DE19947180A1 - Chipkarte - Google Patents

Abstract

Kontaktlose Chipkarten werden dadurch in Tätigkeit gesetzt, daß sie in ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld eines Lesegerätes gebracht werden, durch welches die Chipkarte mit Energie versorgt und gesteuert wird. Um unbeabsichtigte, insbesondere betrügerische Inbetriebsetzung der Karte zu verhindern, ist es vorteilhaft, daß jede Datenkommunikation zwishen dem Lesegerät und der Karte eine zusätzliche Bedienungshandlung des Kartenbenutzers bedingen sollte, die von der Chipkarte einfach detektiert werden kann. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung schlägt zur Detektion dieser Benutzerhandlung Sensormittel vor, die empfindlich gegenüber einer Biegeverformung des Kartenkörpers durch den Kartenbenutzer sind. Als solche Sensormittel können Dehnungsmeßstreifen in der Chipkarte oder ein Folienkondensator vorgesehen sein, die bevorzugt auf einer Trägerfolie für die ohnehin in der Chipkarte vorhandenen Bauelemente angeordnet werden können. Jede Datenverarbeitungsfunktion oder Datenkommunikation in oder mit der Chipkarte wird nur dann vorgenommen, wenn der Benutzer eine Biegeverformung der Chipkarte vorgenommen hat.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Chipkarte.

Chipkarten, insbesondere in kontaktloser Ausführung, finden aufgrund ihrer einfachen Handhabung immer größere Verbreitung. Zur Datenkommunikation mit einem Lesegerät müssen sie lediglich in dessen Nähe gebracht werden, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 10 und 100 cm. Die Energieversorgung und die Datenkommunikation zwischen der Chipkarte und dem Lesegerät wird durch induktive Kopplung bewirkt. In manchen Anwendungen kann dabei die Chipkarte in der Kleidung des Benutzers getragen werden. Bevorzugte Anwendungen sind die Zugangskontrolle sowie Bank- und Buchungssysteme.

Datenkommunikationen, bei denen über Geldbeträge verfügt wird, sind besonders sicherheitsbedürftig. Es zeigt sich, daß die Möglichkeit, Daten zwischen der Chipkarte und dem Lesegerät mittels einer induktiven Kopplung über die genannten räumlichen Entfernungen auszutauschen, ohne daß der Benutzer zusätzliche Handhabungsvorgänge veranlassen muß, einen Sicherheitsmangel bildet. Im einfachsten Fall kann es dabei möglich sein, daß der Benutzer mit der Chipkarte unbeabsichtigt in die Nähe eines Lesegerätes kommt und dabei eine unbeabsichtigte Buchung auslöst. Da die besondere Handlung des Benutzers und eine aktuelle Rückmeldung an den Benutzer fehlen, kann ein derartiger Vorgang unbemerkt bleiben. Dies ist jedoch für den Benutzer nicht akzeptabel.

Eine andere Gefahr besteht in einem gezielten, unautorisierten Angriff auf einen Kartenbenutzer. Ein möglicher Angreifer könnte ein tragbares Lesegerät benutzen, um mit diesem unbemerkt in die Nähe des Kartenbenutzers und der Chipkarte zu gelangen und dort eine Datenkommunikation auszulösen. Das Risiko derartiger Angriffe wird auf modernen Chipkarten durch leistungsfähige, kryptographische Verschlüsselungsverfahren in Grenzen gehalten.

Eine neue Methode eines unautorisierten Zugriffs auf eine Chipkarte besteht darin, eine Hochfrequenzverbindung zwischen das Lesegerät und die Chipkarte einzufügen. Durch diese Hochfrequenzverbindung werden Datensignale von der Chipkarte und dem Lesegerät bidirektional in Echtzeit übertragen. Dadurch kann theoretisch jede Art von Identifikationssystem gefälscht werden, wobei zwischen der echten Chipkarte und dem echten Lesegerät eine ungewollte Übertragung autentischer Daten hervorgerufen wird. Auch diese Übertragung kann vom Kartenbenutzer unbemerkt durchgeführt werden.

Die genannten Gefahren lassen es notwendig erscheinen, für eine Datenkommunikation zwischen einer Chipkarte und einem Lesegerät einen durch den Benutzer absichtlich ausgelösten Befehl vorzusehen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Chipkarte zu schaffen, die in einfacher und gut handhabbarer Weise eine gezielte, beabsichtigte Auslösung eines Befehls zur Datenkommunikation durch den Benutzer ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Chipkarte gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche nennen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Chipkarte.

Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Chipkarte weist den Vorteil auf, daß mechanisch bewegliche Teile auf der Chipkarte vermieden werden. Eine mechanische Abnutzung der erfindungsgemäßen Chipkarte durch die Benutzung tritt nicht auf. Dadurch wird während der gesamten Nutzungsdauer der Chipkarte eine zuverlässige Funktion gewährleistet. Auch sind unbeabsichtigte Fehlbedienungen ausgeschlossen. Die Chipkarte nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise sehr dünn gestaltet werden. Die Herstellung läßt sich einfach in die für Chipkarten üblichen Verfahren einfügen. Es sind wenige oder gar keine zusätzlichen Fertigungsstufen erforderlich. Die Kosten für die Herstellung sind sehr niedrig. Es wird nur eine sehr geringe Anzahl zusätzlicher Schaltungselemente benötigt.

Zur Handhabung hält der Benutzer die erfindungsgemäße Chipkarte in seinem Handteller. Zur Abgabe des elektrischen Signals von den Sensormitteln, d. h. zur Auslösung der gewünschten Datenverarbeitungs- bzw. Datenkommunikationsfunktion wird die Chipkarte in der Hand des Benutzers leicht gebogen. Durch eine gegen Biegung geschützte Aufbewahrung der Chipkarte wird eine Fehlfunktion sicher ausgeschlossen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Dehnungsmeßstreifens auf einem Chipkartenkörper,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Chipkarte mit einem Dehnungsmeßstreifen,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung eines von einem Dehnungsmeßstreifen gelieferten elektrischen Signals,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Chipkarte mit Ausbildung von gegenüber einer Biegeverformung des Kartenkörpers empfindlichen Sensormitteln als kapazitiver Aufnehmer,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung eines von dem kapazitiven Sensor gemäß Fig. 4 gelieferten elektrischen Signals.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Sensormittel auf einer Trägerfolie 1 für eine Chipkarte. Auf der Trägerfolie 1 sind außer den Sensormitteln, die als Dehnungsmeßstreifen 2 ausgebildet sind, leitende Verbindungen 3, 4 und wenigstens eine elektronische Schaltung auf einem Halbleiterkörper 5 angeordnet. Vorzugsweise umfaßt die elektronische Schaltung 5 eine Auswerteschaltung zum Aufnehmen des elektrischen Signals von dem Dehnungsmeßstreifen 2 und vorzugsweise auch eine Schaltungsanordnung zur Datenverarbeitung, deren Funktion durch das elektrische Signal vom Dehnungsmeßstreifen 2 gesteuert werden soll.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Chipkarte, die mit einer derartigen Trägerfolie 1 ausgebildet ist, im Bereich des Dehnungsmeßstreifens 2. In an sich üblicher Weise wird diese Chipkarte dadurch hergestellt, daß die Trägerfolie 1 mit den darauf angeordneten Elementen zwischen zwei Kunststoffschichten 6 eingeschweißt wird. Vorzugsweise sind diese Kunststoffschichten 6 asymmetrisch ausgebildet, d. h. sie weisen unterschiedliche Dicken auf. Dadurch wird erreicht, daß der Dehnungsmeßstreifen 2 außerhalb der neutralen Ebene zu liegen kommt, in der bei einer Biegung der Chipkarte keine Dehnung auftritt.

Durch Biegung der Chipkarte auf Veranlassung durch den Benutzer hin wird nun der Dehnungsmeßstreifen 2 entweder gedehnt oder gestaucht. Dadurch ergibt sich in an sich bekannter Weise eine Widerstandsänderung des Dehnungsmeßstreifens 2, die von der Auswerteschaltung (elektronische Schaltung 5) detektiert werden kann.

Fig. 3 zeigt schematisch eine einfache Ausführungsform einer derartigen Auswerteschaltung. Deren Kernstück besteht aus einer Differentiationsschaltung 7, die einen zwischen einem Versorgungsspannungsanschluß 8 und Masse 9 angeordneten Spannungsteiler aus zwei Widerständen 10, 11 umfaßt. Eine Anzapfung 12 des Spannungsteilers 10, 11 ist über eine Kapazität 13 mit der leitenden Verbindung 3 gekoppelt, wohingegen die leitende Verbindung 4 an Masse 9 angeschlossen ist. Ein weiterer Widerstand 14 verbindet den Versorgungsspannungsanschluß 8 mit dem Dehnungsmeßstreifen 2 über die leitende Verbindung 3 und ermöglicht so eine Gleichstromspeisung des Dehnungsmeßstreifens 2. Über eine Verstärkerstufe 15 kann das elektrische Signal abgegriffen und beispielsweise einer Schmitt-Trigger-Schaltung über einen Ausgang 16 zugeleitet werden.

Mit einer gemäß Fig. 3 ausgebildeten Auswerteschaltung kann jede Änderung des Widerstandswertes des Dehnungsmeßstreifens 2 ohne Rücksicht auf dessen Richtung und absolute Größe detektiert werden. Eine exakte Messung der Veränderung des Dehnungsmeßstreifens 2 ist dabei auch nicht nötig.

Für die Ausbildung des Dehnungsmeßstreifens 2 kommen bevorzugt piezoresistive Materialien, aber auch leitende Polymere, zur Anwendung. Sie können auf die Trägerfolie 1 durch Druckvorgänge, Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht werden.

In einer Abwandlung kann anstelle eines Dehnungsmeßstreifens 2 ein Streifen aus piezoelektrischem Material zur Anwendung kommen, welches bei mechanischer Verformung eine große Ladungsänderung hervorruft. Dafür eignet sich beispielsweise Polyvinyldiofluorid (PVDF).

In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Sensormittel zum Abgeben des elektrischen Signals durch einen Folienkondensator 17 gebildet, wie er schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Zur Bildung eines solchen Folienkondensators 17 kann vorzugsweise die Trägerfolie 1 teilweise beidseitig metallisiert sein. Ein solcher Folienkondensator 17 läßt sich sehr einfach gemeinsam mit weiteren leitenden Anordnungen auf der Trägerfolie 1, beispielsweise den leitenden Verbindungen 3, 4 oder von Antennenspulen, herstellen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kunststoffschichten 6 asymmetrisch angeordnet. Beim Biegen der Chipkarte wird die Trägerfolie 1 je nach Biegerichtung gedehnt oder gestaucht. Dadurch ändern die Folien des Folienkondensators 17 ihre Abmessungen; außerdem verändert sich die Dicke der Trägerfolie 1 elastisch. Durch diese Effekte wird der Kapazitätswert des Folienkondensators 17 verändert. Diese Änderung kann beispielsweise mit einer Schaltungsanodnung wie in Fig. 5 dargestellt, detektiert werden.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung einer Antennenspule 20, des Folienkondensators 17 und einer abgewandelten elektronischen Schaltung 50 auf der Trägerfolie 1 der Chipkarte. Die Antennenspule 20 dient dabei der Datenkommunikation der Chipkarte mit einem Lesegerät. Im Betrieb wird die Antennenspule 20 mit einer elektromagnetischen Welle vom Lesegerät her beaufschlagt. Dadurch tritt an den Anschlüssen der Antennenspule 20 eine hochfrequente Wechselspannung auf, die außer zur Datenkommunikation beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung auch für die Detektion der Veränderung des Kapazitätswertes des Folienkondensators 17 eingesetzt wird. Dazu umfaßt die abgewandelte, elektronische Schaltung 50 außer den Einrichtungen zur Datenkommunikation auch eine kapazitive H-Brücke, bestehend aus dem Folienkondensator 17 und drei weiteren festen Kapazitäten 21, 22, 23. In dieser H-Brücke sind der Folienkondensator 17 und eine erste Kapazität 21 der festen Kapazitäten zwischen den Anschlüssen der Antennenspule 20 in Reihe geschaltet. Ebenso liegt eine zweite Reihenschaltung aus den festen Kapazitäten 22, 23 zwischen den Anschlüssen der Antennenspule 20. Die genannten Reihenschaltungen bilden zwei Anzapfungen 25, 26, die mit Eingängen einer Schaltungsanordnung 27 verbunden sind, die einen Differenzverstärker, einen Spitzengleichrichter und eine Differentiationsschaltung umfaßt. Eine weitere feste Kapazität 24 überbrückt ebenfalls die Anschlüsse der Antennenspule 20.

Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung kann über die kapazitive H-Brücke die Veränderung des Kapazitätswertes des Folienkondensators 17 bei einer Biegeverformung der Chipkarte leicht detektiert werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Spannung von der Antennenspule 20 mit ausgenutzt. Dadurch benötigt die abgewandelte elektronische Schaltung 50 gegenüber der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 nur einen weiteren Anschluß. Durch eine Biegeverformung der Chipkarte wird der Abgleich der H- Brücke gestört. Der Differenzverstärker in der Schaltungsanordnung 27 liefert dadurch einen Wechsel seiner Ausgangsspannung. Dieser Wechsel, der sich als Wechselspannungssignal zeigt, wird gleichgerichtet und differenziert. Damit wird ein elektrisches Signal von den Sensormitteln gewonnen, welches demjenigen aus Fig. 3 entspricht.

In einer Abwandlung der Erfindung, in der piezoelektrische Materialien als Sensormittel zum Einsatz kommen, wird zur Detektion ein Ladungsverstärker vorteilhaft eingesetzt.

Claims (3)

1. Chipkarte mit gegenüber einer Biegeverformung des Kartenkörpers empfindlichen Sensormitteln zum Abgeben eines elektrischen Signals.

2. Chipkarte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Auswerteschaltung zum Aufnehmen des elektrischen Signals von den Sensormitteln und zum Steuern einer Funktion auf der und/oder durch die Chipkarte nach Maßgabe des elektrischen Signals von den Sensormitteln.

3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das elektrische Signal von den Sensormitteln eine Datenverarbeitungsfunktion der Chipkarte ein- oder ausgeschaltet wird.