DE102005058041A1

DE102005058041A1 - Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems sowie Zugangssicherungssystem

Info

Publication number: DE102005058041A1
Application number: DE200510058041
Authority: DE
Inventors: Lutz Wunderlich; Michael Wleklinski
Original assignee: IMST GmbH
Current assignee: IMST GmbH
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, inbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem mindestens eine Objektstation (2) mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit (4) an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt (15) und mindestens eine von einem befugten Benutzer (17) mitführbare Mobilstation (3) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit (5) aufweist, wobei die Objektstation (2) und die Mobilstation (3) zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind, und sieht in einer ersten Variante folgende Verfahrensschritte vor: Die eine Sende- und Empfangseinheit (4, 5) sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus, die weitere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) empfängt das ausgesendete erste Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke, die weitere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) sendet ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, welches die ermittelte Empfangsstärke beinhaltet, die eine Sende- und Empfangseinheit (4) empfängt das ausgesendete zweite Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke, die Empfangsstärke des ersten Signals wird mit der Empfangsstärke des zweiten Signals in Beziehung gesetzt und die Zugangsberechtigung festgestellt, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als ein vorgegebener Wert unterscheiden. Die Erfindung sieht in einer zweiten Variante folgende Verfahrensschritte vor: Die eine Sende- und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem eine Objektstation mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt und eine von einem befugten Benutzer mitführbare Mobilstation mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit aufweist, wobei die Objektstation und die Mobilstation zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind; sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung für ein Zugangssicherungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Gegenwärtig eingesetzte passive Zugangssysteme wie z.B. PKE-Systeme (Passive Keyless Entry System) bestehen aus einer Steuereinheit mit einem damit verbundenen Transceiver als Sendeempfänger und mindestens einem Schlüssel zum Vorgeben einer ID zur Authentifizierung einer zugangsberechtigten Person. Befindet sich die zugangsberechtigte Person mit dem Schlüssel in der Nähe einer gegenüber einem unbefugten Zugang zu sichernden Tür und versucht die Tür zu öffnen, so tauschen die Steuereinheit und der Schlüssel bzw. der ID-Geber Daten aus, die zu einer sicheren Authentifizierung mit geeigneten Algorithmen verschlüsselt sind. Bei hinreichend sicheren Algorithmen ist dann ein Entriegeln der Tür nur durch den mitgeführten, gültigen Schlüssel möglich.

DE 199 57 536 A1 offenbart ein Diebstahlschutzsystem für ein Kraftfahrzeug, welches eine Sende- und Empfangseinheit aufweist, die Radarsignale breitbandig moduliert aussendet und daraufhin auf Echosignale wartet. Ein Codegeber, der ein Radarsignal empfängt, sendet seinerseits ein zusätzlich moduliertes und codiertes Signal zurück und eine Auswerteeinheit analysiert alle empfangenen Echosignale einerseits nach einer Berechtigung des Codegebers und andererseits hinsichtlich der Entfernung zwischen Codegeber und Sende- und Empfangseinheit, wobei das Laufzeitverhalten der Echosignale in der Laufstrecke herangezogen wird, um die Entfernung zwischen dem Codegeber und dem Kraftfahrzeug zu ermitteln.

DE 103 37 512 offenbart ein weiteres Verfahren zur Abstandsmessung für berührungslose Zutrittsberechtigungssysteme, wobei die Messung des Abstandes über die Bestimmung der Phasenverschiebung eines Messsignals nach Durchlauf der Funkstrecke erfolgt.

DE 100 05 558 betrifft eine Vorrichtung zur Datenübertragung in einem Kraftfahrzeug.

DE 103 50 081 offenbart eine Anordnung zur Messung der Distanz zwischen Funkpartnern in drahtlos arbeitenden Zugangssystemen zur Abwehr von Bypassangriffen.

DE 100 13 542 offenbart eine Anordnung für ein Zugangssicherungssystem, bei dem unbefugte Öffnungsversuche des Fahrzeugs durch einen Vergleich der Positionsinformation über die Objektstation mit der Positionsinformation über den Schlüssel abgewehrt werden.

Die bekannten auf einer Positionsmessung basierten Ansätze können zwar in vielen Fällen Angriffe durch Relais-Funkanlagen abwehren, wenn sich die zugangsberechtigte Person hinreichend weit weg von der zu sichernden Tür aufhält, doch sind Positionsmessungen nicht unproblematisch und – insbesondere bei unübersichtlichen Bedingungen wie z.B. in Parkhäusern – kann nicht mit der gebotenen Sicherheit ausgeschlossen werden, dass nicht doch ein unbefugter Zugang erfolgt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems sowie eine Anordnung für ein Zugangssicherungssystem anzugeben, wodurch auf eine einfache und preiswerte Weise ein hohes Maß an Sicherheit bei drahtlosen Zugangssicherungssystemen gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahren und die Anordnungen wie in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen angegeben, gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen, welche jeweils einzeln angewandt oder in geeigneter Weise beliebig miteinander kombiniert werden können, sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem mindestens eine Objektstation mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt und mindestens eine von einem befugten Benutzer mitführbare Mobilstation mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit aufweist, wobei die Objektstation und die Mobilstation zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind, umfasst in einer ersten Variante der Erfindung folgende Verfahrensschritte:
Die eine Sende- und Empfangseinheit sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus; die weitere Sende- und Empfangseinheit empfängt das ausgesendete erste Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke; die weitere Sende- und Empfangseinheit sendet ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, welches die ermittelte Empfangsstärke beinhaltet; die erste Sende- und Empfangseinheit empfängt das ausgesendete zweite Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke; die Empfangsstärke des ersten Signals wird mit der Empfangsstärke des zweiten Signals in Beziehung gesetzt und die Zugangsberechtigung festgestellt, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als ein vorgegebener Wert unterscheiden.

Die Erfindung kann allgemein im Zusammenhang mit Schließsystemen eingesetzt werden. Das Zugangssicherungssystem kann insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz gelangen. Im Prinzip ist es jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Anwendungsgebieten wie z.B. mit einer Sicherung von Haus- oder Gebäudetüren anwendbar. Das Objekt kann unter anderem ein Kraftfahrzeug, eine Gebäudetür, ein Sicherheitsbereich oder ein Computer sein.

Die ersten und zweiten Sende- und Empfangseinheiten sind sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Signalen eingerichtet. Die eine Sende- und Empfangseinheit kann die erste Sende- und Empfangseinheit oder die zweite Sende- und Empfangseinheit sein. Ist die eine Sende- und Empfangseinheit die erste Sen de- und Empfangseinheit, so ist die weitere Sende- und Empfangseinheit die zweite Sende- und Empfangseinheit und umgekehrt.

Das von der einen Sende- und Empfangseinheit ausgesendete erste Signal wird von der weiteren Sende- und Empfangseinheit empfangen, wobei an der weiteren Sende- und Empfangseinheit die Empfangsstärke des empfangenen ausgesendeten ersten Signals bestimmt wird. Die weitere Sende- und Empfangseinheit antwortet auf den Empfang des ausgesendeten ersten Signals, indem es das zweite Signal aussendet. Das zweite Signal enthält die Information über die an der weiteren Sende- und Empfangseinheit ermittelte Empfangsstärke des ersten Signals. Das ausgesendete zweite Signal wird dann von der einen Sende- von der einen Sende- und Empfangseinheit empfangen. Das empfangene zweite Signal wird wiederum hinsichtlich der Empfangsstärke ausgewertet, d.h. die eine Sende- und Empfangseinheit bestimmt die Empfangsstärke des empfangenen zweiten Signals. Anschließend wird aus dem empfangenen zweiten Signal die an der weiteren Sende- und Empfangseinheit ermittelte Empfangsstärke des ersten Signals extrahiert und mit der an der einen Sende- und Empfangseinheit ermittelten Empfangsstärke des zweiten Signals verglichen. Hierbei kann der Vergleich durch Quotientenbildung der linearen Signale oder durch Differenzbildung der logarithmierten Signale oder durch eine einfache Differenzbildung der linearen Signale oder auch anders erfolgen. Der Unterschied der beiden Empfangsstärken wird so quantifiziert und wird mit einem vorgegebenen Wert verglichen und die Zugangsberechtigung wird festgestellt, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als der vorgegebene Wert unterscheiden.

Unter dem Begriff Empfangsstärke wird insbesondere eine mittlere Leistung des Signals, die Amplitudenwerte des Signals, die Spitzenwerte oder anders definierte Intensitätswerte verstanden.

Die Objektstation befindet sich insbesondere an dem zu sichernden Objekt. Die Objektstation ist insbesondere durch eine Drahtverbindung mit einem Schließsystem an dem Objekt verbunden, so dass die Objektstation in der Regel mit dem zu sichernden Objekt verbunden ist. Dieses schließt nicht aus, dass die Objektstation zusammen mit dem Objekt mobil sein kann. Zu einem Objekt können mehrere oder viele Mobilstationen zugeordnet sein.

Die erste Sende- und Empfangseinheit und die zweite Sende- und Empfangseinheit kommunizieren über eine drahtlose Verbindung. Nach erfolgter Feststellung der Zugangsberechtigung wird der Zugang zum Objekt gewährt. Insbesondere kann ein Schloss geöffnet bzw. ein Computersystem entsichert werden. Für die drahtlose Verbindung können insbesondere Frequenzen in einem Bereich von 400 MHz bis 500 MHz oder in einem Bereich von 800 MHz bis 900 MHz oder darüber verwendet werden. Vorteilhafterweise ist die eine Sende- und Empfangseinheit die erste Sende- und Empfangseinheit an der Objektstation. Das erste und das zweite Signal können im Wesentlichen zeitlich gleich lang sein.

Vorteilhafterweise wird eine Zugangsberechtigung festgestellt, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als 3 dB, insbesondere weniger als 2 dB, vorzugsweise weniger als 1 dB, unterscheiden. Durch den Abgleich der beiden Empfangsstärken kann festgestellt werden, ob eine Relais-Funkanlage zur Manipulation des Zugangssicherungssystems vorliegt. Es kann jedoch auch unter Umständen auch ausreichen, eine Zugangsberechtigung festzustellen, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als 10 dB, insbesondere um weniger als 5 dB, unterscheiden.

Bei dem Verfahren sind präzise Laufzeit- und Entfernungsmessungen nicht mehr erforderlich. In einer vorteilhaften Weise können bei einer geeigneten Anpassung die bei drahtlosen Zugangssicherungssystem meist ohnehin vorhandenen Bauteile verwendet werden, ohne dass zusätzliche Baugruppen erforderlich sind.

Aufgrund des Reziprozitätstheorems würde eine manipulative Relais-Funkanlage in der Regel zu einer Asymmetrie in der Funkübertragungsstrecke führen, welche sich in einer Abweichung der Empfangsstärke des ersten Signals von der Empfangsstärke des zweiten Signals manifestieren würde.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem mindestens eine Objektstation mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt und mindestens eine von einem befugten Benutzer mitführbare Mobilstation mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit aufweist, wobei die Objektstation und die Mobilstation zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind, sieht in einer zweiten Variante, welche unabhängig von der ersten Variante oder in Kombination mit der ersten Variante angewandt werden kann, folgende Verfahrensschritte vor:
Die eine Sende- und Empfangseinheit sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus; die andere Sende- und Empfangseinheit empfängt das ausgesendete erste Signal und sendet daraufhin ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus; und die eine Sende- und Empfangseinheit empfängt das ausgesendete zweite Signal; wobei die eine Sende- und Empfangseinheit die Zeitdauer ermittelt, die ab dem Zeitpunkt des Aussendens des ersten Signals bis zu dem Zeitpunkt des Empfangs des zweiten Signals verstreicht, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsberechtigung festgestellt wird, wenn die Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls liegt, insbesondere die Zeitdauer größer als das (2n)-fache der Summe der ersten und der zweiten zeitlichen Länge und kleiner als das (2n + 2)-fache der Summe der ersten und der zweiten zeitlichen Länge ist, wobei n eine ganze Zahl ≥ 0 ist.

Mit Hilfe dieser Zeitmessung wird kein Abstand zwischen der Objektstation und der Sendestation ermittelt, sondern vielmehr festgestellt, ob die Antwort der weiteren Sende- und Empfangseinheit auf das Aussenden des ersten Signals von der einen Sende- und Empfangseinheit innerhalb eines vorgesehenen Zeitfensters geschieht. Im Gegensatz zu Positionsmessungen, wo Phasenlagen von Signalen miteinander verglichen werden und eine Zeitauflösung unterhalb von einer μsec erforderlich ist, ist bei dieser Zeitmessung üblicherweise eine Zeitauflösung in einem Bereich von 0,01 Millisekunden bis 10 Millisekunden in der Regel vollkommen ausreichend. Mit Hilfe des Zeitfensters kann festgestellt werden, ob eine manipulative Relais-Station zwischengeschaltet ist, da jene aufgrund ihrer Signalverarbeitungszeit zu einem Zeitversatz von mindestens 2 x der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge führt. Anhand des Zeitfensters kann die Anwesenheit einer manipulativen Relais-Station festgestellt werden, da das von der einen Sende- und Empfangseinheit ausgesendete Signal sowie das von der weiteren Sende- und Empfangseinheit zurückgesendete zweite Signal von der manipulativen Relais-Station jeweils zunächst empfangen und anschließend weitergeleitet werden muss.

In der Regel liegen die erste und die zweite Zeitdauer in einem Bereich von 0,5 Millisekunden bis 5 Millisekunden, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 Millisekunde und 3 Millisekunden. Die erste und die zweite Zeitdauer können in etwa gleich lang sein.

Vorteilhafterweise ist die Zahl n gleich Null. Sollte das Zugangssicherungssystem selbst über eigene Relais-Stationen bzw. Repeater-Stationen verfügen, kann dieses mit Hilfe der positiven ganzen Zahl n größer als 0 berücksichtigt werden. Durch eine geeignete Wahl des Zeitfensters kann eine Zuschaltung einer manipulativen Relais-Station zu den im Zugangssicherungssystem bereits vorgesehenen Relais-Stationen eindeutig erkannt werden.

Vorteilhafterweise weist das Zugangssicherungssystem zusätzlich eine Einrichtung auf, mit der erkannt werden kann, dass sich eine manipulative Relais-Station ins Zugangssicherheitssystem einloggen möchte. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich jede Relais-Station in dem Zugangssicherungssystem selbst authentifizieren muss.

Vorteilhafterweise wird die erste Variante der Erfindung in Kombination mit der zweiten Variante der Erfindung angewandt.

Vorteilhafterweise werden das erste Signal und/oder das zweite Signal kryptographisch verschlüsselt.

Der erste und/oder die zweite Sende- und Empfangsstation sind insbesondere duplexfähig. Sie sind insbesondere in der Lage, gleichzeitig sowohl zu senden als auch zu empfangen. Die Duplexfähigkeit kann dadurch bewirkt werden, dass die Signale zeit-, frequenz- und/oder codemultiplext werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung für ein Zugangssicherungssystem in der ersten Variante der Erfindung umfasst mindestens eine Objektstation mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt und mindestens eine von einem befugten Benutzer mitführbare Mobilstation mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit, wobei die Objektstation und die Mobilstation zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind und die eine Sende- und Empfangseinheit ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge senden und ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge empfangen und die weitere Sende- und Empfangseinheit das erste Signal empfangen und das zweite Signal senden kann, wobei ein erster Detektor zur Ermittlung einer Empfangsstärke an der ersten Sende- und Empfangseinheit, ein zweiter Detektor zur Ermittlung einer Empfangsstärke an der zweiten Sende- und Empfangseinheit, eine Vergleichseinheit zum Vergleichen der an der ersten Sende- und Empfangseinheit ermittelten Empfangsstärke mit der an der zweiten Sende- und Empfangseinheit ermittelten Empfangsstärke, und eine Zugangsfeststellungseinheit, durch welche die Zugangsberechtigung feststellbar ist, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als ein vorgegebener Wert unterscheiden, vorgesehen ist.

Durch den Vergleich der jeweiligen Empfangsstärken an der ersten bzw. zweiten Sende- und Empfangseinheit können manipulative Relais-Stationen erkannt werden, da diese in der Regel zu einer Asymmetrie bei der Hin- und Rückrichtung führen, da sie in der Regel für die Hin- und für die Rückrichtung unterschiedliche Verstärker bzw. Antennen bzw. Orte für die Antennen benötigen. Nach dem Reziprozitätstheorem müssen jedoch die jeweils empfangenen Empfangsstärken der jeweiligen Signale für die Hin- und für die Rückrichtung identisch sein. Sobald sich die beiden Empfangsstärken um mehr als 10 dB, insbesondere mehr als 5 dB, vorzugsweise mehr als 3 dB, beispielsweise mehr als 2 dB, insbesondere beispielsweise mehr als 1 dB, unterscheiden, wird ein Zugang nicht autorisiert.

Die erfindungsgemäße Anordnung für ein Zugangssicherungssystem in der zweiten Variante der Erfindung umfasst mindestens eine Objektstation mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt und mindestens eine von einem befugten Benutzer mitführbare Mobilstation mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit, wobei die Objektstation und die Mobilstation zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind und die eine Sende- und Empfangseinheit ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge senden und ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge empfangen und die weitere Sende- und Empfangseinheit das erste Signal empfangen und das zweite Signal senden kann, und sieht eine Zeitermittlungseinheit zur Ermittlung der Zeitdauer zwischen dem Aussenden des ersten Signals und dem Empfangen des zweiten Signals und eine Zugangsfeststellungseinheit, durch welche die Zugangsberechtigung feststellbar ist, wenn die Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls liegt, vor.

Hierbei wird die Zugangsberechtigung insbesondere festgestellt, wenn die Zeitdauer innerhalb eines Zeitintervalls von dem (2n)-fachen der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge ab Aussenden des ersten Signals und bis zu dem (2n + 2)-fachen der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge ab Aussenden des ersten Signals liegt, wobei n eine ganz Zahl ≥ 0 ist.

Vorteilhafterweise wird die erste Variante der Erfindung kombiniert mit der zweiten Variante der Erfindung.

Die Anordnung weist insbesondere eine Kryptographiereinheit zur kryptographischen Verschlüsselung des ersten Signals und/oder des zweiten Signals. Durch die Kryptographiereinheit können die jeweiligen Signale verschlüsselt bzw. entschlüsselt werden.

Vorteilhafterweise ist die erste Sende- und Empfangsstation die zweite Sende- und Empfangsstation duplexfähig. Durch eine Duplexfähigkeit kann die Sicherheit weiterhin gesteigert werden, da durch sie der Grad der Komplexität einer manipulativen Relais-Station für ein erfolgreiches Manipulieren weiter gesteigert wird.

Vorteilhafterweise weist die Anordnung einen Zeitmultiplexer, einen Frequenzmultiplexer und/oder einen Codemultiplexer zum Multiplexen bzw. Demultiplexen des ersten und/oder zweiten Signals auf. Mit Hilfe des Zeit-, Frequenz- und/oder Codemultiplexer kann die Duplexfähigkeit der Sende- und Empfangsstation erzeugt werden.

Das Objekt ist vorteilhafterweise ein Kraftfahrzeug. Es kann jedoch auch eine Immobilie wie z.B. ein Haus oder ein Gebäude, ein portables Gerät, wie z.B. ein Computer, Labtop, Handy usw. sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie ist insbesondere hierfür bestimmt.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnungen kann auf einfache und preiswerte Weise eine sehr effiziente und zuverlässige Feststellung eines berechtigten bzw. befugten Zugangs erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Objektstation ist eingerichtet zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die erfindungsgemäße Mobilstation ist eingerichtet zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die Objektstation und die Mobilstation sind insbesondere eingerichtet und bestimmt zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Weiterbildungen, welche in geeigneter Weise beliebig miteinander kombiniert werden können, werden anhand der folgenden Zeichnung, welche die Erfindung nicht einschränken, sondern lediglich exemplarisch illustrieren soll, näher erläutert.

Es zeigen schematisch:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung; und

2 ein Anwendungsbeispiel mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einer Objektstation 2 und einer Mobilstation 3, die über eine drahtlose Verbindung 16 bidirektional miteinander kommunizieren. Die Objektstation weist neben einer zentralen ersten Steuereinheit 18 folgende damit verbundene Komponenten auf:
Eine erste Sende- und Empfangseinheit zum Senden eines ersten Signals an die Mobilstation 3 und zum Empfangen eines zweiten Signals von der mobilen Station 3, einen ersten Detektor 2 zur Ermittlungsstärke des von der Mobilstation 3 erhaltenen zweiten Signals, eine Kryptographiereinheit 11 zur Verschlüsselung und Entschlüsselung des bzw. der über die drahtlose Verbindung 6 übermittelten Signale, einen Zeitmultiplexer 12, einen Frequenzmultiplexer 13 und einen Codemultiplexer 14 zum Multiplexen bzw. Demultiplexen der über die drahtlose Verbindung 6 übermittelten Signale.
Die Mobilstation 3 weist neben der zentralen zweiten Steuereinheit 19 folgende damit verbundene Komponenten auf:
Eine zweite Sende- und Empfangseinheit 5 zum Senden eines zweiten Signals an die Objektstation 2 und zum Empfangen des ersten Signals von der Objektstation 2, einen zweiten Detektor 7 zum Feststellen der Empfangsstärke des von der Objektstation 2 empfangenen ersten Signals, eine Kryptographiereinheit 11 zum Verschlüsseln bzw. Entschlüsseln der über die drahtlose Verbindung 16 übermittelten Signale, einen Zeitmultiplexer 12, einen Frequenzmultiplexer 13 und einen Codemultiplexer 14 zum Multiplexen und Demultiplexen der über die drahtlose Verbindung 16 übermittelten Signale.
Zunächst sendet die Objektstation 2 ein erstes Signal an die Mobilstation 3 aus, welches dieses erste Signal empfängt und dessen Empfangsstärke, insbesondere die mittlere Leistung bzw. Intensität, mit Hilfe des zweiten Detektors 7 bestimmt. Anschließend bildet die Mobilstation 3 ein zweites Signal, in welches die Information über die Empfangsstärke eingefügt wird, und sendet dieses zweite Signal über die drahtlose Verbindung 6 zurück an die Objektstation. An der Objektstation 2 wird anschließend die Empfangsstärke des empfangenen zweiten Signals mit Hilfe eines ersten Detektors bestimmt. Anschließend wird die Empfangsstärke des ersten Signals mit der Empfangsstärke des zweiten Signals durch eine Vergleichseinheit 8 verglichen. Mit Hilfe einer Zeitermittlungseinheit 9 wird die Zeit gemessen, wie lange es dauert, bis die Antwort der Mobilstation 3 auf das Aussenden des ersten Signals von der Objektstation 2 zurückkommt. Weichen die Empfangsstärken um weniger als 2 dB voneinander ab und liegt die Zeitdauer für den Erhalt des zur Objektstation zurückgesendeten zweiten Signals in einem vorgegebenen Zeitintervall, beispielsweise zwischen 3 und 5 Millisekunden, so stellt eine Zugangsfeststellungseinheit 10 den berechtigten Zugang fest.
2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in einem Anwendungsfall, wobei die Objektstation 2 an einem als Kraftfahrzeug ausgestalteten Objekt 15 vorgesehen ist und ein Benutzer 17 die Mobilstation 3 als elektronische Karte mit sich herumführt. Sobald sich der Benutzer 17 dem Objekt 15 nähert und er den Türgriff betätigt, wird die Tür mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung 1 freigeschaltet.
Der im Fahrzeug befindliche Transceiver strahlt ein Funksignal über die dort befindliche Autoantenne mit der Sendeleistung p₂ ab (1). Dieses Signal wird vom Schlüssel über die im Schlüssel befindliche Antenne empfangen. Der Schlüssel misst die Empfangsleistung des Signals mit dem Empfängerteil seines Transceivers. Die dort gemessene Empfangsleistung p_e berechnet sich wie folgt: pe = ps·g1·a1·g2 wobei g₁ der Gewinn der Autoantenne, g₂ der Gewinn der Schlüsselantenne und a₁ die Streckendämpfung ist.
Das Messergebnis wird nun wiederum in codierter Form vom Schlüssel ausgesendet. Der an der Tür befindliche Transceiver misst nun ebenfalls die Empfangsleistung dieses vom Schlüssel ausgesendeten Signals. Wenn die Sendeleistung des Schlüssels und des Transceivers an der Tür gleich sind, so muss entsprechend dem Reziprozitätstheorem die im Fahrzeug gemessene Leistung gleich der im Schlüssel gemessenen Leistung sein, da die Streckendämpfung und die Antennen gewinne bei hinreichend schnellem Datenaustausch konstant sind. In der Steuereinheit kann der Messwert mit dem codierten Messergebnis des Schlüsselempfängers verglichen werden. Im Regelfall, wenn keine Manipulation durch eine Relaisfunkanlage vorliegt, werden beide Messwerte gleich sein und die Steuerelektronik kann mit der Authentifizierung fortfahren.
Sollte versucht werden, durch Einfügen einer Relaisfunkanlage die Funkstrecke (2) zu verlängern, so wird dies Einfluss auf die Messergebnisse im Schlüssel und im Fahrzeug haben. Die im Schlüssel gemessene Empfangsleistung berechnet sich wie folgt: pe = ps·g1·a2·g3·g7·g4·a4·g2 wobei g_3–6 der jeweilige Gewinn der Relaisstationsantennen, g_7/8 der jeweilige Gewinn der Verstärker in der Relaisfunkstelle, a₂ die Streckendämpfung zwischen Auto und Relaisstation und a₄ die Streckendämpfung zwischen Schlüssel und Relaisstation sind.
Die im Transceiver an der Tür gemessene Empfangsleistung berechnet sich wie folgt: pe = ps·g2·a5·g6·g8·g5·a3·g1 wobei g_3–6 der jeweilige Gewinn der Relaisstationsantennen, g_7/8 der jeweilige Gewinn der Verstärker in der Relaisfunkstelle, a₂ die Streckendämpfung zwischen Auto und Relaisstation, und a₄ die Streckendämpfung zwischen Schlüssel und Relaisstation sind.
Der Vergleich der Empfangsleistungen vom Schlüsselempfänger und vom Transceiver an der Tür wird in diesem Fall nicht gleich ausfallen. Auch wenn die Antennengewinne in der Relaisfunkstelle gleich sein sollten, so werden die Streckendämpfungen auf dem Hin- und Rückweg verschieden sein.
Die Steuereinheit kann durch das Auftreten der Differenz in den beiden Empfangsleistungen einen Manipulationsversuch durch eine Relaisfunkstelle erkennen und gestattet somit nicht das Entriegeln der Tür.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem mindestens eine Objektstation 2 mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit 4 an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt 15 und mindestens eine von einem befugten Benutzer 17 mitführbare Mobilstation 3 mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit 5 aufweist, wobei die Objektstation 2 und die Mobilstation 3 zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind, und sieht in einer ersten Variante folgende Verfahrensschritte vor: Die eine Sende- und Empfangseinheit 4, 5 sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus, die weitere Sende- und Empfangseinheit 5, 4 empfängt das ausgesendete erste Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke, die weitere Sende- und Empfangseinheit 5, 4 sendet ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, welches die ermittelte Empfangsstärke beinhaltet, die eine Sende- und Empfangseinheit 4 empfängt das ausgesendete zweite Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke, die Empfangsstärke des ersten Signals wird mit der Empfangsstärke des zweiten Signals in Beziehung gesetzt und die Zugangsberechtigung festgestellt, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als ein vorgegebener Wert unterscheiden. Die Erfindung sieht in einer zweiten Variante folgende Verfahrensschritte vor: Die eine Sende- und Empfangseinheit 4, 5 sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus, die andere Sende- und Empfangseinheit 5, 4 empfängt das ausgesendete erste Signal und sendet darauf hin ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, und die eine Sende- und Empfangseinheit 4 empfängt das ausgesendete zweite Signal, wobei die eine Sende- und Empfangseinheit 4, 5 die Zeitdauer ermittelt, die ab dem Zeitpunkt des Aussendens des ersten Signals bis zum Zeitpunkt des Empfangs des zweiten Signals verstreicht, wobei die Zugangsberechtigung festgestellt wird, wenn die Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls liegt. Die Erfindung betrifft ebenso die zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Anordnungen, die Objektstation sowie die Mobilstation. Mit Hilfe der Erfindung ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Zugangssicherungssystems auf einfache und preiswerte Weise möglich, wobei bereits in den üblichen Zugangssystemen vorhandene Komponenten mit nur geringfügigen Anpassungen eingesetzt werden können, ohne dass zusätzliche komplizierte Komponenten erforderlich wären.

1: Anordnung
2: Objektstation
3: Mobilstation
4: erste Sende- und Empfangseinheit
5: zweite Sende- und Empfangseinheit
6: erster Detektor
7: zweiter Detektor
8: Vergleichseinheit
9: Zeitermittlungseinheit
10: Zugangsfeststellungseinheit
11: Kryptographiereinheit
12: Zeitmultiplexer
13: Frequenzmultiplexer
14: Kodemultiplexer
15: Objekt
16: drahtlose Verbindung
17: Benutzer
18: zentrale erste Steuereinheit
19: zentrale zweite Steuereinheit

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem mindestens eine Objektstation (2) mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit (4) an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt (15) und mindestens eine von einem befugten Benutzer (17) mitführbare Mobilstation (3) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit (5) aufweist, wobei die Objektstation (2) und die Mobilstation (3) zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Die eine Sende- und Empfangseinheit (4, 5) sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus, die weitere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) empfängt das ausgesendete erste Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke, die weitere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) sendet ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, welches die ermittelte Empfangsstärke beinhaltet, die eine Sende- und Empfangseinheit (4) empfängt das ausgesendete zweite Signal und ermittelt dessen Empfangsstärke, die Empfangsstärke des ersten Signals wird mit der Empfangsstärke des zweiten Signals in Beziehung gesetzt und die Zugangsberechtigung festgestellt, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als ein vorgegebener Wert unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsberechtigung festgestellt wird, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als 3 dB, insbesondere weniger als 2 dB, vorzugsweise weniger als 1 dB, unterscheiden.
Verfahren zum Betreiben eines Zugangssicherungssystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Zugangssicherungssystem mindestens eine Objektstation (2) mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit (4) an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt (15) und mindestens eine von einem befugten Benutzer (17) mitführbare Mobilstation (3) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit (5) aufweist, wobei die Objektstation (2) und die Mobilstation (3) zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind, umfassend folgende Verfahrensschritte: Die eine Sende- und Empfangseinheit (4, 5) sendet ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge aus, die andere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) empfängt das ausgesendete erste Signal und sendet daraufhin ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge aus, und die eine Sende- und Empfangseinheit (4) empfängt das ausgesendete zweite Signal, wobei die eine Sende- und Empfangseinheit (4, 5) die Zeitdauer ermittelt, die ab dem Zeitpunkt des Aussendens des ersten Signals bis zu dem Zeitpunkt des Empfangens des zweiten Signals verstreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangsberechtigung festgestellt wird, wenn die Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls liegt, insbesondere innerhalb eines Zeitintervalls von dem (2n)-fachen der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge ab Aussenden des ersten Signals und bis zu dem (2n + 2)-fachen der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge ab Aussenden des ersten Signals liegt, wobei n eine ganze Zahl größer gleich Null ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 in Verbindung mit dem Verfahren nach Anspruch 3.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal und/oder das zweite Signal kryptographisch verschlüsselt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Sende- und Empfangsstation duplexfähig sind.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale zeit-, frequenz-, und/oder kodemultiplext werden.
Anordnung (1) für ein Zugangssicherungssystem, umfassend mindestens eine Objektstation (2) mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit (4) an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt (15) und mindestens eine von einem befugten Benutzer (17) mitführbare Mobilstation (3) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit (5), wobei die Objektstation (2) und die Mobilstation (3) zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind und die eine Sende- und Empfangseinheit (4, 5) ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge senden und ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge empfangen und die weitere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) das erste Signal empfangen und das zweite Signal senden kann, gekennzeichnet durch einen ersten Detektor (6) zur Ermittelung einer Empfangstärke an der ersten Sende- und Empfangseinheit (4), einen zweiten Detektor (7) zur Ermittelung einer Empfangstärke an der zweiten Sende- und Empfangseinheit (5), eine Vergleichseinheit (8) zum Vergleichen der an der ersten Sende- und Empfangseinheit (4) ermittelten Empfangsstärke mit der an der zweiten Sende- und Empfangseinheit (5) ermittelten Empfangsstärke, und eine Zugangsfeststellungseinheit (10), durch welche die Zugangsberechtigung feststellbar ist, wenn sich die beiden Empfangsstärken um weniger als ein vorgegebener Wert unterscheiden.
Anordnung (1) für ein Zugangssicherungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Objektstation (2) mit einer ersten Sende- und Empfangseinheit (4) an einem gegen unbefugten Zugang zu sichernden Objekt (15) und mindestens eine von einem befugten Benutzer (17) mitführbare Mobilstation (3) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinheit (5), wobei die Objektstation (2) und die Mobilstation (3) zum Austausch von Signalen zur Feststellung einer Zugangsberechtigung eingerichtet sind und die eine Sende- und Empfangseinheit (4, 5) ein erstes Signal mit einer ersten zeitlichen Länge senden und ein zweites Signal mit einer zweiten zeitlichen Länge empfangen und die weitere Sende- und Empfangseinheit (5, 4) das erste Signal empfangen und das zweite Signal senden kann, gekennzeichnet durch eine Zeitermittlungseinheit (9) zur Ermittlung der Zeitdauer zwischen dem Aussenden des ersten Signals und dem Empfangen des zweiten Signals, und eine Zugangsfeststellungseinheit (10), durch welche die Zugangsberechtigung feststellbar ist, wenn die Zeitdauer innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls liegt, insbesondere innerhalb eines Zeitintervalls von dem (2n)-fachen der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge ab Aussenden des ersten Signals und bis zu dem (2n + 2)-fachen der Summe der ersten und zweiten zeitlichen Länge ab Aussenden des ersten Signals liegt, wobei n eine ganze Zahl größer gleich Null ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 8 in Verbindung mit der Anordnung (1) nach Anspruch 9.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet, durch mindestens eine Kryptographiereinheit (11) zur kryptographischen Verschlüsselung des ersten Signals und/oder des zweiten Signals.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (4) und/oder die zweite (5) Sende- und Empfangsstation duplexfähig ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch einen Zeitmultiplexer (12), Frequenzmultiplexer (13), und/oder Kodemul tiplexer (14) zum Multiplexen bzw. Demultiplexen des ersten und/oder zweiten Signals.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (15) ein Kraftfahrzeug ist.
Anordnung (1) für ein Zugangssicherungssystem eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Objektstation (2) zur Verwendung in einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15.
Mobilstation (3) zur Verwendung in einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 15.