CN101542506A - 具有可变磁条的卡 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交易卡(200)，具有允许对存储于磁条(210)中的安全数据进行周期性更新的自编程区(212)。所述自编程区包括一个或更多个自编程组件，每个自编程组件可以根据提供给该组件的电流的方向在两个状态之间进行切换。自编程组件(401A、401B、405A、405B)用于采用由卡上的处理器(202)中的算法所确定的各种时间间隔来对如数字码之类的安全数据进行更新。

Description

具有可变磁条的卡
技术领域
本发明一般涉及进行安全交易的产品和方法，更具体地，涉及一种具有自编程能力以对所存储的数据进行周期性更新的交易卡。
背景技术
每年全世界进行超过4万亿美元的支付卡交易。每花费一百美元就有4分钱由于欺诈而损失，这使得银行和商人每年必须弥补超过20亿美元的非法费用。为使信用网络现代化和安全所作的尝试在很大程度上失败了，因为这些尝试需要升级支付卡终端网络。由于终端的安装基础仅在美国就需要$100亿的投资，所以可能在一段时间之内还无法对于在工业上广泛采用磁条终端作出决定性回答。
尽管存在用于确保支付卡安全性的各种手段，然而每种方式都有其自身的局限性。例如，需要个人识别号(PIN)码来验证交易的智能卡仅能够解决欺诈交易中的一小部分问题，并且还需要从其他已有卡终端进行大范围升级。
对于卡不在物理上出现的交易(如通过电话或在互联网上进行的交易)而言，卡验证码的使用是有帮助的。然而，一旦其他人知道了卡验证码，则不仅是通过电话或互联网的潜在欺诈使用而且还有伪造卡都容易对安全性造成威胁。
采用更复杂技术的其他安全措施也是可用的，然而这些措施可能很难与传统的磁条读取器网络相结合，或需要高成本的网络升级。因此，目前需要改进的安全措施的备选方案，尤其是易于与已有设备和网络兼容的备选方案。
发明内容
利用本发明的自编程交易卡解决了与现有技术相关联的各种问题，其中利用卡上提供的组件以预定时间间隔来更新特定的安全数据。在一个实施例中，交易卡包括处理器、磁条、操作耦合至磁条的自编程区、以及与处理器和自编程区连接的电源。
在另一实施例中，交易卡包括：处理器；自编程区；被配置为利用卡上提供的一个或更多个组件以预定时间间隔来进行数据更新；以及与处理器和自编程区连接的电源。
附图说明
通过结合附图来考虑以下详细说明，可以容易地理解本发明的教义，附图中：
图1描述了具有磁条的传统支付或交易卡的后视图；
图2A-2B分别描述了根据本发明的一个实施例的交易卡的前视图和后视图；
图3描述了与电源连接以实现本发明的一个实施例的电磁线圈；
图4A描述了磁条上的磁偶极子或磁元件的对齐方式；
图4B描述了来自读出头(read head)的与图4A的编码信息相对应的电流信号；
图5A描述了沿相同方向布置偶数个偶极子以创建“1”数据比特的实施例；
图5B描述了利用偶数个偶极子对“0”比特进行的编码；以及
图6描述了在本发明的交易卡的自编程区处作为时间或位置的函数的读卡器输出信号。
为了便于理解，在可能之处，使用相同的参考标号来表示附图中公共的相同元件。
具体实施方式
本发明涉及一种具有自编程区的交易卡，所述自编程区允许周期性更新安全数据。自编程区包含一个或更多个自编程组件，每个组件可以根据通过该组件的电流方向在两个状态之间进行切换。自编程组件用于以各种时间间隔(例如，由卡上的微处理器中的算法来确定)来更新安全码或卡验证码(CVC)。只有在使用点出现卡的情况下，以及在依赖于时间的验证码与属于卡发行者的远程服务器的验证码相匹配的情况下，才可以确认交易。动态的或依赖于时间的码的使用提供了附加的安全性以抵御与传统卡相关联的伪造卡或其他欺诈使用。这种交易卡的另一优点是与传统磁条技术的后向兼容，这使得这种卡可以用于包括大楼安全在内的各种安全应用。
在一个实施例中，自编程区操作耦合至磁条，并且使用电磁线圈来对磁条上的数据比特进行编码。在另一实施例中，电磁线圈通过产生可以由磁条读卡器读取的磁场来用作磁条仿真器。在另一实施例中，自编程组件是用于对周期性更新的码进行存储的一个或更多个磁随机存取存储器(MRAM)元件。
图1是具有磁条102的传统支付或交易卡100的后视图的示意图。磁条102通常包含3条轨道，每条轨道为0.110英寸(2.79mm)宽。定义交易卡不同方面(包括物理特性以及信息存储)存在各种标准。例如，在ISO/IEC 7811标准下，以每英寸210比特(8.27比特/mm)来记录轨道1和3，轨道2具有每英寸75比特(2.95比特/mm)的比特密度。每条轨道可以包含7比特的字母数字字符或5比特的数字字符。轨道1和轨道2是只读轨道，包含如持卡人姓名、卡号、有效期等的信息。轨道3是并不常用的读/写轨道。
图2A-2B分别是根据本发明的一个实施例的交易卡200的前视图和后视图的示意图。如图2A的前视图所示，卡200具有处理器202，此外有卡号区204以及持卡人姓名区206。处理器202包含当前时间信息的时间戳以及存储器，所述存储器具有用于以预定时间间隔来计算验证码的算法。该算法可以是伪随机数产生器，并且还可以包含当前时间作为算法中的参数以计算验证码。可选地，可以在卡200上提供包含该算法的单独存储器，以供处理器202存取。还提供了可选的智能卡接口208。
图2B示出了卡200的背面，卡200包括磁条210、电源220、以及自编程区212。自编程区212连接到电源220，电源220还连接到嵌入式处理器202。电源220提供计算卡验证码以及更新自编程区212上的码所需的电源。在一个实施例中，电源220是柔性薄电池(flexible thin battery)。从各个制造商(例如Thin Battery Technologies，Inc.、Power Paper、NEC和Solicore等)可以得到商用的长寿命柔性电池。还提供了签名区214和可选的数字显示器216。数字显示器216(如果存在)还与自编程区212和电源220连接。
在一个实施例中，自编程区212包括磁条210的一部分，并且在轨道1或轨道2上根据已有标准来进行编码。这允许与如传统读取器之类的读卡器兼容。对于不需要兼容性的应用，可以在轨道3上提供自编程区212，并且可以以各种合适的格式来对自编程区212进行编码。根据特定的预定过程，利用卡200上的组件周期性地(或自动地)对存储在自编程区212中的卡验证码进行更新。
磁条210的自编程区212具有一个或更多个自编程组件。在一个实施例中，使用一个或更多个嵌入式电磁线圈来对磁条210上的数据比特进行编程，其中直至下一次更新之前在磁条上存储安全码或验证码。在另一实施例中，以磁条仿真器模式来使用电磁线圈，其中使用线圈所产生的磁场来表示数据比特。在这种情况下，尽管线圈不必须耦合至磁条210，但是，因为线圈并不用于对齐磁条210的磁元件，因此可以在磁条210的轨道1或轨道2中的适当位置提供线圈，以允许与读卡器兼容。
图3示出了连接到电源220的电磁线圈300。当电源220向线圈300提供电流时，沿垂直于线圈300中的电流的方向建立磁场。针对电子流动方向I示出了所产生的磁场的N和S极。在线圈300的感应下，磁条上的磁粒子(例如氧化铁或其他合适材料)将沿场方向对齐。当电流以相反方向通过线圈300时，产生的磁场方向反转，从而使磁条上磁粒子的对齐方式反转。
在一个实施例中，电磁线圈300可以是薄膜磁感应器，如Korenivski和van Dover的“Thin-Film Magnetic Inductors for IntegratedCircuit Applications”，FP-12 Abstract，7th Joint MMM-IntermagConference，6-9 January，1998所描述的薄膜磁感应器。其他薄膜磁感应器设计也是合适的，包括例如：2004年11月23日授权的Wang等人的美国专利6,822,548，“Magnetic Thin Film Inductors”；以及Zhuang等人的“Study of Magnetic On-chip Inductors”，Proc.SAFE 2001，Nov.28-29，2001，Veldhoven，the Netherlands，pp.229-233。在交易卡200上，线圈300被放置在自编程区212的相应轨道中紧邻磁条材料的位置。在一个实施例中，在轨道上与卡验证码相对应的位置形成线圈，其中磁条材料在线圈内，即形成磁芯。可以采用本领域技术人员已知的技术来实现线圈300的制造以及与已有磁条的集成，并且，将每个线圈的尺寸和/或布局设计为与典型磁条材料的编码兼容。将电源220和线圈300设计为允许两个方向上的电流通过每个线圈，以产生足够用于对数据比特进行编程的磁场。
图4A示意性示出了根据在ISO/IEC 7811标准下常用的方案F2F或Aiken BiPhase表示各数据比特“1”或“0”的磁条上的磁偶极子或磁元件(每个可以与一个或更多个磁粒子相对应)的对齐方式。每个“0”和“1”比特具有相同的物理长度并分别包括两个磁偶极子。对于“0”比特，比特中两个磁偶极子沿相同方向对齐，而对于“1”比特，两个磁偶极子沿相反方向对齐。例如，比特401、403和409是“0”比特，其各自相应磁偶极子沿相同方向对齐，即S-N/S-N或N-S/N-S。比特405和407是“1”比特，其各自相应偶极子沿相反方向对齐，例如S-N/N-S或N-S/S-N。根据本发明的一个实施例，每个偶极子具有相关联的电磁线圈，所述电磁线圈被配置为使电流沿两种可能方向通过偶极子，以沿N-S或S-N定向来对齐偶极子。在图4A中，将比特401和405的偶极子分别示为401A、401B和405A、405B(为了清楚起见省略其他示意)。每个线圈300的长度被设计为与已有轨道1或轨道2上比特的典型物理长度相类似。将相邻的线圈布置为彼此紧邻，例如彼此邻接。可选地，如果需要，还可以将每个相邻线圈以特定的距离隔开，其中该距离依赖于通过线圈的最大电流所产生的磁场强度。
在F2F方案下，总是将相邻比特布置为使相同极性(N或S)彼此邻接，这在两个比特之间产生了磁通量线大量集中的区域。为了发起读取操作，将交易卡200刷过读卡器。磁条的高通量区将在读出头中感应电流，并且通量线的相反极性产生反方向电流。这在图4B中示出，图4B示出了来自读出头的与图4A的编码信息相对应的电流信号。基于每个比特长度或通量转换之间逝去的时间内检测到的通量变化，对数据比特进行解码。因此，如果接近于比特周期T出现相邻通量转换的分离，则检测到比特“0”，例如，针对比特401的信号421和423、针对比特403的信号423和425以及针对比特409的信号429和431。对于数据比特“1”，在其比特长度的中点或比特周期的二分之一附近出现附加的通量转换，例如，针对比特405在周期中点附近的信号426，其中信号425和427标记了比特205的起始和结束。在轨道的起始和结束处还提供了如一串“0”比特之类的时钟比特以确定比特周期。因为大多数手动刷卡是以相对恒定的速度来进行的，所以可以根据由时钟比特产生的信号来确定比特周期或比特长度。
除了图4A所示的方案以外，只要可以利用读卡器来检测所产生的磁场线以正确读取相应比特，还可以使用其他变型来对数据比特进行编码。例如，图5A示出了沿相同方向布置偶数个偶极子以创建“1”数据比特的实施例。图5B示出了以偶数个偶极子对“0”比特进行的编码，其中将偶数个偶极子布置为使得这些偶极子中的一半沿一个方向对齐而另一半沿相反方向对齐，从而导致整体上消除了磁场。
用于集成来自各偶极子的磁场的读卡器可以根据偶极子的总磁场来将数据读取为“0”或“1”。图6示出了在轨道的自编程区212处作为时间或位置的函数的读卡器输出信号，其中示出了存储在自编程区212中的“1”比特和“0”比特。
可选地，每个比特还可以由单个偶极子来编码，只要偶极子提供足够的磁场强度以由读卡器来进行检测。例如，可以利用沿第一方向对齐的偶极子来表示“1”比特，并利用沿第二(或相反)方向对齐的偶极子来表示“0”比特。
可以将交易卡200配置为在不同条件下发起自编程。在一个实施例中，处理器202基于嵌入的算法，以预定时间间隔产生新的码，并且向电源220发送控制信号，电源220继而向线圈提供电流以更新针对自编程区212中的安全码的数据比特。该算法可以基于伪随机数产生器，并且可以包括当前时间作为参数以计算验证码。在一个实施例中，大约每30秒产生一个新码。然而应理解，也可以使用其他时间间隔，并且，可以或可以不采用规则的时间间隔来进行自编程(即自编程或更新之间的时间间隔也可能是可变的)。
可选地，不使用处理器202上的算法以实时基础来计算验证码，可以在向用户发卡之前，利用服务器预先产生相对长时间周期(例如在几年的数量级上)的验证码。在该实施例中，在卡200的存储器中存储依赖于时间的验证码列表(与预定时间间隔相对应)，以供处理器202将来检索。在特定安全卡编程终端，如在银行或其他授权设施上可用的安全卡编程终端上，还可以将这些验证码上载至卡200上的存储器。
可以在可选的数字显示器216上显示当前验证码，数字显示器216可以是各种非易失性的低分辨率和低功耗显示器，可以从不同来源(例如elnk、Fujitsu以及Phillips等)得到商用的这种显示器。例如，卡用户可以出于确认目的而使用该显示器来手动地将当前码输入至交易设备，而不利用读卡器来读取磁条210。
可选的智能卡接口208可以用于不同功能，如提供交易卡200与读卡器或其他设备之间的通信、提供至外部电源的接口、或用于对交易卡200上的电源220进行再充电等等。
可以结合如个人识别号(PIN)之类的已有安全措施来使用动态更新的卡验证码，以便公开地对交易进行授权而不损害卡的安全性。例如，为了使用交易卡200来进行交易，持卡人将卡200提供给商户以在读卡器处刷卡。读卡器将卡上的数据(包括动态产生的卡验证码(CVC))传送至卡发行者的远程服务器，该远程服务器确认当前CVC和其他数据。与卡上的其他数据(例如卡号、持卡人的姓名、有效期等)不同，非授权方无法容易地复制动态更新的CVC。因此，与其他已有安全措施相比，将CVC码与PIN(未存储于卡上并且仅为持卡人所知)结合使用，为交易提供了更高级别的安全性。
因为持卡人不能控制在CVC的自编程，因此也可能在正在更新CVC时读卡。这可以引起卡上与远程服务器上的CVC之间不一致，从而导致确认失败。因此，本发明的一个实施例提供了：在每个自编程步骤之前，临时禁用轨道上的起始和结束比特模式(例如，时钟比特)，并且在码更新之后启用这些比特。如果在CVC更新期间读卡，则禁用的起始和结束比特模式将导致读卡器处的读取错误(与确认失败相对)，在这种情况下，可以在启用起始和结束比特模式之后立即再次刷卡。
在另一实施例中，将卡200的自编程区212中的线圈300配置为用作磁条仿真器，其中利用磁条读卡器直接检测线圈300所产生的磁场。在该仿真器模式下，动态验证码并不存储于磁条210的任何轨道上。因此，自编程区212不需要耦合至磁条210。以连续方式从电池220向线圈300提供电流，使得可以利用读卡器来读取数据比特(由线圈300的磁场表示)。可选地，为了在这种仿真器模式下保持电池寿命，可以在卡200上提供传感器，以允许手动激活线圈来产生验证码。例如，在仿真器模式下，可以使用感应传感器来感测手指的触摸，以激活验证码的产生。
在又一实施例中，自编程组件是MRAM元件，或更具体地，是磁隧道结(magnetic tunnel junction)元件，磁隧道结元件是一种非易失性存储器，可以通过使电流沿相反方向通过存储器单元来写入存储器的数据状态“0”和“1”。在该实施例中，磁隧道结元件独立于磁条而工作，并且一般可以位于交易卡200上的任何位置。可以利用适当的读取器来读取MRAM元件所存储的数据。例如在Ditizio等的“Cell Shape andPatterning Considerations for Magnetic Random Access Memory(MRAM)Fabrication”，Semiconductor Manufacturing Magazine，January 2004；以及在Gallagher和Parkin的“Development of the magnetic tunnel junctionMRAM at IBM：From first junctions to a 16-Mb MRAM demonstratorchip”，IBM J.Res.& Dev.，vol.50，No.1，pg.5-23A，January 2006中可以找到关于MRAM制造和技术的详细内容，这两者的全部内容一并在此作为参考。
尽管以上给出了本发明的实施例，然而，在不脱离本发明的基本范围的前提下，可以得到本发明的其他和另外的实施例，本发明的范围由所附权利要求来确定。

Claims (10)

1、一种交易卡，包括：
处理器；
磁条；
自编程区，操作耦合至磁条；以及
电源，连接至处理器和自编程区。
2、根据权利要求1所述的卡，其中，所述自编程区被配置为：利用在卡上提供的一个或更多个组件，以预定时间间隔来进行数据更新。
3、根据权利要求2所述的卡，其中，所述自编程区还包括：
至少一个自编程组件，被配置为沿两个方向接收来自电源的电流，所述至少一个编程组件具有与一个电流方向相关联的第一定向以及与另一电流方向相关联的第二定向。
4、根据权利要求3所述的卡，其中，所述至少一个自编程组件被放置在磁条上，并被配置用于对磁条上的数据进行编码。
5、根据权利要求4所述的卡，其中，所述自编程组件是电磁线圈。
6、根据权利要求5所述的卡，还包括：
磁条的至少一个磁元件，操作耦合至所述电磁线圈，并且能够响应于流至所述电磁线圈的电流的两个方向来沿两个定向对齐。
7、根据权利要求4所述的卡，其中，所述处理器包括：
存储器，包含用于以所述预定时间间隔来计算验证码的算法。
8、根据权利要求7所述的卡，其中，所述处理器被配置为：将一个或更多个信号发送至电源，以向所述至少一个编程组件提供电流从而对所述验证码进行编码。
9、一种交易卡，包括：
处理器；
自编程区，被配置为利用卡上提供的一个或更多个组件以预定时间间隔来进行数据更新；以及
电源，连接至处理器和自编程区。
10、根据权利要求9所述的卡，其中，所述自编程区还包括：
至少一个自编程组件，被配置为沿两个方向接收来自电源的电流，所述至少一个编程组件具有与一个电流方向相关联的第一定向以及与另一电流方向相关联的第二定向。
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