DE3319919A1 - Schutzsystem fuer intelligenz-karten - Google Patents

Schutzsystem fuer intelligenz-karten

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DE3319919A1
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Stephen B. New Jersey N.J. Weinstein
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American Express Co
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Description

Die Erfindung betrifft das Anwenden von Itelligenz-Karten zum Erzielen von Terminaltransaktionen und insbeondere das Verhindern einer unbefugten Benutzung derartiger Karten.
In den letzten Jahren ist viel Arbeit dafür aufgewandt worden, Intelligenzkarten zur Verfügung zu stellen, wie "Kreditkarten" für Verbraucher. Derartige Intelligenzkarten weisen einen Speicher auf und können datenverarbeitet werden, sie sind festverlötet oder bevorzugter in Form von Mikorprozessoren mit einem gespeicherten Programm. (Obgleich Entwicklungen bisher in Kartenform vorlagen, versteht es sich, daß ein kleiner Speicher und ein Mikroprozessor in ein anderes tragbares Medium eingearbeitet werden kann, wie Bleistifte, Schlüssel usw. und somit bezieht sich der hier angewandte Audruck "Intelligenzkarte" auf jedes Medium, das üblicherweise durch einen Benutzer getragen werden kann und das die weiter unten beschriebenen Funktionen erfüllt). Die meiste Forschungsarbeit bezüglich Intelligenzkarten wurde im Ausland durchgeführt, so insbesondere in Frankreich und den Stand der Technik stellt die US-PS 4 211 919 dar. ■
Eine typische Intelligenzkarte sollte eine persönliche Identifizierungszahl, z.B. ein geheimes Kennwort als auch eiaen Dollarwert aufweisen. (Der Ausdruck "Kennwort", wie er hier angewandt wird, bezieht sich entweder auf eine Reihe gespeicherter Symbole oder einen Satz numerischer Daten, die aus physiologischen Eigenarten, wie der Unterschrift, einer Stimmprobe oder Fingerabdrücken abgeleitet sind, und zwar denjenigen des authorisierten Kartenbenutzers). Der Kartenaussteller wird zunächst einen Wert in der 500.—· Dollar darstellenden Karte bei Auszahlung dieses Betrages an den Benutzer speichern. Wann immer die Karte bei einer Kauftransaktion benutzt wird, wird der Wert des Geschäfts von dem auf der Karte verbleibenden Wert abgezogen, wobei der neue Wert den für den Benutzer verfügbaren Kredit darstellt. Bevor irgendeine Transaktion stattfindet,
wird die Karte in einen Terminal eingegeben und der Benutzer muß sein Kennwort eingeben. (Wenn das Kennwort eine Ableitung einer physiologischen Eigenart darstellt, versteht es sich, daß die Aufforderung "Eingabe seines Kennwortes" eine Unterschrift, Stimmenprobe, Fingerabdruck oder andere physiologische Probe in eine analtische Vorrichtungin dem Terminal bedeutet, der die Ableitung, hier in Form des Kennwortes, erstellt.) Wenn der Terminal eine Übereinstimmung zwischen dem von dem Benutzer eingegebenen Kennwort und dem auf der Karte gespeicherten Kennwort feststellt, kann die Transaktion stattfinden, (bei einem physiologisch abgeleiteten Kennwort bedeutet der Ausdruck "Übereinstimmung" eine annehmbare Ähnlichkeit anstelle einer exakten Übereinstimmung). Zwecks maximaler Sicherheit sollte der Kennwort-Vergleich in der Karte selbst stattfinden; der Terminal übermittelt das eingegebene Kennwort an die Karte und die Logik auf der Karte vergleicht das eingegebene Kennwort mit dem gespeicherten Kennwort und informiert den Terminal, ob das korrekte Kennwort eingegeben worden ist. Der Vorteil, daß das Kennwort zwecks Vergleich in dem Terminal die Karte "nicht verläßt" besteht darin, daß ein Dieb das gespeicherte Kennwort nicht bestimmen und somit die Karte nicht benutzen kann. Wo ein Vergleich in dem Terminal stattfindet kann sich jemand mit elektronischer Kenntnis des Kartenkennwort zugänglich machen, wenn es einmal in dem Terminal gespeichert ist und erhält smit von dem korrekten Kennwort Kenntnis, das mit der Karte angewandt wird.
Es versteht sich natürlich, daß Kaa'fträ&saktionen nur ein Beispiel für das Anwenden von Intelligenz-Karten darstellen. Es ist allgemein bekannt t daß Intelligenz-Karten ebenfalls Zugang zu Datenbanken verschaffen und zum Reservieren von Flügen, zum Verschlüsseln ankommender Botschaften an dem Terminal, die in verschlüsselter Form übermittelt werden und für zahlreiche weitere Zwecke angewandt werden kännen. Eine neuartige Anwendung der Intelligenzkarte ist in der hängigen
US-Patentanmeldung mit dem Titel "Electronic Document Authentication System" offenbart. Unter dem Begriff "Transaktion" versteht man im allgemeinen jede Transaktion, die durch Einsetzen einer Intelligenzkarte in einen Terminal bewirkt wird.
Eine Hauptbefürchtung bei der Anwendung von Intelligenzkarten auf diese Weise in weitverzweigtem Rahmen besteht in ihrer möglichen Empfindlichkeit gegenüber Betrug. Wenn man bedenkt, daß ein Benutzer der Intelligenzkarte mit dieser hunderte oder sogar tausende Dollar Kredit und in extremen Fällen sogar größere Mengen an Bargeld oder Reiseschecks erhalten kann, wenn ein Transaktionsterminal aur Ausgabe von Bargeld und Reiseschecks vorgesehen ist, versteht es sich, daß vermittels Karte gesteuerte:.. Transaktionsterminals nicht zum Allgemeingut werden können, bis ein Weg gefunden ist, einen Schutz gegen betrügerische Benutzung der Karten zu gewährleisten. Es ist eine allgemeine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein derartiges Schutzsystem zu schaffen.
Es gibt die unterschiedlichsten Arten an Intelligenzkarten-Sicherheit, die voneinander unterschieden werden müssen. Die erste besteht in der betrügerischen Ausstellung von Ursprungskarten. Eine Ursprungskarte ist eine solche, die durch einen autorisierten Hersteller an einen Kartenaussteller geliefert wird, der Kartenaussteller kennzeichnet sodann die Karten, z.B. mit einem Dollarwert und gibt sie an die Kartenbenutzer aus. Das Problem hierbei besteht darin, daß Ursprungskarten während des Transportes von dem Kartenhersteller zu dem Kartenausgeber abgefangen oder sogar von unehrlichen Angestellten des Kartenausgebers gestohlen werden können. . Es sind auch schon Techniken entwickelt worden zum Schutz gegen eine illegale Ausstellung von Ursprungskarten, wie es weiter unten im einzelnen beschrieben ist.
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Der zweite Aspekt der Kartensicherheit bezieht sich auf die Benutzung einer gestohlenen Karte durch einen Dieb, eine Situation, die wahrscheinlich allgemeine Tatsache ist. Nach dem Stand der Technik sind geheime Kennwortscheinen entwickelt worden, wie weiter oben beschrieben, um einen Schutz gegen betrügerische Anwendung einer Karte in einem derartigen Fall zu bieten. (Leider ist bisher noch kein Weg gefunden worden, zu verhindern, daß der Karteneigentümer bei krimineller Bedrohung das Kennwort preisgibt. Kriminalitäten dieser Art treten jedoch weniger häufig als der Versuch der Verwendung gestohlener Karten auf. Weiterhin ist es ein weit größeres Risiko.Bargeld bei sich zu tragen als eine Intelligenzkarte, wenn es zu kriminellen Handlungen dieser Art kommt).
Das Problem, was bisher eine Lösung verhindert hat, besteht vielmehr hinsichtlich Krimineller mit einem wohlfundierten elektronischen Hintergrund. Derartige Kriminelle können tatsächlich Intelligenzkarten herstellen und einen Ausgabe-Kennzeichnungsterminal selbst betreiben. Er kann dann tatsächlich Karten kennzeichnen und sie in Transaktionsterminals legitimierter Kartenaussteller benutzen. Das Problem ist schwierig, da ein Krimineller mit elektronischer Kenntnis sich kaum dieser Mühe unterziehen muß.
Man geht davon aus, daß viele Transaktionsterminals unbesetzt sind, d.h. ein Kartenbermtser kann eine Transaktion in einem derartigen Terminal vornehmen, ohne daß der Terminal von Angestellten des Kartenausgebers besetzt ist. Es bestehen bereits zahlreiche dieser unbewachten Terminals, z.B. diejenigen, die es dem Besitzer einer Scheckkarte ermöglichen, einen Packen Bargeld außerhalb der Schalterstunden zu erhaten. Es wird daran erinnert, daß das grundlegende Schutzschema nach dem Stand der Technik in dem Eingeben eines Kennwortes in den Terminal durch den Kartenbenutser besteht sowie dem Vergleich des eingegebenen Kennwortes in der Karte selbst, wobei die Karte den Terminal sodann informiert, ob das Kenn-
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wort paßt. Die Sicherheit kann dadurch vollständig unterbrochen werden durch einfaches Einführen einer speziell aufgebauten Karte in den Terminal. Wenn der Terminal ein solcher ist, der die Karte nicht vollständig einzieht und der Einführungsschlitz nicht geschlossen wird, stellt die Karte nichts weiter als eine Berührungskarte (der Kartenabmessung) dar, die durch eine Reihe Drähte mit einer '(black-box" verbunden ist, die von einer kriminellen Person getragen wird. Es ist nicht einmal notwendig, sich über das Speichern eines Kennwortes in dieser "black box" Gedanken zu machen, das der Kriminelle natürlich kennt und in die Terminaltastatur eingeben kann. Alles was der Kriminelle zu tun hat, ist dem Terminal zu einer geeigneten Zeit ein Signal zu geben, daß den Terminal informiert, daß das eingegebene Kennwort zu dem in der Karte gespeicherten Kennwort paßt. Der Terminal erwartet ein "ja" oder ein "nein" und elektronische Fälscher muß lediglich wissen, wie er eine "ja" Antwort gibt, wenn der Terminal das Ergebnis des Kennwortvergleichs erwartet. Dieses Problem ist offensichtlich schwerwiegend im Fall nicht bewachter Terminals, wo niemand vorhanden ist, um wenigstens zu prüfen, daß das, was wie eine legitime Karte "aussieht" in den Terminal gegeben wird. Im Falle einer Notenkarte ist es für den Fälscher ein Leichtes, den Terminal davon zu unterrichten, vermittels der "black box", daßdem Kartenbenutzer ein beträchtlicher Kredit zur Verfügung steht.
Es wurde nach dem Stand der Technik ein Schema gegen Identifizierungsbetrug vorgeschlagen. Dieses unter der Bezeichnung "Identikey" bekannte Schema wird weiter unten im einzelnen beschrieben. Seine grundlegende Schwäche liegt darin, daß es sich auf eine geheime Kodierungsumwandlung, die in jedem Transaktionsterminal gespeichert ist, verläßt. Mit der Ausweitung von Terminals ist es für einen Fälscher nicht schwierig, sich Zugang zu einem Terminal zu verschaffen und die geheime Transformationsalgorithmie herauszufinden. Wie sich weiter unten ergibt, kann ein Fälscher sobald die Transformation bestimmt ist, seine Identität zur Zufriedenheit des
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Terminals bestätigen und somit möglicherweise Zugang zu Brivilegien und Dienstleistungen erhalten, obgleich es für ihn viel schwieriger ist, sich als ein besonderer legitimer Benutzer auszugeben.
Erfindungsgemäß wird ein Schutzsystem für Intelligenzkarten geschaffen, das teilweise auf den Prinzipien eines neuen Zweiges der Verschlüsselungstechnik beruht, die als "publickey cryptography" bekannt ist. Die ersten Arbeiten auf diesem Gebiet wurden von Diffie und Hellman durchgeführt, vgl. "New Directions In Cryptography" IEEE Transactions on Information Theory, November 19 76. Ein weiterer bemerkenswerter Fortschritt auf diesem Gebiet wurde 1977 durch eine Veröffentlichung von Rivest, Shamir und Adleman mit der Bezeichnung "On Digital Signatures and Public-Key Cryptosystems", MIT/LCS/TM-82 des Massachusetts Institute of Technology bekannt« Die klarste Darlegung dieser Sache findet sich in der August 1979 Ausgabe von Scientific American, in dem Artikel von Hellman mit dem Titel "The Mathematics of Public-Key Cryptography".
Eine kurze Zusammenfassung bezüglich der VErschlüsselung für die Allgemeinheit wird weiter unten gegeben, jedoch sind die Einzelheiten für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Das größte Gewicht der Verschlüsselung liegt bei der Übertragung einer Botsc haft von einer Stelle zu einer anderen. Di© Anwendung einer VerscRlüsselung für die Allgemeinheit gestattet das Verschlüsseln einer Botschaft an einer Stelle A in Übereinstimmung mit der Veröffentlichung eines öffentlichen Schlüssels, der einer Stelle B übermittelt wird und an der Stelle B in Übereinstimmung mit einem geheimen privatea Schlüssel verschlüsselt wird. Der Schlüssel zum Verschlüsseln der Botschaft ist lediglich dem Empfänger an der Stelle B bekannt. Es gibt keinen wirksamen Weg eine Botschaft zu verschlüsseln, ohne die Verschlüsselung,
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obgleich die Verschlüsselung bekannt ist und die verschlüsselte Botschaft ist für jeden nutzlos, der sich unberechtigt in ihren Besitz bringen will. Das Anwenden gewisser Verschlüsselungssysteme fürdie Allgemeinheit ermöglicht es, daß eine Botschaft an der Stelle A bestätigt wird, wobei dem Empfänger an der Stelle B nicht nur garantiert ist, daß die Botschaft authentisch ist, sondern er unfähig ist, g-efälschte Botschaften zu erzeugen, die von der Stelle A übertragen worden sind und die als authentisch angesehen werden können.
Erfindungsgemäß erstellt der Kartenaussteller zunächst ein Verschlüsselungssystem für die Allgemeinheit in Form eines Schlüsselpaares E und D. Der Geheimschlüssel D wird in einem ürpsrungsterminal gespeichert, der in den Räumlichkeiten des Ausstellers bewacht wird. Wenn eine Karte ausgestellt wird, wählt der Benutzer ein Kennwort und dasselbe wird in der Karte gespeichert, wie nach dem Stand der Technik. Es wird jedoch eineweitere5Information ebenfalls in der Karte gespeichert. Diese Informationbesteht aus zwei zusammenhängenden Datenfolgen die mit dem Geheimschlüssel D verschlüsselt sind. Ein Teil der Datenfolge besteht aus dem Kennwort des Benutzers und das andere Teil aus einem Bezugstext, der über das gesmte System angewandt wird.Im Falle eines Kartenausstellers, wie der American Express Company, kann der Bezugstext einfach American Express lauten. Unter der Annahme, daß der Benutzer z.B. als Kennwort BIGSHOT3 wählt, speichert der ürsprungsterminal unter Benutzung des Geheimschlüssels D in der Karte eine Verschlüsselung der zusammenhängenden Datenfolge BIGSHOT3 AMERICAN EXPRESS.
Wenn die Karte von einem Transaktionsterminal angenommen wird, wird der Benutzer nach seinem Kennwort gefragt, wie nach dem Stand der Technik, und die Transaktion kann nur dann stattfinden, wenn die Karte den Terminal informiert, daß das eingegebene Kennwort mit dem in der Karte gespeicherten Kennwort übereinstimmt. Wie weiter oben beschrieben ist diese S^cher-
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heitsart niedrigen Niveaus nicht gegen gewievte Fälscher wirksam. Es wird eine viel größere Sicherheit dadurch jedoch erreicht, daß ein zusätzlicher zweiteiliger Test durch den Terminal und die Karte erstellt wird, ohne jegliche weitere Mitwirkung des Benutzers. Der Terminal ruft von der Karte die Datenfolge ab, die die Verschlüsselung darstellt, und zwar zusammenhängend das Kennwort und den Bezugstext, d.h. die Verschlüsselung BIGSHOT3 AMERICAN EXPRESS. Der Terminal verschlüsselt die Datenfolge unter Steuerung des allgemeinen Schlüssels E, der in dem Terminal gespeichert ist. Bei einer Legitimationskarte ergibt sich somit die zusammenhängende Datenfolge BIGSHOT3 AMERICAN EXPRESS, Der Terminal stellt nun zwei Vergleiche an. Der erste Teil der verschlüsselten zusammenhängenden Datenfolge wird mit dem Kennwort verglichen, das der Benutzer in den Terminal eingibt und der Bezugstext der verschlüsselten Datenfolge wird mit dem Bezugstext AMERICAN EXPRESS verglichen, der in dem Terminal gespeichert ist. Nur wenn beide Vergleiche erfolgreich sind, kann die Transaktion abgeschlossen werden.
Der Schutz gegen Fälschung hängt von der Unfähigkeit des Fälschers ab sowohl ein Kennwort als auch eine verschlüsselte Datenfolge, die diesen zusätzlichen Test durchläuft, zu kreieren. Man nimmt an, daß ein gebildeter Fälscher sehr bald den Bezugstext erfahren wird, der in jedem Transaktionsterminal gespeichert ist» Er wird auch bald von dem allgemeinen Schlüssel E, vielleicht durch Wegnehmen eines Transaktionsterminals Kenntnis haben. Jedo ch ohne Kenntnis des Geheimschlüssels D gibt es keinen Weg für einen Fälscher, eine Kodierung zu erstellen, die bei Eingabe der gefälschten Karte in den Terminal nach Entschlüsseln des in dem Terminal gespeicherten öffentlichen Schlüssels zn einer zusammenhängenden Datenfolge bestehend aus irgendeinem Kennwort führt, das er auswählt und eingibt, und dem vorherbestimmten Text AMERICAN EXPRESS.
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Es ist schwierig zu verstehen, warum die in einer Karte gespeicherte Datenfolge die Verschlüsselung sowohl eines Benutzerkennwortes , das einmalig für jeden Benutzer ist, und eines Bezugstextes, der allgemein ist, sein muß. Geht man davon aus, daß es nur erforderlich ist in einer Karte die Verschlüsselung (unter Anwenden des geheimen privaten Schlüssels des Ausstellers) des von dem Benutzer gewählten Kennwortes zu speichern. In einem derartigen Fall würde der Fälscher, dem der von jedem Terminal für die Entschlüsselung benutzte allgemeine Schlüssel bekannt ist, irgendeine beliebige Kodierung für die verschlüsselte Datenfolge seiner Karte wählen und den allgemeinen Schlüssel zur Umwandlung in das verwenden, was er als sein Kennwort definiert. Er muß dann lediglich den ursprünglichen beliebigen Kode als die verschlüsselte Datenfolge verwenden, die von seiner gefälschten Karte dem Terminal zugeführt wird und die zuvor bestimmte Entschlüsselung als das Kennwort, das er in die Tastatur eingibt. Hierbei besteht überhaupt keinerlei Sicherheit.
Andererseits gehe man davon aus, daß es nur erforderlich war, auf jeder Karte nur die sich aus der Verschlüsselung des Bezugstextes AMERICAN EXPRESS unter Kontrolle des privaten Schlüssels des Ausstellers zu speichern. Da der gleiche verschlüsselte Bezugstext durch den Transaktionterminal für jede in dem System verwandte Karte abgerufen wird, ist es für den Fälscher eine einfache Sache welche Kodierung seine gefälschte Karte an den Terminal geben soll, so daßsie in der Datenfolge AMERICAN EXPRESS entschlüsselt wird.
Die erfindungsgemäße Sicherheit liegt genau in der Speicherung der Verschlüsselung in der Karte unter Anwenden des privaten Schlüssels des Ausstellers, aus einer Kombination eines Kennwortes, das für den Benutzer einmalig ist und dem allgemeinen Bezugstext. Dem Fälscher ist es somit nicht mehr möglich, mit einen beliebigen Kodierung zu manipulieren. Dieser beliebige Kode (den die illegale Karte des Fälschers dem Terminal zuführen wird) muß in zwei Datenfolgen entschlüsselt werden
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von denen eine der vorherbestimmte Bezugstext AMERICAN EXPRESS ist. In Übereinstimmung mit den Prinzipien der Verschlüsselung für die Allgemeinheit und der genauen Auswahl der Datenfolgenlänge ist die Wahrscheinlichkeit für einen Fälscher, der eine wahllose Kodierung auswählt, die bei Entschlüsselung mit dem allgemeinen Schlüssel einen vorherbestimmte Unterdatenfolge hat, unendlich gering. Wo dies gegeben ist, kann der Fälscher nach dem entschlüsselten Kennwort/Bezugstext sehen und wird hierdurch sehen, welches Kennwort er danach in einen Terminal einzugeben hat, um eine Übereinstimmung zu bewirken, wenn seine gefälschte Karte die wahllose Kodierung eingibt, die beim ersten Mal versucht wurde. Die Wahrscheinlichkeit, daß eine willkürlich ausgewählte Kodierung in eine Datenfolge entschlüsselt wird, von der ein Teil ein borherbestimmter Bezugstext ist, ist so gering, daß das System höchst sicher ist (sicherlich gesichert genug für kommerzielle Transaktionen). Das System ist solange verläßlich, solange der Fälscher den privaten Schlüssel D nicht bestimmen kann, der die Vervollständigung des allgemeinen Schlüssels E darstellt, der in jedem Transaktionsterminal gespeichert ist. Ohne den privaten Schlüssel gibt es keine Möglichkeit einer annehmbaren, berechenbaren Komplexität, die eine Kodierung egibt, die bei Entschlüsselung mit dem allgemeinen Schlüssel zu einer Datenfolge mit dem vorherbestimmten Bezugstext als Unterdatenfolge führt. Sogar dort, wo einewillkürliche ausgewählte Kodierung in eine Datenfolge entschlüsselt, die als einen Teil den vorherbestimmten Bezugstext AMERICAN EXPRESS beinhaltet, wobei der vorherbestimmte Bezugstext an der richtigen Stelle in der gesamten entschlüsselten Kennwort/Bezugstext Kombination auftreten muß, und die Wahrscheinlichkeit, daß dies passiert ist so fernliegend wie auch das Erraten einer Kodierung, die in einer gesamten Datenfolge entschlüsselt wird, die den Bezugstext AMERICAN EXPRESS und eine willkürliche Stelle enthält.
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Es ist zu beachten, daß dieses Authentisierungssystem einer Vielzahl an Ausstellern nützlich ist. Wenn jeder Aussteller sein eigenes öffentlich-geheimes Schlüsselpaar und den Bezugstext besitzt, wird jede Karte den Bezugstext oder andere Identifizierung des Ausstellers tragen und jeder Transaktionsterminal wird den gesamten Satz annehmbarer Aussteller-Bezugstexte und öffentlicher Schlüssel speichern. Die Karte kann ebenfalls den geeigneten öffentlichen Schlüssel tragen, obgleich dieser Schlüssel wie auch der Bezugstext als ein Teil eines annehmbaren in dem Terminal gespeicherten Satzes ,konfiguriert sein muß. Es ist ebenfalls möglich, daß eine einzige Karte von mehreren Ausstellern geteilt werden kann, die verschiedene verschlüsselte Kodierungsworte enthält, von denen jedes einem speziellen Aussteller entspricht und den Zugang zum einem in einem bestimmten Abschnitt des Kartenspeichers gespeicherten Wert oder Auswählbarkeit steuert. Es ist eine Identifizierung jedes Ausstellers erforderlich und wie im Fall der Karte eines einzelnen Ausstellers, kann der Bezugstext des Ausstellers dieser Funktion dienen. Jeder öffentliche Schlüssel des Ausstellers kann ebenfalls in der Karte vorliegen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die in einem vollständigen erfindungsgemäßen System angewandten Bestandteile;
Fig. 2 die Form eines Terminals, der in dem erfindungsgemäßen System angewandt werden kann;
Fig. 3 A und 3B den Stand der Technik, der hinsichtlich der Lösung des Fälscherproblems unzufriedenstellend ist und die Lösung der höheren Sicherheit gemäß der Erfindung;
Fig. 4 symbolisch die Einzelheiten sowohl der Intelligenzkarte als auch des Ursprungsterminals, wobei der letzere zum Ausstellen der Ersteren angewandt wird;
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Fig. 5 symbolisch die Einzelheiten einer Intelligenzkarte und eines Transaktionsterxninals, wobei der letztere zum Ausführen einer Transaktion unter Steuerung der Karte angewandt wird;
Fig. 6 ein Fließbild, daß den Erstellungsprozess der Karte zeigt;
Fig. 7 ein Fließbild, das die Verfahrensweise einer Transaktion mit einer Intelligenzkarte wiedergibt.
Bevor der Erfindungsgegenstand im Einzelnen beschrieben wird, / wird eine kurze Erläuterung der Arbeitsweise der VErschlüsselung gegeben. In der einfachsten Form und wie ursprünglich beabsichtigt, zum übertragen von Botschaften über Kommunikationskanäle, berechnet jeder Benutzer oder ihm wird ein komplementäres Schlüsselpaar übergeben. Den zwei Schlüsseln sind gewöhnlich die Symbole E und D zugeordnet und bei werden zum Steuern des Betriebes alphanumerischer Datenfolgen, die als Nummern angegeben sind, angewandt. Bei dem gut bekannten Kivest-Shamir-Adleman (RSA) Schema sind beide Schlüssel in dem Sinne kommutativ, daß bei Verschlüsseln eines ursprünglichen Textes unter Steuerung des Schlüssels E, eine Verschlüsselung des verschlüsselten Textes under der Steuerung des Schlüssels B zu einem ursprünglichen Text führt, während Verschlüsselungen zunächst mit dem Schlüssel D und sodann mit dem Schlüssel E in ähnlicher Weise zu einem ursprünglichen Text führen. Die Sicherheit bei Systemen mit allgemeinem Schlüssel besteht in der extremen rechnerischen Schwierigkeit, einen Schlüssel von dem anderen abzuleiten.
Im gewöhnlichen Fall veröffentlicht eine Partei, der Botschaften Übermitteltwerden sollen, ihren Schlüssel E in einem Zentralregister. Jeder der eine Botschaft übermitteln möchte wandelt die Botschaft mit dem Schlüssel E um oder verschlüsselt sie. Der Schlüssel D ist nur der Partei bekannt, die mit Hilfe dieses Schlüssels jede ankommende Botschaft entschlüsseln kann.
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Jeder jedoch, der sich zu einer übermittelten verschlüsselten Botschaft Zugang verschaffen will wird dies ohne den Schlüssel D nicht erreichen, da die übermittelte Botschaft nicht entschlüsselt werden kann. Die Symbole E und D werden allgemein angewandt, da ein Schlüssel zum Verschlüsseln und der andere zum Entschlüsseln angewandt wird, obgleich ihre Rollen vertauscht werden können, wie weiter oben bemerkt. Der Schlüssel E wird als "öffentlicher Schlüssel" bezeichnet, da er der Öffentlichkeit bekannt gemacht wird, so daß die ganze Welt weiß wie Botschaften für eine geheime übertragung an den Besitzer des Schlüsselpaars zu verschlüsseln sind. Der Schlüssel D ist der "private Schlüssel", da er lediglich dem einzelnen Besitzer des Schlüsselpaares bekannt ist.
Wenn Privatimität nicht in Betracht gezogen wird, sondern vielmehr eine Authentisierung das Ziel ist, benutzt die die Botschaft übermittelnde Partei ihren eigenen privaten Schlüssel zur Transformation. Somit ist es der Schlüssel D, der gewöhnlich zur Entschlüsselung angewandt wird und zur Authentisierung (Verschlüsselung) einer Botschaft. Die Partei, die die verschlüsselte Botschaft erhält, verwenden den öffentlichen Schlüssel E des Transmitters, um die eingehende Botschaft zu entschlüsseln, um sie in den ursprünglichen Text umzuwandeln. Solange die eingehende Botschaft, die verschlüsselt ist, aufbewahrt wird, kann der Empfänger "beweisen", daß die empfangene Botschaft authentisch ist. Das Anwenden des öffentlichen Schlüssels des Transmitters zur Entschlüsselung einer eingehenden Botschaft führt nur dann zu einem verständlichen Text, wenn die ursprüngliche Botschaft mit dem privaten Schlüssel des Transmitters verschlüsselt worden ist. Da der übermittler die einzige Person ist, der der rprivate Schlüssel bekannt ist, dient der Empfang und das Speichern jeder eingehenden verschlüsselten Botschaft, die unter Anwenden des öffentlichen Schlüssels
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des Senders in einen verständlichen Text umgewandelt werden kann, als Beweis, daß er die Botschaft tatsächlich gesendet hat.
Obgleich das Verschlüsseln einer Botschaft mit einem öffentlichen Schlüssel des Empfängers eine Geheimhaltung sicherstellt und eine Verschlüsselung einer Botschaft mit dem privaten Schlüssel des Ubersenders Authentität sicherstellt, war es früher nicht möglich, den Beweis zu führen, daß eine ankommende Botschaft authentisch ist und im letzteren Falle gibbt es keine Kontrolle der Geheimhaltung. Bisher gab es für den Empfänger keinen Weg festzustellen, daß die Partei, von der eine Botschaft erwartet wurde, tatsächlich dieselbe gesandt hat, da die gesamte Welt Zugang zu dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers hat. Da im letzteren Falle die ganze Welt von dem öffentlichen Schlüssel des Senders Kenntnis hat, kann jeder die übermittelte Botschaft entschlüsseln, wenn er zu ihr Zugang erhält. Um sowohl Geheimhaltung als auch Authentität sicherzustellen, ist der einzige Weg für den Sender die Botschaft doppelt mit seinem privaten Schlüssel und dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers zu verschlüsseln und der Empfänger hat dann die Möglichkeit mit seinem privaten Schlüssel und dem öffentlichen Schlüssel des Senders die Botschaft zu entschlüsseln. Aufgrund des kommutativen Besitzes jedes Schlüsselpaares ist die doppelt entschlüsselte Botschaft die gleiche wie der ursprüngliche Text vor der doppelten Verschlüsselung. Geheimhaltung wird sichergestellt, da nur der Empfänger seinen privaten Schlüssel besitzt, der zur teilweisen Entschlüsselung erforderlich ist. Authentität wird sichergestellt, da, obgleich die ganze Welt von dem öffentlichen Schlüssel des Übermittlers Kenntnis hat, eine übermittelte Botschaft, die in einen verständlichen Text entschlüsselt werden kann, nur von dem Besitzer des- privaten Schlüssels des Ubermittlers verschlüsselt worden sein kann«
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Da der übermittler seinen privaten Schlüssel D tatsächlich zum Verschlüsseln verwenden kann, wobei sein öffentlicher Schlüssel E durch den Empfänger zur Entschlüsselung verwandt wird, beziehen sich die Symbole D und E nicht notwendigerweise auf die Ent- und Verschlüsselungs-Schlüssel. Jeder derselben kann zum Verschlüsseln und jeder zum Entschlüsseln angewandt werden. Dies ist jedoch die Symbolik, die entwickelt worden ist. Was jedem Schlüsselpaar gemeinsam ist in einem "öffentlichen Schlüssel Cryptosystem" ist, daß ein Schlüssel öffentliqh (oder, daß wenigstens der Besitzer des Schlüsselpaars sich nicht darum kümmert, daß er der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wird) und der andere geheim ist; der öffentliche Schlüssel wird hier als E und der private oder geheime Schlüssel als D-Schlüssel bezeichnet. Was diesen Cryptosystemen ebenfalls gemeinsam ist, ist, daß kein Schlüssel durch den anderen bestimmt werden kann.
Bei einem öffentlichen Schlüssel-Cryptosystem, das das RSA Schema verwendet, wird eine zu übertragende Botschaft zunächst auf S-Leistung gebracht. Die abschließende verschlüsselte Botschaft ist die ursprüngliche auf die Leistung S, Modulo R gebrachte Botschaft. Dies bedeutet, daß nur der Rest nach der ursprünglichen Botschaft auf eine Leistung S gebracht wird und unter wiederholten Teilen durch R tatsächlich gesendet wird. Die Zahl R stellt typischer Weise 300 Längenbits und die Leistung S, auf die die ursprüngliche Botschaft gebracht worden ist, stellt typischer Weise 50 Längenbits dar. Die Länge jeder Botschaft muß natürlich weniger als die Länge von R betragen, da die verschlüsselte Botschaft zumindest soviele Bits wie die Ursprüngliche haben muß. Die Buchstaben S und R stellen zusammen den der Öffentlichkeit bekannten öffentlichen Schlüssel eines Benutzers dar. Der private Schlüssel weist die "Buchstaben T und R auf. Die eingehende Botschaft wird auf die Leistung T gebracht, sodann wiederholt durch dden Buchstaben R geteilt, bis der verbleibende Rest weniger als R beträgt. Dieser verbleibende Rest stellt die entschlüsselte Nachricht dar.
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Der Benutzer hält seinen privaten Schlüssel geheim, das Zeichen T ist der wichtigste Teil des Geheimnisses, da das Zeichen R bekannt ist. Wie weiter oben beschrieben, besteht der Grund für das Arbeiten der Cryptographic mit öffentlichem Schlüssel darin, daß der Schlüssel S bekannt ist und es ist nahezu unmöglich, den Schlüssel T iau bestimmen. Die oben angegebenen Literaturstellen beschreiben nicht nur die Grundlage für die Cryptographie mit öffentlichem Schlüssel, sondern auch die Art, wie gepaarte private und öffentliche Schlüssel erzeugt werden können.
Die-Figur 1 gibt die grundlegenden Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems wieder. Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine Intelligenzkarte, wobei eine derartige Karte für jeden Benutzer des Systems ausgestellt wird. Die Kontakte, die dem Terminal die Aufnahme der Karte gestatten, sind symbolisch an der oberen linken Ecke des Kartengehäuses wiedergegeben und die Kontakte erstrecken sich durch das gehäuse zu dem Speicher und der Logik und/oder Mikroprozessor, der in diesem Gehäuse enthalten ist. Der Terminal 10a ist der ürsprungsterminal, der von dem Kartenausgeber benutzt wird; jede Benutzerkarte muß unter anderem mit einem Benutzerkennwort ausgestattet werden.
Das Bezugszeichen 10b gibt einen Transaktionsterminal wieder, der nach Einführen einer Benutzerkarte zum Bewerkstelligen einer Transaktion benutzt werden kann. Das Bezugszeichen 13 bezieht sich lediglich darauf, wie die Transaktion aufgezeichnet wird. Die Aufzeichnung kann an Ort und Stelle gespeichert werden oder an eine andere Stelle übertragen werden. In ähnlicher Weise kann dieselbe gedruckt oder auch in der Karte des Benutzers gespeichert werden.
Fig. 2gibt die allgemeine Form eines Terminals wieder. Der Terminal kann entweder der Ursprungsterminal 10a gemäß Figur 1 oder der Transaktionsterminal 10b gemäß Figur 1 sein,
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wobei sich der einzige Unterschied auf die Einzelheiten der stattfindenden Verarbeitung bezieht, wie weiter unten ersichtlich. Wie in der Figur 2 gezeigt enthält der Terminal ein Display 14 zur Wiedergabe von Botschaften und Anweisungen an den Kartenbenutzer, einen Schlitz 16, in den eine Karte 12 eingeführt wird und eine Tastatur 18. Die Tastatur wird sowohl zur Eingabe von für eine Transaktion notwendigen Informationen als auch für die Eingabe des Kennwortes des Benutzers angewandt.
Die Figur 3B gibt symbolisch die Art und Weise wieder, wie das Fälschen von Karten oder das "Täuschen" eines Terminals (insbesondere eines nicht mit Personal besetzten Terminals) erfindungsgemäß verhindert werden kann. Das erfindungsgemäße Schema steht im Gegensatz zu dem Schema nach dem Stand der Technik, wie es in ähnlicher Weise in der Figur 3A wiedergegeben ist. Dieses Schema wird unter der Bezeichnung "Identikey" vertrieben und ist dem einschlägigen Fachmann bekannt.
Das "Identikey"-System findet zur Zeit in der Bankindustrie Anwendung. Ein Benutzer bestimmt sein eigenes geheimes Kennwort und übermittelt es dem Speicher. Dem Benutzer stehen ebenfalls zwei weitere zusätzliche Zahlen zur Verfügung, deren jede auf einer Identifizierungskarte aufgezeichnet werden kann. Die letzten beiden Zahlen sind nicht geheim, nicht in dem Sinne, daß eine öffentliche Aufzeichnung derselben erfolgt, obgleich eine oder beide tatsächlich auf der Karte des Benutzers aufgedruckt sein können, sondern insofern, als es nicht verhindert werden kann, daß zumindest ein Bankschalter von den beiden Zahlen Kenntnis erhält. Es wird daher von der Annahme ausgegangen, daß beide Nummern nicht geheim sind.
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Wenn die Identität des Benutzers festgestellt werden soll, so daß eine Transaktion stattfinden kann, wird die Kontonummer des Benutzers von der Karte (oder manuell) eingegeben und der Benutzer gibt sein Kennwort unter Benutzung der Tastatur in den Terminal ein. (Als erste Sicherheitsstufe kann der Terminal das Kennwort an die Karte übermitteln und nur, nachdem die Karte dem Terminal bestätigt hat, daß das Kennwort übereinstimmt, entnimmt der Terminal die Kontonummer von der Karte). Der Terminal nimmt sodann eine nicht lineare und wirksame irreversible Transformation von der Kombination aus Kennwort und der Kontonummer vor und erzeugt eine Testidentifizierungszahl. Die Identifizierungszahl des Benutzers wird ebenfalls in den Terminal eingegeben, entweder durch übertragung von seiner Karte oder durch manuelle Eingabe. Nur wenn die in der Karte gespeicherte Identifizierungsnumber mit der Testidentifieierungsnummer übereinstimmt, nimmt der Terminal die Transaktion vor. Die Zeichnung zeigt den Vergleich der zwei Identifizierungsnummern als Kontrolle entweder einer Annahme der Karte und Abwickeln einer Transaktion oder Zurückweisung der Karte (und möglicherweise ihre Zerstörung oder Einziehung).
Es wird davon ausgegangen, daß die Transformation F irreversibel in dem Sinne ist, daß bei Bekanntsein der Identifizierungsnummer eines Benutzers und ebenfalls seiner Kontonummer, daß die Kenntnis der Transformation F nicht ausreichend ist, um einen mathematisch Begabten in die Lage zu versetzen, die der Karte zugeordnete Kennwort zu bestimmen. Somit ist ein Dieb nicht in der Lage, auch wenn er z.B. die Identifierziungsnummer und die Kontonummer des Benutzers kennt, das Kennwort zu bestimmen.
Das System stellt jedoch keine endgültige Sicherheit dar, dies deswegen, weil die Benutzung von Transaktionsterminals weitverzweigt ist und es keinen Weg gibt, eine allgemeine Kenntnis der Transformiation F zu verhindern. Alles, was ein Fälscher zu tun hat, ist ein willkürliches Kennwort und
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eine willkürliche Kontonummer auszuwählen und die Transformation F dazu anzuwenden, die Identifizierungsnummer abzuleiten. Er kann sodann die willkürliche Kontonummer und die abgeleitete Identifizierungsnummer in jeden Terminal eingeben, um seine Identität sicherzustellen. D ies gestattet es dem Fälscher natürlich nicht, sich fälschlicher Weise als ein spezielles Individuum auszugeben, dem bereits eine Konto- und Identifizierungsnummer zugeordnet worden ist. Um eine derartige Personifizierung vorzunehmen, muß der Fälscher ein Kennwort auswählen, das mit den bekannten Konto- und Identifizierungsnuiraner Bestand hat. Gewisse Einschränkungen des Systems machen dies leichter als eine Umkehr der Funktion F, jedoch stellt dies im rechnerischen Sinne eine teure Angelegenheit dar. Aus diesem Grunde bietet das "Identikey"-System eine annehmbare Sicherheit bei "online" Anwendungen dar, bei denen der Satz gültiger Identifizierungsnummern als Bezug verfügbar ist, jedoch nicht in "off-line" Anwendungen, bei denen es keinen derartigen Bezugssatz gibt.
In dem in der Figur 3B wiedergegebenen erfindungsgemäßen System erhält der Benutzer ein geheimes Kennwort sowie eine nicht geheime Identifizierungszahl.Die Identifizierungsnummer ist die auf der Karte durch den Ursprungsterminal gespeicherte Kodierung, d.h. die Kombination aus dem von dem Benutzer ausgewählten geheimen Kennwort und dem Bezugstext AMERICAN EXPRESS, die zusammen unter der Kontrolle des privaten Schlüssels des Benutzers verschlüsselt worden sind. Unter Anwenden des zugeordneten öffentlichen Schlüssels E, der im Terminal gespeichert ist, wird die Identifizierungsnummer des Benutzers in zwei Datenfolgen entschlüsselt, die aus dem Kennwort und dem Text AMERICAN EXPRESS bestehen. Der Terminal fordert den Benutzer auf, sein geheimes Kennwort einzugeben. (Der Terminal wird die Karte nur dann annehmen, wenn das richtige Kennwort, wie nach dem Stand der Technik, eingegeben wurde). Der Terminal vergleicht sodann das ein-
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gegebene Kennwort und den generell angewandten Bezugstext AMERICAN EXPRESS mit den zwei Teilen der entschlüsselten Identifizierungsnumber. Nur wenn die beiden Teile übereinstimmen, nimmt der Terminal die Transaktion vor.
Wenn davon ausgegangen wird, daß ein gebildeter Fälscher die Transformaion F gemäß Figur 3A kennt und man weiter davon ausgeht, daß er den öffentlichen Schlüssel E gemäß Figur 3B kennt, da es viele Transaktionsterminals gibt und es relativ einfach ist von dem öffentlichen Scllüssel Kenntnis zu erhalten, und er mit dem System gemäß Figur 3B versucht, etwas Vergleichbares wie mit dem System gemäß Figur 3A zu machen, insbesondere eine willkürliche Identifizierungsnummer auszuwählen und sie unter Anwenden des bekannten öffentlichen Schlüssel E zu entschlüsseln und sodann die entschlüsselten Ergebnisse vermittels einer "black box" oder gefälschten Karte zu verwenden,, die einen Transaktionsterminal "überlistet". Ein Terminal kann nur "überlistet" werden, wenn daie Entschlüsselungsergebnisse ein Kennwort und den Bezugstext AMERICAN EXPRESS ergeben. Sollte eine willkürlich ausgewählte Identifizierungsnumber nach der Entschlüsselung vermittels des öffentlichen Schlüssels E tatsächlich zu einem Nachrichtentext AMERICAN EXPRESS an der richtigen Stelle führen (z.B. am Ende) sowie zu einigen zusätzlichen willkürlichen Kombinationen an Buchstaben und Zahlen, würde diese letztere Kombination das Kennwort darstellen, das der Fälscher in seiner "black box" verwenden könnte oder in die Tastabur eingeben kann. Die willkürliche Auswahl einer Identifizierungsnumber wird jedoch eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit einer Entschlüsselung bestehend aus dem vorherbestimmten Botschaftstext am richtigen Platz zusammen mit einer willkürlichen Kombination von Charakteren haben. Somit ist eine Kenntnis des öffentlichen Schlüssels E nicht ausreichend, um einem Fälscher die Auswahl einer
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Identifizierungsnuinber (die Kombination aus Kennwort und Text AMERICAN EXPRESS, wie durch den Geheimschlüssel des Ausgebers verschlüsselt) ermöglichen, was eine Transaktion zur Folge haben würde. Der einzige Weg der Auswahl einer Identifizierungsnummer, die mit dem öffentlichen Schlüssel in einen Kennwortteil und einen vorherbestimmten Botschfiftstextteil entschlüsselt werden kann, ist das Anwenden des privaten Schlüssels in dem Verschlüsselungsverfahren und der Fälscher hat keine Möglichkeit, von dem privaten Schlüssel Kenntnis zu erhalten. /
Es ist wesentlich, daß das Ergebnis der Entschlüsselung aus einem Kennwortteil und einem vorherbestimmten Bezugstextteil besteht. Dort wo die auf einer Karte gespeicherte Verschlüsselung lediglich aus einem Kennwort besteht, kann der Fälscher eine willkürliche Identifizierungsnumber auswählen, dieslebe mit dem öffentlichen Schlüssel E entschlüsseln und das Ergebnis als Kennwort verwenden, und das Speichern einer willkürlich ausgewählten Identifizierungsnummer in der "black box", wie sie bei dem Terminal als verschlüsselte Kodierung angewandt wird, wird immer zu einem erfolgeichen Vergleich dort führen, wo der Fälscher das unter Verwendung des öffentlichen Schlüssels E abgeleitete Kennwort eingibt..In ähnlicher Weisemuß der Fälscher dort, wo die Kodierung auf der Karte nur aus dem Text AMERICAN EXPRESS verschlüsselt mit dem privaten Schlüssel D besteht, lediglich die gleiche Entschlüsselung bestimmen, wie sie auf jeder Karte gespeichert ist und sie in seiner "black box" verwenden. Die Entschlüsselung in jedem Terminal mit dem öffentlichen Schlüssel E wird zu dem Bezugstext AMERICAN EXPRESS führen. Was für eine Sicherheit erforderlich ist, ist die Speicherung einer Kodierung auf einer Karte zur tfefcschlüsselung, die mit dem privaten Schlüssel D aus einer Kombination von Kennwort und einem vorherbestimmten Bezugstext erstellt worden ist. Es gibt somit keinen Weg - sogar bei Kenntnis des öffentlichen Schlüssels E - daß ein Fälscher eine willkürliche Identifizierungsnummer auswählen kann oder eine auf der Karte ge-
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speicherte Verschlüsselung, die sich in ein willkürliches Kennwort zusammen mit einem vorherbestimmten Bezugstext an der richtigen Stelle in der zusammenhängenden Datenfolge entschlüsseln ließe.
Die Figur 4 gibt an der linken Seite die Bestandteile wieder, die in der Intelligenzkarte 12 vorliegen. Diese Bestandteile sind, die im Blockdiagramm gezeigt sind, deswegen, weil der Aufbau von Intelligenzkarten allgemein bekannt ist. Der Speicher Zb ist in sechs Segmente unterteilt. Ein Segment des Speichers enthält das Kennwort des Benutzers. Dieses Kennwort wird von dem Benutzer ausgewählt (so daß er sich daran erinnern kann) und wird in der Karte durch den Ausgangsterminal des Ausstellers gespeichert und wird anschließend unter der Kontrolle irgendeines Transaktionsterminals zur Bestätigung dessen benutzt, daß die die Karte benutzende Person, der authorisierte Benutzer ist, wobei es erforderlich ist, daß das eingegeben Kennwort mit demjenigen auf der Karte gespeicherten übereinstimmt.
Der Speicher enthält ebenfalls das Kennwort des Ausstellers. Dies ist ein Kennwort, das der Kartenhersteller in der Karte speichert und das nur dem Hersteller und dem Ausgaber bekannt ist. Wie sich weiter unten ergibt, kann eine bei dem Hersteller gestohlene Karte nicht von einem Dieb in den Verkehr gebracht werden, weil er gewöhnlich das Kennwort des Ausstellers nicht weiß, das ein Ursprungsterminal benötigt, um jede Benutzerkarte in Umlauf zu bringen.
Das nächste Segment des Speichers enthält eine Kodierung, die eine Verschlüsselung von zusammenhängenden zwei Datenfolgen darstellt, von denen eine das Kennwort des Benutzers und die andere der Bezugstext, wie AMERICAN EXPRESS ist. Der private Schlüssel D des Ausstellers wird zum Verschlüsseln der zusammenhängenden Datenfolgen in dem Ursprungsterminal des Ausstellers angewandt.
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Das "gespeicherte Programm" ist lediglich die Kodierung, die den Betrieb des Mikroprozessors 30 bewirkt. Das Segment des Speichers, daß die "allgemeine Information" enthält ist optional, kann jedoch jedoch eine Information enthalten, die Teil des Beginns jeder Transaktionsbotschaft ist, die erzeugt wird. So kann die z.B. den Namen und die Anschrift dös Benutzers enthalten.
Die fünf Segmente des Speichers 28 können ein Festwertspeicher sein, indem nach/Ausstellen der Karte die in diesen Segmenten enthatene Information des Speichers nicht mehr verändert werden muß. (Gewisse Teile des Festwertspeichers, wie ein gespeichertes Programm, können von dem Kartenhersteller geschrieben werden, wenn auch andere Teile des Speichers nur von dem Ursprungsterminal eingegeben werden, so in typischer Weise das Kennwort, die Kodierungsverschlüsselung und allgemeine Informationssegmente können den Inhalt eines PROM-Speichers enthalten).Der einzige Teil des Speichers, der einen wahllosen Zugang benötigt, ist der "Arbeitsspeicher", derjenige Teil des Speichers, der von dem Mikroprozessor während der Verarbeitung benutzt wird. Obgleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, versteht es sich, daß der Schlitz, in den die Karte bei jeder Ausführungsform eines Terminal einzuführen ist, Stifte aufweist, die Energie auf zusammenwirkende Stifte auf der Karte übertragen. Typischerweise benötigt die Karte zwei Energiequellen - fünf Volt zum Betreiben einer "on-board" TTL Logik oder des Mikroprozessors, und 24 Volt zum Eintragen in die PROM-Segmente des Speichers 28, wie allgemein bekannt. (Der Transaktionsterminal, wie weiter unten beschrieben, erfordert 24 Volt Leistung).
Die Karte weist ebenfalls einen I/O Abschnitt 32 für eine Schnittstelle mit einem Terminal 10 auf. Eine Hauptfunktion des I/O Abschnitts ist eine Parallel- zu Reiheumwandlung. Ein einzelner Stift auf der Karte wird für das Übertragen und Empfangen von Seriendaten verwandt. Ein Satz Kontroll-
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-Verleitungen ist zum übertragen von Zeitgeber und Steuerfunktionen, sowohl vor als auch zurück, zwischen Karte und Terminal vorgesehen.
Die Karte weist ebenfalls herkömmliche Daten, Adresse und Kontroileitungen zum Zwischenverbinden des Mikroporzessors, des Speichers und der I/O Untereinheiten auf.
Der ürsprungsterminal 10a gemäß Figur 4 weist in ähnlicher Weise einen I/O Abschnitt 34, einen Mikroprozessor 36 und einen Speicher 40 auf,die allesamt durch herkömmliche Daten-, Adressen und Steuerleitungen miteinander verbunden sind. Die Tastatur 18 ist mit drei Leitungen verbunden, so daß ein Kennwort des Benutzers eingegeben werden kann, sowie jede andere allgemeine Information, die zweckmäßig sein könnte. Die Wiedergabe 14 des Terminals liegt in Grenzverbindung mit den drei Leitungen durch eine herkömmliche Display-Steuerung 38 vor, wie allgemeinbekannt.
Der Speicher 40 enthält fünf Informationsarten. Der Arbeitsspeicher besitzt Direktzugriff und stellt den von dem Mikroprozessor während der Verarbeitung benötigten Speicher dar. Die anderen vier Segmente des Speichers können eisen Festwertspeicher darstellen. Das gespeicherte Hauptprogramm steuert hauptsächlich die Verarbeitung wie weiter oben beschrieben. Der mit der Bezeichnung "Bezugstext" versehene Speicherteil enthält die Phrase AMERICAN EXPRESS wie in dem obigen Beispiel verwandt, den Bezugstext, der als Teil der Reihenfolge angewandt wird, die durch den privaten Schlüssel D verschlüsselt wird. Es liegt ein zusätzliches gespeichertes Programm zum Verschlüsseln der Kombination aus vom Benutzer ausgewähltem Kennwort und dem festgelegten Bo&schaftstext mit dem privaten Schlüssel D des Ausstellers vor. (Dieser Teil des Speichers enthält zahlreiche Unterprogramme und kann als Teil des gespeicherten Hauptprogramms betrachtet werden). Der Speicher 40 enthält ebenfalls das Kennwort des Ausstellers, dessen Funktion im folgenden beschrieben ist.
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Die Art und Weise, in der eine Benutzerkarte ausgestellt wird, ist in dem Fließbild gemäß Figur 6 beschrieben. (Der tatsächliche Kode zum Durchführen des Ausstellungsverfahrens ist in der Zeichnung nicht dargestellt, da unter Bezugnahme auf das Fließbild der einschlägige Fachmann ein Programm schreiben kann, daß nach dem Zusammensetzen eine Kodierung für das Steuern eines Mikroprozessors ergibt). Zu Beginn des AusstellungsverfahreBS, nachdem die Benutzerkarte in den Kartenschlitz in dem Ursprungs- bzw. Ausstellungsterminal eingeführt worden ist, liefet der Terminal das Kennwort des Ausstellers aus dem Speicher und überträgt dasselbe auf die Karte. Das Kennwort des Ausstellers, das so auf die Karte übertragen wird wird durch den Mikroprozessor 30 mit dem in dem Kartenspeicher gespeicherten Kennwort des Ausstellers verglichen.Das Ergebnis des Vergleichs wird an den Terminal übertragen. Wenn die zwei Kennworte nicht übereinstimmen, wird der Ausstellungsprozess abgebrochen; andererseits wird er wie in dem Fließbild gezeigt, fortgesetzt.
Der Vergleich von Kennworten ist übliche Praxis bei dieser Art Intelligenzkarten. Der Kartenhersteller speichert ein unterschiedliches Aussteller-Kennwort auf jeder serienmäßig numerierten Karte, die er herstellt. Ohne diesen Sicherheitsschritt kann ein Dieb im Falle des Entwendens einer Lastwagenladung von Karten dieselben in Verkehr bringen und sie benutzen. Der Hersteller verschickt eine Liste mit Aussteller-Kennworten entsprechend den serienmäßig numerierten Karten an den Kartenaussteller über ausgewählkte und geheime Kanäle. Hierdurch kann der Entführer einer Lastwagenladung von Karten von denselben keinen Gebrauch machen, da er die Kennworte des Ausstellers nicht kennt, die zum Inverkehrbringen der Karten erforderlich sind.
Unter Bezugnahme auf die Figur 6 fordert der Terminal über das Display 14 den Ursprungsterminal auf, daß der Benutzer ein Kennwort eingibt. Der Benutzer kann sein eigenes Kenn-
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wcbrt auswählen, so daß er ein solches auswählen kann, das er nicht so leicht vergißt. Das Kennwort wird sodann auf die Karte übertragen und als Benutzer-Kennwort in dem Speicher gespeichert.
Der Terminal wendet sodann den privaten Schlüssel D an, um eine aus zwei Teilen bestehende Botschaft zu verschlüsseln: das zuvor eingegebene Benutzer Kennwort und den vorherbestimmten Bezugstext, wobei der gleiche Bezugstext beim Verschlüsseln jeder in den Verkehr zu bringenden Karte angewandt wird. Der private Schlüssel D ist der private Schlüssel, der dem öffentlichen Schlüssel eines öffentlichen Schlüssel Cryptosystem-Schlüsselpaares zugeordnet ist. (Verfahrensweisen zum Erstellen gepaarter öffentlicher und privater Schlüssel sind allgemein bekannt und alles was für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist, ist, wie die Schlüsselpjaare anzuwenden sind). Die verschlüsselte Datenfolge ist sodann von dem Terminal auf die Karte zu übertragen und wird in dieser gespeichert zusammen mit irgendwelchen weitrenlnformationen, die über die Tastatur eingegeben werden können, wie Name und Anschrift des Benutzers). ·
Die Intelligenzkarte 12 ist ebenfalls in der Figur 5 gezeigt und steht hier mit dem Transaktionsterminal 10b in Verbindung. Die Karte selbst ist die gleiche wie diejenige in der Figur 4 und steht in gleicher Weise in Grenzflächenberührung mit dem Terminal. Der TransaktionstBrminal 10b enthält einige grundlegende Komponenten wie auch der Ursprungs- bzw. Ausstellungsterminal 10a gemäß Figur 4. Der Hauptunterschied besteht darin, daß der Transaktionsterminal einen zusätzlichen Speicher- oder Übertragungsmechanismus 14 zusammen mit einem I/O Kreis 54 aufweist, der denselben mit drei Systemleitungen verbindet. Wie im Zusammenhang mit der Figur 1 erläutert, wird eine für eine Transaktion kennzeichnende Aufzeichnung gespeichert, übertragen ρ gedruckt etc. Der Speicher 40 des Transaktionsterminals unterscheidet sich natürlich von dem vergleichbaren Speicher des Ursprungstermiaals, da unterschiedliche Funktionen auszuführen sind. Der Transaktions-
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terminal weist einen Arbeitsspeicher und ein Hauptspeicherprogramm auf. Als der Teil eines Programms ist ein unterprogramm zum Steuern einer öffentlichen Schlüssel-Entschlüsselung einer auf jeder Benutzerkarte gespeicherten verschlüsselten Kodierung vorgesehen, die dem Terminal zugänglich ist. Dies ist das Unterprogramm, das die verschlüsselte zusammenhängende Datenfolge auf der Benutzerkarte zwecks Ableiten eines Kennwortes und eines Bezugstextanteils entschlüsselt. Der Speicher 40 weist ebenfalls ein Segment auf, das einen universellen Bezugstext speichert, z.B. AMERICAN EXPRESS, so daß der Terminal verifizieren kann, daß die Entschlüsselung aus zwei Teilen besteht, die dem über die Tastatur eingegebenen Kennwort des Benutzers und dem universellen Botschaftstext entsprechen. Der Speicher 40 weist ebenfalls ein gespeichertes Programm auf, um eine tatsächliche Transaktion durchzuführen, nachdem sichergestellt worden ist, daß die Karte durch den legitimen Besitzer einer authorisierten Karte in die Vorrichtung eingeführt worden ist.
Figur 7 gibt ein Fließbild wieder, das den Betrieb des Transaktionsterminals wiedergibt. Die erste Stufe besteht in dem Eingeben eines Kennwortes durch den Besitzer der Kar«te. Da Karteninhaber ihre entsprechenden Kennwörter oft unkorrekt eingeben, werden dem Karteninhaber vier Versuche an die Hand gegeben, sein Kennwort korrekt einzutasten. Es wird eine Zählung j gleich eins eingestellt und der Terminal fordert sodann, über das Display, die Eingabe des Kennwortes durch den Benutzer. Der Terminal überträgt sodann das eingegebene Kennwort auf die Karte, wo es mit dem gespeicherten Kennwort des Benutzers verglichen wird. Der Vergleich wird besser auf der Karte als in dem Terminal durchgeführt, dies aus Sicherheitsgründen, so daß niemand, der sich am Terminal betätigt hat, in den Besitz des Kennwortes des Benutzers kommen kann. Wenn das eingegebene Kennwort nicht mit dem auf der Karte übereinstimmt, wird die Zählung j inkrementiert und es wird sodann mit einer maximalen Zählung von fünf verglichen. Wenn j gleich fünf ist, zeigt dies an, daß der
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der Benutzer versuchte, viermal ein korrektes Kennwort einzugeben, jedoch versagte. Somit wird angenommen, daß er nicht der Kartenbesitzer ist und das ganze Verfahren wird abgebrochen, wie in dem Fließbild nach Figur 7 gezeigt. Wenn er andererseits unbeabsichtigt das falsche Kennwort eingegeben hat, werden ihm weitere drei Chancen zur Berichtigung eingeräumt. Solange das richtige Kennwort des Kartenbenutzers eingegeben wird, und dies während vier Versuchen, wird die Verfahrensweise fortgesetzt.
Der Terminal kontrolliert sodann die Karte, um auf die/die Verschlüsselung der Kombination aus Kennwort des Benutzers und vorherbestimmten Bezugstext, der auf der Karte gespeichert ist, zu übertragen. Der öffentliche Schlüssdel E wird sodann in dem Terminal dazu angewandt, den auf der Karte verschlüsselten Kode zu entschlüsseln und das Ergebnis sollte ein Zusammenhang des Kennwortes des Benutzers und des Bezugstextes AMERICAN EXPRESS, wie weiter oben beschrieben sein. Der erste Teil der Entschlüsselung, der Kennwortteil des Benutzers, wird mit dem eingegebenen Kennwort verglichen, um eine Übereinstimmung festzustellen. Wenn keine Übereinstimmung gegeben ist, wird der Prozess unterbrochen. Wenn Übereinstimmung gegeben ist, vergleicht der Terminal sodann den entschlüsselten Nachrichtentext mit dem vorherbestimmten Bezugstext, der in dem Terminal gespeichert ist, AMERICAN EXPRESS. Wenn keine Übereinstimmung erzielt wird, wird die Transaktion wiederum abgebrochen. Die Transaktion ist beendet, wenn beide Teile der entschlüsselten, zuvor verschlüsselten Kodierung mit dem von dem Benutzer eingegebenen geheimen Kennwort und dem vorherbestimmten Bezugstext übereinstimmen.
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Claims (19)

  1. MANFRED MIEHE f d aS,e Bd4RL1N 33 ^''";
    Patentanwalt Telefon: (030) 8311950
    European Patent Attorney Telegramme: INDUSPROP BERLIN
    US/71/2507
    AMERICAN EXPRESS COMPANY 125 Broad Street, New York, N.Y. 10004, USA
    Schutzsystem für Intelligenz-Karten
    Patentansprüche
    Λ System, das es authorisierten Benutzern von tragbaren Intelligenzkarten gestattet, über wenigstens einen Transaktionsterminal Transaktionen zu bewerkstelligen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl Benutzer-Intelligenzkarten, in deren jeder eine Kodierung gespeichert ist, die eine Verschlüsselung einer Kombination eines dem entsprechenden Benutzer zugeordneten Kennwortes und eines allen Benutzers gemeinsamen Bezugstextes darstellt, wobei die in allen Karten gespeicherten Kodierungen mit dem gleichen privaten Schlüssel verschlüsselt sind, der dem öffentlichen Schlüssel eines öffentlichen Verschlüsselungspaars zugeordnet ist und wenigstens ein Transa-tionsterminal eine Anordnung aufweist, die es dem Benutzer gestattet, ein Kennwort einzugeben und eine Anordnung zum Steuern (1) des Abrufs der in einer eingegebenen Karte gespeicherten Kodierung, (2) der Verschlüsselung eines abgerufenen Kodierung mit der Anwendung des öffentlichen Schlüssels unter Ableiten eines Kennwortteils und eines Textteils, (3) zum Vergleichen des abgeleiteten Kennwortteils mit dem eingegebenen Kennwort und des Textteils mit dem allgemeinen Bezugstext und (4) Bewirken einer Transaktion nur dann, wenn beide Vergleiche erfolgreich sind.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Karten eine Anordnung zum Speichern des entsprechenden Kennworts und eine Anordnung zur Annahme eines von wenigstens einem Terminal zur Verfügung gestellten Kennwortes und zum Vergleich des zur Verfügung gestellten Kennwortes mit dem gespeicherten Kennwort aufweist, wobei die den Terminal steuernde Anordnung das Abrufen des in einer eingeführten Karte gespeicherten Kodierung nur dann regelt, wenn der Vergleich der Kennwörter erfolgreich ist.
  3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl an Transaktions-Terminals vorgesehen ist, von denen wenigstens einer unbesetzt ist.
  4. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Terminal zum Einleiten einer Benutzer-Intelligenzkarte vorgesehen ist, wobei dieser Einleitungsterminal eine Anordnung zum Zuordnen eines Kennwortes an einen Benutzer aufweist, dessen Karte ausgestellt wird, eine Anordnung zum Ableiten einer Kodierung durch Verschlüsselung mit dem privaten Schlüssel, der Kombination des zugeordneten Kennwortes und dem allgemeinen Bezugstext vorliegt, sowie eine Anordnung zum Steuern der Speicherung der abgeleiteten Kodierung in der Karte vorliegt.
  5. 5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Terminal zum Ausstellen einer Benutzer-Intelligenskarte vorgesehen ist, der Ausstellungsterminal eine Anordnung zum Zuordnen eines Kennwortes an den Benutzer, dessen Karte auszustellen ist, eine Anordnung zum Ableiten einer Kodierung durch Entschlüsselung mit dem privaten Schlüssel, der Kombination des zugeordneten Kennwortes und dem allgemeinen Bezugstext und eine Anordnung zum Regeln der Speicherung des abgeleiteten Kodes in der Karte.
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  6. 6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Transaktionsterininals vorliegt, von denen wenigstens einer unbesetzt ist»
  7. 7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Terminal zum Ausstellen einer Benutzer-Intelligenzkarte vorgesehen ist, wobei dieser Ausstellungsterminal eine Anordnung zum Zuordnen eines Kennwortes an den Benutzer aufweist, dessen Karte auszustellen ist, sowie eine Anordnung zum Ableiten einer Kodierung durch Verschlüsselung mit dem privaten Schlüssel, der Kombination des zugeordneten Kennwortes und dem allgemeinen Bezugstext, sowie eine Anordnung zum Steuern der Speicherung der abgeleiteten Kodierung in der Karte vorgesehen sind.
  8. 8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chnet, daß wenigstens ein Terminal zum Ausstellen einer Benutzer-Intelligenzkarte vorgesehen ist, wobei dieser Terinal eine Anordnung zum Zuordnen eines Kennwortes an den Benutzer, dessen Karte auszustellen ist, eine Anordnung zum Ableiten einer Kodierung durch Entschlüsselung mit dem privaten Schlüssel, der Kombination des zugeordneten Kennwortes und dem allgemeinen Bezugstex£ und eine Anordnung zum Steuern der Speicherung des abgeleiteten Kodierung in der Karte vorgesehen sind.
  9. 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstellungsterminal weiterhin die getrennte Speicherung des zugeordneten Kennworts in der Karte regelt»
  10. 10. Terminal zum Ausstellen einer tragbaren Intelligenzkarte, die bei wenigstens einem Transaktionsterminal verwandt werden kann, wobei jede Intelligenzkarte einen Speicher aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anordnung zum Zuordnen eines Kennwortes an den Benutzer, dessen Karte ausgestellt werden soll, eine Anordnung zum Ableiten einer Kodierung aufweist, die die Entschlüsselung einer Kombination des zugeordneten Kennwortes und eines Bezugstextes, der allen Benutzern gemeinsam ist, ableitet f wobei die Kodierung für
    jeden Benutzer durch Anwenden des gleichen privaten Schlüssels, der dem öffentlichen Schlüssel eines öffentlichen Schlüssel-Entschlüsselungspaars zugeordnet ist, abgeleitet wird und eine Anordnung zum Regeln der Speicherung der entsprechenden abgeleiteten Kodierung in einer Benutzerkarte vorliegt.
  11. 11. Terminal nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zum Regeln der getrennten Speicherung eines entsprechenden zugeordneten Kennwortes in der Benutzerkarte vorliegt.
  12. 12. Tragbare Intelligenz-Karte für das Anwenden im Zusammenhang mit Transaktionen über wenigstens einen Transaktionsterminal, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gehäuse, ein Speicher innerhalb des Gehäuses zum Speicher einer Kodierung vorgesehen sind, die Kodierung eine Entschlüsselung der Kombination eines der entsprechenden Karte des Benutzers zugeordneten Kennwortes und eines Bezugstextes ist, der allen Benutzern ähnlicher Karten gemeinsam ist, wobei die Kodierung mit dem privaten Schlüssel verschlüsselt ist, der dem öffentlichen Schlüssel eines öffentlichen Verschlüsselungspaars zugeordnet ist, und eine Anordnung vorliegt, die einen äußeren Zugang zu der gespeicherten Kodierung der Karte gestattet.
  13. 13. Tragbare Intelligenz-Karte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher das Kennwort getrennt speichert.
  14. 14. Tragbare Intelligenz-Karte nach. Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zur Annahme eines Kennwortes vorliegt zwecks Vergleich mit dem gespeicherten Kennwort und zum Vergleich derselben.
  15. 15. Tragbare Intelligenz-Karte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anordnung zuftmsteuern der Ausgabe der gespeicherten Kodierung vorgesehen ist.
  16. 16. Tragbare Intelligenz-Karte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die gespeicherte Kodierung nur ausgegeben wird, wenn der Vergleich erfolgreich ist.
  17. 17. Tragbare Intelligenz-Karte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zum Steuern der Ausgabe der gespeicherten Kodierung vorliegtο
  18. 18. Tragbare Intelligenz-Karte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher eine Mehrzahl an Kodierungen speichert, deren jede unterschiedlichen Dienstleistungsunternehmen zugeordnet ist.
  19. 19. Tragbare Intelligenz-Karte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher, der jeder einer Mehrzahl Kodierungen zugeordnet ist., eine Identifizierung des entsprechenden Dienstleistungsunternehmens speichert.
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