DE19714068A1 - Read/write method for smart card - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Datenaustausch mit kontaktlo sen Datenträgern, insbesondere Chipkarten, bei dem elektrische Signale zwischen mindestens einer Hauptantenne, die einem Controller zugeordnet ist, und einer in die Chipkarte integrierten Kartenantenne übertragen wer den, wobei ein Datenaustauschvorgang durch das Absenden eines Energiesi gnals durch die Hauptantenne eingeleitet wird und von der Chipkarte nach Empfang dieses Energiesignals ein Antwortsignal abgesendet wird.The invention relates to a method for data exchange with contactless sen data carriers, in particular chip cards, in the electrical signals between at least one main antenna assigned to a controller is, and a card antenna integrated into the chip card the, wherein a data exchange process by sending an energy gnals is introduced through the main antenna and from the chip card Receiving this energy signal, a response signal is sent.
In den vergangenen Jahren wurden die als Scheckkarten oder Kreditkarten weit verbreiteten Magnetstreifen-Karten, auf deren Magnetstreifen bestimm te Informationen fest und abrufbar abgespeichert sind, zunehmend durch Chipkarten - sogenannte Smartcards - ersetzt. Die Chipkarten verfügen über einen zentralen Prozessor (CPU) und beschreibbare elektronische Daten speicher. Durch eine geeignete elektronische Schaltung, den Controller, können die auf einer Chipkarte gespeicherten Daten ausgelesen, verändert und überschrieben werden. Eine Chipkarte ist daher im Vergleich zu den Magnetstreifen-Karten mit unveränderbaren Informationssätzen sehr viel flexibler und für eine Vielzahl von Einsatzzwecken geeignet (z. B. als Scheckkarte, Kreditkarte, Identifikations- oder Ausweiskarte, Kundenkarte etc.).In recent years, they have been used as credit cards or credit cards widespread magnetic stripe cards, on whose magnetic stripes determine te information is stored permanently and accessible, increasingly by Smart cards - so-called smart cards - replaced. The chip cards have a central processor (CPU) and writable electronic data Storage. Through a suitable electronic circuit, the controller, can read the data stored on a chip card, changed and be overwritten. A chip card is therefore compared to the Magnetic stripe cards with immutable information sets very much more flexible and suitable for a variety of uses (e.g. as Check card, credit card, identification or ID card, customer card Etc.).
In jüngster Zeit kommen zunehmend kontaktlose Chipkarten zum Einsatz, bei denen der Datenaustausch mit dem Controller über elektromagnetische Wellen erfolgt, die zwischen einer Antenne des Controllers und einer Antenne auf der Chipkarte übertragen werden. Eine derartige Chipkarte, bei der die Stromversorgung über eine Batterie auf der Chipkarte erfolgt, ist in der deutschen Patentschrift DE 43 02 387 beschrieben. Alternativ werden Chipkarten ohne Batterie gefertigt. Bei diesen Chipkarten erfolgt über die Kartenantenne auch eine induktive Übertragung der Betriebsenergie für den Betrieb der Chipkarte. Derartige Chipkarten sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE 44 41 122, DE 37 21 822, DE 41 15 867 und DE 42 30 148 beschrieben.Recently, contactless smart cards have been used more and more, where the data exchange with the controller via electromagnetic Waves occur between an antenna of the controller and one Antenna can be transmitted on the chip card. Such a chip card, at which is powered by a battery on the chip card is in the German patent DE 43 02 387. Alternatively be Chip cards made without a battery. These chip cards are made via the Card antenna also an inductive transmission of operating energy for the Operation of the chip card. Such chip cards are for example in the German patents DE 44 41 122, DE 37 21 822, DE 41 15 867 and DE 42 30 148 described.
Ein Controller, d. h. eine elektronische Schaltung zur Durchführung der Datenkommunikation mit der oben genannten batteriebetriebenen Chipkarte, ist in der deutschen Patentanmeldung DE 195 28 445 A1 offenbart. Hier ist die Funktionsweise der einzelnen, den Datenaustausch mit der Chipkarte durchführenden Bauelemente deutlich beschrieben. Die in dieser Schrift offenbarte Erfindung beschäftigt sich eingehend mit einer Optimierung der Antennenanordnung und Antennensteuerung des Controllers zur Sicherstel lung eines zuverlässigen Datenaustausches.A controller, i. H. an electronic circuit for performing the Data communication with the above-mentioned battery-operated chip card, is disclosed in German patent application DE 195 28 445 A1. Here is the functioning of the individual, the data exchange with the chip card implementing components clearly described. The one in this writing disclosed invention is concerned with optimizing the Antenna arrangement and antenna control of the controller to ensure reliable data exchange.
Aus der Vielzahl der unterschiedlichen Schutzrechte für kontaktlose Chip karten, die von unterschiedlichen Anmeldern eingereicht wurden, ergibt sich, daß eine Vielzahl unterschiedlicher Chipkartentypen entwickelt wur den und im Einsatz sind. Es werden unterschiedliche, teilweise genormte Sende/Empfangsfrequenzen sowie unterschiedliche Modulationsarten ver wendet. Es gibt beispielsweise Kartentypen, die phasenmodulierte Signale empfangen und frequenzmodulierte Signale aussenden. Obwohl beabsichtigt ist, für bestimmte Chipkarten (RCCC = Remote Coupling Communication Card), bei denen der maximale Leseabstand zwischen Chipkarte und der Antenne des Eingabe/Ausgabegeräts auf 10 cm begrenzt ist, eine ISO-Norm (ISO 14443) zur Normierung der Übertragungsfrequenzen, der Modulations arten sowie weiterer Charakteristika des Datenübertragungsverfahrens einzuführen, ist auch in Zukunft zumindest für Chipkarten mit größeren Leseabständen eine Vielfalt von unterschiedlichen Datenübertragungsver fahren einzelner Hersteller zu erwarten.From the multitude of different protective rights for contactless chips cards submitted by different applicants that a variety of different types of smart cards have been developed and are in use. There are different, partially standardized Transmit / receive frequencies and different types of modulation ver turns. For example, there are card types that use phase-modulated signals received and transmit frequency-modulated signals. Although intentional for certain chip cards (RCCC = Remote Coupling Communication Card) where the maximum reading distance between the chip card and the Antenna of the input / output device is limited to 10 cm, an ISO standard (ISO 14443) for standardizing the transmission frequencies, the modulation types and other characteristics of the data transmission process It will also be possible to introduce smart cards with larger ones in the future Reading distances a variety of different data transmission Ver driving individual manufacturers to be expected.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das einen Datenaustausch mit mehreren verschiedenen Chipkartentypen ermög licht sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaf fen.The object of the present invention is to provide a method which enables data exchange with several different chip card types to create light and an apparatus for performing this method fen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu Beginn des Datenaustauschvorgangs die Hauptantenne unterschiedliche Energiesignale verschiedener Chipkartentypen ab sendet und der Controller das empfangene Antwortsignal analysiert und aufgrund mindestens eines charakteristischen Merkmals des Antwortsignals aus mehreren möglichen Sende/Empfangs frequenzen und Datenübertragungsverfahren diejenigen auswählt, die für den Datenaustausch mit dem Typ der Chipkarte, welche das Antwortsignal abgegeben hat, geeignet sind.This object is achieved in that at the beginning of Data exchange the main antenna different energy signals different chip card types and the controller sends the received Response signal analyzed and based on at least one characteristic Characteristic of the response signal from several possible send / receive frequencies and data transmission methods selects those for the data exchange with the type of chip card, which is the response signal submitted, are suitable.
Der Kern dieses Verfahrens ist der Identifikationsschritt, bei dem der Chipkartentyp ermittelt wird, der für den Datenaustausch in den Übertra gungsbereich der Hauptantenne oder Hauptantennen eingebracht wird. Zu Beginn des Datenaustauschvorgangs werden von der Hauptantenne alle möglichen Energiesignale der verschiedenen Chipkartentypen abgesendet, zu denen der Controller kompatibel ist. Da der Frequenzbereich, in dem eine Hauptantenne zur Datenübertragung geeignet ist, in der Regel begrenzt ist und die verschiedenen Chipkartentypen in sehr unterschiedlichen Fre quenzbereichen arbeiten können, kann es vorteilhaft sein, die unterschiedli chen Energiesignale über verschiedene Hauptantennen auszusenden.The essence of this process is the identification step, in which the Chip card type is determined, which for data exchange in the transfer range of the main antenna or main antennas is introduced. To The start of the data exchange process will be from the main antenna possible energy signals of the different chip card types are sent, to which the controller is compatible. Because the frequency range in which a main antenna is suitable for data transmission, usually limited is and the different chip card types in very different fre quenz ranges can work, it can be advantageous to differenti Chen transmit energy signals via various main antennas.
Bei batterielosen Chipkarten muß vor der Durchführung des Datenaus tauschvorganges das Energiesignal, ein RF-Signal (RF = Radio Frequency), von der Hauptantenne für einen bestimmten Zeitraum ausgesendet werden, um über die Kartenantenne Energie auf das Speicherelement der Chipkarte zu übertragen. Während des Datenaustausches wird die Energie des Daten signals in das Speicherelement der Chipkarte eingespeist. In the case of batteryless chip cards, the data must be the energy signal, an RF signal (RF = Radio Frequency), transmitted by the main antenna for a certain period of time, to transfer energy to the memory element of the chip card via the card antenna transferred to. During the data exchange, the energy of the data signals fed into the memory element of the chip card.
Der Datenaustauschvorgang wird dann durch die Chipkarte eingeleitet, wenn die Energie-Aufladung des Speicherelements einen gewissen Mindest wert überschritten hat, indem die Karte ein bestimmtes digitales Antwort signal über die Kartenantenne absendet. Alternativ kann die Eingabe/Aus gabeeinheit den Datenaustauschvorgang durch Absenden eines bestimmten digitalen Anfangssignals über die Hauptantenne beginnen.The data exchange process is then initiated by the chip card, when the energy charge of the storage element has a certain minimum has exceeded the card by a specific digital response signal via the card antenna. Alternatively, the input / off unit the data exchange process by sending a specific start digital signal via the main antenna.
Das abgesendete Energiesignal kann ein reines Sinussignal zur Übertragung elektrischer Energie auf ein Speicherelement (Kondensator) der Chipkarte sein, wobei die Chipkarte bei Erreichen eines Mindest-Ladezustands ihres Speicherelements aktiviert wird. Alternativ kann das Energiesignal zur Aktivierung der Chipkarte aus einem modulierten elektromagnetischen Signal mit einem digitalen Informationsgehalt bestehen.The energy signal sent can be a pure sine signal for transmission electrical energy on a storage element (capacitor) of the chip card be, the chip card when reaching a minimum charge of their Storage element is activated. Alternatively, the energy signal for Activation of the chip card from a modulated electromagnetic Signal with a digital information content exist.
Bevorzugterweise werden die Energiesignale, welche möglichst zur Aktivie rung aller bekannter Chipkartentypen geeignet sind, nahezu zeitgleich oder in einem kurzen Zeitabschnitt aufeinanderfolgend abgesendet, wobei dieser Zeitabschnitt kürzer ist als die kürzeste Antwortzeit der möglichen Chipkar tentypen. Nach dem Absenden des letzten Energiesignals schaltet dann der Controller auf Empfang, um das Antwortsignal der Chipkarte aufzunehmen. Da die Hauptantenne und der dieser Antenne zugeordnete Sende/Empfangs schwingkreis in dem Controller in der Regel auf einen engen Empfangs frequenzbereich eingestellt werden müssen, kann es notwendig sein, die Hauptantenne bzw. den ihr zugeordneten Schwingkreis in unterschiedlichen Zeitabschnitten auf unterschiedliche Empfangsfrequenzen einzustellen. Diese Zeitabschnitte werden durch die Chipkarten festgelegt und stimmen mit den Zeitfenstern - ausgehend von dem dem jeweiligen Chipkartentyp zugeordneten Energiesignal - überein, in denen eine Antwort des jeweiligen Chipkartentyps möglich ist. Sind in einem Zeitfenster Antworten mehrerer Chipkarten in unterschiedlichen Frequenzbereichen möglich, so können gleichzeitig mehrere Hauptantennen in jeweils einem dieser Frequenzberei che zum Empfang des Antwortsignals aktiviert werden. Preferably, the energy signals, which are as possible for activation tion of all known chip card types are suitable, almost simultaneously or consecutively sent in a short period of time, this being Time period is shorter than the shortest response time of the possible Chipkar types. After sending the last energy signal, the switches Controller on reception to receive the response signal from the chip card. Since the main antenna and the transmit / receive assigned to this antenna resonant circuit in the controller usually on a narrow reception frequency range must be set, it may be necessary to Main antenna or the resonant circuit assigned to it in different Set periods of time to different reception frequencies. These periods are determined by the chip cards and are correct with the time slots - based on the respective chip card type assigned energy signal - in which a response of the respective Chip card type is possible. Are answers of several in one time window Chip cards possible in different frequency ranges, so can simultaneously several main antennas in one of these frequency ranges be activated to receive the response signal.
In dem erwähnten bevorzugten Fall, in dem der Zeitraum zwischen der Absendung des ersten Energiesignals und dem Empfang des ersten Antwort signals ausreicht, um alle möglichen Energiesignale abzusenden, nimmt der Identifikationsvorgang zur Feststellung des Chipkartentyps kaum mehr Zeit in Anspruch als der Aktivierungsvorgang des Chipkartentyps mit der läng sten Antwortzeit zwischen dem Energiesignal und dem Antwortsignal der Chipkarte. Sollte dies nicht möglich sein, so kann zwischen dem Absenden der verschiedenen Energiesignale der Controller in einem Zeitfenster, in dem ein Antwortsignal eines Chipkartentyps zu erwarten ist, auf Empfang umschalten. Wenn der Controller und die mit ihm zusammenwirkenden Schaltungen dazu geeignet sind, parallel Signale auszusenden und zu emp fangen, ist auch das gleichzeitige Absenden von Energiesignalen und Emp fangen von Antwortsignalen möglich. Dies ist nur möglich, wenn Chipkarte und Controller unterschiedliche Modulationsverfahren oder Frequenzen verwenden.In the preferred case mentioned, in which the period between the Sending the first energy signal and receiving the first response signals is sufficient to send all possible energy signals, the Identification process to determine the chip card type hardly any time claimed to be the activation process of the chip card type with the length Most response time between the energy signal and the response signal of the Smart card. If this is not possible, you can choose between sending the different energy signals of the controllers in a time window, in which is expected to receive a response signal of a chip card type switch. When the controller and those interacting with it Circuits are suitable for sending out and receiving signals in parallel catch is also the simultaneous sending of energy signals and emp catch response signals possible. This is only possible when using a smart card and controller different modulation methods or frequencies use.
Einer der wesentlichen Aspekte der Erfindung ist es, die Zeitdauer des Identifikationsschrittes möglichst zu verkürzen, so daß der Datenaustausch vorgang mit den unterschiedlichen Chipkartentypen im wesentlichen nicht länger dauert als bei Verwendung eines auf einen einzigen Chipkartentyp ausgelegten Controllers.One of the essential aspects of the invention is the length of time Identification step to shorten as possible, so that the data exchange process with the different types of chip cards essentially not takes longer than when using a single type of chip card designed controller.
Um im Durchschnitt die Dauer des Kartenidentifikationsschritts möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, die zeitliche Aufeinanderfolge der für die Identifikation erforderlichen Verfahrensschritte in der Reihenfolge der Häufigkeit der jeweiligen Chipkartentypen zu ordnen. So werden die am weitesten verbreiteten Chipkartentypen als erstes identifiziert, und der Identifikationsvorgang des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in diesen Fällen frühzeitig abgebrochen werden.By average the duration of the card identification step if possible it is advantageous to keep the chronological order of the for the identification of required procedural steps in the order of Order frequency of the respective chip card types. So are the most common types of smart cards identified first, and the Identification process of the method according to the invention can be done in this Cases to be stopped early.
Für den Fall, daß der Controller für den Datenaustausch mit Chipkartenty pen geeignet ist, welche jeweils eine andere Sende/Empfangsfrequenz aufweisen, kann bereits der Wert der Sende/Empfangsfrequenz das Merkmal darstellen, mit dem der vorhandene Chipkartentyp identifiziert wird. Es ist allerdings insbesondere angesichts der Normierungsbemühungen davon auszugehen, daß mehrere verschiedene Chipkartentypen im gleichen Fre quenzband arbeiten. Ein weiteres Merkmal zur Identifizierung eines be stimmten Kartentyps ist die Modulationsart (Amplitudenmodulation, Fre quenzmodulation, Phasenmodulation).In the event that the controller for data exchange with smart cards is suitable, which each have a different transmission / reception frequency the value of the transmit / receive frequency may already have the feature represent with which the existing chip card type is identified. It is however, especially in view of the standardization efforts assume that several different types of chip cards in the same Fre quenzband work. Another feature for identifying a be correct type of card is the type of modulation (amplitude modulation, fre frequency modulation, phase modulation).
Ein weiteres leicht zu handhabendes charakteristisches Merkmal für die Identifikation des Kartentyps ist die Antwortzeit, d. h. der Zeitraum zwi schen der Abgabe des Energiesignals durch die Hauptantenne und der Abgabe des Antwortsignals durch die Kartenantenne der Chipkarte. Diese Antwortzeit ist in der Regel durch die Schaltungsanordnung und die Be triebssoftware auf der Chipkarte in einem definierten Zeitfenster festgelegt.Another easy-to-use characteristic for the Identification of the card type is the response time, i. H. the period between the emission of the energy signal by the main antenna and the Delivery of the response signal through the card antenna of the chip card. This Response time is usually due to the circuit arrangement and the loading drive software on the chip card in a defined time window.
Es können allerdings auch unterschiedliche Chipkartentypen existieren, deren Antwortzeitfenster sich überschneiden. In dem jeweiligen Zeitfenster müssen dann gleichzeitig Demodulatoren und Antennen des Controllers aktiv sein, die für den Empfang und die Auswertung aller möglicher Sende frequenzen und Modulationsverfahren der jeweiligen Chipkarten geeignet sind. Als charakteristisches Merkmal des Antwortsignals kann eine Kom bination von Frequenz, Modulationsverfahren und Antwortzeit gewählt werden. Sollte auch diese Merkmalskombination keine eindeutige Identifi zierung aller Chipkartentypen zulassen, so kann der binäre Informations gehalt zur Identifikation des Chipkartentyps verwendet werden. Wenn kein Chipkartentyp identifiziert werden kann, wird der Identifikationsvorgang mit einer Fehlermeldung abgebrochen.However, different types of chip cards can exist, whose response time windows overlap. In the respective time window demodulators and antennas of the controller must then be used simultaneously be active for the reception and evaluation of all possible transmissions frequencies and modulation methods of the respective chip cards are suitable are. As a characteristic feature of the response signal, a com combination of frequency, modulation method and response time selected will. Should this combination of features not provide a clear identification Allow all types of chip cards, so the binary information content to identify the chip card type. If not Chip card type can be identified, the identification process canceled with an error message.
Es ist auch möglich, daß gleiche Chipkartentypen eines Herstellers, d. h. Chipkarten mit übereinstimmender Hardware, bei denen Sende/Empfangs frequenzen, Antwortzeiten und die Datenübertragungsverfahren (Datenüber tragungsprotokolle) übereinstimmen, durch den Einsatz unterschiedlicher Software für unterschiedliche Verwendungszwecke (z. B. einmal als Kredit karte und einmal als Identifikationskarte) angepaßt werden. In diesem Fall schließt sich an die Identifizierung des Chipkartentyps eine Identifizierung des Verwendungszwecks an, indem durch den Controller unterschiedliche, jeweils für einen Verwendungszweck geeignete Steuerbefehle abgegeben werden und anhand der Antwort der Chipkarte der vorliegende Verwen dungszweck identifiziert wird. In dem Controller bzw. in dem hiermit verbundenen Computer, der beispielsweise die Schnittstelle (Interface) zu dem Bedienungspersonal darstellt oder für den Chipkartenbetrieb notwendi ge Datenverarbeitungsaufgaben übernimmt, wird anschließend das Daten austauschprogramm aktiviert, das dem identifizierten Verwendungszweck zugeordnet ist. Auf diese Weise kann nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren der Datenaustausch mit dem gleichen Chipkartentyp durchgeführt werden unabhängig davon, ob diese Chipkarte als Scheckkarte, als Kredit karte oder als Kundenkarte oder in sonstiger Weise eingesetzt wird.It is also possible that the same types of chip cards from one manufacturer, i. H. Chip cards with matching hardware, where send / receive frequencies, response times and the data transmission methods (data transfer wearing protocols) by using different Software for different purposes (e.g. once as a loan card and once as an identification card). In this case an identification follows the identification of the chip card type of the intended purpose by using different, each issued suitable control commands for a purpose be and based on the response of the chip card the present use purpose is identified. In the controller or in the hereby connected computer, for example the interface represents the operating personnel or necessary for chip card operation then takes over the data processing tasks Exchange program activated that the identified purpose assigned. In this way, according to the Ver data exchange with the same chip card type regardless of whether this chip card is used as a check card, as a loan card or used as a customer card or in any other way.
Die elektronische Schaltung innerhalb des Controllers kann in unterschiedli cher Weise realisiert werden. Es ist einerseits möglich, jeweils für den Datenaustausch mit einem Chipkartentyp geeignete Signalübertragungs schaltungen vorzusehen, welche über eine Steuerschaltung zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Identifikations- und Datenaustauschverfahrens gesteuert werden. Je nach den Frequenzen für die Datenübertragung und/oder die Energieübertragung kann jeder Signalübertragungsschaltung eine eigene Hauptantenne zugeordnet sein.The electronic circuit within the controller can be in different ways be realized in a safe manner. On the one hand, it is possible for each Data exchange with a chip card type suitable signal transmission to provide circuits, which are implemented via a control circuit tion of the identification and data exchange method according to the invention being controlled. Depending on the frequencies for data transmission and / or the energy transmission can be any signal transmission circuit own main antenna assigned.
Alternativ werden die unterschiedlichen Signalübertragungsschaltungen durch Software in dem Controller oder dem hiermit verbundenen Computer emuliert. In diesem Fall umfaßt der Controller einen digital einstellbaren RF-Signalgenerator, der die unterschiedlichen Signale für den Datenaus tausch oder die Energieübertragung zu den unterschiedlichen Chipkartenty pen generiert. Alternatively, the different signal transmission circuits by software in the controller or the computer connected to it emulated. In this case, the controller includes a digitally adjustable one RF signal generator that uses the different signals for the data exchange or transfer of energy to the different chip card types pen generated.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen dieser beiden Bauarten mög lich, bei denen verschiedene Signalübertragungsschaltungen jeweils für den Daten/Energieaustausch mit mehreren ähnlichen Chipkartentypen vorgese hen sind.Of course, combinations of these two types are also possible Lich, in which different signal transmission circuits each for the Data / energy exchange with several similar chip card types hen are.
Der Computer für die externe Steuerung des Datenaustauschs mit der Chipkarte kann für unterschiedliche Verwendungszwecke unterschiedliche Programm-Module umfassen. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer einzigen Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl die Buchungsvorgänge in Verbindung mit Scheckkarten oder Kreditkarten als auch die Datenerfassungsvorgänge in Verbindung mit Kundenkarten, bei spielsweise den Vielflieger-Karten der Fluggesellschaften, durchzuführen.The computer for external control of data exchange with the Chip card can be different for different uses Program modules include. In this way it is possible with one single device according to the inventive method both the Booking processes in connection with credit cards or credit cards as also the data acquisition processes in connection with customer cards for example, the frequent flyer cards of the airlines.
Alternativ kann ein einheitliches, für alle Datenaustauschvorgänge und damit verbundene Buchungsvorgänge oder sonstige externe Datenverarbei tungsvorgänge geeignetes Computerprogramm eingesetzt werden, das mit einer einzigen Bildschirmmaske für den Benutzer den Datenaustausch mit allen unterschiedlichen Chipkartentypen steuert. Auch hier sind kombinierte Lösungen möglich, bei denen mehrere Programm-Module vorgesehen sind, die jeweils den Datenaustausch mit einer Gruppe gleichartiger Chipkartenty pen steuert.Alternatively, a uniform, for all data exchange processes and related booking processes or other external data processing suitable computer program used with a single screen mask for the user to exchange data with controls all different types of chip cards. Here too are combined Solutions possible in which several program modules are provided each exchanging data with a group of identical chip cards pen controls.
Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen und aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Zeichnun gen zeigen inFurther features and advantages of the invention emerge from the sub claims and from the following drawing description. The drawing gen show in
Fig. 1 die schematische Darstellung einer kontaktlosen Chipkarte, Fig. 1 is a schematic representation of a contactless IC card,
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Datenaustauschverfahrens, Fig. 2 is a schematic representation of a plant for performing the data exchange process according to the invention,
Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches die Verfahrensschritte einer Aus führungsform des Datenaustauschverfahrens zeigt, Fig. 3 is a flow diagram implementing the method steps form an off showing the data exchange process,
Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches die Verfahrensschritte einer alter nativen Ausführungsform des Datenaustauschprogramms zeigt, Fig. 4 is a flowchart showing the method steps of an old native embodiment of the data exchange program,
Fig. 5 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Datenaustauschverfahrens und Fig. 5 is a simplified block diagram of a first embodiment of a device for performing the data exchange process according to the invention and
Fig. 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer weiteren Ausführungs form einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge mäßen Datenaustauschverfahrens. Fig. 6 is a simplified block diagram of a further embodiment of an apparatus for performing the data exchange method according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer üblichen kontaktlosen Chip karte 1, auch Smartcard genannt. Auf der Chipkarte 1 ist ein zentraler Prozessor 2 (CPU) angeordnet, auf dem ein Datenverarbeitungsprogramm abläuft, das in einer permanenten Speichereinheit 3 (ROM) abgespeichert ist. Die Datenübertragung zwischen CPU 2 und ROM 3 erfolgt über einen Datenbus 4. Weiterhin weist die Chipkarte 1 einen RAM 5, das heißt einen Datenspeicher für den freien Datenzugriff, auf. Da übliche RAM-Bausteine nur bei einer anliegenden Versorgungsspannung die in ihren Registern gespeicherten Daten erhalten, die Chipkarte jedoch auch ohne Versorgungs spannung die auf ihr gespeicherten Informationen erhalten soll, wird vor zugsweise als RAM-Baustein 5 ein elektronisch löschbarer Permanentspei cher EEPROM oder FRAM verwendet. Fig. 1 shows schematically the structure of a conventional contactless chip card 1 , also called a smart card. A central processor 2 (CPU) is arranged on the chip card 1 , on which a data processing program runs, which is stored in a permanent memory unit 3 (ROM). The data transfer between CPU 2 and ROM 3 takes place via a data bus 4 . Furthermore, the chip card 1 has a RAM 5 , that is to say a data memory for free data access. Since conventional RAM modules only receive the data stored in their registers when there is a supply voltage, but the chip card should also receive the information stored on it without supply voltage, an electronically erasable permanent memory EEPROM or FRAM is preferably used as RAM module 5 .
Weiterhin ist auf der Chipkarte eine Eingabe/Ausgabesteuerschaltung 6 angeordnet, welche über ein RF-Modul 25 (Modul zur Erzeugung von Signalen im Bereich der Radiofrequenzen = RF) mit einem Antennen schwingkreis 7 verbunden ist, dessen Induktivität die Kartenantenne 8 bildet. Die elektromagnetischen Signale werden zwischen der Kartenantenne 8 und einer externen Hauptantenne 9 ausgetauscht. Die Eingabe/Ausgabe steuerschaltung 6 wandelt die von der Kartenantenne 8 empfangenen und über das RF-Modul 25 demodulierten elektromagnetischen Signale in digita le Signale um und führt sie der CPU 2 zu. Darüber hinaus wandelt die Ein gabe/Ausgabesteuerschaltung 6 mit dem RF-Modul 25 digitale Signale der CPU 2 in RF-Signale um, welche über den Antennenschwingkreis 7 und die Kartenantenne 8 ausgesendet und zur Hauptantenne 9 übertragen werden.Furthermore, an input / output control circuit 6 is arranged on the chip card, which is connected via an RF module 25 (module for generating signals in the range of radio frequencies = RF) to an antenna resonant circuit 7 , the inductance of which forms the card antenna 8 . The electromagnetic signals are exchanged between the card antenna 8 and an external main antenna 9 . The input / output control circuit 6 converts the electromagnetic signals received from the card antenna 8 and demodulated via the RF module 25 into digital signals and feeds them to the CPU 2 . In addition, the input / output control circuit 6 with the RF module 25 converts digital signals from the CPU 2 into RF signals, which are transmitted via the antenna resonant circuit 7 and the card antenna 8 and transmitted to the main antenna 9 .
Als Energiespeicher 10 kann auf der Chipkarte 1 eine Batterie angeordnet sein. Vorteilhafterweise wird als Energiespeicher 10 ein Kondensator verwendet, dem über die Eingabe/Ausgabesteuerschaltung Energie zugeführt wird, welche von der Hauptantenne 9 über die Kartenantenne 8 induktiv in den Antennenschwingkreis 7 eingespeist wird. Auf diese Weise entfällt auf der Chipkarte die Batterie mit kurzer Lebensdauer, und die Chipkarte 1 ist über einen langen Zeitraum verwendbar.A battery can be arranged on the chip card 1 as the energy store 10 . A capacitor is advantageously used as the energy store 10 , to which energy is supplied via the input / output control circuit and which is fed inductively into the antenna resonant circuit 7 from the main antenna 9 via the card antenna 8 . In this way, the battery with a short lifespan is eliminated on the chip card, and the chip card 1 can be used over a long period of time.
Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Daten austausches mit der in Fig. 1 dargestellten Chipkarte 1. Sie umfaßt einen Computer 11, der über einen Datenbus 12 mit einem Controller 13 ver bunden ist. An den Controller 13 sind über Antennenkabel 14 mehrere, im vorliegenden Fall drei Hauptantennen 15, 16, 17 angeschlossen. Die Haupt antennen 15, 16, 17 sind als Leiterschleifen mit unterschiedlichen Längen auf einer gemeinsamen Antennenplatte 18 angeordnet. Jede der Hauptantennen 15, 16, 17 ist für einen anderen Frequenzbereich ausgelegt. FIG. 2 schematically shows a device for carrying out the data exchange with the chip card 1 shown in FIG. 1 . It comprises a computer 11 which is connected to a controller 13 via a data bus 12 . Several, in the present case three main antennas 15 , 16 , 17 are connected to the controller 13 via antenna cables 14 . The main antennas 15 , 16 , 17 are arranged as conductor loops with different lengths on a common antenna plate 18 . Each of the main antennas 15 , 16 , 17 is designed for a different frequency range.
Die in Fig. 2 dargestellte räumliche Anordnung der Hauptantennen 15, 16, 17 ist beliebig gewählt und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens nicht zwingend notwendig. Jede zur Übertragung von elektromagne tischen Signalen in den unterschiedlichen, durch die verschiedenen Chipkar tentypen definierten Frequenzbereichen geeignete Antenne ist in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar. Anordnungen zur Ver größerung der Übertragungsbereiche und Verbesserung der Übertragungs sicherheit, wie sie z. B. in der oben genannten DE 195 28 445 beschrieben werden, können in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. The spatial arrangement of the main antennas 15 , 16 , 17 shown in FIG. 2 is chosen arbitrarily and is not absolutely necessary for carrying out the method according to the invention. Any antenna suitable for the transmission of electromagnetic signals in the different frequency ranges defined by the different chip card types can be used in connection with the inventive method. Arrangements to enlarge the transmission areas and improve the transmission security, such as. B. described in the above DE 195 28 445 can be used in connection with the inventive method.
In dem Controller 13 ist die Elektronik zur Steuerung und Durchführung des erfindungsgemäßen Datenaustauschverfahrens einschließlich des Ver fahrens zur Identifizierung des vorhandenen Chipkartentyps angeordnet. Der Controller 13 umfaßt unter anderem einen variablen oder mehrere auf bestimmte Frequenzbänder begrenzte Schwingkreise zur Signalübertragung in den unterschiedlichen Frequenzbändern. Darüber hinaus umfaßt er die verschiedenen elektronischen Schaltungen zur Erzeugung und zur Demodu lation und Decodierung der beim Datenaustausch von den unterschiedlichen Chipkartentypen verwendeten elektromagnetischen Signale.The electronics for controlling and executing the data exchange method according to the invention, including the method for identifying the existing chip card type, is arranged in the controller 13 . The controller 13 includes, among other things, a variable or a plurality of resonant circuits limited to specific frequency bands for signal transmission in the different frequency bands. In addition, it comprises the various electronic circuits for generating and for demodulating and decoding the electromagnetic signals used in the data exchange from the different types of chip cards.
Der Controller 13 kann modular aufgebaut sein, so daß gegebenenfalls bei der Einführung neuer Chipkartentypen in den Markt neue elektrische Schal tungen eingefügt werden können, welche zum Datenaustausch mit diesen Chipkartentypen geeignet sind. Von dem Controller 13 werden die beim Datenaustausch mit der Chipkarte 1 erfaßten Daten auf den Computer 11 übertragen, wo sie angezeigt, weiterverarbeitet oder abgespeichert werden. Der Computer 11 erzeugt seinerseits mit einem geeigneten Steuerungs programm Datensätze, welche über den Controller 13 und die Hauptantenne 15, 16, 17 auf die Chipkarte 1 zu übertragen sind. Wie erwähnt, kann ein Steuerungsprogramm zur Steuerung des Datenaustausches mit allen mögli chen Chipkartentypen vorgesehen werden. Wenn die Datenaustauschvor richtung für die Kommunikation mit sehr vielen unterschiedlichen Chipkar tentypen für verschiedenste Verwendungszwecke vorgesehen ist, können unterschiedliche, an die einzelnen Verwendungszwecke angepaßte Steue rungsprogramme in dem Speicher des Computers 11 abgespeichert sein. Nach Identifikation des Chipkartentyps wird dann automatisch das ent sprechende Steuerungsprogramm aktiviert.The controller 13 can be modular, so that new electrical circuits can be inserted into the market if necessary when new chip cards are introduced, which are suitable for data exchange with these chip card types. From the controller 13 , the data recorded during the data exchange with the chip card 1 are transferred to the computer 11 , where they are displayed, further processed or stored. The computer 11 in turn generates data records with a suitable control program, which are to be transmitted to the chip card 1 via the controller 13 and the main antenna 15 , 16 , 17 . As mentioned, a control program for controlling the data exchange with all possible types of chip cards can be provided. If the data exchange device is intended for communication with a very large number of different types of chip cards for a wide variety of uses, different control programs adapted to the individual uses can be stored in the memory of the computer 11 . After identification of the chip card type, the corresponding control program is then automatically activated.
Die Fig. 3 zeigt den das erfindungsgemäße Datenaustauschverfahren charak terisierenden Identifikationsvorgang, bei dem der Chipkartentyp bestimmt wird. Zunächst werden unterschiedliche Energiesignale durch die Hauptan tenne abgesendet. Im vorliegenden Fall sind beispielhaft drei unterschiedli che Energiesignale T(x), T(y) und T(z) dargestellt. Anschließend schaltet der Controller auf Empfang um und nimmt das von der Chipkarte ausge sendete Antwortsignal auf. Das Antwortsignal wird in der oben beschriebe nen Weise analysiert, und es wird ein charakteristisches Merkmal M er mittelt. Das charakteristische Merkmal M kann eine oder mehrere spezifi sche Eigenschaften des Antwortsignals umfassen. Das charakteristische Merkmal M wird in den folgenden drei Verfahrensschritten mit in dem Controller abgespeicherten Merkmalen m(x), m(y), m(z) verglichen. Diese Merkmale m(x), m(y), m(z) sind eindeutig den Chipkartentypen X, Y, Z zugeordnet. Stimmt das bei der Analyse festgestellte charakteristische Merkmal M mit einem der abgespeicherten Merkmale überein, so werden von dem Controller die diesem Chipkartentyp zugeordneten Frequenzen und Datenübertragungsverfahren einschließlich der Signalmodulationsart (z. B. Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Phasenmodulation), ausge wählt. Neben der Form der binären Codierung und dem Datenübertragungs protokoll umfaßt das Datenübertragungsverfahren auch kryptologische Verfahrensschritte zur Verschlüsselung/Entschlüsselung der übertragenen Daten sowie notwendige Informationen zur Durchführung einer Authentisie rung zur Freigabe des Datenaustausches auf der Chipkarte. Fig. 3 shows the identification process characterizing the data exchange method according to the invention, in which the chip card type is determined. First, different energy signals are sent through the main antenna. In the present case, three different energy signals T (x), T (y) and T (z) are shown as examples. The controller then switches over to reception and picks up the response signal sent by the chip card. The response signal is analyzed in the manner described above, and a characteristic feature M is averaged. The characteristic feature M may include one or more specific properties of the response signal. The characteristic feature M is compared in the following three method steps with features m (x), m (y), m (z) stored in the controller. These features m (x), m (y), m (z) are clearly assigned to the chip card types X, Y, Z. If the characteristic M determined during the analysis matches one of the stored characteristics, the controller assigns the frequencies and data transmission methods, including the signal modulation type (e.g. amplitude modulation, frequency modulation, phase modulation) assigned to this type of chip card. In addition to the form of the binary coding and the data transmission protocol, the data transmission method also includes cryptological process steps for encrypting / decrypting the transmitted data and necessary information for carrying out an authentication to enable data exchange on the chip card.
Mit den ausgewählten Frequenzen für die Datenübertragung und/oder den Energieaustausch sowie dem ausgewählten Datenübertragungsverfahren wird die Datenübertragung durchgeführt. Nach Beendigung der Datenübertragung beginnt ein neuer Datenübertragungsvorgang mit der Identifikation des im Übertragungsbereich der Hauptantenne befindlichen neuen Kartentyps. Wenn es nicht möglich ist, einen der bekannten Chipkartentypen durch Übereinstimmung mit einem abgespeicherten Merkmal zu identifizieren, erfolgt eine Fehlermeldung.With the selected frequencies for data transmission and / or Energy exchange as well as the selected data transmission method the data transfer is carried out. After data transfer has ended A new data transfer process begins with the identification of the im Transmission range of the new antenna type located in the main antenna. If it is not possible to use one of the known chip card types Identify correspondence with a stored characteristic, there is an error message.
Die Fig. 4 zeigt ein entsprechendes Verfahren für den Fall, daß es nicht möglich ist, in einem Identifikationsschritt alle identifizierbaren Chipkar tentypen zu überprüfen. Auch hier wird zunächst ein Satz Energiesignale abgesendet, die den Chipkartentypen X, Y, Z zugeordnet sind. Kann in den Vergleichsschritten keiner dieser Chipkartentypen identifiziert werden, so wird ein weiterer Satz Energiesignale abgesendet, der einer Anzahl unter schiedlicher Chipkartentypen zugeordnet ist. Wenn auch hier kein Kartentyp identifiziert werden kann, wiederholt sich der Vorgang so lange, bis die Energiesignale für alle möglichen Chipkartentypen ausgesendet wurden, ohne daß ein Antwortsignal als zu einem bestimmten Chipkartentyp zu gehörig identifiziert werden konnte. Erst in diesem Fall erfolgt die Fehler meldung, und der Controller wird zur Identifikation der nächsten Chipkarte initialisiert. Fig. 4 shows a corresponding method in the event that it is not possible to check all identifiable chip card types in one identification step. Here, too, a set of energy signals is initially sent, which are assigned to the chip card types X, Y, Z. If none of these chip card types can be identified in the comparison steps, a further set of energy signals is sent, which is assigned to a number of different chip card types. If no card type can be identified here either, the process is repeated until the energy signals for all possible chip card types have been sent out without a response signal being identified as belonging to a specific chip card type. Only in this case does the error message appear and the controller is initialized to identify the next chip card.
Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei alternative Ausführungsformen des Control lers 13. In Fig. 5 ist der Controller 13, in dessen elektronischen Bauteilen die notwendige Analyse- und Steuerungssoftware abgespeichert ist, mit verschiedenen Signalübertragungsschaltungen (I, II, III) 21, 22, 23 versehen, welche jeweils für die Modulation/Demodulation der Signale für einen bestimmten Chipkartentyp geeignet sind. Jeder Signalübertragungsschaltung 21, 22, 23 ist eine andere Hauptantenne 15, 16, 17 zugeordnet. Die Signal übertragungsschaltungen 21, 22, 23 werden von einer Steuerschaltung 24 zur Durchführung eines der in den Fig. 3 und 4 erläuterten Verfahren ausgewählt. Nach der Identifikation des Chipkartentyps ist lediglich die korrespondierende Signalübertragungsschaltung 21, 22 bzw. 23 und die damit verbundene Hauptantenne 15, 16 bzw. 17 aktiviert. FIGS. 5 and 6 show two alternative embodiments of the control coupler. 13 In Fig. 5, the controller 13 , in the electronic components of which the necessary analysis and control software is stored, is provided with various signal transmission circuits (I, II, III) 21 , 22 , 23 , each for the modulation / demodulation of the signals for one certain chip card types are suitable. A different main antenna 15 , 16 , 17 is assigned to each signal transmission circuit 21 , 22 , 23 . The signal transmission circuits 21 , 22 , 23 are selected by a control circuit 24 for carrying out one of the methods explained in FIGS. 3 and 4. After identification of the chip card type, only the corresponding signal transmission circuit 21 , 22 or 23 and the main antenna 15 , 16 or 17 connected to it are activated.
Dagegen umfaßt der in Fig. 6 dargestellte Controller 13 einen digital einstellbaren RF-Signalgenerator 19, der zur Erzeugung beliebiger Hoch frequenzsignale geeignet ist. Der RF-Signalgenerator 19 ist mit einer Hauptantenne 20 gekoppelt, die zum Absenden elektromagnetischer RF-Signale in sämtlichen Frequenzbändern geeignet ist, die von den unter schiedlichen Chipkartentypen genutzt werden. In contrast, the controller 13 shown in Fig. 6 comprises a digitally adjustable RF signal generator 19 which is suitable for generating any high frequency signals. The RF signal generator 19 is coupled to a main antenna 20 which is suitable for sending electromagnetic RF signals in all frequency bands that are used by the different types of chip cards.
Es kann auch ein kombinierter Controller verwendet werden, der einerseits Signalübertragungsschaltungen für die Kommunikation mit bestimmten Chipkartentypen gemäß der Fig. 5 und andererseits mindestens eine variable Signalübertragungsschaltung zur Anpassung an mehrere unterschiedliche Chipkartentypen gemäß Fig. 6 aufweist.A combined controller can also be used, which on the one hand has signal transmission circuits for communication with certain chip card types according to FIG. 5 and on the other hand at least one variable signal transmission circuit for adapting to several different chip card types according to FIG. 6.
In der Beschreibung und den Patentansprüchen wird eine Vielzahl von Funktionen dem Controller zugeordnet. Es ist für den Fachmann offen sichtlich, daß diese Funktionen und Verfahrensschritte ebenfalls dem Com puter zur Steuerung des Controllers zugeordnet werden können, da dieser mit dem Controller über einen Datenbus verbunden ist. Ebenfalls ist es möglich, einige in Verbindung mit dem Computer angesprochene Funktio nen in den Controller aufzunehmen. Schließlich ist es möglich, den Control ler in den Computer zu integrieren bzw. den Computer und/oder den Con troller in mehrere Module aufzuteilen, ohne Offenbarungsgehalt oder Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen. In the description and the claims, a variety of Functions assigned to the controller. It is open to the expert obvious that these functions and procedural steps also the Com can be assigned to control the controller, since this is connected to the controller via a data bus. It is also possible some functions mentioned in connection with the computer into the controller. Finally, it is possible to use the control ler to integrate into the computer or the computer and / or the Con to split the troller into several modules without any disclosure content or Leave the scope of protection of the claims.
11
Chipkarte
Smart card
22nd
zentraler Prozessor CPU
central processor CPU
33rd
Festspeicher ROM
ROM memory
44th
Datenbus
Data bus
55
frei zugreifbarer Speicher RAM
freely accessible memory RAM
66
Eingabe/Ausgabesteuerschaltung
Input / output control circuit
77
Antennenschwingkreis
Antenna resonant circuit
88th
Kartenantenne
Card antenna
99
Hauptantenne
Main antenna
1010th
Energiespeicher
Energy storage
1111
Computer
computer
1212th
Datenbus
Data bus
1313
Controller
Controller
1414
Antennenkabel
Antenna cable
1515
Hauptantenne
Main antenna
1616
Hauptantenne
Main antenna
1717th
Hauptantenne
Main antenna
1818th
Antennenplatte
Antenna plate
1919th
digitaler RF-Signalgenerator
digital RF signal generator
2020th
Hauptantenne
Main antenna
2121
Signalübertragungsschaltung
Signal transmission circuit
2222
Signalübertragungsschaltung
Signal transmission circuit
2323
Signalübertragungsschaltung
Signal transmission circuit
2424th
Steuerschaltung
Control circuit
2525th
RF-Modul
RF module
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997114068 DE19714068A1 (en) | 1997-04-05 | 1997-04-05 | Read/write method for smart card |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997114068 DE19714068A1 (en) | 1997-04-05 | 1997-04-05 | Read/write method for smart card |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=7825524
Family Applications (1)
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1997
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