Betriebsarten für Compressive Sensing basierte Verschlüsselung

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Ruland
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247949854

Compressive Sensing ist eine vielversprechende Technologie, mit der Sensordaten besonders effektiv abgetastet und komprimiert werden können. Da Sensordaten häufig unter Sicherheitsaspekten sensibel sind und vertraulich sein sollen, wurden Lösungen erarbeitet, mit denen sie verschlüsselt werden können. Diese Verschlüsselungsalgorithmen definieren aber nur die Verschlüsselung einzelner Inputvektoren, sodass identische Inputvektoren identische verschlüsselte Vektoren ergeben. Dies ist unter Sicherheitsaspekten nicht akzeptabel. Dieses Forschungsprojekt soll daher Betriebsarten für Compressive Sensing basierte Verschlüsselung entwickeln, die Verfahren beschreiben, wie die Verschlüsselung von Compressive Sensing in der Praxis angewendet werden kann. Dabei kann ähnlich wie im ISO Standard 10116 für Blockalgorithmen vorgegangen werden, jedoch sind die dort spezifizierten Betriebsarten nicht für Compressive Sensing anwendbar, da sonst die Eigenschaften der Inputvektoren, die Compressive Sensing erlauben, durch die Rückkopplung verloren gehen. Die neu zu entwickelnden Betriebsarten sind unter den Dienstgüte-Gesichtspunkten Fehlerfortpflanzung (Bitfehler, Bitschlupf, etc), Synchronisationseigenschaften, Durchsatz, Parallelisierbarkeit, Verzögerung, etc. zu vergleichen und zu bewerten. Außerdem wird für jede Betriebsart eine Sicherheitsanalyse durchgeführt, da die Sicherheit der Verschlüsselung nicht durch die Betriebsarten reduziert werden darf. Die erarbeiteten Betriebsarten werden in eine reale Compressive Sensing Anwendung (SAR- Synthetic Aparature Radar) eingebunden und getestet können. Nachdem diese Arbeitspakete für Compressive Sensing basierte Verschlüsselung entwickelt worden sind, sollen Betriebsarten für Compressive Sensing basierte Verschlüsselung mit Authentikation erforscht werden. Diese Betriebsarten liefern eine "Authenticated Encryption" (vergleichbar mit ISO 19772) d.h. die Unversehrtheit und Authentizität der Daten kann auf der Empfangsseite nachgewiesen werden. Die Authentizität der (Sensor-) Daten ist besonders wichtig, da von ihrer Vertrauenswürdigkeit Aktionen und Reaktionen der weiterverarbeitenden (Steuerungs-) Prozesse abhängen. Es Ist das Ziel, mit dem Projekt die Möglichkeit zu schaffen, in einem einzigen Schritt die Abtastung und Kompression (compressive sensing), die Verschlüsselung und Gewährleistung der Datenunversehrtheit und Authentikation des Ursprungs für Folgen von Inputvektoren durchzuführen, die für compressive sensing geeignet sind. Die Betriebsarten beachten dabei u.a. die Synchronisations-, Durchsatz-, Skalierbarkeits-, Robustheits- und Sicherheitsaspekte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen