WO2001061961A2

WO2001061961A2 - Verfahren zur authentizitätssicherung von hard- und software in einem vernetzten system

Info

Publication number: WO2001061961A2
Application number: PCT/EP2001/001055
Authority: WO
Inventors: Peter Eitel; Guido Von Der Heidt; Uwe Retzow
Original assignee: Infineon Technologies AG; Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG; Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2002-08-15
Also published as: WO2001061961A3; US20030079141A1; EP1287655A2; JP2003530739A; DE50102687D1; EP1126655A1; HUP0400498A2; US7386735B2; EP1287655B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung eines vernetzten Systems (S), das über einen Systembus (SB) verbundene Systemkomponenten (SK1...SKn) mit Hardware- und Software-Modulen aufweist. Erfindungsgemäß weisen die Systemkomponenten (SK1...SKn) jeweils ein Authentifizierungsmerkmal (K1...Kn) für die Hardware-Module und/oder jeweils ein weiteres Authentifizierungs- beziehungsweise ein Integritätssicherungsmerkmal (S1...Sn) für die Software-Module auf. Weiter ist ein am Systembus (SB) angeschaltetes, zentrales Prüfmodul (PM) zur Überprüfung der Authentifizierungsmerkmale (K1...Kn) und/oder der Integritätssicherungsmerkmale (S1...Sn) vorgesehen.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Authentizitätssicherung von Hard- und Software in einem vernetzten System

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches System kann beispielsweise durch folgende Szena- rien gebildet werden:

- System zur Fernabfrage von Stromzähler-Ständen über die Powerline beziehungsweise das Stromversorgungsnetz,

- Datenbank-server mit Zugriffen über Clients,

- Client-/Server-Konfiguration mit internem Datenaustausch, - Ferneinstellung von Geräten,

- Fernabfrage von Kontoständen,

- System in einem Fahrzeug mit vernetzten Prozessoren/Micro- Controllern, insbesondere Motorsteuerung, Alarmanlage oder zentrale Türsicherung, - usw.

Allgemein bekannt sind symmetrische und asymmetrische Verschlüsselungsverfahren, mit denen ein sicherer Nachrichtenkanal zwischen Kommunikationsteilnehmern gebildet wird. Weiter sind symmetrische und asymmetrische Verfahren, wie beispielsweise eine digitale Signatur oder ein Message Authentication Code (MAC) , allgemein gebräuchlich, mit der die Authentizität und/oder die Integrität einer Nachricht, eines Teilnehmers, oder auch ein Schlüssel von einer Empfangsstelle überprüft werden kann. Allgemeine Grundlagen sind beispielsweise in dem Buch "Kryptografie" von W. Fumy und H. P. Rieß, Entwurf und Analyse symmetrischer Kryptosysteme, R. Oldenbourg Verlag München, Wien, 1988, beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Hard-/Softwaresysteme gegen unbefugte Manipulationen zu schützen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan^¬ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren schützt die Hard- und Software-Bausteine eines Systems insbesondere während des Wirkbetriebes gegen unbefugte Veränderungen beziehungsweise erkennt Manipulationen.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der externe Zugriff auf die Bausteine des Systems gesichert. Dies umfaßt unter Anderem den Austausch oder die Erneuerung von Systemkomponenten beziehungsweise als Teile davon Hard- und Software-Bausteine.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.

In der einzigen Figur ist ein System S dargestellt, das über einen Systembus SB verbundene Systemkomponenten SKI bis SKn aufweist. Die Systemkomponenten SKI bis SKn weisen nicht nä- her angegebene Hardware- und Softwaremodule auf, die gemäß den spezifischen Aufgaben der jeweiligen Systemkomponente SKI bis SKn ausgebildet sind.

Die Systemkomponenten SKI bis SKn werden beispielsweise durch Personalcomputer, Drucker und Server, aber auch durch Bausteine in einer Motorsteuerung, wie beispielsweise Prozessor und Speicherbausteine realisiert.

Erfindungsgemäß ist im System S ein zentrales Prüfmodul PM vorgesehen, das mit dem Systembus SB verbunden ist. Weiter sind die Hardware-Module in den Systemkomponenten SKI bis SKn mit Authentifizierungsmerkmalen Kl bis Kn versehen. Des Glei-

o Z tt) rt CΛ w t_l s: TJ φ Hi CΛ α σ n N d CΛ < CΛ er Q. PJ H σ P σ CΛ CΛ O

O- Φ Φ Φ O X) Φ Φ I-. P 3 Φ O Φ P Φ o P 3 P Φ n P Φ 3 3 P CΛ P P i 3^{^}

Φ H P 3 U P P 3 3 3 l-i iQ 3 φ 3 α Φ er 3 ¹ CΛ l-i rt φ rt φ n 3 Φ

H CΛ 3 PJ φ Φ CΛ Hi φ ιQ Φ Φ tr α CΛ PJ W Φ 3^J 3

Φ CSl t-" H" 3 Φ 3 CΛ 3 P [ CΛ 3 P Φ > 3 ιQ O CΛ Φ Z z H φ rt CΛ 3 > ? ^> PJ 3 PJ —' 3 o <! 3' rt 3 3 α H 3 T) Xi l-i φ Z

Φ PJ ι-f H Φ Σ. ^ ^5 3 P⁾ CΛ 3 l-i ιQ o Φ 3 ^• — ' CΛ Φ P rt rt φ 3 P φ

3 er rt 3 Φ PJ Φ Hi 3 rt 3 S! α α CΛ ^ l-i 3 3 rt 3' P P 3 rt P

P uq Φ PJ P H H α Hi 3 Φ rt P ≤ P C φ N vQ P P α J Φ O n iQ Φ CΛ Q φ 3 er α CΛ Φ O 3 Φ ι-t PJ φ Φ ^ 3 CΛ CΛ Φ Φ rt 3 3 ^{^} CΛ H Φ

Φ cn 0 CΛ Φ Φ H I-! PJ ^ CΛ ? H P iQ Φ rt Hi ω ω rt PJ Φ 3 Φ 3 l-i O φ rt ω N 3 α 3 o er Φ CΛ CΛ P 3 Φ Λ P l-i φ t 3 PJ α Φ rt > φ O 3 t-3 Φ 1 o Φ φ ≤ 3 3 cr H W P Hi 3 l-i α α (D 3 Λ 3 3 Φ 3 3^J •ö H rt (Λ 3 l-i Φ • α φ 3 3 O P sQ 3 3 P

Φ *< h rt sQ rt 3 o PJ ι-i O Hi P P 3 rt 3^J N Φ sQ rt φ rr rt- O Φ CΛ o H H i-r 3 3 Ό P Hi Φ 3 J CΛ σ > CΛ ιQ ≤ Φ P 3 PJ tr

PJ Φ 3 3 rt tr PJ P Φ sQ 3 φ φ rt P rt - Φ P PJ XI P ι-i Φ J φ CΛ

P rt Φ rt 3 H 3 er ζ 3 Φ ι-i φ 3 P Φ n 3 Ö Φ Φ 3 O

P-¹ M s: 3 Φ PJ rt n rt α PJ φ sCs Φ α 3 φ ι-i ? 3 3 H rt Hi

≤ 3 SU CΛ P P rt P Φ t Φ PJ 3 l-i ι-( h 3 P N P¹ sQ 3 CΛ P rt

H Φ IT^" \r 3 3 CΛ Hi CΛ 3 Λ er Φ P CΛ ^Q 3 er CΛ Φ 3 CΛ ιQ Φ M _-> Hi z

Φ O H Λ CΛ P Φ Φ 1 0 rt P rt Φ z 3 3 3 CΛ 3 P PJ

H α 3 Φ K TJ P N d P CΛ 3^" H 03 Φ PJ o rt Φ P φ ^Q ιQ φ 3 rt er N l-i rt Φ CΛ 3 φ H n P ι-f 3 ^ φ XI PJ ι-i rt α PJ ^Q CΛ P rt CΛ H φ Φ P P φ

Φ 3 H PJ ri 3 3^' φ 3 t-> P 3 rt CΛ Φ ι-i X) CΛ • Ό l-i 3 sQ CΛ φ 1

. CΛ er 3 Hi Φ H Hl CΛ ω 3 CΛ ι-i O H Φ P P Φ p t CΛ ι-i l-i £

S rr α Φ 3 3 H 3 3 o er Λ Hi rt J O rt φ σ o PJ y xs P CΛ 3 o

Φ M φ Φ H rt o 3 3 o iQ P rt rt Φ 3 ω CΛ J α PJ N P⁾ l-i rt 3 3 α

CΛ 3 CΛ Φ 3 ιQ α Φ CΛ » • P Φ φ ^ P rt CΛ P CΛ Φ Φ J PJ sQ 3 α N PJ l-i 3 ιQ ω 3 3 3 3 CΛ 3 sQ CΛ ≤ φ CΛ Φ iQ rt PJ CΛ P¹ L

0 P φ td 3 Hi t-¹ CΛ 3 P¹ P⁾ CΛ σ Φ CΛ 3 3 CΛ Φ CΛ CΛ 3 CΛ 3 1 Φ

3 CΛ in Φ n J 3 φ CΛ 3 p" . 3 P 5. _— Φ PJ P P CΛ 3 Φ -¹ ^ 3 CΛ Hl ιQ rt rt tr - ^d φ H 3 3 ι-l Φ 3 s rt rt n CΛ Φ rt CΛ Q P • er - H ι-i £ H B^" d rt o Φ ι-( ?_ι ι-i 3 3^" Φ l-i 3^J er n Φ Φ

SU PJ OJ P er Φ 3 S Φ t 3^J α CΛ α o P t-i Φ P Φ α P er 3^J N h

3 3 0 Φ Φ 3 P⁾ CΛ P er P CΛ Φ H N Φ 3 Φ CΛ P Φ Φ P

O 3 er H σ PJ 3' 3 Φ Φ J ^Q n 3 3 3 3 rt H CΛ CΛ ι-i Φ Λ

Φ 3^J Φ CΛ er P φ P T) P Φ Φ s 3" 3 CΛ 3 P CΛ 3 3' ^•

H . CΛ XJ φ Φ Φ 3 o Φ 3 XI ∑: 3 φ φ 3 vQ PJ 3 Hl J 3 ^ CΛ 3 3 CΛ

3 3 PJ H N ^ H φ l-i Φ CΛ 3 CΛ rt 3 P Φ 3 • sQ 3 rt

Φ O CΛ Φ P CΛ t-¹ Φ Hi 3 P H CΛ rt 3 N § N Z Z CΛ CΛ ι Φ

3 sQ 3 φ er I-¹ ι-i P O > Hi 3 PJ 3 Φ φ Φ P Φ Φ er rt 3 CΛ 3

CΛ CΛ 3- Φ er Hi 3 P¹ 3 3 P CΛ ιQ rt ι-i P ι-i Φ P H Φ Φ φ z _<

P *< n Σ. 3 H er P 0 sQ υ2 Hi 3 υ3 rt φ ^{^} O l-i P- α N 3 l-i φ o

3 O CΛ 3^J Φ 3 xs P CΛ "• Φ Hi K-. Φ J Φ <! 3' Φ 3 P Φ P CΛ P 3

Hi t rt sQ P sQ H CΛ ^Q 3 O 3 3 3 φ J P 3 u3 3 φ g CΛ XI o -> Φ Φ CΛ Λ 3 ^ Φ α • l-l ? N 3 rt H I-¹ 3 3 Q Φ 3^{^} CΛ P φ o h 3 H. Φ ∑: Hi CΛ 3 3 J PJ w rt P ≤ φ P Φ CΛ 3 <! 3 • 3

3 Φ 3 Φ 3 3 . CΛ σ Φ 3 ^ Φ 3^' N Φ rt ι-i 3 O 3 Φ φ

0⁾ H CΛ tr P P 3 er P H 3 CΛ ι-( Φ P 3 CΛ Φ 5! ι-i U3 3 3 rt 3 H 3 CΛ ιQ Φ Φ σ t φ 3 rt N 3 rt h-¹ Φ X l-i o N CΛ CΛ rt rt

P Φ er rt Φ M N P Φ 3 CL Φ Φ rt PJ 3 P PJ er ? Hi P Φ P α tQ 3 3 3 P rt 3 er 3 l-i g^" 3 Z H-¹ Φ Φ o Φ 3 υ3 Φ sQ 3

3 3 P z Φ PJ O Φ CΛ er H CΛ sQ n CΛ ιQ P Φ α PJ CΛ P er H

CΛ φ ω φ CΛ 3 3 3^{^} CΛ Φ Φ n rt J 1 CΛ 3 z Φ z CΛ P P CΛ

3 _-r XJ ι-( rt CΛ 3 ιQ 3 er rt H P 3^J CΛ rt Φ PJ φ Φ CΛ rt o i

H P α P 1 rt 3 Φ T) 3 ≤ P er P (Λ σ H _^ — . P J i-¹ φ Φ 3 er ιQ H l-i Φ Φ ∑: Φ O Φ 3 3 PJ Φ i o CΛ CΛ rt

3 h-' 3 g Φ P CΛ 1 P⁾ 3 H P Φ H 3 1 Φ rt 1 _-> i-i Φ P 3 CΛ er

1 P 3 1 3 1 3 H 1 CΛ 1 ^' 1 Hi 1 g φ 1 P

CO co M l\_ _-» h->

Cn o Cπ O π o cπ er 3 rt tr CΛ Φ 03 ∑;

P- P- P- φ rt p- Φ φ £

CΛ rt O P- Φ 3 P- P-

3 Λ Φ CΛ 3 i a Φ CΛ P¹ φ φ 3

3 φ 3 rt Φ M P- CΛ

3 P- 3 a N

3 Φ CΛ 171 3 φ P- 3

3 3 P- 3: sQ ι-i l-i sQ a 3 er CΛ PJ φ φ er a Φ σ & σ a Φ l-i er Φ Φ rt φ

P- P- 3 P- 1 P- 3 φ CΛ 3 a P¹ rt 3 •

X⁾ PJ P- a 3 Φ P-

M P- er φ Φ CΛ ι-i rt t

3 φ t CΛ rt sQ tr P- rt (-^■ PJ: Φ PJ P- a Φ

Φ CΛ 3 a er Φ ι-( Q ∑: sQ CΛ Φ Φ a 3 N l-i Φ P- n 3 1 3 3

P- P- s tr CΛ 3 it) rt CΛ 3 Φ O sQ h P- p : Φ < P- p- tr 3: CΛ rt O rt 3 3 a Hi rt

CΛ α 3 rt N P- Φ 3

CΛ P- CΛ P- rt H o a

P- φ D- rt sQ rt a 3

O Φ Φ Φ CΛ w 3 ω

3' > 3 3 rt P¹

Φ 3 Φ Hi Pt l-i rt ? Φ ESI P- ^ 3

3 tr ι-( 3 {-^■ 3 £ Hi

3 Φ t?1 ιQ Φ a o Q 3 ^ > PJ 3 l-i

CΛ rt rt ω 3 t? 3 φ

P- 3

3 O tQ sQ H 3 φ Hi iQ Φ CΛ er rt l-i P- ι-i H N z 3 P-

N PJ Hi r_ PJ φ 3 o

P- Hi O § 3 P- a 3

PJ Φ P- Hi CΛ Φ CΛ ι-( CΛ tQ CΛ . rt 3

Φ 3

3 n rt ^< • o

3 tr CΛ ö

CΛ sQ Φ a a

Φ rt P- PJ 3 h-> CΛ 3 P- Φ Φ ω

3 3 φ 3 CΛ er £ Φ πd Pl

P- l-i φ Φ CΛ H

CΛ t_f £ n . CΛ :

3 3^{^} rt n Hi er

CΛ PJ 3 Φ σ tr 3 Φ

3 3 ι-i PJ 3 o P-

Φ P- 3 CΛ P- a CΛ

Φ CΛ Φ rt 3 T⁾ ι-i Pi 3 ι-i rt P-

1 H-¹ φ 1 φ

^ 3_* INI πd P¹

3 £

zeugt wurden. Insbesondere müssen diese Mechanismen nicht in den Systemkomponenten SKI bis SKn implementiert werden, und es kann weiter intern ein autarkes Schlüsselmanagement verwendet werden. Als Schlüsselverteilzentrale kann das Prüfmo- dul PM mit einer entsprechenden Ausgestaltung fungieren.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Bildung der Authentifizierungsmerkmale Kl bis Kn der Hardwaremodule ebenfalls von systeminternen Kryptofunktionen übernommen werden. Hierbei werden beispielsweise die Authentifizierungsmerkmale Kl bis Kn in einem Initialisierungsschritt von dem jeweiligen System S selbst erzeugt. Auch dies kann zentral im Prüfmodul PM durchgeführt werden.

Extern und intern können entsprechend den jeweiligen Sicherheitsanforderungen sowohl symmetrische als auch asymmetrische Kryptoverfahren angewendet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Sicherung eines vernetzten Systems (S) , das über einen Systembus (SB) verbundene Systemkomponenten (SKI... SKn) mit Hardware- und Software-Modulen aufweist, dadurch gekennzeichnet daß die Systemkomponenten (SKI... SKn) jeweils ein Authentifi- zierungsmerkmal (Kl...Kn) für die Hardware-Module und/oder jeweils ein weiteres Authentifizierungs- beziehungsweise ein Integritatssicherungsmerkmal (Sl...Sn) für die Software- Module aufweisen, und daß ein am Systembus (SB) angeschaltetes, zentrales Prüfmodul

(PM) zur Überprüfung der Authentifizierungsmerkmale (Kl...Kn) und/oder der Integritätssicherungsmerkmale (Sl.-.Sn) vorgese- hen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit dem Prüfmodul (PM) verbundenes Informationsmodul (IM) zur Ausgabe von dessen Meldungen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle (EAS) im Prüfmodul (PM) , die die einzige externe Zugriffsmöglichkeit auf das System (S) bildet, wobei das Prüfmodul (PM) eine Authentifizierung und eine Überprüfung der Zugriffsrechte bei einem externen Zugriff durchführt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Datenaustausch zur Prüfung der Authentifizierungsmerkmale (Kl...Kn) und/oder der weiteren Authentifizierungs- beziehungsweise Integritätssicherungsmerkmale (Sl...Sn) zwi- sehen dem Prüfmodul (PM) und jeweils einer der Systemkomponenten (SKI... SKn) durch digitale Signaturen oder MACs (Mes- sage Authentication Codes) und/oder Verschlüsselung geschützt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß für eine über die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle (EAS) des Prüfmoduls (PM) in das System (S) eingespielte Software im Prüfmodul (PM) das zugehörige Integritätssicherungsmerkmale (Sl - Sn) geprüft wird und die Software digital signiert oder durch einen MAC geschützt und/oder verschlüsselt und zu einer der Systemkomponenten (SKI... SKn) übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß die interne digitale Signatur und/oder MAC-Sicherung und/oder Verschlüsselung autark im System (S) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in einem Initialisierungsschritt die Authentifizierungsmerkmale (Kl...Kn) der Hardware-Module der Systemkomponenten (SKI... SKn) systemintern erzeugt werden.