DE10041669A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Echtheit einer Chipkarte - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Feststellen der Zugehörigkeit einer Chipkarte zu einem bestimmten von unterschiedlichen Kartentypen offenbart. Hierzu werden der Chipkarte bestimmte Befehlsmuster aufgeprägt, die in dieser abhängig vom Kartentyp charakteristische Reaktionen auslösen. Die hierdurch erhaltenen zeitabhängigen Ausgangssignale der Chipkarte werden mit vorbestimmten zeitabhängigen Bezugssignalen verglichen. Anhand des Vergleichsergebnisses kann festgestellt werden, ob die Chipkarte zu dem bestimmten Kartentyp gehört oder nicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Chipkarten können mit einer Berechtigungsfunktion versehen sein, die es dem Besitzer der Karte gestat­ tet, bestimmte Vergünstigungen zu erhalten. So können Chipkarten als elektronisches Geld (Geldkarten) oder elektronischer Schlüssel, der dem Kartenbesitzer ei­ nen sonst gesperrten Zugang ermöglicht, verwendet werden. Um einen Mißbrauch dieser Karten zu verhin­ dern, enthalten diese spezielle Kontroll- und Sicher­ heitslogiken, durch welche die Karten auf ihre Echt­ heit geprüft werden.

Üblich ist es, die Berechtigungsfunktion mittels kryptographischer Verfahren und den dazugehörigen Schlüsseln zu sichern. So ermöglicht z. B. das Chal­ lenge-Response-Verfahren, daß unter anderem in der Telekommunikation und für Zugangssicherungen einge­ setzt wird, das Prüfen einer Karte auf Echtheit, d. h. auf Zugehörigkeit zu einer bestimmten autorisierten Kartengruppe. Da das kryptographische Verfahren in der Regel bekannt ist, bildet der Schlüssel die ein­ zige Sicherheit (z. B. private Schlüssel der asymmet­ rischen Verfahren).

Neben diesem Mangel aus Sicherheitserwägungen besteht noch der Nachteil, daß eine aufwendige Implementie­ rung eines kryptographischen Verfahrens auf der Chip­ karte und im System sowie der Aufbau und die Verwal­ tung eines Schlüsselsystems notwendig sind.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Feststellen der Zugehörigkeit einer Chipkarte zu einem bestimmten von unterschiedlichen Kartentypen anzugeben, das weitgehend fälschungssi­ cher arbeitet und auf einfache Weise und mit relativ geringen Kosten implementiert werden kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Dadurch, daß in der Chipkarte bestimmte Befehlsmuster verarbeitet werden, die in dieser abhängig vom Kar­ tentyp charakteristische Reaktionen auslösen, welche zeitabhängige Ausgangssignale der Chipkarte erzeugen, daß diese Ausgangssignale mit vorbestimmten zeitab­ hängigen Bezugssignalen verglichen werde und daß die Zugehörigkeit zu dem bestimmten Kartentyp in Abhän­ gigkeit vom Ergebnis des Vergleichs festgestellt wird, werden für die Identifizierung der Karte dieser immanente Eigenschaften verwendet, die nicht nach­ träglich verändert werden können. Der Versuch einer Änderung wäre zwangsläufig mit einer Beschädigung oder Zerstörung der Karte verbunden. Darüber hinaus erspart das erfindungsgemäße Verfahren die Implemen­ tierung eines kryptographischen Systems.

Typen gleicher Halbleiterschaltungen Weise zwar, ver­ ursacht durch nicht vermeidbare Fertigungstoleranzen, individuelle "Mikro"-Stromverläufe als Antwort auf bestimmte Eingangsbefehle auf. Jedoch liegen die ei­ nen bestimmten Schaltungstyp kennzeichnenden Verläufe innerhalb eines ausreichend dimensionierten Toleranz­ bandes. Typische Verläufe zeichnen sich durch beson­ ders markante Abschnitte aus, die beispielsweise durch beliebige Speicherzugriffe ausgelöst sein kön­ nen und sich ganz bestimmten Chiptypen zuordnen las­ sen ("gruppenindividuelles" Verhalte). Daher werden für die Prüfung insbesondere solche Befehlsmuster verwendet, die bei den einzelnen Chiptypen besonders ausgeprägte und sich deutlich voneinander unterschei­ dende Hardwarereaktionen auslösen (Zugriff aus RAM, ROM, EEPROM und dergleichen). Auf diese Weise kann ein sehr eindeutiges Verhaltensbild für jeden Chiptyp erstellt werden.

Eine erhöhte Sicherheit gegen Fälschungen ergibt sich dadurch, daß die Nachbildung einer Chipkarte auf Softwareebene relativ einfach ist, während die physi­ kalische Nachbildung entweder gar nicht oder nur mit enormem Aufwand zu realisieren ist.

Da bei Chipkarten die Software (Betriebssys­ tem/Applikationssoftware) einen entscheidenden Einfluß auf deren Charakteristik haben kann, werden zusätzlich solche Kommandos implementiert, die die Ausführung von bestimmten und unterschiedlichen Hard­ warereaktionen (z. B. Speicherzugriffen) auslösen. Auf diese Weise kann ein noch eindeutigeres Verhaltens­ bild der Chipkarte erstellt werden.

Nutzt man diese immanenten Eigenschaften solcher Chipkarten als notwendigen Bestandteil von Zutritts­ sicherungen, Ausweisfunktionen oder Dienstleistungs- und Bezahlungssystemen (öffentliche Kartentelefone, Warenautomaten, Parkhäuser und dergleichen), dann läßt sich mit relativ geringem Aufwand ein wirkungs­ volles Sicherheitssystem realisieren.

Als "Chipkarte" im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jeder einer Gruppe zugehörige Informationsträger angesehen werden, der eine durch das jeweilige System erfaßbare und verifizierte gruppenspezifische Charak­ teristik aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Diese zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Feststellen der Zugehörigkeit einer Chipkarte zu einem bestimmten Kartentyp.

Die Chipkarte 1 enthält eine Halbleiterschaltung zum Verarbeiten und Speichern von Daten. Sie ist hierzu mit Anschlüssen 2 versehen, die beim Einstecken der Chipkarte 1 in ein Terminal mit externen Leitungen verbunden werden. Über diese Anschlüsse 2 können Be­ fehle und Daten in die Chipkarte 1 eingegeben werden und es können Daten von der Chipkarte 1 ausgegeben werden.

Das Terminal enthält eine Erkennungsschaltung, welche feststellen kann, ob eine eingesteckte Chipkarte 1 zu einem bestimmten Kartentyp bzw. einer Kartengruppe gehört oder nicht. Diese Erkennungsschaltung weist einen Widerstand 3 zum Umwandeln eines von der Chip­ karte 1 ausgegebenen Stromverlaufs in einen entspre­ chenden Spannungsverlauf, einen Differenzialverstär­ ker 4 zum Verstärken der am Widerstand 3 abgegriffe­ nen Spannung, ein Tiefpaßfilter 5 zur Beseitigung hochfrequenter Störsignale, einen einen A/D-Wandler enthaltenden Datenprozessor 6 sowie einen Speicher 7 für Bezugsdaten auf.

Im Terminal sind für jede zu akzeptierende Chipkar­ tengruppe die notwendigen Informationen gespeichert. Dies sind der charakteristische Verlauf einer physi­ kalischen Größe (hier der Spannung), der zum Fest­ stellen des Kartentyps benötigt wird, in komprimier­ ter oder nicht komprimierter Form sowie Angabe zum zulässigen Toleranzbereich und alle Informationen, die die Wiedergabe dieser physikalischen Größer er­ möglichen (z. B. die den Erkennungsvorgang auslösenden Informationen, Beginn und Ende des Zeitbeobachtungs­ fensters, Verstärkungsfaktor des Differenzialverstär­ kers 4, Parameter des Tiefpaßfilters 5 und derglei­ chen). Diese Informationen sind zweckmäßig in einer Tabelle organisiert und im Speicher 7 gespeichert und können über dem jeweiligen Chipkartentyp zugeordnete Chipinformationen abgerufen werden.

Durch das Einstecken einer Chipkarte 1 in das Termi­ nal werden die Chipkarte 1 aktiviert und die Chipin­ formationen aus dieser ausgelesen und in das Terminal eingegeben. Diese leiten die erforderlichen Aktionen für die Durchführung der Erkennung des Chipkartentyps ein. Zunächst wird die Erkennungsschaltung initiali­ siert, indem beispielsweise der Verstärkungsfaktor des Differenzialverstärkers 4, die Parameter für das Tiefpaßfilter 5 und das oder die Zeitfenster, in dem/denen der Verlauf der physikalischen Größe für die Erkennung herangezogen wird, eingestellt werden. Danach wird ein Befehl an die Chipkarte 1 abgegeben, der die Erzeugung einer bestimmten Befehlsfolge auf der Chipkarte 1 auslöst, welche im Falle einer echten Chipkarte 1 deren gewünschte Reaktion zur Folge hat, durch die ein Strom mit einem vom Kartentyp abhängi­ gen Verlauf über den mit einem Anschluß 2 der Chip­ karte 1 verbundenen Widerstand 3 fließt. Die Befehls­ folge kann beispielsweise aufeinanderfolgende Zugrif­ fe zu verschiedenen Speichern auf der Chipkarte 1 be­ wirken. Ein derartiger Verlauf ist in der Figur in dem Diagramm I(t) wiedergegeben. Diese zeigt auch den Toleranzbereich für den zugehörigen Kartentyp zwi­ schen zwei strichlierten Linien. Da der am Widerstand 3 gemessene Stromverlauf vollständig im Toleranzbe­ reich liegt, handelt es sich somit um eine echte Kar­ te.

Die Befehlsfolge kann auch im Terminal selbst erzeugt werden, so daß beispielsweise die Speicherzugriffe direkt vom Terminal aus bewirkt werden.

Die am Widerstand 3 abgegriffenen, verstärkten und gefilterten Meßdaten werden im Datenprozessor 6 einer A/D-Wandlung unterzogen und anschließend in dem (den) ausgewählten Zeitfenster(n) mit den in Speicher 7 enthaltenen Bezugsdaten, d. h. dem für den betreffen­ den Kartentyp charakteristischen Strom- bzw. Span­ nungsverlauf unter Berücksichtigung des Toleranzbe­ reichs verglichen. Anhand dieses Vergleichs wird die Chipkarte 1 akzeptiert oder abgewiesen. Im Falle der Akzeptanz können zusätzlich kryptographische Verfah­ ren (z. B. Challenge. . . Response) durch das System durchgeführt werden.

Die Länge des zeitlichen Beobachtungsfensters be­ stimmt den Umfang der zu speichernden und zu verar­ beitenden Daten. Es kann daher vorteilhaft sein, den Beobachtungszeitraum auf einen solchen Abschnitt bzw. solche Abschnitt zu begrenzen, in welchem (welchen) der Verlauf der gemessenen Größe für den betreffenden Kartentyp besonders charakteristische Merkmale auf­ weist.

Das vorliegende Erkennungsverfahren arbeitet dezen­ tral, d. h. in die Prüfung wird nur das betroffene Terminal und nicht das gesamte Hintergrundsystem ein­ bezogen. Dies führt zu einer Erhöhung des Leistungs­ vermögens des Systems. Zweckmäßig ist die unmittelba­ re Kopplung der Erkennungsschaltung an die Kontak­ tiereinheit des Terminals.

Bereits im Einsatz befindliche Chipkarten, die keine oder sehr niedrige Sicherheitsanforderungen erfüllen, können durch eine nachträgliche Ausstattung des Sys­ tems mit den Erkennungsschaltungen sicherheitstech­ nisch aufgewertet werden.

Neu herzustellende Chipkarten können durch Implemen­ tierung spezieller Befehlsmuster zur Erzeugung eines besonders charakteristischen Verlaufs der verwendeten physikalischen Größe ausgebildet werden, so daß eine hohe Sicherheitsstufe bei im Vergleich zu den bishe­ rigen Sicherheitsmaßnahmen geringen Kosten erreicht werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum Feststellen der Zugehörigkeit ei­ ner Chipkarte zu einem bestimmten von unter­ schiedlichen Kartentypen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Chipkarte bestimmte Befehlsmuster verarbeitet werden, die in dieser abhängig vom Kartentyp charakteristische Reaktionen auslösen, welche zeitabhängige Ausgangssignale der Chip­ karte erzeugen, daß diese Ausgangssignale mit vorbestimmten zeitabhängigen Bezugssignalen ver­ glichen werden, und daß die Zugehörigkeit zu dem bestimmten Kartentyp in Abhängigkeit vom Ergeb­ nis des Vergleichs festgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Vergleich Fertigungstoleranzen der Chipkarten berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befehlsmuster so ausgebil­ det sind, daß sie solche Reaktionen auslösen, die besonders ausgeprägte Ausgangssignale erzeu­ gen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Befehlsmuster Zugriffe zu denen in der Chipkarte enthaltenen Speichern aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feststellung des Kartentyps zur Freigabe eines Zugangs oder zur Erbringung einer Leistung dient.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein mit der Chipkarte (1) elekt­ risch verbindbares Terminal eine Erkennungs­ schaltung zur Feststellung der Zugehörigkeit ei­ ner Chipkarte (1) zu einem bestimmten Kartentyp enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erkennungsschaltung einen Speicher (7) enthält zum Speichern der Bezugs­ signale für einen oder mehrere Kartentypen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gespeicherten Bezugssigna­ le einen Toleranzbereich überdecken.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipkarte (1) Informationen über ihren Kartentyp enthält, die nach der Herstellung der Verbindung mit dem Ter­ minal zu diesem übertragen werden für die Auslö­ sung des Erkennungsvorgangs und die Auswahl der dem entsprechenden Kartentyp zugeordneten Be­ zugssignale.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Chipkarte (1) eine Schaltung zur Erzeugung der Befehlsmuster enthält, welche durch ein von dem Terminal als Reaktion auf die Informationen über den Kartentyp ausgesandtes Signal auslösbar ist.