Chipkarten - Überblick

Chipkarten sind Computer im Scheckkartenformat.

Die persönliche »Ausweiskarte«:

• ... enthält die Zugriffsberechtigungen (in Form der nötigen kryptographischen Schlüssel); dient als PSE.
• ... führt die digitale Signatur aus.
• ... ist PIN-gesichert (Sicherung durch Besitz und Wissen). (Auch Fingerabdruck-Sensor möglich.)
• ... könnte auch Pseudonyme enthalten.

Technik

• Single Chip Computer,
• 8-bit-CPU, wenige MIPS,
• Arbeits-, Programm- und Datenspeicher (z. B. 256 Bytes RAM, 10 KB ROM, 8 KB EEPROM),
• Chipkarten-Betriebssystem,
• Ein- und Ausgabekanal.

Normierung

• Maße (85.6 mm × 54 mm × 0.76 mm),
• Widerstandsfähigkeit (Biegung, Verdrehung, Hitze, Strahlung, elektromagnetische Felder, Chemikalien, ...) (===> Chipfläche auf ca. 25 mm² beschränkt),
• Anordnung der Kontakte,
• Kommunikationsprotokolle,
• Datenstrukturen und Sicherheitsattribute.

Weiterentwicklungen

• Kontaktlose Karten (Transponder),
• optische Karten (hohe Speicherkapazität).

Sicherheit von Chipkarten

Chipkarten sind gesichert vor

• Ausspähung gespeicherter Geheimnisse (z. B. kryptographischer Schlüssel),
• Manipulation (z. B. gespeicherter Geldbeträge).

Technische Sicherheitsvorkehrungen:

• Nicht direkt lesbare Speicher,
• Zugriff nur über I/O-Port, CPU und Sicherheitsmodul,
• manipulationssichere Verschweißung mit Selbstzerstörungsmechanismen,
• mehrstöckiges Design.

Sicherheitseigenschaften (mögliche)

• PIN-Schutz, Überprüfung durch interne Logik.
• Selbstsperrung nach (meist 3) Fehlversuchen.
• Interne Verschlüsselungsfunktionen.
• (Evtl.) verschlüsselte Speicherung der Nutzdaten.
• Chiffrierter Datenaustausch (langsam!).

Anwendungen

• Telefonkarten,
• Krankenkassenkarte (seit 1993, Ersatz für Krankenschein) - nur Speicher-Chip, keine CPU,
• Geldkarte,
• Sicherheitssysteme (starke Authentisierung, PSE/PTC),
• Health Professional Card (HPC),
• elektronische Gesundheitskarte (eGK).

Vorteile

• Sicherheit für jedermann auf höchstem Niveau (durch kryptographische Algorithmen),
• Speicherung geheimer Informationen (z. B. Schlüssel) [im Gegensatz zur unsicheren Speicherung auf gewöhnlichen Magnetkarten],
• Ausführung von kryptographischen Algorithmen,
• einfache und verständliche Benutzung.

Nachteile

• Standardisierung noch nicht durchgesetzt.
• Kosten der Karte (2 - 30 €, je nach Funktionalität).
• Infrastruktur (Lese- und Schreibgeräte, Verwaltung).

Angriffe auf Chipkarten

Folgerungen aus den Angriffen

• Chipkarten sind längst nicht so sicher, wie immer wieder behauptet.
• Verbesserungen der Sicherheit sind möglich, verteuern aber die Chipkarten, z. B. Fehlererkennungsmechanismen gegen DFA, »mehrstöckiges« Chip-Design.
• Sicherheitsmaßnahmen müssen stets in »feindlicher« Umgebung getestet werden.

Weiterführende Literatur

• Oliver Kömmerling, Markus G. Kuhn: Design Principles for Tamper-Resistant Smartcard Processors. Proceedings of the USENIX Workshop on Smartcard Technology (Smartcard '99), Chicago, Ill. May 10-11 1999, p. 9 - 20,
• ... und die zugehörige Präsentation.
• Bruce Schneier, Adam Shostack: Breaking up is hard to do: Modeling security Threats for smart cards. 1999. [online im WWW unter http://www.counterpane.com/smart-card-threats.html]

Chipkarten - die Technikfolgen

• Chipkarten: Patentlösung für Sicherheit, Anonymität und informationelle Selbstbestimmung?
• Wieviele Chipkarten verträgt der Mensch?
• Multifunktionskarte: Universelle Allzweck-Chipkarte?
• Teilsperrung der Daten beherrschbar?
• Welchem Hersteller, welcher Technik kann der Mensch trauen?
• Zusätzliche Verletzlichkeit, z. B. durch Social Engineering?
• Was passiert bei Verlust der Chipkarte?
• Wie werden Sicherheitskopien gemacht? aufgehoben? hinterlegt?
• Wie werden Datenspuren wirksam verhindert?

Vertrauenswürdige Benutzer-Endgeräte

Chipkarte als Datenspeicher

• vertrauenswürdige öffentliche Informationen
• geheime Schlüssel
• Pseudonyme
  • elektronische Ausweise
  • elektronisches Geld
• kryptographische Funktionen

Elektronische Brieftasche (»wallet«) als Hilfswerkzeug

• mit Eingabe- und Zwischenspeichermöglichkeit
• evtl. biometrische Authentisierung
• sichere Kommunikation mit der Chipkarte

Backupgerät

• z. B. heimischer PC

Alle diese Geräte sollten auf dem freien Markt erhältlich sein - jeder kann sich einen Anbieter seines Vertrauens aussuchen. Es darf insbesondere kein Monopol geben!

[Artikel von A. Pfitzmann, B. Pfitzmann, Schunter, Waidner]