CN1299233C - 智能卡 - Google Patents

Abstract

一个用于和一个安全入口、诸如运输十字转门、居住访问门、或停车设施等一起使用的智能卡，用于执行对授权通过的验证核对。一个指纹传感器位于该卡的每个主要表面上、在对应于拇指和一个手指的自然放置的位置上。指纹传感器生成指纹图案信号，通过使用一个位于该卡内部的处理器将它与存储在该卡的非易失性存储器中的真实版本进行核对。验证核对的结果经过一个r.f.电路传递给相关的外部安全入口，其中该r.f.电路也从该外部设备接收r.f.能量以提供D.C.电源用于该卡内部的电路。该卡能被忙碌地使用而不需要在检验点停止，借此便于经过该检验点的业务流。

Description

智能卡

技术领域

这个发明通常涉及智能卡，尤其是涉及一种具有改善工作能力的改进智能卡结构。

背景技术

智能卡目前是已知的，而且通常包含一个具有集成在该卡结构内部的有源系统元件的卡形数据令牌，用于启动该卡与多种数据处理系统的交互式使用，其中这多种数据处理系统诸如启动销售点购买交易的信用卡计费系统、签帐卡系统、用于公共交通的费用收取系统、安全存取设备、和任何需要一个能够与一个数据处理系统相互作用的数据标记的应用。智能卡具有两种基本配置，一种要求与卡阅读器有直接、正面接触(诸如那些使用电阻接触的卡)，而另一种仅仅要求接近该卡阅读器(诸如那些使用电感或电容性传输元件的卡)。两种配置通常都在物理卡结构内部集成了几个被一个适当起作用设备所需要的基本元件。这些元件包含：一个输入/输出数据传输电路；一个局部数据处理器；某种类型的非易失性存储器，用于在有效使用期间在该卡内部存储数据，以及存储某种形式的程序以启动该卡与外部数据处理系统一起起作用；以及一个电源传输电路。就直接接触智能卡来说，输入/输出数据传输电路和电源传输电路通常使用电阻接触，它允许将由卡阅读器单元提供的直流DC电源传送到在该卡内部的元件，并提供一个数据传输路径。就非接触的智能卡来说，输入/输出数据传输电路和电源传输电路通常采用一个r.f.能量接收电路，它包含用于将接收的能量从一个r.f.形式的外源转换成为可用的直流电形式的电路。该r.f.能量接收电路通常包含一个电感，它也被用于提供一个数据传输路径。在一个可从RacomSystems公司中获得、题为“About Smart Cards”的刊物中阐述了对当前智能卡技术的综述。这个刊物的公开因此被包含在此处作为参考。

已经提出了包括一个验证机制用于阻止该卡由除了特许用户外的所有人使用的智能卡。迄今为止所提出的最安全验证机制在该卡自身内部使用一个指纹阅读器和相关电路，它能够读取该用户唯一的手指指纹或拇指指纹，将读取的指纹与一个已知是真迹的存储版本进行比较，并且如果这两个版本匹配则允许使用该卡用于交易。这样一种安全智能卡的描述能够在1995年12月5日公布的、题为“CREDIT CARD WITH DIGITIZED FINGER PRINT AND READING APPARATUS”的美国专利5,473,144，以及题为“IC CARD WITH INDIVIDUALAUTHENTICATION FUNCTION”的美国专利5,180,901中找到，这些公开在此被包含在内作为参考。

在已知的、在卡和阅读器装置之间使用直接接触的这种类型的智能卡中，卡必须被插入到一个槽(诸如在′144设备中的槽18)中，而且用户的手指或拇指必须被压在一个支撑表面(诸如在′144设备中的扫描屏幕20)上以便执行验证过程。在′901专利中所示的智能卡装置中，它看起来也使用了直接接触，该卡必须被置于一个稳固的支承表面上以便允许用户的手指坚固地压在指纹传感器区域1和3上以便允许验证过程正确进行。

尽管上述方案非常适于内在要求智能卡在卡阅读器中保持固定持续一段时间的直接接触应用，但是当这个方案被试图用于非接触的智能卡时就遇到了问题。非接触智能卡的基本优点在于以下事实，即：该卡可以被飞速地读取，而不需要用户在卡阅读器位置处停止、将该卡插入到一个卡阅读器里、等待验证过程结束、然后从阅读器取回卡。相反地，在一个非接触卡的装置中，用户只要将卡放置在阅读器的附近，通常同时沿安全入口(例如一个运输系统十字转门、或一个自动安全大门或房门)的方向继续前进，而验证过程在用户前进的同时继续进行。如果授权过程是成功的，则该过程期间用户经过安全入口而不需要暂停。这个优点在高流通量应用中尤其有效，在该高流通量应用中期望的结果是安全访问和正常速率的连续流通流的结合。已知的使用指纹校验的智能卡系统的确提供了高度的安全访问，然而，这种系统要经受以下的缺点：当用户的指纹正在被检查真实性时需要在流通流中暂停。

发明内容

本发明包含一种智能卡，它将指纹核验集成到一个物理卡结构中，并允许读取用户的个人指纹而不需要任何静态的读取表面元件，以便该卡可以被飞速地用于控制对一个安全入口的访问。

在一个广义方面，本发明包含一个物理卡结构，它具有一个位于该卡一个表面上的指纹登记区域、用于允许用户紧握该卡以压下手指或拇指指纹从而用该指纹登记区域启动登记的装置、以及位于该卡内部、用于将提供给该指纹登记区域的物理指纹信息转换成为用于执行该用户的个人指纹真实性核对的电指纹信号的电子电路。

该启动装置最好是在该卡表面上包含传感器部分，它位于当该卡由用户紧握时拇指或手指的指纹部分自然放置的位置处，以便每当用户以恰当的方式掌握该卡时能自动建立稳固的接触，并且能生成可靠的信号。

该电子电路包含用于完全在该卡本身内部执行指纹验证核对处理并用于发送一个通过/未通过信号到安全检验点的电路元件。该电路包含一个非易失性存储器用于存储授权用户的指纹的真实版本，以及一个处理器用于将这些已知版本与由指纹传感器生成的当前指纹信号进行比较。一个r.f.传输电路在卡和任何外部设备之间提供了一个数据传输路径，而且还能使r.f.能量从一个外部源传输到该卡内部的电路元件。

本发明提供了与个人指纹校验有关的相对高的安全性，而没有妨碍通过该安全检验点的流通流。

为了全面了解本发明的特性和优点，应当结合附图进行随后的详细说明。

附图说明

图1是一种集成了本发明的非接触传输智能卡的方框图；

图2是显示了一个集成本发明的智能卡的指纹登记区域的第一卡表面的视图；

图3是一个集成了本发明的智能卡的卡反面的视图；以及

图4-5是说明了在一个用户的拇指和手指以及该指纹传感器之间的交互作用的示意图。

具体实施方式

下面参看附图，图1是一种集成了本发明的非接触传输智能卡的方框图。如这个附图中所示，该智能卡包含一个微处理器12、一个指纹存储器14、一个正面指纹阅读器16、一个反面指纹阅读器18、以及一个r.f.传输电路20。微处理器12可以包含许多商业上可获得的、能够提供智能卡所需的要如下所述的控制和数据处理功能的微处理器中的任何一个，诸如可从Arizona州Chandler的Microchip Technology公司中获得的这种设备的PIC族中的一种嵌入式处理器。指纹存储器14包含一个具有足够存储容量的非易失性存储单元，以便永久地存储授权用户的一个或多个个人指纹的数字版本，最好是一个拇指指纹和一个手指指纹(最好是同一只手的食指指纹和拇指指纹)。适于用作指纹存储器14的非易失性存储设备的已知类型包含闪速存储器、PROM、EEPROM、以及在下面这篇专利文献中公开的磁存储器单元，这篇文献为：1992年6月30日出版的、题为“Thin Film Magnetic Core Memory And Method Of Making Same”的美国专利No.5,126,971，在此将这篇文献包含在内作为参考。

指纹阅读器16和18可以包含任何形式的能够在用户的手指或拇指部分被牢固地压在智能卡表面上指纹阅读器所在的一部分上时，生成表示该用户的手指或拇指的个人指纹图案电信号的指纹阅读器设备。这些电信号通常指示一个在末端和第一个关节之间手指或拇指的肉质部分上发现的脊和谷的唯一图案，且这个图案是真实性的一个高度可靠指示。阅读器16和18可以结合在以上参考的两个专利′144和′901中公开的原理，或者可以包含其它已知的、能够单独从手指或拇指按压中生成所需的图案信号的等效设备。

R.f.传输电路20在内部智能卡元件和外部设备之间提供能量和数据传输，而且通常包含一个感应回路，用于感测从这些外部设备提供的能量和数据，以及用于以适当方式处理能量和数据信号的电路。这种电路在本领域中是公知的，而且通常包含用于分离r.f.能量和数据信号的电路、以及用于在输入和输出方向上缓存数据的电路。

图2和3分别说明了在本发明最佳实施例中的智能卡正面和反面，以及指纹传感器区域在每个表面上的最佳位置。参考图2，在智能卡正面23上的指纹传感器区域22位于：大约在正面23的右下象限、当由用户握紧卡(如图4所示)时该用户的拇指指纹部分将进行牢固接触的位置。参考图3，在智能卡反面25上的指纹传感器区域24位于：大约在反面25的左下象限、当由用户握紧卡(如图5所示)时该用户的手指指纹部分将进行牢固接触的位置。由于该指纹传感器区域的这种放置，每当由用户牢固地握紧该卡时，拇指和手指的指纹被牢固地与指纹传感器区域进行操作上的接触。作为结果，该卡能被飞速地使用而不会如现有技术设备所要求的那样需要任何支撑平台。

在使用中，通过将授权用户的一个或多个指纹载入指纹存储器14把智能卡准备好。这通常在某些授权场所中进行，诸如卡发行人(例如银行、停车场所的安全办公室、航线旅行办公室、控制访问团体的行政办公室、运输代理的票据购买场所、等类似机构)的一个分支机构。一旦个人指纹被永久地存储在存储器14中，该卡就能够与相应的控制访问系统的安全检验点结合使用。在每个这样的检验点，提供了一个外部场所，它将用于实现安全访问控制必要的电子和机械元件结合起来。该外部设备与智能卡以两种方式进行相互作用：第一，通过提供一个r.f.能量源以使智能卡电子设备通电；第二，通过从该智能卡接收允许访问/拒绝访问的信号。在卡本身内部借助于由微处理器12使用的一个验证算法执行验证核对。如果由微处理器执行的验证核对的结果表明该卡正由授权用户携带，则微处理器发布一个允许访问信号，该信号经由r.f.传输电路20传输到外部场所。一旦由外部场所收到这个信号，该场所就执行必要的控制功能以允许该用户获得访问。否则，则拒绝访问。

尽管当实质上为了经济和简单原因，优先选用了如图2-5中所示的平的卡表面外形时，应当明白可以依照期望采用其它表面外形。例如，卡主体可以被制成一个具有实质厚度的三维令牌，在一个或两个主要表面上具有波状外形的部分以形成用于拇指或手指的天然嵌入区域。

现在将会是显然的，依据本发明示教制成的智能卡提供了两个优点：通过指纹验证技术提供了相对高的安全，以及通过控制区域的不受阻碍的流通流。本发明能被使用在需要智能卡技术性能的广泛种类应用中，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明特别适用于那些涉及需要不受阻碍的流通流的应用、诸如运输系统费用收费装备、机场安全检验点、机动车辆通行费收费站、受控制地访问一个居住团体，以及任何需要将安全性测量和要求车辆或个人的平稳流动的要求结合起来的应用。本发明可以被配置用于单独访问控制，或用于结合费用收取进行访问控制，如在一个运输系统或收费关卡应用中那样。

本发明可以被配置用于如图所示的右手使用、用于左手使用、和用于单或双指纹验证。例如，就单指纹验证来说，只有一个指纹传感器区域22或24被并入到智能卡里，且单一的相应真实指纹信号的集合被存储在存储器14中。此外，本发明可以被配置为右手或左手都使用。在这样一个应用中，指纹传感器区域22、24位于该卡下部的中心附近，以便使一只右手或者左手的拇指和/或食指指纹都能够被登记下来。

尽管以上提供了本发明最佳实施例的完整和全面的公开，但是对本领域技术人员来说可以进行各种修改、替换构造和等效。例如，虽然用于微处理器12、指纹存储器14、和指纹传感器16、18的具体实例已经被描述过了，但是可以依照要求选择其它设备类型。因此，以上不应该被认为是限制本发明，本发明由附加的权利要求书来定义。

Claims (4)

1.一种用于安全用户验证系统中的智能卡，所述卡包含：

一个具有前面和背面的卡主体；

一个由所述卡携带的指纹传感器，具有位于所述卡的所述前面和背面中的一面上的第一部分，用于提供表示一个用户压在所述传感器的所述第一部分上的一个手指指纹的实时信号，以及位于所述卡的所述前面和背面中的另一面上的第二部分，用于提供表示所述用户压在所述传感器的所述第二部分上的一个拇指指纹的实时信号，所述第一和所述第二部分以这样相对的位置位于所述卡的所述前面和所述背面上，借此使当所述用户紧握所述卡时，所述手指指纹和所述拇指指纹能与所述第一和所述第二部分分别对准；

用于当所述卡由所述用户紧握、且所述用户的手指和拇指与所述传感器的所述第一和第二部分分别接触时允许所述指纹传感器提供所述信号而不需要外部支撑的帮助的装置；以及

在该卡内部的验证装置，用于从所述指纹传感器信号中生成电验证信号，

借此，所述实时信号和所述验证信号能够在所述卡进行移动时产生而不需要用一个外部支撑来支撑所述卡。

2.如权利要求1所述的用于安全用户验证系统中的智能卡，其特征在于：所述验证装置在所述卡中包含一个指纹存储器，用于存储已知的真实手指指纹及拇指指纹信号，以及处理器装置，用于将所述真实的手指指纹及拇指指纹信号与所述实时信号进行比较。

3.如权利要求1所述的用于安全用户验证系统中的智能卡，其特征在于：所述卡进一步包含一个r.f.传输电路，用于从一个相关的外部源接收r.f.能量，以及用于启动在所述卡和一个外部相关设备之间的数据传输。

4.如权利要求1所述的用于安全用户验证系统中的智能卡，其特征在于：所述验证装置进一步包含用于生成一个访问控制信号以用来控制一个外部访问控制设备的装置。

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