DE19836218A1

DE19836218A1 - Chipkarte mit Induktivität zur Erhöhung der Kartensicherheit

Info

Publication number: DE19836218A1
Application number: DE1998136218
Authority: DE
Inventors: Hans-Diedrich Kreft; Michael Jenning
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-02-17

Abstract

Es wird beschrieben, wie bei Chipkarten, die sowohl als kontaktfreie Karte als auch als Kontaktkarte arbeiten können, durch Verwendung einer Spule auf der Karte das Ausspähen der Karte durch Spannungsspitzen verhindert werden kann.

Description

Problemstellung.

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte, enthaltend mindestens einen Chip 6 in dem elektronische Elemente wie Prozessoren, elektronische Speicher enthalten sind. Die Chipkarte enthält zur elektrischen Energieversorgung des Chips und zur bidirektionalen Datenübertragung von und zum Chip verschiedene Übertragungsmittel wie Kontakte A1, B1 und/oder kontaktfreie Übertragungsmittel wie Spule(n) mit Induktivität L1 und/oder Kondensato ren und/oder sonstige Energie- und Datenübertragungsmittel. Durch Mes sung des elektrischen Leistungsverbrauches oder/und von Spannungsspit zen in einem Terminal, welches dem Chip einer Karte elektrische Energie zuführt, ist es möglich, Informationen über die Funktionsweise des Chips zu gewinnen. Je nachdem welche Befehle im Chip 6,4 abgearbeitet wer den, ist beispielsweise der Stromverbrauch unterschiedlich bestimmt. Der Stromverbrauch kann bei einer Kontaktkarte beispielsweise in einem Ter minal, in das die Karte eingesteckt wird, gemessen werden, indem in einfa cher Weise ein Fachmann eine Stromverbrauchsmessung an den Kontak ten der Karte durchführt. Es kann auch Information über die Funktionswei se eines Chips gewonnen werden, indem Magnetfelder außerhalb des Chips einer Karte gemessen werden. Es können auch Spannungsspitzen als Auswirkungen von zeitlich veränderlichem Leistungsverbrauch des Chips oder von Chipteilen in der Karte als Informationsquelle über die Ar beitsweise des Chips dienen. Die Ausführung unterschiedlicher Programm befehle mit unterschiedlichem Stromverbrauch kann eine Ursache für die Spannungsspitzen sein. Auch können Spannungsspitzen (Glitches) zwecks Störung des Ablaufes in einem Mikroprozessor zugeführt werden, womit sich z. B. Verschlüsselungsverfahren in den Karten ausspähen lassen kön nen (siehe hierzu die Ausgabe Nr. 16 des Fachmagazins "Elektronik" vom 4. August 1988, ab Seite 44: Helmut Lemure: Wie sicher sind Chipkar ten?").

Aufgabenstellung

Es ist Ziel dieser Erfindung Spannungsspitzen, die sich im Chip einer Karte bilden und bei messtechnischer Auswertung außerhalb der Karte Informa tionen über die Arbeitsweise des Chips geben, vor ihrer Auswertung abzu blocken. Gleichzeitig soll Ausforschungen der Karte durch Einspeisung von hochfrequenten Signalen ausgeschlossen werden. Mit den angegebenen Mitteln soll die Sicherheit von Chipkarten erhöht werden. Es wird auf die Anmeldung DE 198 26 151.9 sowie auf das Patent DE 39 35 364 als Stand der Technik verwiesen.

Beschreibung der Patent gemäßen Lösung.

Die Patentbeschreibung gestattet es, die gestellte Aufgabe zu erfüllen.

Zu Anspruch 1

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 enthalten.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Chipkarte mit einem Chip, in dem unterschiedliche ansteuerbare Bauelemente wie Speicher, Mikropro zessoren enthaltenden sind. Zur Energieversorgung des Chips und zur'bi direktionalen Datenübertragung von und zum Chip können unterschiedlich ste Mittel dienen. Es sind Kontaktverbindungen A1 auf der Karte mit A2 im Terminal (siehe Fig. 1) möglich, es können auch Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung in der Form von Spulen (L1, L2 siehe Fig. 1) vorhan den sein. Es können auch Kondensatoren und/oder sonstige Energie und Datenübertragungen und/oder Mittel vorgesehen sein, wie sie als elektro nische, miniaturisierte Elemente zur Aufnahme von Schall oder Druck oder zur kapazitiven Aufnahme elektrischer Signale bei Fingerprintsensoren vorhanden sind. Über die elektrische Leitungsverbindung W1 wird die Energieversorgung des Chips 6 z. B. vom Kontakt A1 zur Verfügung ge stellt, d. h. es fließt im Regelfall der im Chip verbrauchte Strom durch den Leitungsweg W1. Sofern ein Elektronikteil 2.1.2, wie es in der DE 39 35 364 beschrieben ist, nicht vorhanden ist, ist W1 direkt mit der Leitung A verbunden und A kann sich im Chip in mindestens zwei elektrische Lei tungswege B, C aufteilen. Einzelheiten sind hierzu in der Anmeldung DE 198 26 151.9 zu finden. Über die Kontaktverbindung A1 mit A2 erfolgt die Energieversorgung des Chips 6 aus einem Terminal beispielsweise durch den Pluspol einer Gleichspannungsquelle, wobei B1 mit B2 den dazugehö rigen Minuspol, das Bezugspotential GND darstellt. Wird mindestens eine Spule mit Induktivität L1 auf der Karte und/oder im Chip 6 zur Verfügung gestellt, kann diese Induktivität genutzt werden, um Spannungsspitzen, welche bei Zu- oder Abschalten von Leistungsverbrauch im Chip der Karte auftreten, abzublocken. Abblocken ist in dem Sinne zu verstehen, dass der elektrische Widerstand einer Induktivität für hochfrequente Signale extrem hoch ist und diese Signale den induktiven Widerstand nicht überwinden können. Zu diesem Zweck wird eine Spule mit Induktivität L1 mit ihren bei den elektrischen Anschlusspunkten S7, S8 in die Verbindungsleitung W1 seriell geschaltet. Spannungsspitzen, die mit ihren hohen Frequenzanteilen über die Leitungen W1 und/oder W2 ohne Induktivität bestens übertragen werden, finden nun in dem Übertragungsweg W1 eine hohe Induktivität L1 vor, und werden in dem oben dargestellten Sinne abgeblockt. Die gleiche Wirkung hat die Induktivität auch für hochfrequente Signale, die von au ßerhalb der Karte, z. B. aus einem Terminal T1 über A2 eingespeist wer den. Auch in diesem Falle können hochfrequente Signale in den eingespei sten Spannungsspitzen (fachmännisch auch Spikes oder Schaltspitzen) die Induktivität L1 nicht überwinden.

Zu Anspruch 2

Aus der DE 39 35 364 sind Chipkarten bekannt geworden, die sowohl kon taktbehaftet als auch kontaktfrei benutzt werden können. Es ist in den Karten, wie sie die DE 39 35 364 beschreibt, mindestens eine Spule vor handen, die im Kartenmaterial eingebettet ist, die eine Induktivität L1 hat. Diese Spule kann mit ihrer Induktivität L1 verwendet werden, um das Ab locken von Spannungsspitzen zu gewährleisten. Als Vorteil ergibt sich bei dieser Spule ihre hohe Induktivität, die erforderlich ist, um eine hohe Ener gieübertragung von Spule L2 im Terminal T2 zur Kartenspule L1 zu ge währleisten. Eine hohe induktivität erhöht die Blockwirkung gegen Übertra gung von Spannungsspitzen.

Zu Anspruch 3

Im Chip 6 kann eine Schaltung 2.1.2 vorgesehen sein, wie sie beispiels weise in der DE 39 35 364 beschrieben ist. Schaltung 2.1.2 erzeugt ein lo gisches Signal an einem Punkt E3, das in Abhängigkeit von dem Auftreten von Spannung an den Kontakten oder an einer Spule logisch "high" oder logisch "low" liefert. Der logische Wert des Signals E3 kann verwendet werden, um beispielsweise Schalter so zu steuern, dass die Punkte S7, S8 einer Spule in den Leitungsweg W1 seriell eingebracht werden. Der Weg W1 ist hierzu zu öffnen und die Spule S1 in die geöffnete Strecke einzu bringen. Die Spule ist derart in den elektrischen Verbindungsweg vom Chip in der Karte zum Versorgungskontakt A1 auf der Karte geschaltet. Eine Karte, mit einer Spule, die sowohl kontaktfrei als auch kontaktbehaftet ar beiten kann, ist somit in besonderer Weise gegen das Ausspähen von Spannungsspitzen auf der Karte zu schützen. Die Spule der Karte hat so mit zwei Funktionen. In der ersten dient sie als Transformatorspule für Energie und Daten, in der zweiten als induktiver Widerstand zum Ablocken von hochfrequenten Anteilen in Spannungsspitzen. Damit können die im Markt befindlichen Karten mit Namen wie CombiCard oder "Dual-Interface- Card" die Kontaktfunktion einer Karte in besonderer Weise schützen und gleichzeitig die Vorteile des kontaktfreien Betriebes bieten.

Zu Anspruch 4

In der DE 198 26 151.9 und ihren Zusatzanmeldungen sind Mittel 5 vorge sehen, die die Wirkungen von zeitlich veränderlichen Leistungsbelastun gen und/oder das Auftreten von Spannungsspitzen vermeiden oder aus gleichen. Kommt Mittel 5 zusätzlich zum Einsatz, ergibt sich der Vorteil, dass eine Aufteilung des Strompfades A in die Pfade B,C in der beschrie benen Weise zu einem konstanten Strom in A führt, indem das Mittel 5 Stromverbrauch zu oder abschaltet. Damit ergibt sich ein besonderer Vor teil. Da in A ein konstanter Strom fließ, fließt dieser auch durch die Spule mit der Induktivität L1. Bekanntlich erfolgt in einer Spule Selbstinduktion bei wechselndem Stromfluss, wobei die Selbstinduktion mit wachsendem L1 zunimmt. Selbstinduktion kann zu unerwünschten Effekten (z. B. zusätz lichen Spannungsspitzen) in einer Schaltung führen. Bei konstantem Stromfluss tritt keine Selbstinduktion auf. Liegt die Spule mit L1 in dem Leitungsweg A oder in einer Verlängerung davon, ist die Spule durch den konstanten Stromfluss in A vor Selbstinduktion geschützt. Der konstante Stromfluss in A kann von Schaltspitzen/Spannungsspitzen überlagert sein, die durch Schaltflanken beim Schalten von Leistungen des Mittels 5 und/oder des Mittels 4 verursacht werden. Diese Spannungsspitzen werden in der zuvor beschriebenen Weise durch eine Spule mit Induktivität L1 ab geblockt.

Beschreibung der Figuren Zu Fig. 1:

Mit T1 ist ein Terminal für Karten mit Kontakten A2, B2 mit T2 ein Terminal mit Spule und Induktivität L2 gekennzeichnet. A1 stellt über die elektrische Leitung W1 die Versorgungsspannung, B1 über die elektrische Leitung W2 das Bezugspotential GND für eine Karte zur Verfügung. Eine Spule auf der Karte oder auf dem Chip ist mit ihrer Induktivität L1 dargestellt. Diese Spule ist mit den schaltbaren Verbindungen S7, S8 ausgestattet. Das Teil 2.1.2 stellt symbolisch eine Schaltung dar, wie sie der DE 39 35 364 ange geben ist, die hier die Arbeitsweise über Kontakte A1, B1 oder über Spule L1 indizieren soll. Der Mikroprozessor 4 erhält seinen Gleichstrom unab hängig von seine Herkunft oder Erzeugung über den Leitungsweg A, wobei A in die Wege B, C aufgespalten sein kann. Mit 5 ist ein Mittel gekenn zeichnet, das Leistung (Strom) im Weg C in einer Form schalten kann, die zu einem konstanten Stromfluss in A führt.

Zu Fig. 2:

Es ist eine besondere Ausgestaltung der Fig. 1 dargestellt, wie sie sich bei Anwendung vorstehender Patentbeschreibung ergibt. Mit Hilfe der In formation des Mittels 2.1.2 ist die Spule mit der Induktivität L1 seriell in den Leitungsweg W1 geschaltet, womit sich W1 in die Teile W1A zwischen Chip und Spule und W1B zwischen Spule und Ausgangskontakt A1 der Chipkarte zum Terminalkontakt A2 aufteilt.

Claims

Anspruch 1: Chipkarte mit einem Halbleiterchip, bei der zur Energieversorgung des Chips 6 und zur bidirektionalen Datenübertragung von und zum Chip 6 ver schiedene Übertragungsmittel wie Kontakte A1,B1 und/oder kontaktfreie Übertragungsmittel wie Spulen und/oder Kondensatoren und/oder sonstige Mittel zur Übertragung von Energie und Daten vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- 1. ein oder mehrere Kontakte A1,B1 zur Energieversorgung des Chips 6 über elektrische Verbindungsleitungen W1,W2 aus einem Terminal T1 dienen,
- 2. wobei mindestens eine Spule mit Induktivität L1 auf der Karte und/oder im Chip 6 vorhanden ist,
- 3. wobei die Spule mit ihren beiden elektrischen Anschlusspunkten S7, S8 in einer Verbindungsleitung W1 und/oder in der zweiten Verbindungs leitung W2 seriell geschaltet liegt oder per Schaltung 2.1.2 in W1 und/oder W2 seriell geschaltet werden kann,
- 4. womit Spannungsspitzen, die mit ihren hohen Frequenzanteilen über die Leitungen W1 und/oder W2 von den Kontakten zum Chip oder vom Chip zu den Kontakten übertragen werden, von der Induktivität L1 abgeblockt werden.
Anspruch 2 gemäß vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass
- 1. die Chipkarte wahlweise sowohl über eine oder mehrere Spulen oder über Kontakte und wahlweise über mindestens eine Spule und zusätz lich über Kontakte zwecks Daten und/oder Energieversorgung zu betrei ben ist,
- 2. wobei mindestens eine der Spulen mit Induktivität L1 seriell in der Ver bindungsleitung W1 verwendet wird.
Anspruch 3 gemäß vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass
- 1. im Chip 6 eine Schaltung 2.1.2 vorgesehen ist, die selbsttätig minde stens ein elektronisches Signal E3 liefert, das elektronisch verwertbar indiziert, ob eine elektrische Versorgung der Karte über Kontakte oder/und über mindestens eine Spule erfolgt,
- 2. wobei in Abhängigkeit von E3 die Spule mit ihren Anschlüssen S7, S8 seriell in den elektrischen Verbindungsweg W1 geschaltet wird.
Anspruch 4 gemäß vorstehendem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass
- 1. im Chip 6 Mittel 9 vorgesehen sind, die die Wirkungen von zeitlich ver änderlichen Leistungsbelastungen und/oder Stromflussschwankungen und/oder das Auftreten von Spannungsspitzen vermeiden oder ausglei chen,
- 2. wobei sich durch die Funktion von Mittel 9 ein konstanter Stromfluss mindestens in einem Strompfad A ergibt,
- 3. wobei dieser konstante Stromfluss genutzt wird, um in einer Spule mit Induktivität L1 Selbstinduktion durch Stromflussänderung zur vermeiden ohne die Funktion des Abblockens von Spannungsspitzen zu behindern.