DE69507292T2

DE69507292T2 - Chipkarte

Info

Publication number: DE69507292T2
Application number: DE69507292T
Authority: DE
Inventors: William Hummerston; John Tierney
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2015-04-07
Also published as: EP0754331A1; ZA952772B; ES2126891T3; GB9406829D0; DE69507292D1; WO1995027955A1; AU2144695A; EP0754331B1; BR9507304A; GB2288267B; GB9507002D0; GB2288267A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Chipkarten, die für die Benutzung als Vorauszahlungsspeichermittel gedacht sind. Eine Chipkarte enthält im wesentlichen eine integrierte Schaltung, die in die Karte eingelassen ist. Die Schaltung stellt einen Speicher dar, in dem Information gespeichert wird und gelesen wird, wenn die Karte benutzt wird. In dem Fall einer Karte, die für Zahlungszwecke benutzt wird, wird gespeicherte, einen Gegenwert repräsentierende Information von dem Speicher, so wie Zeit vergeht, abgezogen. Eine geeignete, verfügbare integrierte Schaltung ist als "Eurochip" bekannt und wird von Siemens verkauft. Solch eine Anordnung kann nützlich sein, wenn die Karte zur Bezahlung der Kosten eines Telefongesprächs an einem Fernsprechautomaten oder für andere Vorauszahlungsmittel, z. B. für Abonnementfernsehkanäle oder Elektrizitätszähler benutzt wird. Die Information ist in mehreren Bit gespeichert, die einen Zähler darstellen, der zurückgezählt wird, so wie Zeit fortschreitet. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Karte bereitzustellen, die mehr als einmal benutzt werden kann, da dies die Kosten für die Karte relativ zu ihrem Wert erheblich herabsetzt.
Eine bekannte Chipkarte ist in FR-A-2 685 520 offenbart. Sie enthält einen Zähler mit einem ersten Teil, der während einer Zahlungstransaktion herabgezählt wird, und einem zweiten Teil, der einen Satz von Bits aufweist, die einzeln jedesmal umgesetzt werden, wenn der erste Teil durch eine Ladestation nachgeladen wird. Die Karte enthält weiterhin einen Speicher, in dem von der Ladestation ein Zertifikat geschrieben wird. Das Zertifikat wird als Funktion von auf der Karte vorhandenen Daten berechnet. Während einer Zahlungstransaktion der Karte wird das Zertifikat gelesen, um zu bestätigen, daß die Karte von einer authentischen Ladestation geladen worden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird als ein Aspekt eine Chipkarte, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, bereitgestellt.
Vorzugsweise wird das Zertifikat durch Kombination von Daten von der Ladestation mit die Karte kennzeichnenden Daten gebildet. Auf diese Weise kann z. B. eine Chipkarte einer bestimmten Vorauszahlungskapazität als eine Karte geringerer Kapazität benutzt werden, die jedoch bei einer begrenzten, der Anzahl von bereiten Kontrollbits entsprechenden Anzahl von Nachladevorgängen nachladbar ist.
Weiterhin wird ein Weg bereitgestellt, um sicherzustellen, daß die Karte nur durch eine authentische Ladestation, und nicht eine betrügerische Einrichtung, nachgeladen worden ist.
Vorzugsweise werden die Daten von der Ladestation mit den die Karte kennzeichnenden Daten mittels eines Algorithmus kombiniert, um das Zertifikat zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die die Karte kennzeichnenden Daten Daten, die anzeigen, wie oft die Karte nachgeladen worden ist, und das gebildete Zertifikat ist entsprechend der Anzahl (der Nachladungen) verschieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Stufe des Zählers in einer oder mehreren Ebenen von Bits angeordnet, wobei jede Ebene einer Potenz der Basis, mit der der Zähler arbeitet, entspricht und wobei eine Zahlungstransaktion so angelegt ist, daß sie die niedrigste Ebene zurückzählt, wobei das Zurückzählen eines Wertes größer als der in der niedrigsten Ebene so wirkt, daß von einer höheren Ebene zurückgezählt wird und die unterste Ebene nachgeladen wird, und daß die Kontrollbits auf der höchsten Ebene angeordnet sind.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein System zum Nachladen von Chipkarten zur Benutzung als Vorauszahlungsmittel bereitgestellt, wie es in Anspruch 6 definiert ist.
Vorzugsweise wird das Zertifikat durch Kombination von Daten von der Nachladestation mit die Karte kennzeichnenden Daten gebildet. Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Nachladen von Chipkarten zur Benutzung als Vorauszahlungsmittel mit Guthabeneinheiten bereitgestellt, das in Anspruch 9 definiert ist.
Vorzugsweise wird das Zertifikat durch Kombination von Daten von der Nachladestation mit die Karte kennzeichnenden Daten gebildet.
Damit die Erfindung gut verstanden werden kann, wird eine Ausführungsform der Erfindung nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die begleitenden Schemazeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1A, 1B und 1C die Bestandteile des für die Erfindung erforderlichen Systems zeigen;
Fig. 2 die Speicherinhalte der in Fig. 1A gezeigten Karte zeigt; und
Fig. 3 eine Anordnung des Zählers zeigt, der einen Teil von Fig. 2 bildet.
In den Fig. 1A bis 1C enthält eine Chipkarte 1 einen Speicher 2, der insbesondere unter Bezugnahme auf den von Siemens hergestellten und verkauften "Eurochip" beschrieben wird, und eine Schnittstelle 3, über die die Karte mit einer in Fig. 1B gezeigten Nachladestation 4 kommunizieren kann. Zusätzlich enthält das System eine Einrichtung, wie z. B. das in Fig. 1C gezeigte Telefon 5, mit der die in Fig. 1A gezeigte Karte für Zahlungszwecke benutzt werden kann.
Wie später genauer beschrieben werden wird, ist die Karte 1 dazu gedacht, mit einer vorbestimmten Anfangsanzahl von Guthabeneinheiten verkauft zu werden, die durch Benutzung des Telefons 5 heruntergezählt werden. Wenn die vorbestimmte Anzahl von Guthabeneinheiten verbraucht worden ist, kann die Karte in die Nachladestation 4 eingeführt werden, die eine Schnittstelle 6 zur Kommunikation mit der Karte 1, einen Mikroprozessor 7 und einen Speicher 8 enthält. Die Arbeitsweise wird später genauer beschrieben, aber im wesentlichen arbeitet die Nachladestation so, daß auf eine Zahlung durch den Kartenbenutzer an den Betreiber der Nachladestation hin die Karte 1 mit Guthabeneinheiten nachgeladen wird, was eine begrenzte Anzahl von Malen wiederholt werden kann. Das Telefon 5 enthält eine Schnittstelle 9 zur Kommunikation mit der Karte, einen mit der Telefonschaltung 11 verbundenen Mikroprozessor 10 und ein Sicherheitsmodul 12, das eine Einrichtung zur Verifikation der Authentisierung einer eingeführten Karte bereitstellt.
In Fig. 2 ist ein Speicherabbild gezeigt, das die den verschiedenen Bits innerhalb des Speichers 2 auf der Karte 1 zugewiesenen Funktionen zeigt. In Fig. 2 umfassen die Bits 0 bis 63 einen Nur-Lese-Speicher (im Benutzermodus), in dem die Kartenkennzeichnungs- oder ID-Information gespeichert ist. Die Bits 64 bis 104 umfassen einen Zähler, der während einer Zahlung zurückgezählt wird. Fig. 3 zeigt einen Zähler mit der Basis acht, in dem die Bits 72 bis 103 in vier Reihen oder Ebenen R angeordnet sind, wobei jede Ebene einer Potenz der Basis, mit der der Zähler arbeitet, entspricht. Wie gezeigt, stellen die Bits 96 bis 103 den niedrigsten Wert in dem Zähler dar, d. h., jedes Bit stellt einen Wert von 1 oder 80 dar. Jedes der Bits 88 bis 95 stellt einen Wert von 8, d. h. 81, dar. Die Bits 64 und 69 bis 71 sind für den Zähler nicht verfügbar. Die Bits 65 bis 68 sind gültige Zählerbits, die einmal beschrieben werden können. Die Karte wird zu Anfang dadurch geladen, daß ein Wert in diese Bits und die Bits 72 bis 103 geschrieben wird, was eine maximale Ladung von 20.480 Einheiten ergibt.
Gemäß der Erfindung werden einige der höchstwertigen Bits, z. B. Bits 65 bis 68, als Aufwertungs-Flag benutzt, und die Bits 72 bis 103 werden als eigentlicher Zähler benutzt (was eine reduzierte Maximalladung von 4.096 Einheiten ergibt). Der Zähler arbeitet durch Herabzählen von der niedrigsten Ebene. Wenn diese Bits auf den Wert gesetzt null worden sind, bewirkt die nächste herabzuzählende Einheit, daß die Einheit auf der nächsthöheren verfügbaren Ebene auf einen Wert null gesetzt wird, die dadurch alle folgenden Bits neu setzt. Bits 65 bis 68 sind dazu gedacht, gesetzt zu werden, um zu bewirken, daß der Zähler nachgeladen wird.
Um ein betrügerisches Nachladen der Aufwertungsbits 65 bis 68 zu verhindern, wird jedesmal, wenn eine Aufwertung durchgeführt wird, ein Zertifikat in den Speicher der Karte geschrieben. In Fig. 2 stellen Bits 320 bis 383 den Platz für vier 16 Bit in dem Kartenspeicher gespeicherte Nachladezertifikate bereit.
Jedes Nachladezertifikat wird folgendermaßen berechnet: Ein Nachladealgorithmus, z. B. R, nimmt als Eingabe einen Schlüssel k und Daten d. Als Ausgabe bildet er ein Zertifikat C.
Formaler
C = R(k, d).
Die Eingabedaten d, bestehen aus einer Kombination der obersten Zählerstufe (Bits 65 bis 68) und aus dem Bereich von den Bits 0 bis 63 erhaltenen Kartenkennzeichnungsdaten. Die Schlüsseldaten k sind im Speicher 8 der Nachladestation 4 gespeichert. Auf diese Weise repräsentieren die Daten eindeutig die Karte und ihre gegenwärtige Nachladeiteration. Der Algorithmus ist derart, daß es für einen Angreifer nicht machbar ist, die Schlüsseldaten k aus der Kenntnis von R, C und D außer durch "brute force"- Berechnung aller möglichen Schlüssel abzuleiten. Das Design ist so, daß nur Nachladestationen mit gültigen Schlüsseln durchweg korrekte Nachladezertifikate bilden können. Für die Erstbenutzung ist kein Nachladezertifikat erforderlich.
Jedesmal, wenn die Karte in ein Telefon 5 eingeführt wird, bestimmt das Sicherheitsmodul 12, welches Zertifikat gegenwärtig aktiv ist (z. B., wenn Bits 65 bis 68 einen Wert von 0011 haben, impliziert dies, daß eine zweite Nachladung durchgeführt worden ist). Wenn das auf der Karte gespeicherte Zertifikat nicht mit dem von dem Sicherheitsmodul 12 berechneten übereinstimmt, wird die Karte als Karte mit ungültigem Nachladezertifikat ausgeworfen und kann dann nicht für Zahlungszwecke benutzt werden. Jedesmal, wenn die Karte nachgeladen wird, wird das entsprechende Bit auf 0 gesetzt. Z. B. wird die erste Nachladung das Bit 65 auf 0 setzen.
In Fig. 2 enthält der Speicher zusätzlich einen Aktivierungszertifikatbereich, Bits 112 bis 127. Das Aktivierungszertifikat wird in ähnlicher Weise, wie zuvor für die Nachladezertifi kate beschrieben, gebildet. Das Aktivierungszertifikat ist dazu gedacht, an der Verkaufsstelle auf die Karte geschrieben zu werden, um zu verifizieren, daß die Karte durch einen autorisierten Lieferanten verkauft worden und z. B. nicht gestohlen worden ist. Als Alternative könnte das Aktivierungszertifikat in einen der von einem der Nachladezertifikate besetzten Plätze geschrieben werden. Dies würde die Anzahl der verfügbaren Wiederverwendungen herabsetzen, es jedoch erlauben, die Bits 112 bis 127 für andere Zwecke zu benutzen. In einer anderen alternativen Ausführungsform sind andere Anzahlen von Nachladungen möglich, wenn ein kleineres Zertifikat benutzt wird. Ähnlich wären mehr Nachladungen verfügbar, wenn mehr als vier Zählbits als oberste Stufe des Zählers benutzt würden. Wenn z. B. ein 8 Bit Zertifikat benutzt würde, könnten die Bits 72 bis 75 auch benutzt werden, um die Anzahl der Nachladungen zu kontrollieren, jedoch würde dies bedeuten, daß die Bits 76 bis 79 nicht für Zählzwecke benutzt werden könnten, wodurch die maximale, bei einem Nachladevorgang erlaubte Nachladung reduziert, jedoch 8 Nachladungen und daher insgesamt 9 Benutzungen erlaubt würde.

Claims

1. Chipkarte zur Benutzung als Vorauszahlungsmittel enthaltend einen mehrstufigen Zähler mit einer ersten Stufe, die während einer Zahlung zurückgezählt wird, einer zweiten Stufe, die als ein Satz von einem oder mehreren Kontrollbits arbeitet, die dafür ausgelegt sind, bei Nachladen der ersten Stufe von einer Ladestation geändert zu werden, einen Zertifikatspeicher, in den bei jedem Nachladen von der Ladestation ein Zertifikat an verschiedene Stellen geschrieben wird, wobei das Zertifikat während einer Zahlung lesbar ist, um zu bestätigen, daß die Karte an einer authentischen Ladestation nachgeladen worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zertifikatspeicher so angelegt ist, daß mehrere Zertifikate gleichzeitig gespeichert werden können, und daß die Zertifikate nicht überschrieben werden können.

2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zertifikat durch Kombination von Daten von der Ladestation mit die Karte kennzeichnenden Daten gebildet wird.

3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten von der Ladestation mit den die Karte kennzeichnenden Daten mittels eines Algorithmus kombiniert werden.

4. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Karte kennzeichnenden Daten Daten enthalten, die anzeigen, wieviele Male die Karte nachgeladen worden ist und daß das gebildete Zertifikat entsprechend der Anzahl (der Nachladungen) verschieden ist.

5. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe des Zählers in einer oder mehreren Ebenen von Bits angeordnet ist, wobei jede Ebene einer Potenz der Basis, mit der der Zähler arbeitet, entspricht, daß eine Zahlungstransaktion so angelegt ist, daß sie die niedrigste Ebene zurückzählt, wobei das Zurückzählen eines Wertes größer als der in der niedrigsten Ebene so wirkt, daß von einer höheren Ebene zurückgezählt wird und die unterste Ebene nachgeladen wird, und daß die Kontrollbits auf der höchsten Ebene angeordnet sind.

6. System zum Nachladen von Chipkarten zur Benutzung als Vorauszahlungsmittel mit Guthabeneinheiten enthaltend eine Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Ladestation, deren Funktion ist, die Kontrollbits auf der Karte umzusetzen und ein Zertifikat in den Zertifikatspeicher der Karte zu schreiben.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zertifikat durch Kombination von Daten von der Ladestation mit die Karte kennzeichnenden Daten gebildet wird.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten von der Ladestation mit den die Karte kennzeichnenden Daten mittels eines Algorithmus kombiniert werden.

9. Verfahren zum Nachladen von Chipkarten zur Benutzung als Vorauszahlungsmittel mit Guthabeneinheiten, wobei die Chipkarte einen mehrstufigen Zähler mit einer ersten Stufe, die während einer Zahlung zurückgezählt wird, und einer zweiten Stufe, die als ein Satz von einem oder mehreren Kontrollbits arbeitet und dafür ausgelegt ist, das Nachladen der ersten Stufe zu kontrollieren, enthaltend die Schritte:

Einführen der Chipkarte in eine Ladestation, die die Funktion hat, die Kontrollbits bei Nachladen der ersten Stufe des Zählers umzusetzen, und Schreiben eines Zertifikates in den Zertifikatspeicher der Karte bei jedem Nachladen, wobei das Zertifikat während einer Zahlungstransaktion lesbar ist, um zu bestätigen, daß die Karte an einer authentischen Ladestation nachgeladen worden ist, dadurch gekennzeichnet,

daß Zertifikate verschiedener Nachladevorgänge an verschiedenen Speicherstellen gespeichert werden, und daß die Zertifikate nicht überschrieben werden können.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zertifikat durch Kombination von Daten von der Ladestation mit die Karte kennzeichnenden Daten gebildet wird.