DE19836768A1 - Bidirektionale Sende/Empfangseinheit, hiermit ausgestattetes Berechtigungskontrollsystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation zwischen zwei Sende/Empfangseinheiten - Google Patents

Abstract

Bei dem beschriebenen bidirektionalen Kommunikationssystem, insbesondere für die Zugangs- und/oder Benutzungsberechtigungskontrolle für Kraftfahrzeuge, wird das von der tragbaren Sende/Empfangseinheit (1) empfangene codierte Eingangssignal durch die Empfangseinheit (6, 6') umcodiert und das umcodierte Signal an die Signalverarbeitungseinrichtung (8) abgegeben. Durch die Umcodierung wird sichergestellt, daß dieses umcodierte Signal kein gültiges Eingangssignal für eine weitere Sende/Empfangseinheit mit nachgeschalteter Signalverarbeitungseinheit darstellt, so daß diese auch kein gültiges Antwortcodesignal generiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Berechtigungskontrollsystem, ins­ besondere zur Überprüfung der Zugangs- und/oder Benutzungsbe­ rechtigung eines Kraftfahrzeugs sowie eine hierfür ausgelegte bidirektionale Sende/Empfangseinheit und ein hieran angepaß­ tes, bidirektionales Kommunikationsverfahren.

Bei berührungsfrei arbeitenden Berechtigungskontrollsystemen ist dem Benutzungsberechtigten häufig eine tragbare Sen­ de/Empfangseinheit (Transceiver) ausgehändigt, die beispiels­ weise die Form einer Chipkarte aufweisen kann und die bei ge­ wünschtem Zutritt und/oder bei gewünschter Benutzung des überwachten Objektes mit einer in diesem Objekt stationär an­ geordneten Sende/Empfangseinheit in einen Dialog (Frage- Antwort-Dialog) tritt. Beispielsweise kann im Fall eines Kraftfahrzeugs die im Kraftfahrzeug stationär angeordnete Sende/Empfangseinheit durch einen bestimmten Vorgang, z. B. durch Betätigung eines Kraftfahrzeugtürgriffs oder durch Zu­ führung eines generellen Abfragesignals dazu veranlaßt wer­ den, ein definiertes Codesignal auszusenden, das beispiels­ weise eine Identifikations-Kennung oder ein spezielles Abfra­ gecodesignal sein kann. Die tragbare Sende/Empfangseinheit wertet dieses Codesignal aus und gibt ein Antwortcodesignal an die stationäre Sende/Empfangseinheit ab, die dieses Code­ signal auf Richtigkeit überprüft und bei korrektem Codesignal die Kraftfahrzeugtüren entriegelt und/oder die Kraftfahrzeug­ benutzung, z. B. Starterbetätigung, freigibt. Zur Verbesse­ rung der Diebstahlsicherheit erfolgt die automatische Identi­ fikation mittels dieses Dialogs ("Challenge-Response"- Prinzip) häufig unter Einsatz eines Kryptoverfahrens.

Es ist in der DE 44 09 167 C1 eine Kraftfahrzeug- Zugangskontrolleinrichtung vorgeschlagen, bei der das vom be­ rechtigten Benutzer getragene Authentizitätsmedium (z. B. Chipkarte, allgemein als Transceiver bezeichnet) eine Ab­ standsmessung zum Kraftfahrzeug durchführt und das Antwort­ codesignal nur dann sendet, wenn es sich in direkter Nähe zum Kraftfahrzeug befindet. Hierdurch ist ein unberechtigtes Ab­ fragen des Antwortcodesignals entfernt vom Kraftfahrzeug un­ terbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bidirektionale Sende/Empfangseinheit sowie ein mit einer solchen Sen­ de/Empfangseinheit ausgestattetes Berechtigungskontrollsystem zu schaffen, die erhöhte Sicherheit gegenüber unberechtigtem Überwinden der Sicherheitshürden ohne Notwendigkeit des Ein­ satzes einer Abstandsmessung bieten.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 bzw. 6 genannten Merkmalen gelöst.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein entsprechend angepaßtes bidirektionales Kommunikationsverfahren gemäß dem Patentan­ spruch 7 geschaffen.

Bei der Erfindung wird dafür Sorge getragen, daß das Aus­ gangssignal der Empfangseinheit anders codiert ist als das Empfangseinheit-Eingangssignal. Diese Umcodierung kann direkt in der Empfangseinheit oder aber durch einen der Empfangsein­ heit nachgeschalteten Codierabschnitt bewirkt werden. Die­ ses anders codierte Ausgangssignal der Empfangseinheit ist somit kein gültiges Eingangssignal mehr für eine weitere Emp­ fangseinheit (mit nachgeschalteter Signalverarbeitungsein­ heit). Selbst wenn das Empfangseinheit-Ausgangssignal über einen entfernten Transceiver an die Chipkarte (Schlüsselkarte) des berechtigten Benutzers weitergeschleift werden sollte, spricht diese bzw. deren Signalverarbeitungs­ einheit aufgrund der falschen Codierung des empfangenen Si­ gnals nicht an, so daß das Antwortcodesignal nicht generiert wird. Ein unberechtigtes Abfragen des Antwortcodesignals ist folglich nicht mehr möglich.

Vorzugsweise erfolgt die Umcodierung durch eine Hardware- Schaltung und damit in Echtzeit, so daß keine nennenswerte Signalverzögerung hervorgerufen wird.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit ist die Codierung des Empfangseinheit-Ausgangssignals so gewählt, daß es nicht in Echtzeit, beispielsweise durch eine Hardware-Schaltung, in die Codierung des Empfangseinheit-Eingangssignals rückdeco­ dierbar ist. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Codierung des umcodierten Empfangseinheit-Ausgangssignals nur durch ein Softwareprogramm, nicht aber durch eine Hardware-Schaltung (mit vertretbarem Aufwand) in die ursprüngliche Eingangs­ signalcodierung umwandelbar. Eine Umgehung des erfindungsge­ mäßen Sicherheitsprinzips durch Bereitstellung eines entspre­ chenden Hardware-Decodierers wird damit vermieden. Ferner ist die unberechtigte Analyse des Codierschemas zumindest stark erschwert. Zudem ist eine nachträgliche, absichtliche Ände­ rung des Umcodierschemas durch einfache Umprogrammierung fle­ xibel durchführbar, was gleichfalls zur Erhöhung des Sicher­ heitslevels beiträgt.

Die Erfindung findet vorzugsweise in Zugangs- und/oder Benut­ zungsberechtigungskontrollsystemen für Kraftfahrzeuge Ein­ satz, kann jedoch auch bei anders gearteten Berechtigungskon­ trollsystemen, beispielsweise Hausschließanlagen, verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Berechtigungskontrollsy­ stems, und

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die unterschiedliche Codierung der Empfangseinheit-Ein und Ausgangssignale.

In Fig. 1 ist eine tragbare Sende/Empfangseinheit 1 (auch als Transceiver bezeichnet) dargestellt, die hier als Chipkarte ausgebildet ist. Die tragbare Sende/Empfangseinheit 1 umfaßt eine Sendeeinheit 2, die ein Ausgangssignal 2', insbesondere in Form eines codierten Signals erzeugt, das einem Träger von beispielsweise 2,4 GHz aufmoduliert ist und als Funksignal ausgesendet wird. Weiterhin umfaßt die tragbare Sen­ de/Empfangseinheit 1 eine Empfangseinheit 6, die ein Ein­ gangsignal 5 empfängt, das ein Funksignal, vorzugsweise mit dem gleichen Träger wie das Ausgangssignal 2 ist und von ei­ ner zweiten Sende/Empfangseinheit 4 erzeugt wird, die in ei­ nem Kraftfahrzeug 3 stationär angebracht ist. Die Empfangs­ einheit 6 demoduliert das Empfangssignal 5 und gewinnt somit das dem Träger aufmodulierte Codesignal zurück. Der Empfangs­ einheit 6 ist ein Codierabschnitt 7 nachgeschaltet, der hier als Schaltungsanordnung mit Logikgliedern ausgebildet ist und das von der Empfangseinheit 6 abgegebene, codierte Ausgangs­ signal in einen anderen Code umsetzt, wobei der Informations­ gehalt erhalten bleibt. Der Codierabschnitt 7 kann auch als Teil der als elektronische, integrierte Schaltung ausgebilde­ ten Empfangseinheit 6 implementiert sein, so daß in diesem Fall nur eine, gestrichelt dargestellte, die Umcodierung in­ tern bewirkende Empfangseinheit 6' vorhanden ist. Der Ausgang des Codierabschnitts 7 (bzw. der Empfangseinheit 6') ist mit einer insbesondere in Form eines Mikroprozessors ausgebilde­ ten Signalverarbeitungseinheit 8 verbunden, die das umcodier­ te Ausgangssignal des Codierabschnitts 7 bzw. der Empfangs­ einheit 6' auswertet, das heißt den Informationsgehalt ermit­ telt. Die Signalverarbeitungseinheit 8 enthält einen vorzugs­ weise durch Software (Decodierprogramm) gebildeten Decodie­ rer, der auf das Codierschema des Ausgangssignalcodierab­ schnittes 7 (bzw. der Empfangseinheit 6') abgestimmt ist und die Umcodierung rückgängig macht, d. h. das Ausgangssignal der Empfangseinheit 6 rückgewinnt. Alternativ kann der Deco­ dierer der Signalverarbeitungseinheit 8 auch als einstufiger Decodierer ausgelegt sein, der das Ausgangssignal des Codier­ abschnitts 7 (bzw. der Empfangseinheit 6') direkt in die ent­ sprechende, informationstragende Folge von Nullen und Einsen decodiert.

Die Signalverarbeitungseinheit 8 ist mit der Sendeeinheit 2 verbunden und steuert diese zur Aussendung entsprechender Codesignale, z. B. Antwortsignale. Wenn das Antwortsignal korrekt ist, wird dieses von der stationären Sen­ de/Empfangseinheit 4 als Berechtigungsnachweis akzeptiert und die entsprechende Funktion freigegeben (beispielsweise Ent­ riegeln der Fahrzeugtüren und der Heckklappe, oder Freigabe der Motoranlassersperre und dergleichen).

Die stationäre Sende/Empfangseinheit 4 kann ebenfalls mit ei­ nem Codierabschnitt 7 (bzw. mit einer umcodierenden Empfangs­ einheit 6') versehen sein, um hierdurch den Sicherheitspegel noch weiter zu erhöhen.

Wenn beispielsweise die in der Sende/Empfangseinheit 4 ent­ haltene Sendeeinheit 2 das codierte Signal "1, 2, 3" als Funksignal sendet, wird dieses durch den Codierabschnitt 7 bzw. die Empfangseinheit 6' zum Beispiel in das Codesignal "2, 3, 4" umcodiert. Der Mikroprozessor 8 gewinnt aus diesem umcodierten Signal "2, 3, 4" das ursprüngliche Codesignal "1, 2, 3" oder aber direkt die dahinterstehende Information zu­ rück. Sofern nun aber eine "transparente" Sen­ de/Empfangseinheit ohne Signalverarbeitungseinheit 8 unbe­ rechtigt verwendet werden sollte und das von der Empfangsein­ heit 6' bzw. dem Codierabschnitt 7 abgegebene Ausgangssignal direkt auf die Sendeeinheit 2 gegeben werden sollte, sendet diese das umcodierte Signal (beim vorigen Beispiel die Si­ gnalfolge "2, 3, 4") aus. Diese umcodierte Signalfolge wird von einer berechtigten Sende/Empfangseinheit entweder gar nicht erfaßt oder nicht zutreffend ausgewertet, so daß auch kein korrektes Antwortsignal von dieser Sende/Empfangseinheit erzeugt wird.

Allgemein sind die Sende/Empfangseinheiten 1 und 4 als bidi­ rektionale Kommunikationssysteme, vorzugsweise Voll-Duplex- Einheiten, ausgebildet.

Vorzugsweise bewirkt der Codierabschnitt 7 oder die Empfangs­ einheit 6' eine derartige Umcodierung, daß die am Ausgang des Codierabschnittes 7 bzw. der Empfangseinheit 6' abgegebene Ausgangscodierung nicht in Echtzeit, d. h. mittels einer Hardware-Logik, in die Eingangscodierung am Eingang der Emp­ fangseinheit 6, 6' zurückgewandelt werden kann, sondern diese Rückumwandlung mittels Software in der Signalverarbeitungs­ einheit 8 erfolgt. Beispielsweise kann das Hochfrequenz- Eingangssignal der als Funkempfänger ausgebildeten Empfangs­ einheit 6 gemäß dem Manchester-Code codiert sein, wohingegen das Ausgangssignal des Codierabschnittes 7 bzw. der Empfangs­ einheit 6' auf einem anderen Codierschema beruht.

Ein Beispiel für die Umcodierung ist in Fig. 2 dargestellt. In der obersten Zeile der Fig. 2 ist die zu übertragende In­ formation in Form einer binären Folge aus Einsen und Nullen dargestellt, wobei die Trennlinien zwischen den Einsen und Nullen den Signaltakt repräsentieren. In der darunterliegen­ den Zeile ist das tatsächlich als Funksignal übertragene, dem Träger aufmodulierte Codesignal (Code a) dargestellt, das ge­ mäß dem Manchester-Code codiert ist. Hierbei ist eine Eins durch einen Flankenübergang von hohem auf niedrigen Pegel charakterisiert, während eine Null durch einen Flankenüber­ gang von niedrigem auf hohen Pegel dargestellt ist. Die Flan­ kenübergänge liegen jeweils in der Mitte zwischen zwei Tak­ ten.

In der untersten Zeile der Fig. 2 ist der abgeleitete Code (Code b) dargestellt, der aus dem Manchester-Code abgeleitet und durch den Codierabschnitt 7 bzw. die Empfangseinheit 6' erzeugt wird. Jeder positive (ansteigende) Flankenübergang des Manchester-Codes führt hierbei zu einem Wechsel des Pe­ gels des Ausgangssignals, während negative (abfallende) Flan­ kenübergänge des Manchester-Codes keine Änderung des Signal­ verlaufs des abgeleiteten Codes bewirken. Hierbei kann der abgeleitete Code in Echtzeit, mittels Hardware-Logik, aus dem Manchester-Code erzeugt werden, es ist jedoch nicht möglich, aus dem abgeleiteten Code b in Echtzeit den Code a zu erzeu­ gen. Die Rückgewinnung des Codes a und damit der ursprüngli­ chen binären Information (erste Zeile der Fig. 2) läßt sich jedoch mittels Software in der Signalverarbeitungseinheit 8 (unter Taktrückgewinnung) aufgrund der Kenntnis der Codier­ schemata des Empfangseinheit-Eingangssignals und des umco­ dierten Ausgangssignals ermitteln.

Das Berechtigungskontrollsystem ist damit als schlüsselloses fernsteuerbares Zugangs- und/oder Betriebsbereitschafts- Aktivierungssystem für Kraftfahrzeuge mit erhöhter Sicherheit gegenüber unbefugter Nutzung einsetzbar.

Claims (7)

1. Bidirektionale Sende/Empfangseinheit, insbesondere für ein Berechtigungskontrollsystem für Kraftfahrzeuge, mit einer Empfangseinheit (6, 6'), einer dieser nachgeschalteten Si­ gnalverarbeitungseinheit (8), insbesondere einem Mikroprozes­ sor, und einer Sendeeinheit (2), gekennzeichnet durch einen Codierabschnitt (7), der das von der Empfangseinheit (6, 6') empfangene, gegebenenfalls codierte Eingangssignal umcodiert und das umcodierte Signal an die Signalverarbeitungseinheit (8) abgibt.

2. Sende/Empfangseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Codierabschnitt (8) als Schaltungsanordnung mit Logikgliedern ausgebildet ist.

3. Sende/Empfangseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das umcodierte Signal derart codiert ist, daß es nicht in Echtzeit in das Empfangseinheit- Eingangssignal decodierbar ist.

4. Sende/Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs­ einheit (8) eine Recheneinheit mit einem Decodierprogramm zum Decodieren des umcodierten Signals aufweist.

5. Sende/Empfangseinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierabschnitt als Teil der elektronischen Empfängerschaltung der Empfangsein­ heit (6') ausgebildet ist.

6. Berechtigungskontrollsystem, insbesondere zur Zugangs- und/oder Benutzungsberechtigungskontrolle bei einem Kraft­ fahrzeug, mit einer tragbaren Sende/Empfangseinheit gemäß ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche, und einer an dem zu überwa­ chenden Objekt, insbesondere Kraftfahrzeug, angebrachten Sen­ de/Empfangseinheit (4), die eine die Sperrung und Freigabe der überwachten Funktion steuernde Steuereinrichtung enthält oder mit dieser verbunden ist.

7. Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation zwischen zwei Sende/Empfangseinheiten (1, 4), insbesondere für den Einsatz in einem Berechtigungskontrollsystem für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 6, bei dem ein von einer Sen­ de/Empfangseinheit (4) ausgesandtes, codiertes Signal von der anderen Sende/Empfangseinheit (1) empfangen und ,umcodiert wird und das umcodierte Signal ausgewertet wird, und bei dem diese andere Sende/Empfangseinheit (1) abhängig von dem Aus­ wertungsergebnis ein codiertes Antwortsignal erzeugt und die­ ses an die eine Sende/Empfangseinheit (4) sendet.