CN1207190A - 将电子支付媒介记入借方的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种为安全地将如象电话卡这样的电子媒介(11)记入借方的方法。在支付媒介(11)和支付站(12)间的通信协议中,在协议的各个步骤期间用验证来识别支付媒介。按照本发明,为了能检出在协议中的干扰,用加密码的处理(F)的状态(Y1、Q2)将各验证互相联起来。该方法可被用于现有的有动态存储器的支付卡,保证在其中放置有同验证有关的信息的动态存储器的内容在协议期间不被丢失。

Description

将电子支付媒介记入借方的方法
发明的背景
本发明涉及一种将电子支付媒介记入借方的方法，所说电子支付媒介例如象装有集成电路的电子支付卡(“单片卡”)。本发明特别但不仅仅涉及安全地将一种预付电子支付卡(“预付卡”)当被应用于如电话亭时记入借方的方法。本文中，术语“支付媒介”的使用不管具体的支付媒介的形式或类型。因此，一种支付媒介可以由，例如可再评价的支付卡(即，可增加其余额的支付卡)或者非卡形的电子支付媒介形成。
近年来，电子支付媒介在越来越频繁地被应用，不仅用于为使用公共电话装置付款，而且也用于其他支付用途。由于这样的支付媒介一般包含代表货币价值的(信贷)余额，所以必须使这样的支付媒介和支付站(例如，设计使用电子支付或电子现金出纳机的电话装置)之间的数据交换按着一种加保护的方法(支付协议)来进行。这里应确保例如，将支付媒介记入借方的金额(货币价值或计算单位的数目)应对应于记入其他地方贷方的金额(货币价值或计算单位的数目)：顾客支付的金额应对应于供应者收到的金额。记入贷方的金额可以储存在，例如，在支付站有的加保护的模件中。
现有技术的支付方法，如在例如欧洲专利申请EP 0,637,004中所披露的，包括：第一步，支付站检索支付媒介的余额；第二步，减低支付媒介的余额(将支付媒介记入借方)；以及第三步，再检索支付媒介的余额。从第一步和第三步的余额差可确定记入借方的金额，并由此可确定在支付站要被记入贷方的金额。为防止这其中的欺诈，在第一步利用由支付站产生并传送到支付媒介的随机数字。根据第一个随机数字，作为第一响应，支付媒介产生一个验证代码，该代码特别包括随机数字和余额的(例如加密码的)处理方式。对每次交易都使用不同的随机数字，以防止通过重放来伪造一次交易。另外，在第三步中被使用的也是由支付站产生并传送到支付媒介的第二个随机数字。根据第二个随机数字，作为第二响应，支付媒介产生第二个新验证代码，该代码特别包括该第二个随机数字和该新的余额的处理方式。根据2个所传送的余额间的差，支付站(或者说支付站的加保护的模件)确定应按哪个金额将支付站的余额记入贷方。
只要支付媒介同一个支付站(或者说加保护的模件)通信，所说的已知方法基本上是非常防欺诈行为的。然而，该已知方法的缺点在于，第一个和第二个验证代码是独立的。如果第二个或第三个支付站(或者说加保护的模件)同该支付媒介通信，就有可能由于所说的独立性将第一步从第二和第三步分离开。结果，在没有上述的支付媒介被记入借方的情况下，会实现表面上完成的交易。会理解，这样是不合需要的。
美国专利US 5,495,098以及相应的欧洲专利申请EP 0,621,570披露了一种方法。在该方法中，支付站的保密模件的标识被用来保证数据交换只在卡和一个终端之间进行。在安全模件，站和卡之间的数据交换的保护是比较复杂的并需要多方面加密计算。
其他现有技术的方法被披露在，例如，欧洲专利申请EP 0,223,213和EP 0,570,924。但是，这些文件没提供对上述问题的解决办法。
发明的概要
本发明的目的是，消除现有技术的上述的和其他的缺点，提供一种对将一笔交易帐记入借方提供更大程度的保护的方法。特别地，本发明的一个目的是，提供一种保证在交易时只一个支付站被记入贷方的方法。
因此，本发明提供一种利用电子支付媒介和支付站进行交易的方法，该方法包括反复执行一个询问步骤。在该步骤中支付站询问支付媒介并接收响应的支付媒介的数据。支付媒介的数据包括由预定的处理产生的验证代码。相继验证代码按所说处理的状态被连接到同一交易的在先的验证代码上。
通过提供验证代码之间的连接，能保证支付站所接收的数据对该站来说是唯一的。为了连接不同步骤中的验证代码，在一个询问步骤中处理最好利用由前一个询问步骤中的最后处理状态导出的一个初始值。
更具体地说，本发明提供一种利用支付站安全地将电子支付媒介记入借方的方法，该方法包括：
-第一步，在该步骤中，
-支付站传送给支付媒介第一个随机数值，
-支付媒介在响应所说第一个随机数值时传送给支付站第一个验证代码，利用预定的处理，根据至少第一个开始值、第一个随机数值和支付媒介的当前余额，确定这个验证代码，该处理另外产生第一个结束值；
-任选的第二步，在该步骤中，
-支付站传送给支付媒介一个记入借方的命令，根据该记入借方的命令，该支付媒体的余额被减低；以及
-第三步，在该步骤中，
-支付站传送给支付媒介第二个随机数值，该支付媒介在响应所说第二个随机数值时传送给该支付站第二个验证代码。利用所说的处理，根据至少第二个开始值，第二个随机数值和该支付媒介的当前余额确定这个验证代码，第二个开始值是根据第一个结束值建立的。
根据本发明的方法的特征是，第二个开始值是根据第一个结束值建立的。
通过根据第一个结束值，即根据第一个验证代码完成后的处理状态来建立第二个开始值，得到第一步和其余步之间的直接联接，并不再可能中断该方法或者不那样通知而同其他支付站交换数据。在这里，可形成例如，加密码过程的初始化向量的第二个开始值可以与第一个结束值相同，或者，从第一个结束值导出。在第一种情况下，第一个结束值可被储存；在第二种情况下，第二个开始值可以是，例如，从第一个结束值开始已被执行了若干次的(加密码的)处理的状态。在这两种情况中的任何一个情况下，第二个开始值可从第一个结束值来复制，结果，提供了关于验证的核查，从而提供关于方法的继续的核查。
在第三步，过程可产生第二个结束值，它可被用于为可能的附加步骤导出开始值。
因此，本发明是根据这样的见识，即，在某些情况下，在记入交易借方的连接步骤中的验证上的多个独立的开始值的应用产生不是所有的交易步骤都在同一对支付媒介和支付站之间进行的可能性。
此外，本发明提供所说方法在现行的电子支付媒介中的便利的执行。
在上面涉及到了支付媒介(卡)同其通信的支付站。一个支付站可有一个交易数据的集成存储器或者说一个单独的模件。可以理解，在支付站使用被保护的模件(“安全模件”)安全储存交易数据的情况下，支付媒介实际上是经由支付站同这样的模件通信。
附图的简要说明
在下面将参照如下各附图更详细地说明本发明。
图1示意地表示可以在其中应用本发明的支付系统。
图2示意地表示以其应用本发明的方法。
图3示意地表示以其应用本发明的方法的进一步细节。
图4示意地表示图3的方法的一个可供选择的实施例。
图5示意地表示用其可应用本发明的支付媒介的集成电路。
优选的实施例
在图1中示意地表示的用作电子支付的系统10，作为例子，包括电子支付媒介，如所谓单片卡或者智能卡11，支付站12、第一个支付机关13和第二个支付机关14。在图1中以一个现金出纳机表示支付站(终端)12，但还可以包括，例如，(公共)电话装置。图1中以银行表示的支付机构13和14可以不只是银行，也可以是在其配置上有用于结算支付的装置(计算机)的另外机构。实际上，支付机构13和14可以组成一个支付机构。在所示的例子中，支付媒介11由一个基片和有触点的集成电路15构成，电路被设计为处理(支付)交易。支付媒介还可包括一个电子钱包。
在交易期间，支付媒介11和支付站12之间进行支付数据PD1的交换。支付媒介11与支付机构13联系。而支付站12同支付机构14联系。在交易后，在支付机构13和14之间通过交换支付数据PD2进行结算，支付数据PD2从支付数据PD1得到。在交易期间，在上述的支付站12和支付机构14之间基本上不进行通信(所谓脱机系统)。所以，交易必须发生在保证不能出现系统的违规访问的可控状态下。这样的违规访问，例如，或许是增加支付媒介(卡)11的余额，该余额与按在支付机构13的对方帐目中的余额变化不相称。
图2的图表示在标明为“卡”(图1中的11)的支付媒介(的集成电路)和标明为“终端”(图1中的12)的支付站(的安全模件)之间的数据交换，接连发生事件被表示为一个在另一个下面。
在由I指示的第一步，终端产生第一个随机数字R1并将该数字传送给卡(子步骤Ia)。根据随机数字R1和其他数据，最好包括卡的余额S1，卡产生一个验证代码MAC1＝F(R1、S1…)，其中F可以是本身已知的加密函数。这将在以后参照图3和图4进一步说明。代码MAC1(“信息验证代码”)同至少余额S1一起被传送到终端(子步骤Ib)。在检查验证代码MAC1后，终端记录余额S1。
在由II指示的第二步，终端产生一记入借方的命令D，该命令包括要被记入借方的卡的数值(金额)。记入借方的命令D被传送到卡，此后卡的余额S1被减去要被记入借方的金额，得到新余额S2。对于本发明来说，步骤II的执行并非很重要。实际上，步骤II可以被进行任意多的次数，包括零次。
在III指示的第三步，终端产生第二个随机数字R2并将该数字传送给卡(子步骤IIIa)。根据随机数字R2和其他数据，包括卡的新余额S2，卡产生一验证代码MAC2＝F(R2、S2…)，其中F可以是本身已知的加密函数。传送新余额S2和验证代码MAC2到终端(子步骤IIIb)。终端通过，例如，利用R2和S2再生成代码并比较再生成的和接收到的代码，来核查验证代码MAC2。另一方面，终端还可译码代码MAC2获得R2和S2。所说的译码可以，例如，通过进行函数F的反演来进行。
在肯定的代码MAC2的核查后，在终端记录新的余额S2。可以理解，对于本发明来说，余额的反复向终端传送并非很重要。在这方面，可以省略卡余额的传送而代之以，例如，在第三步的减少的确认。在该确认后，减少的金额(如在步骤II中传送到卡上的)被记录在终端。除了或者说代替卡余额，在第一步和第三步可传送卡标识到终端。
在由IV指示的第四步中，在终端确定并记录余额S1和S2之差。就此而论，为以后结算，可以将这样的差或者单独存储，或者加到现有数值(支付站的余额)上。所说的第四步以及可能有的接着的步骤并非为本发明所必需的。图2中所示的各步骤可以接在一个验证或者说鉴定步骤之后，在该步骤中识别被用于产生验证代码的键标。最好是，不同的键标被用于各批卡，或者，甚至各个别卡。这可以，例如，用基于卡识别号的键标多样化的方法来达到，这是本专业技术中众所周知的方法。
在上面讨论的图解中，随机数值R1和R2是不同的。然而，随机数值R1和R2可以是相等的(R1＝R2＝R)，所以，在步骤III可以检查在验证代码MAC2中是否仍利用同样的随机数R(＝R1)。
按着现有的技术，验证数值MAC1和MAC2基本上是独立的。这就是说，如果随机数字R1和R2不同，则在MAC1和MAC2的数值之间没有直接或间接的关系，这由于用其确定验证代码的处理(函数F)总是假定同一个开始值，即，零的开始值。由于此独立性，基本上无任何保证使步骤I和III在同一对的卡和支付站之间执行。
但是，按照本发明，当确定第二个验证代码(MAC2)时。假定存在确定第一个验证代码(MAC1)的结果的一个开始值。例如，在确定第一验证代码后的(加密码的)处理的状态可以被用作第二开始值。就此而论，在第一个验证代码确定后过程是否还经历若干处理步骤并不重要。这由于第二个开始值的相关性和再现性将被保证。
根据本发明的所说的开始值的相关性保证在其中应用根据本发明的方法的交易中的所有步骤都发生在同一卡和同一支付站之间。
现在将参照图3来说明开始值间的关系。在图3中，步骤I和III可以与图2中的步骤I和III相同。在步骤I中，利用一个函数F生成第一个验证代码MAC1，函数F可以是本身已知的密码函数，例如，DES(“数据加密标准”)函数，或者比较简单的组合函数(见图5)，或者“散列”函数。函数F取第一个随机数值R1，第一个(旧的)余额S1、键标K和第一个开始值Q1作为输入参数。一个将命令记入借方的标识(如在步骤II中所用的)可任选地被用作输入参数。时钟脉冲α被示出，它控制处理过程，可以与图5的时钟α等同。
如果在卡激活(在终端插入卡激活可以发生)之前无任何涉及函数F的预先处理发生过，则第一个开始值(初始化向量)Q1可以等于零或者另一个预置初始值。
函数F产生一个验证代码MAC1。另外，函数F的状态(“残差”)作为第一个结束值Y1被保存。该第一个结束值Y1将在以后作为第二个开始值Q2(Q2＝Y1)在步骤III中被使用。于是，将第一步和第三步连接起来。
在步骤III中，利用函数F生成第二个验证代码MAC2。该函数最好与步骤1的函数F相同。在这里，函数F取第二个随机数值R2、第二个(新的)余额S2、键标K和第二个开始值Q2作为输入参数。函数F产生第二个验证代码MAC2以及为处理后的函数F状态的第二个结束值Y2。假如需要第三个验证代码(MAC2)涉及相同的卡和安全模件(终端)，则第二个结束值Y2可用作第三个开始值(Q3)被保存。一般地说，卡去活(例如，卡从终端取出)将使得当前结束值(例如Y2)丢失。这就保证了交易的唯一性。
图4表示在时钟α的控制下函数F的处理在步骤I和III之间继续的情况。步骤1产生如在图3中代码MAC1和第一个结束值Y1。该结束值Y1被作为开始值“输入”到函数F’中。如上所说明的，结束值Y1是完成代码MAC1后的函数F状态，所以，如果函数继续处理，则所说状态可被看作开始值。在图4中，在步骤II函数F被表示为当该函数不会接受输入参数R1、S1和K时的函数F’。
在步骤III，函数F’的状态(结束值)被用作开始值Q2。然后，用F和输入参数R2、S2和K产生MAC2。
在图4的例子中，开始值Q2不同于结束值Y1。然而，值Q2和Y1被通过函数F’建立关系。这仍允许有关步骤I和III间的对应性的检验。
可以理解，图3和4的各步骤既在卡中也在终端(的安全模件)中被执行。亦即，卡和终端两者产生如图3和图4中所示的代码MAC1和MAC2。通过将接收到的代码与在终端产生的其对应代码相比较，终端就可能鉴定所接受数据的真实性和查明在一次交易中只涉及一个单独的卡。
将按照图5进一步地说明根据本发明的方法就商业上现有的支付卡来说可如何被应用。
图5中示意地示出的集成电路100基本上对应于图1的支付媒介中的集成电路15。它包括第一存储器101和地址寄存器102。存储器101包括多个存储单元。这些存储单元借助于地址寄存器102被编址。寄存器102按计数器构成。在响应在支付媒介外产生的时钟脉冲时，地址寄存器102行经一系列地址。存储器101按所谓EPROM或者EEPROM存储器构成。在响应(外部)读/写信号R/W时，它可有选择地被写或者被读。借助于数据总线103，数据，也就是余额S1、S2等同集成电路100的其他部分进行交换。
第二存储器104按有反馈的移位寄存器构成。在许多情况下，所说的存储器由动态存储器组成。因此，如果储存在该存储器中的信息不定期地“被刷新”，则所说的信息被丢失。这一点将在以后做详细阐述。随机数字R可以(暂时地)被储存在(任选的)寄存器105中。对于第二存储器104，有经由(任选的)组合电路106馈送的分别来自寄存器105和存储器101的随机数字R和余额S。有可能地，在组合中还会涉及另外的参数，如储存在存储器101中的键标K。在存储器(移位寄存器)104的(反馈)输出端上产生出验证代码(即，MAC1，MAC2、…)，而该验证代码来源于余额S、随机数字R以及如标识码(例如，卡号码)、键标等等这样的其他可能的参数的加密码组合。反馈经由多个模-2加法器和组合电路106发生。被连接到那里的电路104、106和加法器组成图3和图4的函数F和F’。
实际上，集成电路100可包括许多其他部分，然而，对于本发明来说，它们并不重要。
在现有的方法及其执行的场合，出现这样的问题，即，为写数据(在本情况下是余额)到EEPROM存储器101，需要有比较长的写时间，例如，至少5ms。在写期间，有供给存储器的时钟和写信号(如信号α和R/W所示)。在现有支付卡的场合，不可能在对EEPROM存储器写期间对集成电路100的其他部分提供另外的时钟脉冲。结果，动态存储器104的内容丢失。这是由于为“刷新”存储器的内容所说的存储器必须定期地在例如至少0.1ms的很短时间间隔内接收一个时钟脉冲。因此，在余额写到EEPROM存储器101(图2中的步骤II)后，动态存储器104的内容丢失，并且为达到所规定的存储器的初始状态应复位所说的存储器。所说的复位可通过馈送一系列0(或1)到存储器104的输入端来进行。为此目的，可以以这样方式构成组合电路106，即根据某个控制信号它只发出0(或1)到其输出端。
然而，复位存储器104有这样缺点，即，与本方法的较早步骤(图2中的步骤I)有关的信息因而被丢失。因此，按照本发明，在存储器104中的信息是被保持的。最好通过让对EEPROM存储器101的写数据以一定的方式发生来达到此目的，这个方式就是动态存储器104和可能的其他动态存储元件，如寄存器105的刷新不受干扰。为此目的，总要保持时钟脉冲α的频率在一个不危及动态存储器的刷新这样的值上。依所用的动态存储元件而定。时钟频率可达，例如，至少10KHz。由于当以这样的时钟频率进行写时，(时钟)脉冲持续时间太低(例如，在10KHz为0.05ms，而在有某个EEPROM存储器的情况下需要有至少5ms的脉冲持续时间)，所以写被反复地进行。换句话说，同一数值(余额)被写到存储器101的同一地址若干次，直到至少达到总规定持续时间为止。在给出的有10KHz时钟频率和最小写时间5ms的例子中，这意味着，应被写到同一地址总计至少100次。
由于在许多现有支付卡中随着每个时钟脉冲地址寄存器被增(或者减)1这一事实，会使上述的反复写成为困难。因此，实际的写会只发生在许多地址中的一个上，以致为在一个(比较短的)时钟脉冲期间内总要行经整个地址范围去写。结果，写所需要的持续时间被拉长。
根据本发明的另一个方面，提供一个对此解决方法。该解决方法是以这样方式改变时钟α的频率：在行经地址寄存器时，因而也是写信号不存在时，为加速运行而提高时钟α的频率；并且为使写脉冲继续时间更长，在写之前马上或者在写时降低时钟的频率。可以理解，时钟频率只能被降低到为所需要的动态存储器刷新所允许的程度。
还可有利地调整时钟脉冲的形状，使得1/0比不等于50/50，而等于70/30或者90/10。这导致了一个较长的写脉冲(如果写用等于1的时钟脉冲进行的话)，并因而得到较短的总写时间而又不干扰动态存储器的刷新。
时钟脉冲形状的调整可以有利地同改变时钟频率相结合。另外，地址寄存器可以在不产生比严格需要多的不同地址的这样方式下被有利地构成。通过限制可能地址的数目，可以有效地限制行经地址寄存器所需要的时间。
如上说明，本发明是基于在本方法的各个步骤之间不丢失验证信息这一事实。为此目的，甚至在对需要比较长的写时间的存储器、如EEPROM存储器写期间也保证动态寄存器和存储器保持它们的内容。
实际上，可以用在支付站的软件形式，特别地，在支付站的所谓读卡器中来执行本方法。
本专业技术人员会理解到，本发明不限于所示的实施例，不偏离本发明的范围，许多改进和修改是可能的。因此，在上面根据将支付媒介记入借方说明了本发明的原理，但是，这样原理也可适用于将支付媒介记入贷方的情况。

Claims (21)

1.利用电子支付媒介(11)和支付站(12)进行交易的方法，该方法包括反复执行询问步骤(I；III)，在其中，支付站(12)询问支付媒介(11)并接收支付媒介的响应数据(例如，S1；S2)，支付媒介数据包括由预定的处理(F)产生的验证代码(MAC1；MAC2)，由所说的处理(F)的状态将相继的验证代码(例如，MAC2)连接到同一交易的先前验证代码(MAC1)上。
2.根据权利要求1的方法，其中，在询问步骤(例如，III)中的处理(F)利用从先前询问步骤(I)中的处理(F)的最后状态导出的初始值(Q2)。
3.根据权利要求1或者2的方法，其中，处理(F)包含键标(K)。
4.根据权利要求1、2或者3的方法，其中，处理(F)包含由支付站(12)产生的随机数值(例如，R2)以及支付媒介的余额(例如，S2)。
5.利用支付站(12)安全地将电子支付媒介(11)记入借方的方法，该方法包括：
-第一步(I)，在该步骤中，
-支付站(12)传送第一个随机数值(R1)到支付媒介(11)，
-支付媒介(11)在响应所说第一个随机数值(R1)时传送第一个验证代码(MAC1)到支付站(12)，用预定的处理(F)根据至少第一个开始值(Q1)、第一个随机数值(R1)以及支付媒介(11)的当前余额(S1)确定这个验证代码，该处理还产生第一个结束值(Y1)，
-任选的第二步，在该步骤中：
-支付站(12)传送记入借方命令(D)到支付媒介(11)，又根据该记入借方命令(D)减低支付媒介(11)的余额(S1)，以及
-第三步，在该步骤中，
支付站(12)传送第二个随机数值(R2)到支付媒介(11)，该支付媒介在响应所说第二个随机数值(R2)时传送第二个验证代码(MAC2)到支付站(12)，利用所说的处理(F)，根据至少第二个开始值(Q2)、第二个随机数值(R2)及支付媒介(11)的当前余额(S2)确定这个验证代码，第二个开始值根据于第一个结束值(Y1)。
6.根据权利要求5的方法，其中，第二个开始值(Q2)与第一个结束值(Y1)相同。
7.根据权利要求5或者6的方法，其中，验证代码(例如，MAC1)也根据键标(K)和标识代码来确定。
8.根据权利要求5、6或者7的方法，其中，处理(F)包括一加密函数。
9.根据权利要求5、6、7或者8的方法，另外还包括第四步(IV)，在该步骤中：
-支付站(12)记录在第一步和第三步的余额之间的差(S1-S2)。
10.根据权利要求5到9中的任何一个的方法，其中，第一个随机数值(R1)和第二个随机数值(R2)相同。
11.根据权利要求5到10中的任何一个的方法，其中，第三步(111)被反复执行。
12.根据权利要求5到11中的任何一个的方法，其中，支付站(12)包括一个适用于安全地记录数据的模件。
13.根据权利要求5到12中的任何一个的方法，就支付媒介(11)的应用而言，该支付媒介(11)包括一个集成电路，该电路具有用于储存余额的第一个可再写存储器(101)和用于产生作为随机数字(R)的函数的验证代码(MAC)的第二个动态存储器(104)，随着反复的写动作和使第二个动态存储器(104)的内容被保持的时钟脉冲(α)，余额(S)写到第一个存储器(101)发生。
14.根据权利要求13的方法，其中，每个被写的余额的写动作次数总计在50和150之间。
15.根据权利要求13或者14的方法，其中，时钟脉冲频率(α)在写动作之间被增加。
16.根据权利要求13、14或者15的方法，其中，时钟脉冲(α)有不对称的1/0比。
17.包括集成电路的智能卡(11)，该集成电路包括为储存键标和要被加密的数据的存储器(101)、为储存加密数据和为产生加密的数据(MAC)的反馈移位寄存器(104)以及在运行时同存储器(101)和移位寄存器(104)相连接的逻辑器(106)，该逻辑器(106)用于将来自存储器的数据同来自移位寄存器的反馈数据组合，还用于馈送组合的数据到移位寄存器(104)中，该电路被配置成保持移位寄存器的内容。
18.根据权利要求17的智能卡，并且包括用于改变时钟脉冲速率和时钟脉冲比的装置。
19.根据权利要求18的智能卡，并且包括为储存随机数值(R)同逻辑器(106)连接的寄存器(105)。
20.通过应用根据权利要求1到16中的任何一个的方法来进行的金融交易。
21.为应用根据权利要求1到16中的任何一个的方法而设计的支付站(12)。
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