Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Geheimnisses in einem Netzwerk, insbesondere zur Erzeugung eines gemeinsamen, geheimen Schlüssels in zwei Teilnehmern des Netzwerks.

Auch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden gewöhnlicher Weise zu den Netzwerken gezählt und sollen hier mit diesem Begriff ebenfalls adressiert sein. Dabei kommunizieren die beiden Teilnehmer über ein gemeinsam genutztes Übertragungsmedium. Hierbei werden logische Bitfolgen (bzw. allgemeiner: Wertfolgen) durch entsprechende Übertragungsverfahren als Signale bzw. Signalfolgen physikalisch übertragen. Das zugrundeliegende Kommunikationssystem kann z.B. ein CAN-Bus sein. Dieser sieht eine Übertragung dominanter und rezessiver Bits bzw. entsprechend dominanter und rezessiver Signale vor, wobei sich ein dominantes Signal bzw. Bit eines Teilnehmers des Netzwerks gegen rezessive Signale bzw. Bits durchsetzt. Ein Zustand entsprechend dem rezessiven Signal stellt sich auf dem Übertragungsmedium nur ein, wenn alle beteiligten Teilnehmer ein rezessives Signal zur Übertragung vorsehen bzw. wenn alle gleichzeitig sendenden Teilnehmer einen rezessiven Signalpegel übertragen.

Stand der Technik

Eine sichere Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten wird in einer zunehmend vernetzten Welt immer wichtiger und stellt in vielen Anwendungsberei- chen eine wesentliche Voraussetzung für die Akzeptanz und somit auch den wirtschaftlichen Erfolg der entsprechenden Anwendungen dar. Dies umfasst - je nach Anwendung - verschiedene Schutzziele, wie beispielsweise die Wahrung der Vertraulichkeit der zu übertragenden Daten, die gegenseitige Authentifizierung der beteiligten Knoten oder die Sicherstellung der Datenintegrität. Zur Erreichung dieser Schutzziele kommen üblicherweise geeignete kryptogra- phische Verfahren zum Einsatz, die man generell in zwei verschiedene Kategorien unterteilen kann: Zum einen symmetrische Verfahren, bei denen Sender und Empfänger über denselben kryptographischen Schlüssel verfügen, zum anderen asymmetrische Verfahren, bei denen der Sender die zu übertragenden Daten mit dem öffentlichen (d.h. auch einem potenziellen Angreifer möglicherweise bekannten) Schlüssel des Empfängers verschlüsselt, die Entschlüsselung aber nur mit dem zugehörigen privaten Schlüssel erfolgen kann, der idealerweise nur dem Empfänger bekannt ist.

Asymmetrische Verfahren haben unter anderem den Nachteil, dass sie in der Regel eine sehr hohe Rechenkomplexität aufweisen. Damit sind sie nur bedingt für ressourcenbeschränkte Knoten, wie z.B. Sensoren, Aktuatoren, o.ä., geeignet, die üblicherweise nur über eine relativ geringe Rechenleistung sowie gerin- gen Speicher verfügen und energieeffizient arbeiten sollen, beispielsweise aufgrund von Batteriebetrieb oder dem Einsatz von Energy Harvesting. Darüber hinaus steht oftmals nur eine begrenzte Bandbreite zur Datenübertragung zur Verfügung, was den Austausch von asymmetrischen Schlüsseln mit Längen von 2048 Bit oder noch mehr unattraktiv macht.

Bei symmetrischen Verfahren hingegen muss gewährleistet sein, dass sowohl Empfänger als auch Sender über den gleichen Schlüssel verfügen. Das zugehörige Schlüsselmanagement stellt dabei generell eine sehr anspruchsvolle Aufgabe dar. Im Bereich des Mobilfunks werden Schlüssel beispielsweise mit Hilfe von SIM-Karten in ein Mobiltelefon eingebracht und das zugehörige Netz kann dann der eindeutigen Kennung einer SIM- Karte den entsprechenden Schlüssel zuordnen. Im Fall von Wireless LANs hingegen erfolgt üblicherweise eine manuelle Eingabe der zu verwendenden Schlüssel (in der Regel durch die Eingabe eines Passwortes) bei der Einrichtung eines Netzwerkes. Ein solches Schlüsselma- nagement wird allerdings schnell sehr aufwändig und impraktikabel wenn man eine sehr große Anzahl von Knoten hat, beispielsweise in einem Sensornetzwerk oder anderen Maschine-zu-Maschine-Kommunikationssystemen, z.B. auch CAN- basierten Fahrzeugnetzwerken. Darüber hinaus ist eine Änderung der zu verwendenden Schlüssel oftmals überhaupt nicht bzw. nur mit sehr großem Auf- wand möglich. Bei aktuellen Verfahren werden die Schlüssel zentral erzeugt. Die Zuordnung zu einzelnen Steuergeräten erfolgt in sicherer Umgebung z. B. im Werk des Fahrzeugherstellers. Dort werden die Schlüssel auch aktiv geschaltet.

Verfahren zur Absicherung von Sensordaten gegen Manipulation und die Sicherstellung einer Transaktionsauthentifizierung, z.B. in einem Kraftfahrzeugnetzwerk, mit Hilfe gängiger Verschlüsselungsverfahren sind z.B. in der DE

102009002396 AI und in der DE 102009045133 AI offenbart.

Seit einiger Zeit werden zudem unter dem Schlagwort„Physical Layer Security" neuartige Ansätze untersucht und entwickelt, mit Hilfe derer Schlüssel für symmetrische Verfahren automatisch auf der Grundlage physikalischer Eigenschaften der Übertragungskanäle zwischen den involvierten Knoten erzeugt werden können. Dabei nutzt man die Reziprozität und die inhärente Zufälligkeit dieser Übertragungskanäle aus. Insbesondere bei drahtgebundenen oder optischen Systemen ist dieser Ansatz oftmals allerdings nur bedingt geeignet, da entsprechende Kanäle üblicherweise nur eine sehr eingeschränkte zeitliche Variabilität aufweisen und ein Angreifer beispielsweise mit Hilfe einer Modellbildung relativ gut Rückschlüsse auf die Kanalparameter zwischen dem Sender und dem Empfänger ziehen kann. Derartige Verfahren für eine abgesicherte Kommunikation in einem verteilten System auf Basis von Kanaleigenschaften der verbundenen Einheiten sind beispielsweise in den nicht vorveröffentlichten Anmeldungen DE 10 2014 208975 AI sowie DE 10 2014 209042 AI beschrieben.

Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2015 207220 AI offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines gemeinsamen Geheimnisses bzw. eines geheimen, symmetrischen Schlüssels mittels öffentlicher Diskussion zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgestellten Verfahren zur Generierung eines Geheimnisses bzw. eines kryptographischen Schlüssels erfordern keinerlei manuellen Eingriff und ermöglichen somit den automatisierten Aufbau sicherer Kommunikationsbeziehungen bzw. -Verbindungen zwischen zwei Knoten. Zudem weisen die Verfahren eine sehr geringe Komplexität auf, insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Hard- wareauslegung, wie z.B. der benötigten Speicherressourcen und Rechenleistung, und sie gehen mit einem geringen Energie- und Zeitbedarf einher. Darüber hinaus bieten die Verfahren sehr hohe Schlüsselgenerierungsraten bei gleichzeitig sehr kleiner Fehlerwahrscheinlichkeit.

Dabei gehen die Verfahren davon aus, dass Teilnehmer in einem Netzwerk über einen Kommunikationskanal miteinander kommunizieren. Sie übertragen dabei insbesondere logische Wertfolgen, (falls es sich um binäre Logik handelt, Bitfolgen) mit Hilfe von physikalischen Signalen auf dem Übertragungskanal. Auch wenn mögliche Überlagerungen auf dem Übertragungskanal durch die Signale, also auf der physikalischen Ebene, stattfinden, wird in der Beschreibung im Folgenden vorranging die logische Ebene betrachtet. Es werden somit die übertragenen, logischen Wertfolgen sowie deren logische Überlagerung betrachtet.

Teilnehmer des Netzwerks können somit erste Signale (die beispielsweise dem logischen Bit„1" zugeordnet sind) und zweite Signale (die beispielsweise dem logischen Bit„0" zugeordnet sind) auf den Kommunikationskanal geben und resultierende Signale auf dem Kommunikationskanal detektieren. Übertragen nun zwei Teilnehmer (weitgehend) gleichzeitig jeweils eine Signalfolge, so können die Teilnehmer die daraus resultierende Überlagerung auf dem Kommunikationskanal detektieren. Das effektive, aus der (weitgehend) gleichzeitigen Übertragung zweier (unabhängiger) Signale resultierende Signal auf dem Kommunikationskanal lässt sich dann wiederum einem (oder mehreren) bestimmten logischen Wert (oder Werten) zuordnen.

Die Übertragung sollte dabei insofern weitgehend synchron sein, dass eine Überlagerung der einzelnen Signale einer Signalfolge auf dem Übertragungsmedium erfolgt, insbesondere, dass sich das Signal entsprechend dem n-ten logischen Wert bzw. Bit des ersten Teilnehmers mit dem Signal entsprechend dem n-ten logischen Wert bzw. Bit des zweiten Teilnehmers zumindest teilweise überlagert. Diese Überlagerung sollte jeweils dafür ausreichend lange sein, dass die Teilnehmer die Überlagerung erfassen bzw. den entsprechenden Überlagerungswert ermitteln können. Die Überlagerung kann dabei durch Arbitrierungsmechanismen oder durch physikalische Signalüberlagerung bestimmt sein. Mit Arbitrierungsmechanismus ist beispielsweise der Fall gemeint, dass ein Knoten einen rezessiven Pegel anlegen möchte, aber auf dem Bus einen dominanten Pegel detektiert und somit die Übertragung unterlässt. In diesem Fall kommt es zu keiner physikalischen Überlagerung zweier Signale, sondern es ist nur das dominante Signal auf dem Übertragungskanal zu sehen.

Aus der resultierenden Wertfolge der Überlagerung und der eigenen Wertfolge können die Teilnehmer dann einen Schlüssel generieren, der einem außenstehenden Angreifer gegenüber geheim ist. Grund dafür ist, dass der außenstehende Angreifer, der beispielsweise die auf dem gemeinsam genutzten Übertragungsmedium anliegenden effektiven Gesamtsignale abhören kann, nur die Überlagerung der Wertfolgen sieht, aber nicht die Informationen über die einzel- nen Wertfolgen der Teilnehmer hat. Damit verfügen die Teilnehmer über mehr Informationen, die sie gegenüber dem Angreifer zur Generierung eines geheimen Schlüssels nutzen können.

Die Schlüsselverteilung stellt eine generelle Herausforderung bei symmetrischen Kryptosystemen dar. Aus diesem Grund werden einmal verteilte bzw. etablierte symmetrische Schlüssel typischerweise über einen längeren Zeitraum verwendet oder auch gar nicht während der Lebensdauer eines Geräts aktualisiert. Um solche Geräte dennoch zeitweise abschalten zu können, wird ein nicht-flüchtiger Speicher benötigt, in dem die entsprechenden (symmetrischen) Schlüssel abge- legt werden können. Mit den beschriebenen Verfahren ist es nun aber möglich, sehr einfach und automatisiert neue symmetrische Schlüssel zwischen zwei Netzwerkteilnehmern zu etablieren. Daher kann auf eine Speicherung der Schlüssel in einem nichtflüchtigen Speicher ggf. verzichtet werden, da nach jeder (zeitweisen) Abschaltung eines oder beider Netzwerkteilnehmer bedarfsgerecht neue Schlüssel generiert werden können. Die Verfahren sind somit insbesondere für einfache Geräte, z.B. einfache Steuergeräte in einem Fahrzeug oder auch Sensoren oder Aktoren in einem Fahrzeug, attraktiv, da somit auf einen nichtflüchtigen Speicher in diesen Geräten verzichtet werden kann. Wie geschildert liegt dies daran, dass sich Netzwerkteilnehmer durch die beschriebenen Verfah- ren bei Bedarf (z.B. nach Neustart einer Komponente eines Netzwerkteilneh- mers, des Netzwerkteilnehmers oder eines den Netzwerkteilnehmer umfassenden Systems) neue Geheimnisse bzw. Schlüssel generieren können. Ein weiterer Vorteil in diesem Zusammenhang ist auch ein potenziell höherer Grad an Sicherheit gegenüber bestimmten Angriffen, der damit erreicht werden kann. Da Schlüssel zu keinem Zeitpunkt im nicht-flüchtigen Speicher abgelegt sind, laufen insbesondere invasive Angriffe, die darauf abzielen, den Schlüssel aus dem nicht-flüchtigen Speicher auszulesen, ins Leere.

Die beschriebenen Verfahren sind besonders gut in einem CAN-, TTCAN- oder CAN FD-Bussystem umzusetzen. Hier wird ein rezessiver Buspegel durch einen dominanten Buspegel verdrängt. Die Überlagerung von Werten bzw. Signalen der Teilnehmer folgt damit festgelegten Regeln, welche die Teilnehmer zur Ableitung von Informationen aus dem überlagerten Wert bzw. Signal und dem von ihnen übertragenen Wert bzw. Signal nutzen können. Auch für weitere Kommunikationssysteme wie LIN und I2C sind die Verfahren gut geeignet.

Ein Netzwerk oder ein Teilnehmer eines Netzwerks sind zur Durchführung der beschriebenen Verfahren insbesondere dadurch eingerichtet, dass sie über die entsprechenden elektronischen Speicher- und Rechenressourcen verfügen. Auf einem Speichermedium eines solchen Teilnehmers oder auf den verteilten Speicherressourcen eines Netzwerks kann auch ein Computerprogramm abgelegt sein, dass dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines entsprechenden Verfahrens auszuführen, wenn es in dem Teilnehmer oder in dem Netzwerk abgearbeitet wird.

Zeichnungen

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines beispielhaften, zugrundeliegenden Kommunikationssystems,

Fig. 2 schematisch einen linearen Bus als Beispiel eines zugrundeliegenden Kommunikationssystems, Fig. 3 schematisch beispielhafte Signalfolgen zweier Teilnehmer eines Netzwerks sowie eine resultierende Überlagerungswertfolge auf einem Übertragungskanal zwischen den Teilnehmern, und

Fig. 4 schematisch den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zur Schlüsselge- nerierung zwischen zwei Teilnehmern eines Netzwerks.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Generierung eines gemeinsamen Geheimnisses bzw. (geheimer) symmetrischer kryptographischer Schlüssel zwischen zwei Knoten eines Kommunikationssystems (Teilnehmer ei- nes Netzwerkes), die über ein gemeinsam genutztes Medium (Übertragungskanal des Netzwerks) miteinander kommunizieren. Die Generierung bzw. Aushandlung der kryptographischen Schlüssel basiert dabei auf einem öffentlichen Datenaustausch zwischen den zwei Teilnehmern, wobei es einem möglichen mithörenden Dritten als Angreifer aber dennoch nicht oder nur sehr schwer möglich ist, Rückschlüsse auf die generierten Schlüssel zu ziehen. Mit der Erfindung ist es somit möglich, zwischen zwei verschiedenen Teilnehmern eines Netzwerks vollständig automatisiert und sicher entsprechende symmetrische kryptographische Schlüssel zu etablieren, um darauf aufbauend dann bestimmte Sicherheitsfunktionen, wie z.B. eine Datenverschlüsselung, zu realisieren. Wie im Detail noch be- schrieben wird hierzu zunächst ein gemeinsames Geheimnis etabliert, welches zur Schlüsselgenerierung herangezogen werden kann. Ein solches gemeinsames Geheimnis kann aber grundsätzlich auch zu anderen Zwecken als für kryptographische Schlüssel im engeren Sinne genutzt werden, z.B. als One-Time- Pad.

Die Erfindung eignet sich für eine Vielzahl drahtgebundener oder drahtloser sowie auch optischer Netzwerke bzw. Kommunikationssysteme, insbesondere auch solche, bei denen die verschiedenen Teilnehmer über einen linearen Bus miteinander kommunizieren und der Medienzugriff auf diesen Bus mithilfe einer bitwei- sen Bus-Arbitrierung erfolgt. Dieses Prinzip stellt beispielsweise die Grundlage des weit verbreiteten CAN-Busses dar. Mögliche Einsatzgebiete der Erfindung umfassen dementsprechend insbesondere auch CAN-basierte Fahrzeugnetzwerke sowie CAN-basierte Netzwerke in der Automatisierungstechnik.

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Ansatz, mit dem automatisiert symmetrische kryptographische Schlüssel in einem, bzw. insbesondere zwischen zwei Knoten eines Netzwerks generiert werden können. Diese Generierung erfolgt dabei unter Ausnutzung von Eigenschaften der entsprechenden Übertragungsschicht. Anders als bei den gängigen Ansätzen der„Physical Layer Security" werden dafür aber nicht physikalische Parameter des Übertragungskanals wie Übertragungsstärke etc. ausgewertet. Vielmehr gibt es dazu einen öffentlichen Datenaustausch zwischen den beteiligten Knoten, der dank der Eigenschaften des Kommunikationssystems und/oder des verwendeten Modulationsverfahrens einem möglichen lauschenden Angreifer keine, bzw. keine ausreichenden Rückschlüsse auf den daraus ausgehandelten Schlüssel ermöglicht.

Im Folgenden wird eine Anordnung betrachtet, wie sie abstrakt in Fig. 1 dargestellt ist. Dabei können verschiedene Teilnehmer 2, 3 und 4 über ein so genanntes geteiltes Übertragungsmedium („shared medium") 10 miteinander kommunizieren. In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung entspricht dieses geteilte Übertragungsmedium einem linearen Bus (drahtgebunden oder optisch) 30, wie er beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist. Das Netzwerk 20 in Fig. 2 besteht aus eben diesem linearen Bus 30 als geteiltes Übertragungsmedium (beispielsweise als drahtgebundener Übertragungskanal), Teilnehmern bzw. Knoten 21, 22 und 23 sowie (optionalen) Busterminierungen 31 und 32.

Im Folgenden wird für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Knoten 21, 22 und 23 angenommen, dass sie durch die Unterscheidung von dominanten und rezessiven Werten gekennzeichnet ist. In diesem Beispiel werden als mögliche Wert die Bits„0" und„1" angenommen. Dabei kann ein dominantes Bit (z. B. das logische Bit ,0') ein gleichzeitig übertragenes rezessives Bit (z. B. das logische Bit ,1') quasi verdrängen bzw. überschreiben.

Ein Beispiel für ein solches Übertragungsverfahren ist das so genannte On-Off- Keying (On-Off- Keying-Amplitudenumtastung), bei dem genau zwei Übertra- gungszustände unterschieden werden: Im ersten Fall (Wert ,Οη', bzw.„0") wird ein Signal übertragen, beispielsweise in Form eines einfachen Trägersignals, im anderen Fall (Wert ,Off', bzw.„1") wird kein Signal übertragen. Der Zustand ,Οη' ist dabei dominant während der Zustand ,Off' rezessiv ist.

Ein weiteres Beispiel für ein entsprechendes Kommunikationssystem, das diese Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits unterstützt, ist ein (drahtgebundenes oder optisches) System basierend auf einer bitweisen Bus- Arbitrierung, wie sie beispielsweise beim CAN-Bus zum Einsatz kommt. Die Grundidee dabei besteht ebenfalls darin, dass wenn beispielsweise zwei Knoten gleichzeitig ein Signal übertragen wollen und der eine Knoten eine ,1' überträgt, wohingegen der zweite Knoten eine ,0' sendet, die ,0'„gewinnt" (also das dominante Bit), d.h. der Signalpegel, der auf dem Bus gemessen werden kann, entspricht einer logischen ,0'. Bei CAN wird dieser Mechanismus insbesondere zur Auflösung von möglichen Kollisionen benutzt. Dabei werden höherpriore Nachrichten (d.h. Nachrichten mit früherem, dominantem Signalpegel) vorrangig übertragen, indem jeder Knoten bei der Übertragung seines CAN-Identifiers bitweise gleichzeitig den Signalpegel auf dem Bus überwacht. Sofern der Knoten selbst ein rezessives Bit überträgt, aber auf dem Bus ein dominantes Bit detektiert wird, bricht der entsprechende Knoten seinen Übertragungsversuch zugunsten der höherprioren Nachricht (mit dem früheren dominanten Bit) ab.

Die Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits erlaubt es, das geteilte Übertragungsmedium als eine Art binären Operator aufzufassen, der die ver- schiedenen Eingangsbits (=alle gleichzeitig übertragenen Bits) mit Hilfe einer logischen UND-Funktion miteinander verknüpft.

In Fig. 3 ist beispielsweise dargestellt, wie ein Teilnehmer 1 (Tl) die Bitfolge 0, 1, 1, 0, 1 zur Sendung zwischen den Zeitpunkten tO und t5 über den Übertragungs- kanal bereit hält. Teilnehmer 2 (T2) hält die Bitfolge 0, 1, 0, 1, 1 zur Sendung zwischen Zeitpunkten tO und t5 über den Übertragungskanal bereit. Mit den oben beschriebenen Eigenschaften des Kommunikationssystems und unter der Annahme, dass es sich in diesem Beispiel bei dem Bitpegel„0" um das dominante Bit handelt, wird auf dem Bus (B) die Bitfolge 0, 1, 0, 0, 1 zu sehen sein. Nur zwi- sehen den Zeitpunkten tl und t2 sowie zwischen t4 und t5 sehen sowohl Teil- nehmer 1 (Tl) als auch Teilnehmer 2 (T2) ein rezessives Bit„1" vor, so dass nur hier die logische UND-Verknüpfung in einen Bitpegel von„1" auf dem Bus (B) resultiert.

Unter Ausnutzung dieser Eigenschaften des Übertragungsverfahrens des Kommunikationssystems kann eine Schlüsselgenerierung zwischen zwei Teilnehmern eines entsprechenden Netzwerks nun erfolgen, indem die Teilnehmer eine Überlagerung von Bitfolgen der beiden Teilnehmer auf dem Übertragungsmedium de- tektieren und aus dieser Information gemeinsam mit Informationen über die selbst gesendete Bitfolge einen gemeinsamen (symmetrischen), geheimen Schlüssel erzeugen.

Eine beispielhafte, besonders bevorzugte Realisierung wird im Folgenden anhand von Fig. 4 erläutert.

Der Prozess zur Generierung eines symmetrischen Schlüsselpaars wird in Schritt 41 von einem der in diesem Beispiel zwei beteiligten Knoten (Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2) gestartet. Dies kann beispielsweise durch das Versenden einer speziellen Nachricht bzw. eines speziellen Nachrichtenheaders erfolgen.

Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 generieren in Schritt 42 zunächst lokal (d.h. intern und voneinander unabhängig) eine Bitsequenz. Vorzugsweise ist diese Bitfolge mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal so lang wie der als Resultat des Verfahrens erwünschte gemeinsame Schlüssel. Die Bitfolge wird vorzugsweise jeweils als zufällige oder pseudozufällige Bitabfolge, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Zufallszahlengenerators oder Pseudozu- fallszahlengenerators erzeugt.

Beispiel für lokale Bitfolgen der Länge 20 Bits:

Erzeugte Bitsequenz von Teilnehmer 1:

Su = 01001101110010110010

' Erzeugte Bitsequenz von Teilnehmer 2:

S _T2 = 10010001101101001011 In einem Schritt 43 übertragen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 zueinander (weitgehend) synchron ihre jeweils erzeugten Bitsequenzen über das geteilte Übertragungsmedium (unter Verwendung des Übertragungsverfahrens mit dominanten und rezessiven Bits, wie zuvor bereits erläutert). Dabei sind verschiedene Möglichkeiten zur Synchronisierung der entsprechenden Übertragungen denkbar. So könnte beispielsweise entweder Teilnehmer 1 oder Teilnehmer 2 zunächst eine geeignete Synchronisationsnachricht an den jeweils anderen Knoten senden und nach einer bestimmten Zeitdauer im Anschluss an die vollständige Übertragung dieser Nachricht dann die Übertragung der eigentlichen Bitsequenzen starten. Genauso ist es aber auch denkbar, dass von einem der beiden Knoten nur ein geeigneter Nachrichtenheader übertragen wird (z.B. ein CAN-Header bestehend aus Arbitrierungsfeld und Kontrollfeld) und während der zugehörigen Payload-Phase dann beide Knoten gleichzeitig ihre generierten Bitsequenzen (weitgehend) synchron übermitteln. In einer Variante des Verfahrens können die in Schritt 42 generierten Bitsequenzen eines Teilnehmers in Schritt 43 auch auf mehrere Nachrichten verteilt übertragen werden können, beispielsweise wenn dies die (Maximal-)Größen der entsprechenden Nachrichten erforderlich machen. Auch in dieser Variante erfolgt die Übertragung der auf entsprechend viele, entsprechend große Nachrichten verteilten Bitsequenzen des anderen Teilnehmers wiederum (weitgehend) synchron.

Auf dem geteilten Übertragungsmedium überlagern sich die beiden Bitsequenzen dann, wobei aufgrund der zuvor geforderten Eigenschaft des Systems mit der Unterscheidung von dominanten und rezessiven Bits die einzelnen Bits von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 eine Überlagerung ergeben, im genannten Beispiel de facto UND-verknüpft werden. Damit ergibt sich auf dem Übertragungskanal eine entsprechende Überlagerung, die beispielsweise ein mithörender dritter Teilnehmer detektieren könnte.

Beispiel einer Überlagerungs bitfolge für die obigen, lokalen Bitfolgen:

• Effektive Bitsequenz auf dem Übertragungskanal:

Seft = Su AND S _T2 = 00000001100000000010

Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 detektieren während der Übertragung ihrer Bitsequenzen des Schritts 43 in einem parallelen Schritt 44 die effekti- ven (überlagerten) Bitsequenzen S _e n auf dem geteilten Übertragungsmedium. Für das Beispiel des CAN-Busses wird dies auch in konventionellen Systemen während der Arbitrierungsphase gewöhnlicherweise ohnehin gemacht.

Für Systeme mit ,Οη-Off- Keying' (drahtlos, drahtgebunden oder optisch) ist dies entsprechend ebenfalls möglich. Der praktischen Realisierbarkeit kommt hierbei insbesondere zugute, dass bei einem solchen System der Zustand ,Οη' dominant und der Zustand ,Off' rezessiv ist (wie zuvor bereits erläutert). Folglich weiß ein Knoten auch ohne Messung, dass der effektive Zustand auf dem„Shared Medium" dominant ist sofern der Knoten selbst ein dominantes Bit gesendet hat. Hat ein Knoten hingegen ein rezessives Bit gesendet, kennt er den Zustand auf dem geteilten Übertragungsmedium zunächst nicht ohne Weiteres, allerdings kann er in diesem Fall durch eine geeignete Messung bestimmen, wie dieser aussieht. Da der Knoten selbst in diesem Fall nichts sendet, gibt es nämlich auch keine Probleme mit so genannter Selbstinterferenz, die speziell im Fall von drahtlosen Systemen ansonsten eine aufwändige Echokompensation erforderlich machen würde.

In einem nächsten Schritt 45 übertragen sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilneh- mer 2 ebenfalls wieder (weitgehend) synchron ihre initialen Bitsequenzen STI und

ST2, diesmal allerdings invertiert. Die Synchronisierung der entsprechenden Übertragungen kann dabei wieder genau auf dieselbe Art und Weise realisiert werden, wie oben beschrieben. Auf dem geteilten Kommunikationsmedium werden die beiden Sequenzen dann wieder miteinander U ND-verknüpft. Teilnehmer 1 und 2 ermitteln wiederum die effektiven, überlagerten Bitsequenzen S _e n auf dem geteilten Übertragungsmedium.

Beispiel für die obigen Bitfolgen:

Invertierte Bitsequenz von Teilnehmer 1:

Su = 10110010001101001101

Invertierte Bitsequenz von Teilnehmer 2:

S _T2 ' = 01101110010010110100

' Effektive, überlagerte Bitsequenz auf dem Kanal:

Seft' = Sn AND S _T2 ' = 00100010000000000100 Sowohl Teilnehmer 1 als auch Teilnehmer 2 ermitteln während der Übertragung ihrer nun invertierten Bitsequenzen dann wieder die effektiven, überlagerten Bitsequenzen auf dem geteilten Übertragungsmedium. Zu diesem Zeitpunkt kennen somit beide Knoten (Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2), sowie auch ein mögli- eher Angreifer (z.B. Teilnehmer 3), der die Kommunikation auf dem geteilten

Übertragungsmedium mithört, die effektiven, überlagerten Bitsequenzen S _e ff und Seff'. Im Gegensatz zum Angreifer bzw. dritten Teilnehmer kennt aber Teilnehmer 1 noch seine initial erzeugte, lokale Bitsequenz STI und Teilnehmer 2 seine initial erzeugte, lokale Bitsequenz ST2. Teilnehmer 1 wiederum kennt aber nicht die ini- tial erzeugte, lokale Bitsequenz von Teilnehmer 2 und Teilnehmer 2 nicht die initial erzeugte, lokale Bitsequenz von Teilnehmer 1. Die Detektion der Überlagerungsbitfolge erfolgt wiederum während der Übertragung in Schritt 46.

Alternativ zu dieser beispielhaften Ausführungsvariante können Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 ihre invertierte, lokale Bitfolge auch direkt mit bzw. direkt nach ihrer ursprünglichen, lokalen Bitfolge versenden, d.h. Schritte 45 und 46 erfolgen mit den Schritten 43 und 44. Die ursprüngliche und die invertierte Bitfolge können dabei in einer Nachricht, aber auch in separaten Nachrichten als Teil- Bitfolgen übermittelt werden.

In Schritt 47 verknüpfen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 nun jeweils lokal (also intern) die effektiven, überlagerten Bitfolgen (S _e ff und S _e ff'), insbesondere mit einer logischen ODER-Funktion.

Beispiel für die obigen Bitfolgen:

S _g es = Seff OR Seff' = 00100011100000000110

Die einzelnen Bits in der aus der ODER-Verknüpfung resultierenden Bitsequenz (Sges) geben nun an, ob die entsprechenden Bits von STI und ST2 identisch oder unterschiedlich sind. Ist das n-te Bit innerhalb von S _ges beispielsweise eine ,0', so bedeutet dies, dass das n-te Bit innerhalb von STI invers zu dem entsprechenden

Bit innerhalb von ST2 ist. Gleichermaßen gilt, dass wenn das n-te Bit innerhalb von Sges eine ,1' ist, die entsprechenden Bits innerhalb von STI und ST2 identisch sind. Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 streichen daraufhin in Schritt 48 basierend auf der aus der ODER-Verknüpfung erhaltenen Bitsequenz S _ges in ihren ursprünglichen, initialen Bitsequenzen STI und ST2 alle Bits, die in beiden Sequenzen identisch sind. Dies führt folglich zu entsprechend verkürzten Bitsequenzen.

Beispiel für die obigen Bitfolgen:

Verkürzte Bitsequenz von Teilnehmer 1:

Sn,v = 01011100101100

Verkürzte Bitsequenz von Teilnehmer 2:

S _T2 ,v = 10100011010011

Die resultierenden, verkürzten Bitsequenzen STI.V und ST2,V sind nun gerade in- vers zueinander. Somit kann einer der beiden Teilnehmer durch Inversion seiner verkürzten Bitsequenz exakt diejenige verkürzte Bitsequenz ermitteln, wie sie im anderen Teilnehmer bereits vorliegt.

Die dermaßen gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz wird nun von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 in Schritt 49 jeweils lokal auf geeignete Art und Weise aufbereitet, um den eigentlich gewünschten Schlüssel der gewünschten Länge N zu generieren. Auch hierbei gibt es wieder eine Vielzahl von Möglichkeiten, wie diese Aufbereitung erfolgen kann. Eine Möglichkeit ist die Selektion von N Bits aus der gemeinsam vorliegenden, verkürzten Bitsequenz, wobei klar definiert sein muss, welche N Bits zu nehmen sind, z.B. indem einfach immer die ersten N Bits der Sequenz selektiert werden. Ebenfalls möglich ist die Berechnung einer Hashfunktion über die gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz, die einen Hashwert der Länge N liefert. Ganz allgemein kann die Aufbereitung mit jeder beliebigen linearen und nichtlinearen Funktion erfolgen, die bei Anwendung auf die gemeinsam vorliegende, verkürzte Bitsequenz eine Bitsequenz der Länge N Bits zurückliefert. Der Mechanismus der Schlüsselerzeugung aus der gemeinsam vorliegenden, verkürzten Bitsequenz liegt vorzugsweise in beiden Teilnehmern 1 und 2 identisch vor und wird entsprechend auf die gleiche Weise durchgeführt.

Im Anschluss an die Schlüsselgenerierung kann ggf. noch verifiziert werden, dass die von Teilnehmer 1 und 2 generierten Schlüssel tatsächlich identisch sind. Dazu könnte beispielsweise eine Checksumme über die generierten Schlüssel berechnet und zwischen Teilnehmer 1 und 2 ausgetauscht werden. Sind beide Checksummen nicht identisch, so ist offensichtlich etwas fehlgeschlagen. In diesem Fall könnte das beschriebene Verfahren zur Schlüsselgenerierung wieder- holt werden.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens zur Schlüsselgenerierung können in verschiedenen Durchläufen zunächst auch eine ganze Reihe von resultierenden, bei Teilnehmer 1 und 2 jeweils vorliegenden, verkürzten Bitsequenzen er- zeugt werden, die dann zu einer einzigen großen Sequenz kombiniert werden, bevor der eigentliche Schlüssel davon abgeleitet wird. Dies kann ggf. auch adaptiv erfolgen. Sollte nach dem einmaligen Durchlaufen der beschriebenen Prozedur z.B. die Länge der gemeinsamen, verkürzten Bitsequenz beispielsweise kleiner als die gewünschte Schlüssellänge N sein, so könnte man durch einen er- neuten Durchlauf z.B. weitere Bits vor der eigentlichen Schlüsselableitung generieren.

Das generierte, symmetrische Schlüsselpaar kann nun schließlich von Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 in Verbindung mit etablierten (symmetrischen) krypto- graphischen Verfahren, wie z.B. Chiffren zur Datenverschlüsselung, eingesetzt werden.

Ein möglicher Angreifer (z.B. Teilnehmer 3) kann die öffentliche Datenübertragung zwischen Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 abhören und somit wie beschrie- ben Kenntnis der effektiven, überlagerten Bitfolgen (S _e ff und S _e ff') erlangen. Damit weiß der Angreifer dann allerdings nur, welche Bits in den lokal generierten Bitsequenzen von Teilnehmer 1 und 2 identisch sind und welche nicht. Bei den identischen Bits kann der Angreifer darüber hinaus sogar noch feststellen, ob es sich dabei um eine ,1' oder eine ,0' handelt. Für eine vollständige Kenntnis der resultierenden, verkürzten Bitfolge (und damit der Grundlage zur Schlüsselgenerierung) fehlen ihm aber die Informationen über die nicht identischen Bits. Um dem Angreifer mögliche Angriffe weiter zu erschweren, wird in einer bevorzugten Variante zusätzlich die in den ursprünglichen, lokal erzeugten Bitfolgen der Teilnehmer 1 und 2 identischen Bitwerte gelöscht. Damit verfügt Teilnehmer 3 nur über Informationen, die für die Schlüsselgenerierung gar nicht verwendet wer- den. Er weiß zwar, dass entsprechend verkürzte Bitfolgen aus den zwischen den lokalen Bitfolgen der Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 unterschiedlichen Bits hervorgehen. Er weiß aber nicht, welche Bits Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 jeweils gesendet haben.

Teilnehmer 1 und Teilnehmer 2 haben zusätzlich zu der Information über die überlagerte Gesamt- Bitfolge noch die Information über die jeweils von ihnen gesendete, lokal generierte Bitfolge. Aus diesem Informationsvorsprung gegenüber einem lediglich der öffentlichen Datenübertragung folgenden Teilnehmer 3 rührt die Tatsache, dass die in Teilnehmer 1 und 2 generierten Schlüssel trotz der öffentlichen Datenübertragung als Grundlage geheim bleiben.

Ein aus dem Geheimnis abgeleiteter Schlüssel soll nun in einem flüchtigen Speicher, insbesondere in einem RAM, der Netzwerkteilnehmer abgelegt werden. Dadurch kann im Netzwerkteilnehmer nicht-flüchtiger Speicher eingespart werden. Bei einem Neustart eines der beteiligten Netzwerkteilnehmers geht diesem dann zwar das Geheimnis und / oder der Schlüssel verloren. Die Netzwerkteilnehmer können in diesem Fall aber eine neue Geheimnis-Generierung initiieren. Das kann z.B. geschehen, indem einer der Netzwerkteilnehmer einen oder mehrere übrige Netzwerkteilnehmer darüber informiert, dass er über kein Geheimnis bzw. keinen Schlüssel mehr verfügt. Grundsätzlich kann auch bei jedem Hochlauf eines Netzwerkteilnehmers oder eines dem Netzwerkteilnehmer übergeordneten Systems eine Geheimnisgenerierung bzw. ein Schlüsselaustausch zwischen den Kommunikationspartnern des Netzwerkes erfolgen. Mithilfe eines solchen Schlüssels kann dann insbesondere eine Kommunikation über den Übertragungskanal abgesichert werden, z.B. verschlüsselt werden oder über eine Nachrichtenauthentifizierzung (Message Authentication Code) abgesichert werden.