CN101145252B

CN101145252B - 媒质保持器和媒质处理系统

Info

Publication number: CN101145252B
Application number: CN2007100965372A
Authority: CN
Inventors: 克莱夫·P·霍博格; 博里斯·Y·茨尔莱恩
Original assignee: ZIH Corp
Current assignee: Zebra Technologies Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: ZA200401463B; IL160239A0; BRPI0212117B1; KR20040037069A; EP2117157A1; EP2493111A1; AU2009200630B2; KR100746764B1; WO2003019459A3; US20030059050A1; RU2004109159A; AU2002324757B2; US20120226907A1; EP1428345A2; US7664257B2; JP2005522343A; US8301886B2; US7137000B2; US8667276B2; WO2003019459A2

Abstract

一种装置，用于鉴别可安装在该装置中或与该装置相连的用品。该装置包括：读取器，用于读取存储在该用品上的至少一个独特的参考号和授权号；用于实施加密算法的装置，将至少一个参考号变换为输出号，从而将输出号与授权号进行比较。

Description

媒质保持器和媒质处理系统

本申请是申请人于2002年8月22日提交的申请号为02816541.1(国际申请号为PCT/US2002/026617)，题为“用于用品鉴别的方法和装置”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总的涉及一种用在主机中的用品的鉴别技术。更具体地，本发明的一个具体的实施例涉及对热标记装置的墨盒或墨桶作出的一项改进，其中，能够对墨盒或墨带进行鉴别，确定其为合适的型号且来自于经授权的货源。

背景技术

曾经有其他的方法试图鉴别主机中的耗材，但事实证明它们都不能令人满意。特别是，以下讨论的现有方法都不能提供有效的防盗版手段。这些从前已知的方法无法提供足够的鉴别能力，且经常被复制、电子欺骗或类似的技术所破解。

一种早期的鉴别耗材的技术依赖于耗材的键式外形。可以将这样的键式外形设计成只有有键式外形的耗材才能够配合进给定型号的主机中。例如，某种牌子的剃须刀可以设计为只接纳具有某种键形的刀片。再例如，喷墨打印机可以设计为只接纳具有某种键形的重灌墨盒。使用这样的键式外形能够防止不同主机型号之间的耗材互换。但是，该方法总的来说对于防盗版是无效的，因为耗材的键式形状能够被轻易地观察到并被复制。

设计用于汽车安全系统的应答器中使用的“问答(challenge andresponse)”式鉴别算法，例如Atmel TK556等等，也是不能令人满意的。汽车安全系统设计用于“一锁多钥”应用，其中，将单一的密码编到每个钥匙和每个锁中。如果一个主机，例如打印机或照相机，是“锁”的话，那么这样的问答应答器就需要将所有的钥匙(媒质)和锁(打印机)都编上相同的密码。

在如胶卷的耗材上和/或在如照相机的主机上提供编码作为识别用途并传递有关胶卷或相机的信息，这点已经是众所周知的。术语“编码”很宽泛地表明了实体媒质的特征，用于将一条或多条信息送给主机。“编码”包括文字数字的文本以及其他的标记、符号等等。可以采用各种手段来检测编码，包括光学、磁性、和/或打孔卡的读卡机，并且不止于此。

美国专利No.6,106,166公开了一种具有应答器和收发器的装置。装在应答器中的电气的或电子的可编程读/写存储器与耗材整体相连。应答器能够接收第一RF频率电磁场并从其中得到能量和地址信息，之后生成第二RF频率电磁场作出应答。第二电磁场带有的特征是存储器中存储的数据。收发器位于主机内部，带有天线和支撑部件，用于轮流检测每个应答器。如控制逻辑处理器所指示的，收发器能够从应答器处读取制造信息并将用法和处理数据写入应答器以便存入存储器。

射频识别应答器可以呈各种形式。一种被称为“内置应答器”的形式是具有基本扁平形状的识别应答器。用于内置应答器的天线的形式是位于非导电支撑件上的导电线路。该天线可以呈扁平线圈等等的形状。还布置有天线的引线，且如果需要，在引线之间插入非导电层。存储器部件，RF通讯，以及任何控制功能都由安装在支撑件上的芯片提供并通过引线以可工作方式连接到天线。内置应答器一直用作识别标签或标贴的叠层，以提供能够在一定距离之外得到的编码。在美国专利No.6,173,119中公开了一种具有射频识别应答器的照相机，能够在一定距离之外访问该照相机以进行读写。

另一种已知类型的应答器是射频识别(RFID)应答器。RFID应答器通常可包括由制造者安装在非易失性存储器(non-volatilememory)中的独特的识别器。

对于主机来说，提供带有应答器的耗材是众所周知的，例如墨盒。这样的主机，例如安装有墨盒的打印机，包括用于检测墨盒上媒质类型的收发机。在颁发给Spurr等人的美国专利No.6,099,178中公开了这种总体类型的收发机和应答机。Spurr的专利公开了一种打印机，用于检测装入媒质的类型，并包括射频收发器，用于发出第一电磁场并检测第二电磁场。但是，Spurr没有描述或示意出用于鉴别承载应答器的媒质的装置。编码在Spurr专利的应答器中的信息可以被轻易地伪造，从而使得该系统在作为防盗版手段时变得无能为力。

国际公开号WO 98/52762公开了一种打印机，其使用一种RFID标签，用于识别装入喷墨打印机的纸张的类型。该方法提供了与附加到喷墨辊上的读/写存储器之间进行非接触式通讯的技术方案。然而，该发明并未记载或示意出与此发明相应的鉴别方法和装置。

因此，需要提供一种有效的采用应答器和收发器的防盗版手段来检测用于主机的耗材上的编码信息，例如用于打印机的媒质。

附图说明

应该相信，当与附图相结合时，从下面的说明中将能更好地理解本发明，在附图中：

图1A为根据一个实施例的装入主机中的耗材的顶视左视透视图。

图1B为根据一个实施例的装入主机中的耗材的顶视正视透视图。

图2A为程序流程图，示出制备可鉴别耗材的操作顺序的一个实施例。

图2B为程序流程图，示出制备可鉴别耗材的操作顺序的一个实施例。

图3A为根据一个实施例的要鉴别的耗材以及主机的顶视右视透视图。

图3B为根据一个实施例的用于鉴别的耗材以及用于对本发明进行鉴别的主机的顶视右视透视图。

图4为系统流程图，示出用于鉴别耗材的方法的一个实施例中的操作顺序以及数据流。

图5为装进主机中的耗材的部分顶视左视透视图，示出根据一个实施例的鉴别部件的位置。

图6为装进主机中的耗材的部分顶视右视透视图，示出根据一个实施例的鉴别部件的位置。

图7A为根据一个实施例的带有安装在一侧的鉴别器电路的耗材墨盒的透视图。

图7B为安装在耗材上的鉴别部件的放大图。

图7C为根据一个实施例的带有安装在一侧的鉴别器电路的耗材墨盒的侧视图。

图7D为根据一个实施例的带有安装在一侧的鉴别器电路的耗材墨盒的顶视图。

图8为根据一个实施例的耗材、主机、以及鉴别电路的框图。

图9为透视图，示出根据一个实施例的主机中用于鉴别耗材的电路板的位置。

图10A为用于安装在主机上以鉴别耗材的电路板的第一实施例的后视图。

图10B为用于安装在主机上以鉴别耗材的电路板的第一实施例的正视图。

图11为根据一个实施例的带有安装在凸缘上的鉴别器电路的耗材墨盒轴的透视图。

图12A为根据一个实施例的带有安装在凸缘上的鉴别器电路的耗材墨盒轴的侧视图。

图12B为根据一个实施例的带有安装在凸缘上的鉴别器电路的耗材墨盒轴的第一端视图。

图12C为根据一个实施例的带有安装在凸缘上的鉴别器电路的耗材墨盒轴的第二端视图。

图12D为根据一个实施例的带有安装在凸缘上的鉴别器电路的耗材墨盒轴的侧剖视图。

图13为根据采用网络连接的实施例的耗材、主机、以及鉴别电路的框图。

具体实施方式

本说明书特别用于说明形成根据本发明的装置的一部分的部件或与其更直接地配合的部件。应该理解，未具体示出或说明的部件可以呈本领域技术人员已知的各种形式。在此说明书中，术语“耗材”指设计用于在称为主机的设备中耗尽并更换的部件。耗材及其各自主机的例子包括：用在打印机中的喷墨墨盒，用在照相机中的胶片、用在打字机上的色带、和/或用在复印机中的色粉盒。

现在参考图1A，主机100用于接纳耗材120。此具体实施例中的主机100可以是用于在塑料卡片上采用热传递方法打印条形码的塑料卡打印机。此实施例的耗材120可以是含有色带150的色带盒，该色带150的例子如树脂基热转印色带或染料升华色带。塑料卡打印机主机100可包括其他的传统部件(未示出)，例如打印头、磁编码台、电源开关、控制面板、进卡器、卡片输出斗、以及其他的部件。一个可打开的打印机盖162掩盖了色带盒耗材120的内部机构并有助于限制诸如尘土和异物的污物进入。在此实施例中，机盖释放按钮160在塑料卡打印机100的一侧示出。第二机盖释放按钮(未示出)可位于另一侧。此实施例中，左内壁167L和右内壁167R在塑料卡打印机主机100中形成直槽165，用于接纳色带盒耗材120。首先按下塑料卡打印机主机100的一侧的机盖释放按钮160打开打印机盖162，之后将色带盒耗材120竖直插入直槽165，并将色带盒耗材按下就位，通过以上步骤可将色带盒耗材120装入塑料卡打印机主机中。触觉或听觉的反馈能够指示出色带盒耗材120已经被正确安装。

还是参考图1A中示出的实施例，色带盒耗材120可包括供给轴140和拾取轴145。使用色带盒耗材120之前，色带150围着供给轴140卷绕成一卷。当使用色带150且色带盒耗材120耗尽时，色带150卷绕在拾取轴145上。在图示的实施例中，由左支撑件147L和右支撑件147R将供给轴140和拾取轴145以相对固定的方式间隔开。供给轴140、拾取轴145、左支撑件147L以及右支撑件147R一起构成了四条边，形成色带150可穿过的矩形空间。在图1A示出的实施例中，射频识别(RFID)应答器130设置在色带盒120的左支撑件147L上。尽管在图示的实施例中，RFID应答器130位于左支撑件147L上，但实际应用时也可将其设置在任何合适的位置，例如设置在右支撑件147R上。当然，如本领域内所公知的，无需将应答器限制为射频信号，且该应答器可利用任何形式的合适的电磁辐射，例如可见光、紫外线和红外线。

根据图1A示出的实施例，RFID应答器130可包括独特的、工厂内编程的序列号n。这种能够买到的RFID应答器每个都包含了独特的32到64位的应答器序列识别号码n，用在“防冲突”协议中。该协议能够分开并单独识别同时出现在RFID读取器的场中的多个应答器，多个主机处于相对较近的范围内时就可能导致这种情况。

使用由色带盒耗材120的制造商选择并保密的加密函数F计算授权号x。授权号永久储存在RFID应答器130中。打印机主机100在其工作期间能够得到加密函数F。例如，在图8示出的一个实施例中，可在制造过程中将保密的加密函数F事先编入打印机主机100中。在另一实施例中，打印机主机可在网络上得到保密的加密函数F。当色带盒耗材120装入打印机主机100时，打印机的内部RFID收发器(在图1A中未示出)从与色带盒耗材120相连或位于其上的RFID应答器130处读取序列号n以及授权号x的值。之后，它将判断授权号x在由保密的加密函数F变换之后，是否与序列号n相符。如果两个值相符，则将色带盒耗材120视为可以在该打印机上使用的授权的媒质产品。

每个来自给定制造商的打印机100都可以在工厂中以相同的加密算法编码。当生产色带盒耗材120时，在打印机中提供相同的用于生成授权号的加密算法。一旦安装了色带盒耗材120，就读取了应答器的独特序列号n。在优选实施例中，应答器的独特序列号n已经由制造商锁定在了RFID应答器130中。

色带盒耗材120的制造商还知道要制造的媒质的类型y。在另一实施例中，将n和y的值结合在一起以用在加密算法中来计算授权码x。之后，色带盒耗材120的制造商将x和y值编入并锁定在应答器130的存储器中。应答器130永久地安装在色带盒耗材120上。以此方法，能够生产出实际上无限数量的独特的媒质卷或卡盒，每个都包含着独特编码并锁定的序列号n的值、媒质类型号y的值、以及授权号x的值。

尽管序列号n、媒质类型号y、以及授权号x都是能够自由读取的，但优选地，保密的加密函数F从已知的没有明显反函数的函数类中选取。相应地，这样的函数是难以解码的，从而提供了安全的鉴别能力。为了制造出能在根据图1所示实施例的打印机100上工作的伪造的色带盒耗材120，色带盒耗材120的伪造者将不得不重建能够用于打印机100的算法F。

如果算出x的值作为独特且无法复制的应答器序列号n的复杂函数，则n和x的值能够都存储在RFID应答器130中，在该处将两个号码编码加密并可由任何人读取。可选择地，如果将媒质类型号y也用在变换中，则也可将其存储在RFID应答器中。当色带盒耗材120安装在打印机100上时，打印机能够从应答器读取x和n(以及可选地读取y)，并验证读取的x值是否与读取的n值(以及可选地读取的y值)相符，从而验证是否是用于相应打印机100的色带盒耗材120。

从已知的强加密算法中精心地选择一种算法用于F，可使得破解该安全系统变得非常困难并且在实际操作上昂贵得使人望而却步。通过用一些函数将n加密，可采用加密法来计算授权码x。伪造者能够得到的唯一信息就是给定色带的授权码x与给定的序列号n相符合。更具体地说，伪造者将不能够知道或研究出对于给定的n如何得到x的值。伪造者也无法随机地试验所有可能的n值，因为除非伪造者已经得到了同时具有那个n和相应的授权码x的正品媒质卷，否则就无法知道x的值。所以，伪造者只能拥有有限的n、x的样本用于测试。

对于用序列号n和媒质类型号y的函数来计算x的实施例来说也是同理。通过用一些函数对n和y进行加密，可采用加密法来计算授权码x。同样的，伪造者能够得到的唯一信息就是给定色带的授权码x与给定的一对n、x相符。

为了进一步防止安全系统被破解，可将在测试值之间形成可接受关系的多个函数存储在主机中。之后，可将耗材用多个授权号编码，每个授权号都满足具体的授权函数关系。如果知道了任何具体的授权函数被破解，则可以采用一个其他的授权函数和授权值来验证媒质。可在主机中将被破解的授权函数关闭以防止授权给采用被破解的授权函数制造的盗版媒质。例如，根据在后续媒质中设定的标记或通过对主机软件或硬件进行升级，能够将被破解的授权函数关闭。

如本领域所公知的，主机或打印机100包括：合适的存储器，例如RAM、ROM、EEPROM等等、输入/输出设备、计算机或中央处理器、可选的磁盘存储以及相应的支持设备，所有这些部件均未示出。该计算机可以是，例如，具有例如Pentium或Intel系列微处理器的IBM兼容型计算机。可选择地，该计算机也可以是具有Motorola系列微处理器的APPLE

兼容型计算机。但是，该计算机或中央处理器也可以是任何的计算机、处理器、中央处理器(CPU)、微处理器、RISC(精简指令集计算机)、大型计算机、工作站、单片机、分布式处理器、服务器、控制器、微控制器、离散逻辑设备、远程计算机、互联网计算机或网络计算机。与计算机相应的存储器和/或磁盘存储器设计用于存储程序指令，程序指令表示算法并执行在此描述的各个步骤。这样的程序指令可从磁盘存储器或从诸如ROM、PROM、EPROM等的非易失性存储器中“下载”，或者也可以通过网络或其他的通讯联接从远程数据源下载。

现在参考图1B所示的实施例，示出了塑料卡打印机主机100以及色带盒耗材120。在图1B中示出，色带盒耗材120装入塑料卡打印机主机100中。在这个具体的实施例中，可将该色带盒耗材120插在左内壁167L和右内壁167R之间。图中示出RFID应答器安装在左支撑件147L上，但也可以安装在其他地方，例如安装在右支撑件147R上。装入色带盒耗材120之后，能够将机盖162盖上并操作塑料卡打印机主机100。

为了简化说明，以下说明的本发明的实施情况将只采用序列号n和授权号x。但是，将媒质类型号y与序列号n一起使用以计算授权号x，这也在本发明的范围内。使用序列号n与使用媒质类型号y的不同之处可以在于，在制造RFID应答器时，序列号可永久地固定在其中，并且对于每个应答器都可以是独一无二的。另一方面，在工厂中可将媒质类型号y存储在RFID应答器中，且对于每种给定类型的媒质都是相同的。但是，此处说明的在鉴别或加密计算中对于序列号n的使用是与对于媒质类型号y的使用相同的。

图2A为程序流程图，示出用于准备一种用在主机中的可鉴别耗材的操作顺序的一个实施例。首先，制造商必须选择一个合适的授权函数，由选择授权函数F步骤202表示。优选地，如果只给出较少的几个x和n的值，函数F是非常难以识别的。在选择授权函数F的步骤202之后，下一步是读取RFID应答器的序列号n的步骤204。可鉴别式耗材的制造商必须从要安装到耗材上的RFID应答器中读取序列号n。序列号n在工厂中装载并且对于每个应答器都是独特的。下一步，制造商可执行计算授权号x＝F(n)的步骤208。函数F的定义域不仅限于n的设定值，具体来说，F可以是多变量函数，如以下将详细说明的。通过计算授权号x＝F(n)的步骤208计算出授权号x之后，接着通过将授权号x存储在RFID应答器中的步骤210，将授权号x放在应答器的公共数据区。

在图2B中示出用于准备一种用在主机中的可鉴别耗材的操作顺序的另一个可选择的实施例。在此实施例中，制造商首先在选择授权函数F_M，Q的步骤202′中选择授权函数。优选地，该可选实施例的选择授权函数F_M，Q的步骤为在密码学中使用的经典的单向函数，其可以基于取模运算以及伽罗瓦域运算(Galois Field arithmetic)。伽罗瓦域运算，特别是配合单向函数[M^G modQ]时，在公钥密码学中广泛应用。举一个例子来说，Diffie-Hellman方法就采用了这种手段。对参数M和Q进行选择，独特地确定了函数F_M，Q(G)＝M^G modQ。举例来说，如在本领域所公知的，在句子中可以按以下方式表达“取模”符号：

G的函数值等于M的G次方的值对Q的值取模。

参数M和Q是两个素数值(prime values)，它们之间的关系是，M是Q阶素数伽罗瓦域(prime Galois Field)GF(Q)的素元(primitiveelement)。在选择授权函数F_M，Q的步骤202′中设定好加密函数之后，下一步就是读取RFID应答器序列号n的步骤204。图2B所示实施例的下一步是识别耗材类型y的步骤206。数字y是由制造商选出零件号码，用于指明媒质的具体类型，制造商将把该RFID应答器装配到该媒质上。

下一步是选择预备函数(preparatory function)G(n，y)的步骤208。函数G(n，y)的值域变为函数F_M，Q(G)的定义域，从而使复合函数F。G将输入值n、y映射到授权号x。优选地，函数G(n，y)是独特的(unique)且对于可鉴别耗材的制造商是保密的。优选地，预备函数G(n，y)可将每对n、y映射为唯一的结果，但这样的一对一映射并不是本发明所必须的。优选地，预备函数G(n，y)应避免某些退化的(degenerative)、病态的(pathological)G值。特别是，优选地该函数应该避免得到处于以下值域内的值：

G≤0，

G＝1，

G = \frac{Q - 1}{2},

和

G＝(Q-1).

如从伽罗瓦域数论中所知，产生这些值的函数G可能会破坏编码函数F_M，Q的安全性。选择好合适的预备函数G(n，y)之后，图2B所示实施例中示出的操作顺序中的下一步是计算授权号x＝F_M，Q(G(n，y))的步骤208。计算完毕之后，在将授权号x存储到RFID应答器的步骤210中，将授权号x存储到一个实施例的RFID应答器的公共数据区。此外，在将耗材类型号y存储到RFID应答器的步骤212中，将代表媒质类型的数字y存储在应答器中，之后，即完成了图2的实施例中所示的操作顺序，使耗材媒质变得可以被鉴别。

图3A和3B示出将耗材120A、120B从主机100上卸下和安上的另一实施例，其中，耗材120A、120B为色带盒，且主机100为塑料卡打印机。为了在使用过耗材之后从塑料卡打印机主机100上卸下色带盒耗材120A、120B，打开机盖162，然后将主机120B中的色带盒耗材拉出(310)，去掉色带盒耗材120A。为了将色带盒耗材120A卸下，将其竖直地插入(320)并按压就位(120B)。

图4为系统流程图，总的示出该系统的运作流程以及数据流，用于一个具体的实施例，检测装入主机中的耗材是否为正品。当耗材媒质装在打印机主机上时，主机首先在检测耗材的步骤410中检测到新装入耗材。可以通过机械传感器、识别邻近的RFID应答器、或者其他任何合适的用于此类检测的传感装置来检测该耗材。在检测到新耗材之后，打印机的内部RFID收发器从安装在媒质上的应答器处读取序列号n、授权号x、以及耗材类型y的值。

这在图4所示的实施例中以三个连续的步骤示出：读取序列号n的步骤415、读取耗材类型号y的步骤420、以及读取授权号x的步骤425。这些操作的顺序并不重要，并且在其他的实施例中，在不背离本发明的范围的前提下，可以按照不同的顺序来执行这些操作。读取耗材类型号y之后，在图4所示的实施例中，在检查耗材类型有效性的步骤430中对耗材对于该具体主机的有效性进行检查。在此实施例中，对于具体主机的有效媒质类型y是已知的。如果耗材属于对于该主机无效的类型，则主机将采用报告状态步骤480来报告不兼容色带盒的状态并终止工作。如果媒质类型与该主机不兼容，则不必检查该媒质是否为正品。

还是参考图4的实施例，授权函数数据490可以用于检查耗材媒质是否为正品。可在出售前在主机中编入相同的授权函数，随后利用该函数制造用于该主机的耗材。可将确定该授权函数的步骤顺序作为授权函数数据490存储在主机中。如果耗材属于对于该主机有效的类型y，则在检查授权号的步骤440中使用授权函数490检查授权号x。检查授权号的步骤440将n和y作为输入执行形成授权关系的算法，并将其内部计算的x＝F_M，Q(G(n，y))的值与从应答器读取到的x值进行比较。如果它们相同，则这是一个类型为y的经过授权的媒质产品，可以在该打印机上使用。如果检测出一卷媒质带有不正确的授权码x，则由重置标志步骤475将所有的有效性标志和剩余媒质计数器重置为零并锁定。打印机不仅检测出了这个伪造的媒质，而且一旦检测出其状态设定为“完全耗尽”，就使其在将来不能用于任何应用。

在此实施例中，主机可以得到曾用耗材列表数据470，从而确保从前用尽的色带盒不被插入。在该耗材通过验证之后，在使用耗材的步骤460中将其在主机中使用，例如使用色带盒来打印产品。在一个实施例中，当判断出耗材已被使用耗材的步骤460完全耗尽时，将耗材的一个标识(如唯一的序列号n)存储在用尽耗材列表数据470中，表示该耗材已经用尽。在另一实施例中，曾用耗材列表数据470可以包括装入主机中的所有耗材的标识以及在每个耗材中剩余使用寿命的百分比。曾用耗材列表数据470能够廉价地存储关于大量从前用过的耗材的信息，例如，在塑料卡打印机中用过的前512个墨盒的列表。如果一个色带盒或色带卷再次出现，并且带有比存储在塑料卡打印机的存储器中更高的剩余计数量，则该塑料卡打印机将重复装入的色带盒或色带卷视为具有无效的授权，并且不仅能够拒绝使用该媒质，而且还能将其应答器锁定为“完全耗尽”的状态。

接着参考图5和6的实施例，在图5中示出包含可鉴别耗材的主机的一个实施例的顶视左视部分透视图。图6示出包含可鉴别耗材的主机的一个实施例的顶视右视部分透视图。图中示出耗材120装载在主机100中、示出射频识别(“RFID”)应答器130装载在耗材120上。主机100中的天线510使其能够读取耗材100上RFID应答器130中存储的信息。

接着参考图7A-7D，有若干示出耗材的视图。色带盒在图7A的透视图中示出。色带盒耗材700在一端具有供给轴710，在另一端具有拾取轴720，通过左支撑件730L和右支撑件730R，供给轴710和拾取轴720彼此相连。图中示出通讯部件740，其可以是射频识别(RFID)应答器。在两个支撑件730L、730R之间，色带750从一个轴710穿到另一轴720。

图7B为一个实施例中的通讯部件740的RFID应答器标签及其装配。应答器可以位于左支撑件730L或右支撑件730R的内侧或外侧。标签也可以位于支撑件上以说明RFID应答器。

图7C为根据一个具体实施例的耗材700的侧视图。色带盒耗材700在一端具有供给轴710，在另一端具有拾取轴720。供给轴710和拾取轴720通过支撑件730相连。在支撑件730上安装有通讯部件740，其可以是一个RFID应答器。

图7D为根据本发明的一个具体实施例的耗材700的顶视图。色带盒耗材700在一端具有供给轴710，在另一端具有拾取轴720。通过左支撑件730L和右支撑件730R，供给轴710和拾取轴720彼此相连。通讯部件740安装在左支撑件730L或右支撑件730R上，该通讯部件740可以是RFID应答器。

现在参考图8，图中示出用于在主机中鉴别耗材的耗材鉴别系统的示意图。耗材800可包括，例如，具有供给轴805、拾取轴810以及支撑件815的色带盒。耗材800可包括通讯部件820、835，用于将信息发送到主机850。在一个实施例中，通讯部件820、835可以是低成本RFID应答器，其具有两种特性。首先，优选地，该低成本类型的RFID应答器可包括厂家编入的唯一序列号n(830)，用户无法将其改变，也无法通过将公共数据区825复制到其他类似型号的应答器中而将其复制。因此，每个应答器都是唯一编码的，这正是大多数类型的具有“防冲突”协议的RFID应答器的一个要求，能够区分所有的处于RFID读取器的天线场中的多个应答器。

第二，优选地，低成本RFID应答器具有这样的能力，能够将数据值x和y一次性地写入(或写入并锁定)到应答器的公共数据区825中。在此具体实施例中，值y为媒质类型信息，因为不是所有的媒质类型都能够在所有型号的打印机上工作。非零数据值x将是y与该应答器的唯一标识号n的复杂函数。在这个示出的例子中，值x将由厂家在制造媒质时编入应答器，或者至少是在其离开制造商的库房前编入应答器。

飞利浦(Philips)I*Code及其等同物以及任何符合ISO(国际标准组织)15693号标准的13.56MHz RFID应答器都具有厂家编程的、不可复制的48位序列号，能够在芯片中永久地存储相应的(从序列号产生出的)授权码。ISO 15693的第4.1部分说明了每个符合标准的应答器都应由64位的唯一标识(UID)所表示，该唯一标识应由IC制造商永久地设定，并应按如下形式构成：

MSB

LSB

6457	5649	48 1
6457	5649	48 1	十六进制‘E0’	IC制造商码	IC制造商序列号

最重要的字节是十六进制‘E0’，后面跟着8位的IC制造商码，该码由ISO 7816-6/AM1分配。48位的序列号应由上述的IC制造商分配。可以预计，各个制造商将生产符合ISO 15693标准的应答器，并在工厂内向其中编入序列号以及在ISO 7816下注册的唯一的制造商ID。可以将制造商的唯一的8位ID或者合格制造商的ID列表作为鉴别过程的一部分包括在其中。

还是参考图8的具体实施例，主机850包括通讯部件855、860，用于读取存储在耗材上的n、x、和y的值。处理器865能够接收存储在耗材上的信息并能够采用处理器能得到的授权函数(870)F(M，Q，x，y)来确定授权码x和序列号n以及媒质类型码y之间存在着授权关系。优选地，处理器865是安全微处理器。打印机的媒质鉴别程序存储在安全微处理器中，因此对于潜在的盗版行为是隐藏的。鉴别程序无法从打印机中读出，也不能在其运行的过程中观察出该程序。这有助于防止潜在的盗版者判断或重建出用于从n和y计算出x的授权算法。

优选地，耗材包括标志827，以便指出媒质部件的数目，例如用在耗材上的色带板。每个色带卷芯或色带盒只能使用一次。应答器中的其他存储元件记录媒质的使用情况，并保留媒质计数。在用完媒质的每个单位部分(通常为10-15％)时，应答器存储器中的标志被重置并锁定。由于最多只有15％的额外媒质能够重装到色带芯或色带盒上，所以这使得重复利用部分用过的色带芯或盒变得在经济上不具有吸引力。当然，该标志也可以用于指示任何程度的使用情况。

参考图8中示出的实施例，处理器865可以得到曾用耗材的列表880。“曾用盒”列表保存在每个打印机中。之前的512个色带盒的序列号n以及它们的剩余条数计数存储在每个打印机中。如果一个色带盒再次出现且具有高于存储在打印机存储器中的剩余条数计数，则打印机能够将该重装的色带盒或色带卷视为具有无效的授权，并且不仅拒绝使用该媒质，还能够将其应答器锁定到“完全耗尽”的状态，从而防止用过的媒质被再次填充。

接着参考图9，示出了安装在主机上的通讯部件的具体实施例，用于读取耗材上通讯部件。图中示出了主机框架910。此处示出的具体的主机框架910为塑料卡打印机框架，去掉了外部塑料外壳。电路板920安装在该主机框架910上。电路板920包括天下930，用于读取射频识别应答器(未示出)。电路板920上的天线930为收发器，用于读取要装到主机框架910中的耗材中的应答器(未示出)。此收发器只是读取存储在耗材中信息的一种形式的通讯部件的一个实施例。通讯部件的其他例子包括：电气触点，用于连通电路、红外或其他光传感器，以便与LED等元件通讯；机械开关，由例如机电装置或任何合适的装置设定，用于传递这样的信号。

在图10A和图10B中示出了适于实施本发明的一种形式的电路板。图10A是电路板的正视图而图10B是电路板的后视图。在此具体实施例中，插口1015设置在电路板上，用于接纳微处理器。如图8所示，通过存储在安全微处理器中，优选地，打印机的媒质鉴别程序对于潜在的盗版行为是隐藏的。

接着参考图11，示出了用于安装在耗材上的通讯部件的一个可选实施例。提供用在耗材中的轴1310。在一个实施例中，耗材可以是，例如，用在主机中的色带盒。在另一实施例中，耗材可以是，例如，用在照相机中的一卷胶卷。色带或媒质卷绕在轴1310上。凸缘1320可位于轴1310的一端，或位于与轴1310相连的任何传统位置。在图示的实施例中，位于凸缘上的同心圆形的导电带1330起到通讯部件的作用，从而将存储在耗材上的信息传递给主机。

接着参考图12A-12D，示出了用在耗材中的一个零件的多个视图。图12A为卷绕轴1405的侧视图。提供卷绕鼓(winding drum)1410，媒质可卷绕在该卷绕鼓上，例如用在打印机中的色带盒中的色带，或者用在照相机中的胶卷中的胶片。凸缘1415与卷绕鼓相连，并且能够，例如，连接到卷绕鼓的一端。也可以有其他的构造，并且将这些构造都视为等同物。通讯部件可以安装在凸缘上，用于与诸如打印机或照相机的主机进行通讯。

图12B为从与卷绕鼓1410上的凸缘1415相对的一端观察的端视图。在所示的该具体实施例中，卷绕鼓1410是空心的，具有形成空腔的内表面1420。图12C为从安装有凸缘1415的一端观察的端视图。也能看出此具体实施例所具有的形成空心圆柱腔的内表面1420。

现在参考图12D，示出沿图12A中的线A-A截开的剖视图。心轴1405具有带有外表面1425的卷绕鼓1410，诸如用于打印机的色带或用于相机的胶片能够缠绕在其上。此实施例中的内表面1420在空心的内部形成空腔。可利用一端上的凸缘1415以安装通讯部件，例如RFID应答器。在另一实施例中，第一通讯部件1430，例如RFID应答器，可以安装在内表面1420上，其通过在轴的内壁形成的空腔内轴向放置的第二通讯部件(未示出)与主机通讯。

现在参考图13，公开了一示意图，示出用于鉴别主机中耗材的耗材鉴别系统。耗材1500可包括：例如，具有供给轴1505、拾取轴1510以及支撑件1515的色带盒。耗材1500可包括通讯部件1520、1535，用于将信息传送给主机1550。在一个实施例中，通讯部件1520、1535可以是低成本的RFID应答器，其具有两种特性。首先，优选地，该低成本的RFID应答器可包括厂家编入的唯一序列号n(1530)，用户无法将其改变，也无法通过将公共数据区1525复制到其他类似型号的应答器中而将其复制。因此，每个应答器都是唯一编码的，这正是大多数类型的具有“防冲突”协议的RFID应答器的一个要求，能够区分所有的处于RFID读取器的天线场中的多个应答器。

第二，优选地，低成本RFID应答器具有这样的能力，能够将数据值x和y一次性地写入(或写入并锁定)到应答器的公共数据区1525中。在此具体实施例中，值y为媒质类型信息，因为不是所有的媒质类型都能够在所有型号的打印机上工作。对于图示的情况来说，非零数据值x将是y与该应答器的唯一标识号n的复杂函数。在这个示出的例子中，值x将由厂家在制造媒质时编入应答器，或者至少是在其离开制造商的库房前编入应答器。

在图中还示出了主机1550，其包括通讯部件1555、1560，用于读取存储在耗材上的n、x、以及y的值。在步骤1565中能够受到存储在耗材上的信息并能够用处理器能得到的授权函数(1570)F(M，Q，x，y)来确定授权码x与序列号n以及媒质类型码y之间存在授权关系。处理器1565可以远离主机且可以通过通讯信道1590与主机通讯，例如通过网络或远程通讯联接。

优选地，耗材包括标志1527，以便指出媒质部件的数目，例如用在耗材上的色带板。每个色带卷芯或色带盒只能使用一次。应答器中的其他存储元件记录媒质的使用情况，并保留媒质计数。在用完媒质的每个单位部分(通常为10-15％)时，应答器存储器中的标志被重置并锁定。由于最多只有15％的额外媒质能够重装到色带芯或色带盒上，所以这使得重复利用部分用过的色带芯或盒变得在经济上不具有吸引力。

仍然参考图13，处理器1565可以得到曾用耗材的列表1580。“曾用盒”列表保存在每个打印机中。之前的512个色带盒的序列号n以及它们的剩余条数计数存储在每个打印机中。如果一个色带盒再次出现且具有高于存储在打印机存储器中的剩余条数计数，则打印机能够将该重装的色带盒或色带卷视为具有无效的授权，并且不仅拒绝使用该媒质，还能够将其应答器锁定到“完全耗尽”的状态，从而防止用过的媒质被再次填充。

实施上述方法和装置的过程包括M^N形式的重复运算，其中M和N都是大素数。当M和N都是大素数时，则M^N在理论上可以是几百位数。为了更好地实施上述的授权算法，已经产生了一种方法，能够在小型微处理器中迅速估算出M^N并将位数限制为Q的长度的两倍。

举例来说，假设M＜＜Q且Q为64位数，因此所需要的只是进行64位乘64位的乘法。这个例子只是出于说明的目的，也可以有其他的实施例。

将N定义为64位的二进制数，它是n和y的某个函数：

N (n, y) = c_{0} 2^{0} + c_{1} 2^{1} + . . . + c_{63} 2^{63} = Σ_{i = 0}^{63} c_{i} 2^{i}

等式1

在此等式中，每个c_i都代表连续的二进制数位。将上式代入M^N，得到：

M^{N} = M^{c_{0} 2^{0} + c_{1} 2^{1} + . . . + c_{63} 2^{63}} = M^{Σ_{i = 0}^{63} c_{i} 2^{i}}

等式2

M^{N} = Π_{i = 0}^{63} M^{c_{i} 2^{i}}

利用M^N的这种变形，可以采用以下定理估算等式M^NmodQ的值：

(a×b)modc＝[(amodc)×(bmodc)]modc 等式3

应用此定理，得到：

M^{N} \mod Q = (Π_{i = 0}^{63} (M^{c_{i} 2^{i}}) \mod Q) \mod Q

等式4

令

T_{i} = (M^{c_{i} 2^{i}}) \mod Q

等式5

则

M^{N} \mod Q = (Π_{i = 0}^{63} T_{i}) \mod Q

等式6

现在利用每个c_i都等于0或1这一事实，可对每一项T_i进行估算。

如果c_i＝0则

T_{i} = M^{c_{i} 2^{i}}

modQ＝M⁰modQ＝1

等式7

如果c_i＝1则

T_{i} = M^{c_{i} 2^{i}}

\mod Q = M^{2^{i}} \mod Q

c_i＝1时，T_i的值最大不超过64，可以将这些值预先算出并存储在数据表中，或者也可以继而进行估算。对T_i采用该数据表或这些计算出的值，则可以将M^NmodQ的值逐步算出。令P_i为每一阶段的部分乘积，i从1到63。以递归的逐对方式进行计算：

P_i＝(T₀×T₁)modQ

P₂＝(P₁×T₂)modQ 等式8

P_i＝(P_i-1×T_i)modQ

直到

M^NmodQ＝P₆₃＝(P₆₂×T₆₃)modQ 等式9

利用当c_i＝0时则T_i＝1这样一个事实，将64×64位乘法运算的数量平均减少了50％。但是，为了实施此处所述的安全系统，还需要快速进行64位数对Q取模的128位运算。

对于以上的每一步，当c_i＝1时，必须进行形如(WmodQ)的简化。通常，这由整数长除运算来完成，从而得到整数余数。在此处的例子中，除数Q为64位数，而被除数W为128位数，必须进行大量的移位和减法运算。

为了更好地实施此处所述的安全系统，已经开发出了一种比长除快大约20倍的方法。设将Q选择为

Q＝2ⁿ-k，其中k＜＜2ⁿ 等式10

这包括了呈2ⁿ-1形式的莫尚(Mersenne)素数。但是，如果能够准确地估计(W divQ)的值(即，该除法运算的整数商)，则可容易地通过下式找到余数：

WmodQ＝W-Q×(WdivQ)等式11

可以用下式估计该除法运算的整数商。首先，写出等价的形式

W div Q = int (\frac{W}{2^{n} - k})

等式12

将右侧的分子和分母都乘以2^-n，得到

W div Q = int \frac{2^{- n} W}{1 - 2^{- n} k}

等式13

因为Q通常较大(此处为n～63位数)，所以(2^-nk)＜＜1并且可用无穷级数将等式14中的分母展开

\frac{1}{1 - u} = Σ_{i = 0}^{\infty} u^{i}

等式14

将等式14代入等式13，得到：

W div Q = int (2^{- n} W Σ_{i = 0}^{\infty} {(2^{- n} k)}^{i})

等式15

估算等式15的前几项，发现

WdivQ≈int(2^-nW+w^-2nkW+2^-3nk²W+...)等式16

已知n、k、以及W的最大值，则能够估算等式16的各项，直到得到足够小(例如小于1/2)的第一项，使得后面各项不会影响整数部分，因为所有的后项都更小。此时，可将这些不影响整数部分值的各项在等式16的估算中安全地省略。

实际上，可以选择W、Q和k，使得等式16在仅仅几项之后就收敛。在实际操作中已经证明，这种计算WmodQ的方法比直接通过长除求值要快很多倍。

作为可选实施例的一个例子，耗材和主机可通过光耦合进行通讯。其他的例子包括电触点以及磁读写头。此说明书中所列举的耗材与主机之间的通讯的任何具体的示例形式对本发明都不构成限制，并且，所附的权利要求意在含盖任何合适的通讯方式。

尽管本发明在说明时是按照实施为热转印打印机形式的媒质处理系统的优选方案说明的，但本发明对于下列主机都具有相同的可实施性：如美国专利5,266,968和5,455,617中所述的热打印机(thermalprinter)、如美国专利6,106,166，所述的图像处理装置、如美国专利6,173,119所述的照相机、如美国专利5,428,659，所述的X光相机、以及喷墨打印机、激光打印机等等。尽管本发明以实施为媒质处理系统的形式进行说明，且其中媒质组件与媒质处理系统之间进行无线通讯，但本发明也可以容易地用在媒质组件与媒质处理系统通过有线连接通讯的系统中，如美国专利5,266,968和5,455,617所示。

出于对本发明的制造和使用方式进行说明的目的，在以上已经说明了本方法和装置的具体实施例。应该理解，本发明的其他变化和修改的实施方案以及本发明的各个方面对于本领域的技术人员来说是清楚的，且本发明并不局限于所述的具体实施例。因此，本发明意图含盖任何的和所有的处于在此公开并要求保护的基本原则的要旨和范围之内的修改、变化或等价方案。

Claims

1.一种用于与媒质处理器一起使用的媒质保持器，所述媒质保持器包括：

轴，包括：

卷绕鼓，所述卷绕鼓定义了轴线和第一直径，

凸缘，定义了大于所述第一直径的第二直径；

天线，位于所述凸缘上；以及

存储器，位于所述凸缘上并且与所述天线通信地设置，所述存储器配置为存储识别号码和授权号。

2.根据权利要求1所述的媒质保持器，其中，所述天线包括与所述卷绕鼓的轴线同心的至少一个弧形部分。

3.根据权利要求1所述的媒质保持器，其中，所述授权号至少部分地是所述识别号码的加密变换。

4.根据权利要求1所述的媒质保持器，其中，所述天线和存储器包括部分无线应答器。

5.根据权利要求1所述的媒质保持器，其中，所述存储器中还包含了媒质类型。

6.根据权利要求5所述的媒质保持器，其中，所述授权号至少部分地是所述识别号码和所述媒质类型的加密变换。

7.根据权利要求1所述的媒质保持器，其中，所述媒质保持器配置为保持色带以供打印机中使用。

8.根据权利要求7所述的媒质保持器，其中，所述色带包括色带板，以及其中所述存储器包括配置为与打印机用了色带板的10％-15％相关地被锁定的存储器单元。

9.一种媒质处理系统，包括：

媒质保持器，配置为保持媒质，所述媒质保持器包括：

卷绕鼓，所述卷绕鼓定义了轴线和第一直径，

从所述卷绕鼓延伸的凸缘，所述凸缘定义了大于所述第一直径的第二直径，以及

应答器，包括位于所述凸缘上的第一天线和存储器，所述存储器配置为存储识别号码和授权号；以及

用于处理所述媒质的处理系统，所述处理系统包括：

第二天线，配置为与所述第一天线进行无线通信，

读取器，与所述第二天线耦合，用于经由所述第一和第二天线与所述媒质保持器的应答器通信，其中与所述应答器通信包括从所述应答器的存储器读取识别号码和授权号，以及

处理器，设置为与所述读取器通信，其中，所述处理器配置为确认在授权号与识别号码之间存在授权关系。

10.根据权利要求9所述的媒质处理系统，其中，所述授权号至少部分地是所述识别号码的加密变换。

11.根据权利要求9所述的媒质处理系统，其中，所述应答器的存储器中还包含了媒质类型，其中，所述读取器与所述应答器通信包括从所述应答器的所述存储器读取识别号码、授权号以及媒质类型，以及其中，所述处理器配置为确认在所述授权号、所述识别号码和所述媒质类型之间存在授权关系。

12.根据权利要求11所述的媒质处理系统，其中，所述授权号至少部分地是所述识别号码和所述媒质类型的加密变换。

13.根据权利要求9所述的媒质处理系统，其中，所述处理系统还包括媒质使用情况计数器，所述媒质使用情况计数器配置为通过所述处理系统根据媒质保持器跟踪媒质的使用情况。

14.根据权利要求13所述的媒质处理系统，其中，所述应答器的存储器包括存储器单元，所述存储器单元配置为与用了媒质的10％-15％相关地被锁定。

15.根据权利要求9所述的媒质处理系统，其中，所述处理器至少部分地通过对所述识别号码应用授权函数来确认在授权号与识别号码之间存在授权关系。