CN100505623C - 用于鉴权的装置、方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及便携式电子设备(201)，例如移动电话。该设备装备有一个转发器(202)并可用于鉴权的目的。该设备包括用于将用户特定信息写入存储单元(203)的装置(204)，该存储单元被包括在转发器(202)中。这样，当一个询问读取设备激励该转发器时，转发器发射该用户特定的信息。这样就使得能够鉴权一个用户而不是鉴权一个设备。在一个优选实施例中，对用户特定的密钥进行利用，通过其而产生一个单用途码，其被用作已发射的用户特定的信息。本发明还涉及与这样的设备相结合工作的方法和系统。

Description

用于鉴权的装置、方法和系统
发明领域
本发明涉及便携式电子设备，询问装置中使用的方法及用于对用户鉴权的系统。
技术背景
RFID转发器，有时称作RFID标签(RFID＝射频识别)，被广泛用于识别个人及物体。
RFID转发器可以被设计成一个小的标志并且携带所存储的信息，例如身份号，以识别一个物体或者人。为了取回所存储的信息而使用一个询问装置。该装置发射一个询问的无线电信号或者无线电场，使RFID转发器用一个包含该存储的信息的信号应答。该询问装置可以接着接收该应答信号。
这样的RFID转发器被例如结合接入控制使用，或者作为对条形码的替代方案。在其它一些普通的应用中，RFID转发器被用于汽车固定器中以及用于识别家畜。
已经建议提供具有RFID转发器的便携式电子设备，例如移动电话。这样便使能了一些与这些设备有关的额外功能性。例如，移动电话因此也可以被用作接入控制卡。这样的功能性通常需要很强的安全性。
以这种方式使用这种设备的一个问题是它们有时被偷窃、被丢失、被售出或者被分送。相对相关RFID转发器身份而给出的任何接入权或者用户注册因此也被该设备的新处理器继承。这意味着因为设备可能被误用，所以缺乏安全性，并且使得具有RFID转发器的便携式电子设备不太可靠。
发明概述
本发明的一个目的是全部或者部分地消除上面提到的问题。
该目的通过一种便携式电子设备，一种方法和一种系统获得。
根据第一个方面，本发明更具体地涉及一个包括具有存储单元的转发器的便携电子设备。该设备的特征在于，用于在转发器的存储单元内写入用户特定的信息的装置，以使该转发器一接收到询问信号，就产生包含用户特定信息的响应信号。
在这样的设备中，RFID功能性并不是静态地依靠设备本身，而是依靠设备的用户。这就消除了与上面描述的便携式电子设备相关的问题。
优选地，一个便携式电子设备可以包括一个可拆开的订户单元，用户特定的信息从该订户单元取回。如果是GSM移动电话，则这样的单元可以是SIM单元，它提供独立于被使用的电话的用户特定的信息。
在一个优选实施例中，该便携式电子设备包括计算装置，其用于计算包括在用户特定的信息中所包含的一个鉴权码。这规定了对仅使用一次的用户特定信息的使用，从而提供了改进的可靠性。如果使用一个可拆开的订户单元，则计算装置最好置于该单元内。
优选地，可以基于用户特定的密钥、请求代码并使用一种算法来计算该鉴权码。这允许极好的可靠性，并且可以很容易地在那些因其它原因而使用这种算法的系统中执行，诸如举例而言用于GSM系统中。然后，该请求代码最好可以被包含在该询问信号中，通过该便携式电子设备来接收。
在其它实施例中，用户特定的信息可以是用户身份号，诸如，举例而言IMST码。这允许用简单的方法来执行鉴权。
便携式电子设备最好可以是GSM移动电话。
转发器最好可以被用作RFID标签(tag)。
根据第二个方面，本发明涉及在询问装置中用于鉴权用户的方法，该用户携带一个包括具有存储单元的转发器的便携式电子设备。该方法包括步骤：发射转发器询问信号到该便携式设备的转发器；从转发器接收包含用户特定信息的响应信号，所述用户特定信息通过便携式电子设备中的装置被写入转发器的存储单元中；以及基于该用户特定信息来确定用户的真实性。
与上面提到的设备类似，该方法提供可靠地和面向用户的鉴权。
优选地，在该方法中，转发器询问信号包括请求代码，其允许便携式设备计算将被转发器发射的鉴权码，该计算基于请求代码和用户特定的密钥并使用一种算法。响应信号包括这种鉴权码。然后，接收到的鉴权码与以相同方式在空中接口的装置侧计算的鉴权码相比较。接着，基于这种比较来确定用户的真实性。这样的方法提供极佳的可靠性。
优选地，在这种方法中，转发器可以被用作RFID标签。
根据第三个方面，本发明涉及用于鉴权用户的系统，该用户携带一个包括具有存储单元的转发器的便携式电子设备。该系统包括询问装置，其特征为：询问装置中用于发射转发器询问信号到便携式设备的转发器的装置；询问装置中用于从转发器接收包含用户特定信息的响应信号的装置，所述用户特定信息通过便携式电子设备中的装置被写入转发器的存储单元中；以及基于用户特定信息来确定用户真实性的装置。
这样的系统可以与便携式电子设备一同操作或者可以包括便携式电子设备，并且提供具有高可靠性的面向用户的鉴权。
优选地，在该系统中，转发器询问信号包括请求代码，其允许便携式电子设备计算将通过转发器发射的鉴权码，这种计算基于请求代码和用户特定的密钥，并使用一种算法。该响应信号包括鉴权码，而且该系统包括用于将接收到的鉴权码与以相同方式在空中接口的装置侧计算的鉴权码相比较的装置。该系统进一步包括基于比较结果来确定用户真实性的装置。这样的系统提供极佳的可靠性。
在优选实施例中，转发器被用作RFID标签。
附图简述
图1示出了RFID转发器的基本概念。
图2示出了根据本发明的一个实施例的便携式电子设备的方框图。
图3a-3c示出了具有用于整强的安全性的特征的本发明实施例。
优选实施例的描述
RFID标签(RFID＝射频识别)或者RFID转发器是现代技术中广泛使用的信息载体。众所周知的RFID转发器的基本概念由图1中的例子说明，其中转发器101(放大示出)连接到物体102，其中信息通过询问装置103，有时被称作读设备，来取回。
转发器101包括天线104和集成电路(IC)105，其包括一个转发器存储单元。例如，为了识别物体102，询问装置发送一个请求无线电信号106，其作为一个电磁场发射，该电磁场被转发器天线104拾波并被馈送到转发器IC105。这使转发器101发射一个应答信号107，该应答信号107包括存储于IC105中的转发器存储单元中的信息。该信息可以是用于识别物体102的信息。发射是使用转发器天线104来执行的。这样，读设备就从转发器接收信息。
存在无源转发器和有源转发器。无源转发器没有内部电源。作为替代，无源转发器使用接收到的询问信号中的能量来产生应答信号。另一方面，有源转发器配备有某种电源或者连接到某种电源上。
转发器IC可以以不同的方式利用信息来编程。当制造IC时，信息可以永久地嵌入到硬件中。信息也可以通过使用连线，或者通过空中接口从询问装置被馈送到IC。因此，存在只读转发器以及读/写转发器。
转发器的工作频率从30kHz(低频转发器)变换到超过2.5GHz(高频转发器)。存储的信息量从几字节(无源只读转发器)变化到1MB(有源读/写转发器)。读取范围从几厘米变化到几十米。
转发器与其它信息载体(诸如举例而言条形码)相比较，其好处是不需要在读设备(询问装置)和信息载体(转发器)之间视线传输。读取转发器所需的时间经常小于100ms。
图2示出了根据本发明实施例的便携式电子设备201的方框图。在这个实施例中，设备201是GSM移动电话。当使用这样的电话时，SIM模块(SIM＝用户识别模块)是一个可拆卸的订户单元，它被插入到电话中。SIM模块包含用户特定的数据，并且对于电话的CPU(CPU＝中央处理器)是可访问的。
在这个实施例中，该电话包括在CPU和集成在电话中的RFID转发器202的存储单元203间的接口204。该接口允许电话的CPU将用户特定信息写入转发器IC中的转发器存储单元203中。优选地，接口204允许CPU既将信息写入存储单元203中，又从存储器中读出信息。此外，如果接口204允许存储单元提供中断信号给CPU，例如如果转发器已经接收到了询问信号，则这是有益的。在这个实施例中，CPU从SIM模块取回IMSI号码(IMSI＝国际移动用户识别)。IMSI是一个有多达15位的号码，它唯一地标识一个订户，且因此而标识一个用户。在CPU和转发器之间的接口可以被软件实施的功能性使用，并且可以允许信息在转发器和CPU之间的两个方向上传递。
SIM模块和IMSI号码是GSM系统的标准特征。安全性可以通过要求PIN码来激活SIM单元(PIN＝个人识别号)而获得增强。一旦输入PIN码，用户特定的数据(IMSI)就被写入存储单元中。
CPU被设计成将IMSI号码或者源自IMSI号码的码写入到转发器存储单元中。一旦询问，转发器就立刻发射IMSI号码到询问装置，且因此发射用户特定信息到询问装置。
如果识别程序与付费相关联，例如与公车票的电子付费相关联，则这种付费优选地可经由用户的移动电话预订来实施。
本发明可以广泛地与例如自动售货机、接入控制系统、电影院等结合使用。因此这样的服务需要配备询问装置，该询问装置能够联系一个根据本发明实施例的设备。如果涉及到如上所述的付费，则用户最好可以在被提供给该业务(例如，在允许进入电影院或者在自动售货机递送商品)之前，被要求在该设备的用户界面中确认该付费。
图3a-3c说明了具有加强的安全性特征的本发明的系统实施例。象结合图2所描述的去传输IMSI号码存在可能被第三方偷听并可能被该方误用的风险。在这点非常关键的应用中，可以考虑更加复杂的方案。
GSM系统支持用于鉴权订户的特征。这些特征包括订户鉴权密钥，Ki和鉴权算法A3。在GSM系统中，当SIM模块配备有128比特的伪随机数(称为RAND)时，SIM模块基于Ki和RAND并使用A3来计算一个签署的响应SRES。这允许移动电话系统鉴权一个订户。设计算法A3，使得用所掌握的RAND、SRES和A3来计算Ki特别困难。RAND可以被称作请求代码，而SRES可以被称作鉴权码。
可以结合本发明的实施例来使用这项功能性，正如图3a中说明的那样。这样在一种方法中，询问装置(IA)发射包括RAND数的信号/场。这个信号由转发器天线接收并被馈送到转发器IC。在便携式电子设备中的CPU从IC读取RAND数，并将该数馈送到SIM单元。在SIM单元中，基于RAND数、SIM单元的Ki并使用A3算法来计算SRES(已签署的响应)。SRES被传递到CPU，CPU接着将作为用户特定信息的SRES写入转发器IC的存储器。随后，转发器发射包含SRES的信号，该信号可以被询问装置接收到。该询问装置可以立刻检查接收到的SRES是否与一个SRES匹配，后一SERS是以相同方式、但是是在转发器和询问装置之间的空中接口的装置侧计算的。
应当注意，此实施例最好可以与第一个实施例结合，也就是说，IMSI号码和SRES都可以被传递。
询问装置获得RAND和表示一个给定订户的SRES有很多种方式。第一种选择是询问装置可以产生一个随机数RAND，并接着产生SRES本身。然而，这需要询问装置了解鉴权密钥Ki。这样的密钥正常情况下非常保密，例如仅保存在SIM单元和诸如用户归属MSC(MSC＝移动业务交换中心)这样的单服务器中。因此询问装置可能无法访问该鉴权密钥。
相反，如图3b中说明的那样，询问装置可以产生RAND并从这样一个服务器中请求相应的SRES。
作为一种选择，询问装置可以为特定订户请求一个RAND和与这个RAND相对应的一个SRES。为了使用正确的鉴权密钥，计算SRES的服务器或者询问装置必须知道该订户的身份。因此，如果尚不知道用户的身份，则询问装置可能首先要获得用户身份，例如IMSI号码，正如图2中描述的那样，并接着如图3a-3c中描述的那样来执行鉴权。
相对询问装置时，窃听IMSI、RAND和SRES的第三方不能使自己作为订户来鉴权，除非询问装置再次使用相同的RAND数，而这几乎是不可能的(128比特伪随机数，有2128种可能性)。因此，SRES可以被认作是一个单用途码，而且能够得到极好的可靠性。
上面的例子涉及GSM标准。本发明也可结合其它类型的移动电话使用，只要用户/订户的特定信息被存储于电话中即可。
然而，本发明结合其它数字设备使用也是有益的，诸如举例而言结合PDA(PDA＝个人数字助理)使用。这样，RFID转发器被安装在PDA中，并且PDA给转发器IC提供用户特定的信息，该信息可以被存储在PDA中或者被存储在插入PDA的存储卡中。
还应当注意，用户特定信息可以通过使用各种用户接口来手动地输入到便携式电子设备中。例如，用户可以将个人身份号或者订户号写入设备中，然后，该号可以被设备使用来鉴权该用户。
总之，本发明涉及便携式电子设备，例如移动电话。该设备配备有转发器并可用于鉴权的目的。该设备包括用于在与转发器相连的存储单元中写入用户特定信息的装置。这样，当一个询问读取设备激励该转发器时，转发器发射该用户特定的信息。这样就使得能够鉴权一个用户而不是鉴权一个设备。在一个优选实施中，对用户特定的密钥进行利用，通过其产生单用途码，该单用途码被用作已发射的用户特定的信息。本发明还涉及与这种设备一起工作的方法和系统。

Claims (12)

1.一种用于鉴权用户的便携式电子设备(201)，它包括具有存储单元(203)的转发器(202)，其特征在于，所述便携式电子设备(201)包括用于在转发器存储单元(203)内写入用户特定信息的装置(204)，以使转发器(202)一接收到包含请求代码的询问信号，就产生一个用于鉴权该用户的响应信号，该响应信号包括用户特定信息，该用户特定信息包含一个鉴权码，该鉴权码是通过计算装置、基于一个用户特定的密钥和该请求代码并使用一算法来计算的。
2.如权利要求1所述的便携式电子设备，包括一个可拆开的订户单元，从其可以取回该用户特定的信息。
3.如权利要求2所述的便携式电子设备，其中所述计算装置位于该可拆开的订户单元中。
4.如权利要求1所述的便携式电子设备，其中该用户特定的信息包括用户身份号。
5.如前面任何一项权利要求所述的便携式电子设备，其中所述设备是移动电话。
6.如权利要求5所述的便携式电子设备，其中该转发器被用作RFID标签。
7.在询问装置中用于鉴权用户的方法，该用户携带一个包括计算装置和具有存储单元的转发器的便携式电子设备，其特征在于包括步骤：
发射一个包括请求代码的转发器询问信号到该便携式设备的转发器；
从该转发器接收包含用户特定信息的响应信号，该用户特定信息包括鉴权码，所述用户特定的信息通过便携式电子设备中的装置被写入该转发器的存储单元中，其中该鉴权码是基于该请求代码和一个用户特定的密钥并使用一算法来计算的；和
基于该用户特定的信息来确定用户的真实性。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述接收到的鉴权码与以相同方式在空中接口的装置侧计算的鉴权码相比较；并且其中所述用户的真实性是基于该比较来确定的。
9.如权利要求7或者8之一所述的方法，其中所述转发器被用作RFID标签。
10.一种用于鉴权用户的系统，该用户携带一个包括计算装置和具有存储单元的转发器的便携式电子设备，该系统包括一个询问装置，其特征在于：
发射装置，该发射装置位于该询问装置中，用于向便携式电子设备的转发器发射一个包括请求代码的转发器询问信号；
接收装置，该接收装置位于该询问装置中，用于从该转发器接收包含用户特定信息的响应信号，该用户特定信息包括一个鉴权码，所述用户特定信息是通过便携式电子设备中的装置被写入转发器的存储单元中的，其中该鉴权码是基于该请求代码和一个用户特定的密钥并使用一算法来计算的；和
确定装置，用于基于该用户特定信息来确定用户的真实性。
11.如权利要求10所述的系统，该系统包括，用于将接收到的鉴权码与以相同方式在空中接口的装置侧计算的鉴权码相比较的装置；以及该系统包括基于该比较来确定用户的真实性的装置。
12.如权利要求10或者11所述的系统，其中所述转发器被用作RFID标签。
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