METHOD AND MODULE FOR TESTING ELECTRONIC DATA

Abstract: 1. A method for the identification of terminal users and for checking the authenticity of the origin and content of electronically transmitted data in on-line-networks using cryptographic methods, wherein a multiplicity of indentification terminals (1) is connected to a central computer (2) by means of public or private line installations, each identification terminal containing a specifically assigned subsystem identification (SSID) and a specifically assigned cryptographic code, the so-called authenticity code (KAUT), in which system moreover, all admissible system users are provided with a personal identification number (PIN), and magnetic strip cards, which contain a specifically assigned user identification (ID), the personal identification number (PIN) standing in a functional relationship with the user identification (ID), in which system the transaction at the identification terminal (1) is, moreover, initiated by the system user by means of his magnetic strip card and his secret personal identification number (PIN), and a transaction request message (AP1) is created by the identification terminal and is protected by means of cryptographic methods and transmitted to the computer (2), whereupon the computer (2) transmits a transaction reply message (A1, A2, A3) protected by means of cryptographic methods to the identification terminal (1), and wherein the magnetic strip of the said magnetic strip card contains, apart form the data required for the handling of the transaction, a cryptographic code, the so called personal code (KP) and where the latter, like the personal identification number (PIN), stands in a functional relationship with the user identification (ID), the authenticity code (KAUT) standing in a functional relationship with the subsystem identification (SSID) and wherein provision is made for a hardware security module (3) for the computation of the said functions, wherein one code each (KPING) or (KPG) is stored in the module (3) for the reconstruction of the personal identification number (PIN) or of the personal code (KP) from the user identification (ID) and a code (KAUTG) for the reconstruction of the authenticity code (KAUT) from the subsystem identification (SSID), a reference authentification parameter (AP*) being formed from the reconstructed values and a comparison being effected between the transaction request message (AP1) and the reference authentification parameter (AP*) for the formation of authorisation parameters.

Description: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Modul für die Überprüfung der Echtheit des Ursprunges und Inhaltes von elektronisch übermittelten Daten sowie der Identität des Absenders unter Verwendung kryptographischer Methoden. Systeme des elektronischen Zahlungsverkehrs bewältigen schon heute einen beachtlichen Anteil des Zahlungsvolumens; ihre Bedeutung wird noch weiter steigen. Sei es die scheck- und bargeldlose Bezahlung von Einkäufen am Port of Sale, die Barbehebung am Geldausgabeautomaten, der Ersatz von Scheck und Unterschrift am Bankschalter durch Karte und Code oder die Aufgabe einer Überweisung am Bildschirmtextgerät zu Hause (Home-banking)- alle diese Transaktionen können nur dann gesichert abgewickelt werden, wenn die eindeutige Feststellung der Identität des Kunden sowie die Verifikation des korrekten Ursprunges und unverfälschten Inhaltes der Transaktionsdaten (auch als Meldungsauthentisierung bezeichnet) möglich sind. Im Zusammenhang mit dem Aufbau derartiger Systeme ergeben sich im wesentlichen vier Probleme: 1) Datenschutz, darunter versteht man die Verhinderung des unberech tigten Zugriff es zu sensitiven Informationen, 2) Transaktionsauthentizität,dies ist die Feststellung, ob die Trans aktionsanforderung tatsächlich von einem authorisierten Terminal stammt, 3) Benutzeridentität, das ist die Feststellung, ob eine Verfügungs berechtigung des Benutzers besteht, und schliesslich 4) Sicherung der geheimen Systemkomponenten, dies sind die kryptogra phischen Schlüssel und Algorithmen im Terminal einerseits und im Sicherungsmodul andererseits, die vor jedem unbefugten Zugriff geschützt werden müssen. Die ersten drei der genannten Probleme können mit Hilfe kryptographi scher Methoden gelöst werden, wohingegen das vierte Problem einige technische Massnahmen erfordert. Erfindungsgemäss wird jetzt bei dem eingangs gestellten Verfahren vorgeschlagen, dass einer verschlüsselten und kryptographisch bearbeiteten Transaktionsanforderung die darin enthaltende Benutzeridentifikation entnommen wird, diese oder eine Ableitung davon, gegebenenfalls mehrfach, verschlüsselt und daraus der persönliche Code und der persönliche Schlüssel abgeleitet wird, das die Benutzeridentifikation oder ihre Ableitung mit dem persönlichen Schlüssel und'dem persönlichen Code verschlüs- selt wird, dass andere in der Transaktionsforderung enthaltene Daten mit einem Authentizitätsschlüssel verschlüsselt werden, die erhaltenen verschlüsselten Daten verknüpft und mit einem dem Subsystem eigenen Authentizitätsschlüssel verschlüsselt werden, worauf dann der sich ergebende Wert mit einem vorhandenen Wert verglichen wird. Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Fig.l zeigt den Ablauf einer typischen Transaktion im elektronischen Zahlungsverkehr. Fig.2 ist ein Schema des Aufbaues des Moduls gemäss der vorliegenden Erfindung. Anhand der Fig.I soll nun der Ablauf einer typischen Transaktion im elektronischen Zahlungsverkehr dargelegt werden. Der Kunde ist im Besitz einer Magnetstreifenkarte und eines dazugehörigen, von der Kartennummer abhängigen vierstelligen persönlichen Codes (PIN). Auf dem Magnetstreifen der Karte sind unter anderem die Kartennummer (ID) und ein von ihr abhängiger kryptographischer Schlüssel, der sogenannte persönlicfrSchlüssel, (KP) gespeichert. Zu Beginn der Transaktion liest nun das Terminal die Kartennummer ID und den persönlichen Schlüssel KP von der Karte und der Benutzer gibt den persönlichen Code PIN und Betrag B ein. Das Terminal 1, das über einen geheimen kryptographischen Schlüssel,den sogenannten AutintsiEtssidissel KAUT, verfügt, setzt eine aus den eingegebenen Daten gebildete Transaktionsanforderung, die durch den acht Byte langen Authentisierungsparameter AP abgesichert ist, an den Computer 2 ab.Der Authentizitätsschlüssel KAUT wird mit Hilfe eines weiteren kryptographischen Schlüssels aus der Nummer des Systems generiert und ist somit von Subsystem zu Subsystem verschieden. Der Authentisierungsparameter AP ist eine Funktion der von Kunden eingegebenen Daten (ID, KP, PIN, B), einer zeitabhängigen Grösse (z.B. einer eindeutigen Transaktionsnummer) und des Authentizitätsschlüssel KAUT. Der Computer leitet den Datenteil der Anforderung, erweitert um die Nummer des anfordernden Subsystems an den lokal angeschlossenen, zentralen Pinkontroll-Modul 3 weiter. Der Modul 3 ermittelt mittels der ihm zur Verfügung stehenden kryptographischen Schlüssel aus den Anforderungsdaten und der Subsystemnummer einen Referenz Authentisierungsparameter AP , der an den Computer zurückgeliefert wird. Der Computer vergleicht nun den in der Transaktionsanforderung enthaltenen AP mit dem vom Modul 3 ermittelten AP+: bei negativem Vergleihsergebnis (d.h. AP $ AP ) war entweder die am Terminal eingegebene PIN nicht korrekt oder die Transaktionsanforderung ist nicht authentisch (d.h. die Daten wurden auf dem Übertragungsweg verändert). Die Autorisierung einer solchen Transaktion wird vom System daher abgelehnt. Im anderen Fall, falls AP = AP , wurde eine korrekte PIN eingegeben, die Transaktionsdaten sind authentisch, und die Trans aktion kann bei Erfüllung der sonstigen Voraussetzungen (Karte nicht gesperrt, Limit nicht überzogen) autorisiert werden. Der Modul spielt bei dieser Abwicklung eine zweifache Rolle: einerseits ist der Modul in der Lage, kryptographische Schlüssel sicher zu speichern, und daher ohne Gefahr der Kompromittierung der Schüssel einen Referenz-Authentisierungsparameter zu berechnen, andererseits wird eine Autorisierungsstelle (das ist ein Rechenzentrum,dasEFT Terminals betreibt) durch die blosse Installation eines Moduls in die Lage versetzt, Transaktionen gesichert abzuwickeln,ohne selhst krypto graphische Schlüssel generieren oder verwalten bzw. Sichejaett3; massnahmen, die über eine physische Absicherung des Moduls vor Diebstahl oder fremdem Zugriff hinausgehen, ergreifen zu müssen. Fig.2 zeigt das Schema des erfindungsgemässen Moduls. Dieser Modul besitzt einen für die Benutzeridentifikation bestimmten Selektor, an dem eine Übermittlungsleitung 5 anschliesst. Diese ÜbermittEngs- leitung ist mit einem Speicher 6 für die Sicherung des erforderlichen Schlüssels verbunden und an einen kryptographischen Schaltkreis 7 angeschlossen. Eine Zweigleitung 8 dieser Übermittlungsleitung 5 ist mit einem weiteren Speicher 9 für die Sicherung eines weiteren Schlüssels und mit einem weiteren kryptographischen Schaltkreis 10 verbunden. Die auf der Übermittlungsleitung 5 geführte Benutzeridentifikation wird mit dem im Speicher 6 befindlichen Schlüssel verschlüsselt und durch Ziffernselektion und Additionsmodule 10 des in der Transaktionsanforderung enthaltenen Offsetwertes O in den persönlichen Code PIN umgewandelt. Die aus der Zweigleitung 8 geführte Information wird durch Verschlüsselung mit dem im Speicher 9 befindlichen Schlüssel und anschliessender Ziffernselektion in den persönlichen Schlüssel KP übergeführt.Die Benutzeridentifikation ID oder eine Ableitung davon wird dann mit einem weiteren kryptographischen Schaltkreis 12 verbunden,der auch eine Übertragungsleitung für die persönliche Identifikationsnmmer und den persönlichen Schlüssel zugeführt sind, so dass hier die IdeniE- kationsnummer durch diese beiden Daten verschlüsselt wird. Eine Übertragungsleitung 13 ist über einen krtographischen Schaltkreis mit einem Speicher 14 verbunden, über den die Subsytemidentifikation entschlüsselt wird, so dass der Authentizitätssdlüssel KAUT entsteht, über den dann weitere Daten verschlüsselt werden. Durch eireModulo 2 Addition und einer neuerlichen Verschlüsselung mit dem Authentizitätsschlüssel wird dann der Authentisierungsparameter AP gebildet. Gleichzeitig werden ebenfalls durch Verschlüsselung mit KAUT,die drei Antwortparameter Al, A2, A3 generiert,von denen der Reiner einen aus Terminal zurücksen det, und zwar: Al für positive Autorisierung A2 für abgelehnte Autorisierung A3 wenn ein falscher PIN eingegeben wurde. Die Verifizierung der Transaktionsauthentizität wird vom Computer durch Vergleich des in der Transaktionsanforderung enthaltenen Authentisierungsparameter AP mit dem vom Modul gelieferten Referenzwert AP und durch Überprüfung der Transaktionsnummer auf Plausibilität vorgenommen. Ist AP = AP+, kann - mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit - darauf geschlossen werden, dass 1. die Transaktionsanforderung von einem autorisierten Terminal ab gesetzt wurde (andernfalls hätte der Modul die korrekte Bezie hung der Subsystemidentifikation zum Authentizitätsschlüssel KAUT nicht herstellen können) und 2. die sensitiven Datenfelder der Transaktionsanforderung auf dem Übertragungsweg nicht verfälscht wurden (andernfalls hätte sich die Verschlüsselung manipulierter sensitiver Informationen mit einem korrekten Authentizitätsschlüssel KAUT in einer Veränderung des AP ausgewirkt. Falls die Transaktionsnummer nicht plausibel ist, d.h. nicht in die aufsteigende Reihenfolge für das betreffende Subsystem passt, handelt es sich um eine ursprünglich korrekte Transaktionsanforderung, die jedoch zu einem späteren Zeitpunkt von einem Angreifen als Duplikat ins System eingespielt wurde. Andererseits, falls AP $ AP+, kann - eine korrekte PIN-Eingabe am Terminal vorausgesetzt - mit Sicherheit darauf geschlossen werden, dass entweder der Absender, sensitive Datenfelder oder die Transaktionsnummer der Transaktionsanforderung manipuliert wurden. Die Verifizierung der Authentizität der Transaktionsantwort vom Computer an das Subsystem wird vom angeschlossenen Terminal durch Vergleich des von ihm abgesetzten AP mit den in der Transaktionsantwort enthaltenen, verschlüsselten ersten sieben Bytes von AP bewerkstelligt. Falls AP = AP+ ist die einlangende Antwort authentisch (d.h. sie stammt von einem autorisierten Hostrechner, wurde auf dem Übertragungsweg nicht verändert, und ist auch kein Duplikat), denn einer seits war sie mit dem korrekten KAUT, der nur vom Modul reproduziert werden konnte, verschlüsselt, andererseits wurde der nur für diese Transaktionsnummer, diesen Betrag und diese Karte gültige-AP zurückgeliefert. Die Verifizierung der Benutzeridentität wird von der Host-Applikation - ebenso wie die Transaktionsauthentisierung - durch Vergleich des in der Transaktionsanforderung enthaltenen AP mit dem vom Modul gelieferten Referenzwert AP durchgeführt. Dabei können folgende Schlüsse gezogen werden: 1) AP = AP+ Am Terminal wurde ein korrektes Tripel (ID, KP,PIN) eingegeben; andernfalls hätte der Modul einen anderen KP und eine andere PIN aus ID abgeleitet, was in einer Veränderung von AP seinen Nieder schlag gefunden hätte. 2) AP ç AP Authentizität der Transaktionsanforderung vorausgesetzt, kann in diesem Fall zwingend geschlossen werden, dass ein unkorrektes Tripel (ID, KP, PIN) eingegeben wurde. Da sich keine vertraulichen Schlüssel oder sicherheitskritischen Programme ausserhalb des Moduls befinden, kann sich eine Sicherung derselben auf eine hard- und softwaregestützte Abwehr von Angriffen gegen den Modul beschränken. Der Modul ist ein unabhängiger Hardwaremodul, der an einen Rechner angeschlossen werden kann. Er hat die Aufgabe, aus den Input-Daten Kartendaten und Betrag mit Hilfe der ihm zur Verfügung stehenden vertraulichen Schlüssel den Authentisierungsparameter zu berechnen und dem Rechner zu Vergleichszwecken zur Verfügung zu stellen. Einbringen der geheimen Schlüssel: In den Modul sind folgende Schlüssel einzubringen: KA im Klartext als KA-verschlüsselter EKM (EKM = EKA(KM)) KPING als KM-verschlüsselter EKPING (EKPING = EKM (KPING)) KPG als EM-verschlüsselter EKPG (EKPG = EKM(KP)) KAUTG als KM-verschlüsselter EKAUTG (EKAUTG = EKM(KAUTG)) Sämtliche Schlüssel werden in einen batteriegepufferten Speicher gestellt. Sicherung der kryptographischen Schlüssel Von den fünf zu ladenden Schlüsseln (KA, EKM, EKPING, EKPG, EKAUTG) ist zumindest KA in einem batteriegepufferten RAM zu halten, die übrigen Schlüssel können in einem E2-PROM abgelegt werden. Es ist sicherzustellen, dass nur die CPU des ZPKM auf die Schlüssel zugreifen kann. Neben der Unterbrechung der Stromzufuhr bei Öffnen des Gehäuses ist dies durch Eingiessen der CPU und der Speicher-ICs oder andere geeignete Massnahmen sicherzustellen.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Überprüfung der Echtheit des Ursprunges und Inhaltes von elektronisch übermittelten Daten sowie der Identität des Absenders unter Verwendung kryptographischer Methoden, dadurch gekennzeichnet, dass einer verschlüsselten und kryptographisch bearbeiteten Transaktionsanforderung die darin enthaltene Benutzeridentifikation entnommen wird, diese oder eine Ableitung davon, gegebenenfalls mehrfach, verschlüsselt und in die persönliche Identifikationsnummer bzw. in den Persönlichkeitsschlüssel umgewandelt wird, dass die Benutzeridentifikation oder ihre Ableitung mit dem Persönlichkeitsschlüssel und der persönlichen Identifikationsnummer verschlüsselt wird, dass andere in der Transaktionsforderung enthaltene Daten mit einem Authentizitätsschlüssel verschlüsselt werden, die erhaltenen verschlüsselten Daten verknüpft und mit einem dem Subsystem eigenen Authentizitätsschlüssel verschlüsselt werden, worauf dann der sich ergebende Wert mit einem in der Transaktionsanforderung enthaltenen Wert verglichen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Transaktionsanforderung in einem Terminal Kartendaten (ID, KP) oder sonstige Kenndaten eingebracht werden, vom Benutzer die persönliche Identifikationsnummer (PIN) eingebracht wird, dort die Identifikationsnummer (ID) mit einem der persünlichen Identifikationsnummer und dem persönlichen Schlüssel zusammengesetzten Schlüssel verschlüsselt werden und sensitive Informationen mit einem fir den Terminal speziellen Athentizitätsschlüssel verschlüsselt werden, dann die verschlüsselten Ergebnisse verknüpft und neuerlich mit dem Authen tizitässchlüssel verschlüsselt werden, wodurch ein Authentisierungsparameter (AP) geschaffen list, der als Teil der Transaktionsanforderung zum Hostrechner gesendet wird. 3. Modul für das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Überprüfung der Echtheit des Ursprunges und Inhaltes von elektronisch übermittelten Daten sowie der Identität des Absenders unter Verwendung kryptographischer Methoden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übermittlungs leitung für eine Benutzeridentifikation vorgesehen ist, dass für die erforderlichen Schlüssel gesicherte Speicher vorhanden sind, dass die Speicher mit je einem kryptographischen Schaltkreis verbunden sind und mit diesem eine Einheit bilden, dass die Leitungen für die einzelnen Eingangsdaten mit verschiedenen kryptographischen Schaltkreisen verbunden sind und somit mit den verschiedenen Schlüsseln beaufschlagbar sind.

Inventors: DILLINGER, KLAUS, DIPL.-ING., SOLAROVSZKY, WALTER
Applicants: GABE GELDAUSGABEAUTOMAT SERV
Application year: 1983
Main classification: G07F7
IPC codes: H04L9, G07F7