlierte Erweiterung des Speichers 7 angedeutet ist .
Sowohl die Chipkarte 1 als auch das Terminal 3 können weitere Einrichtungen, wie Mikroprozessoren oder Kryptoprozessoren enthalten. Die Übertragung von der Chipkarte 1 zum Terminal 3 kann sowohl in kontaktbehafter Weise als auch kontaktlos, beispielsweise über induktive Kopplung erfolgen. Das Terminal 3 weist außerdem eine Meßeinrichtung auf, um das physikalische Merkmal X der Chipkarte 1 ermitteln zu können. All diese Details sind nicht in der Figur dargestellt, da sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind und im Detail nicht ' zur Erfindung beitragen.
In der Figur ist unter der Darstellung der Chipkarte 1 und des Terminals 3 der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zwischen horizontalen strichlierten Linien ist die Weiterbildung der Erfindung dargestellt, falls im Terminal 3 lediglich ein öffentlicher, globaler Schlüssel enthalten ist . In diesem Fall wird in einem Verfahrensschritt d) die verschlüsselte Form des öffentlichen, speziellen Schlüssels sowie der öffentliche, spezielle Schlüssel selbst von der Chipkarte 1 zum Terminal 3 übertragen, im Terminal 3 mittels des öffentlichen, globalen Schlüssels der öffentliche, spezielle Schlüssel berechnet und mit dem übertragenen öffentlichen, speziellen Schlüssel im Verfahrensschritt e) verglichen. Falls keine Übereinstimmung gegeben ist erfolgt ein Abbruch des Verfahrens .
Bei Übereinstimmung wird im Verfahrenschritt a) die verschlüsselte Form des physikalischen Merkmals von der Chipkarte 1 zum Terminal 3 übertragen sowie das physikalische Merkmal selbst vom Terminal 3 gemessen. Im Terminal wird dann mittels des zuvor übertragenen und als richtig erkannten öf- fentlichen, speziellen Schlüssels Ksp das verschlüsselte physikalische Merkmal entschlüsselt und mit dem gemessenen verglichen.
Falls eine Übereinstimmung ergeben ist, wird die Karte im Verfahrensschritt c) als echt erkannt. Falls keine Übereinstimmung gegeben ist, erfolgt ein Abbruch des Verfahrens.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchen in der Chipkarte 1 lediglich die verschlüsselten Formen des Merkmals X sowie des öffentlichen, speziellen Schlüssels und der öffentliche, spezielle Schlüssel selbst gespeichert sein. Der geheime, spezielle und der geheime, globale Schlüssel brauchen in der Chipkarte 1 nicht vorhanden zu sein, sondern müssen lediglich dem Systembetreiber bzw. der zertifizieren- den Stelle bekannt sein. Da die geheimen Schlüssel jedoch eindeutig den zugehörigen öffentlichen Schlüsseln zugeordnet sind, ist es nicht möglich, eine Karte nachzubauen, die die korrekten verschlüsselten Formen der zur Echtheitsprüfung benötigten Daten enthalten.
Auch eine Entwendung und Analyse eines Terminals 3 seitens eines Betrügers führt nicht zum gewünschten Erfolg, da auch dort lediglich die öffentlichen und somit auch andersweitig erhaltbaren Schlüssel gespeichert sind. Sowohl im Datenträger als auch im Terminal können die geheimen, speziellen und der geheime, globale Schlüssel enthalten sein, obwohl dies nicht nötig ist, allerdings würde dies zu einem Sicherheitsverlust führen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Echtheitsprüfung eines Datenträgers (l) , insbesondere einer Chipkarte, der zumindest einen Speicher (2) aufweist, wobei ein spezifisches, physikalisches Merkmal (X) des Datenträgers (1) in verschlüsselter Form (Kß s[X]) in dem Speicher (2) abgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Merkmal (X) mit einem ersten geheimen, speziellen Schlüssel (Ks ε) verschlüsselt ist, daß ein zum ersten geheimen Schlüssel (KS S) gehörender zweiter spezieller, öffentlicher Schlüssel (KB p) in einem Le- se/Schreib-Terminal (3) vorhanden ist, daß die folgenden Schritte ausgeführt werden: a) das Lese/Schreib-Terminal (3) liest das verschlüsselte Merkmal (Ke s[X]) aus dem Speicher (2) des Datenträgers (1) und ermittelt das physikalische Merkmal (X) durch Messung, b) das Lese/Schreib-Terminal (3) errechnet mit dem zweiten Schlüssel (Kβ P) das Merkmal (X=KS/P [KS/β [X] ] ) und vergleicht es mit dem gemessenen Merkmal (X) c) bei Übereinstimmung wird die Echtheit des Datenträgers (1) festgestellt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Datenträger (l) zusätzlich der zweite spezielle, öffentliche Schlüssel (Ks p) und die mit einem dritten globalen, geheimen Schlüssel (KgιS) verschlüsselte Form des zweiten Schlüssels {Kg s[Ks p]) gespeichert ist, daß folgende Schritte ausgeführt werden d) das Terminal (3) liest diese Daten und errechnet mit einem im Terminal (3) vorhandenen vierten globalen, öffentlichen Schlüssel (Kg/P) den zweiten Schlüssel (Kβ>p=Kgp[Kg β [Ks p] ] ) und vergleicht diesen mit dem gelesenen zweiten Schlüssel, e) bei Übereinstimmung werden die Verfahrensschritte a) bis c) ausgeführt.
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