DE10016716A1 - Datenträgerkarte für kontaktlose Datenübertragung - Google Patents

Abstract

Die Veranlassung eines Services durch eine Datenträgerkarte (1) für kontaktlose Datenübertragung, z. B. ein Abbuchen von einem auf der Karte gespeicherten Guthaben, erfordert eine ausdrückliche Willenserklärung des Benutzers. Hierzu sind zwei Kontaktflächen (41, 42) vorgesehen, zwischen denen die Impedanz oder Körperspannung des aufgelegten Fingers eines Benutzers gemessen wird. In Abhängigkeit vom Meßwert wird die Versorgungsspannung oder der Datensignalpfad für einen Mikrocontroller (13) freigeschaltet oder blockiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenträgerkarte für kontaktlose Datenübertragung mit Kontaktflächen.

Datenträgerkarten sind weitläufig bekannt. Ein auf der Karte angeordneter Mikrocontroller speichert in einem nichtflüchti­ gen Speicher (non-volatile memory - NVM) einen Datenwert, der z. B. einen Geldwert in einer landesüblichen Währung repräsen­ tiert. Anstelle der Bezahlung eines Geldbetrags mit Bargeld kommuniziert die Datenträgerkarte mit einem Lesegerät, wel­ ches beispielsweise mit einem Kassenautomaten in einem Super­ markt gekoppelt ist, um die Rechnung anstelle der Übergabe von Bargeld zu begleichen. Der Geldbetrag wird von dem auf der Datenträgerkarte vorhandenen Guthaben während der Kommu­ nikationsverbindung mit dem Lesegerät unmittelbar abgebucht. Auf Datenträgerkarten für andere Anwendungen ist anstelle ei­ nes Geldbetrags eine dementsprechend andere Werteinheit ge­ speichert, die bei Kontaktaufnahme mit dem Lesegerät verrin­ gert wird. Solche Datenträgerkarten kommen beispielsweise beim elektronischen Ticketing in öffentlichen Verkehrssyste­ men oder bei Telekommunikationssystemen zum Einsatz.

Betreffend die Verbindung zu einem Lesegerät sind kontaktbe­ haftete und kontaktlose Chipkartensysteme bekannt. Bei erste­ ren ist auf der Chipkarte eine Anzahl von Kontakten in einem Kontaktfeld vorgesehen, auf welche entsprechende Kontaktstif­ te im Lesegerät aufsetzen, um die Versorgungsspannung zuzu­ führen und den Datensignalverkehr abzuwickeln. Bei letzteren ist in der Karte eine als Antenne wirkende Spule angeordnet, die mit dem Lesegerät in elektromagnetische Wechselwirkung tritt. Die Schaltungen der Chipkarte beziehen ihre zum Be­ trieb notwendige Energie aus dem vom Lesegerät bereitgestell­ ten Magnetfeld. Dem Magnetfeld wird außerdem Dateninformation aufmoduliert und auf Seite der Chipkarte wieder abgetrennt.

Es genügt, wenn die kontaktlose Chipkarte soweit in die Nähe des Lesegeräts gebracht wird, daß das in der Antennenspule der Chipkarte empfangene elektromagnetische Feld ausreichend stark ist, um die Chipkarte mit Energie und Datensignalen hinreichend sicher zu versorgen.

Beispielsweise bei Geldkarten heutiger Ausprägung, d. h. sol­ che, die kontaktbehaftet sind, wird ein Geldguthaben gespei­ chert, von dem Beträge durch das Lesegerät abbuchbar sind, besteht die kaufmännische und rechtliche Anforderung, daß der Benutzer seinen Willen, den Abbuchungsvorgang einzuleiten, ausdrücklich kundgibt. Bei kontaktbehafteten Chipkarten kann diese Willenserklärung darin gesehen werden, daß der Benutzer die Geldkarte in das Lesegerät einsteckt. Bei kontaktlosen Chipkarten hingegen entfällt eben dieser Bedienungsschritt. Es könnte ein Lesegerät in die Nähe der Geldkarte gebracht werden und ein Geldbetrag abgebucht werden, ohne daß dies der Benutzer bemerkt und dem Abbuchungsvorgang zugestimmt hat. Daher wird gefordert, daß der die Geldkarte verwendende Be­ nutzer ausdrücklich eine Handlung vornimmt, um dadurch anzu­ zeigen, daß er gewillt ist, den Bezahlvorgang über die Geld­ karte abzuwickeln.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kontaktlose Datenträgerkarte anzugeben, bei welcher eine Ab­ buchung nur dann erfolgen kann, wenn eine ausdrückliche Wil­ lenserklärung des Benutzers vorliegt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Datenträ­ gerkarte gelöst, die umfaßt: eine Steuerungseinrichtung zur Überwachung eines Datenverkehrs zwischen der Datenträgerkarte und einer Bedieneinheit, um eine Servicefunktion zu veranlas­ sen; zwei von außerhalb der Chipkarte zugängliche Kontaktflä­ chen; und ein Schaltmittel, um in Abhängigkeit von einem zwi­ schen den Kontaktflächen abgreifbaren Signal die Veranlassung der Servicefunktion freizuschalten oder zu blockieren.

Bei der erfindungsgemäßen Datenträgerkarte muß der Benutzer die hierzu vorgesehenen Kontaktflächen berühren, bevor der Service, z. B. ein Abbuchungsvorgang, fortgesetzt wird. Dies zeigt an, daß der Inhaber der Datenträgerkarte einverstanden ist, den Service zu veranlassen.

Dabei können die vom Bediener zur Abgabe der Willenserklärung zu berührenden Kontaktflächen, solche sein, die in dem für Zwecke des kontaktbehafteten Betriebs vorgesehenen standardi­ sierten Kontaktfeld liegen, sogenanntes ISO-Kontaktfeld (ISO 7816). Alternativ dazu ist es möglich, eine Kontaktfläche des ISO-Kontaktfelds und außerdem einen mit einer entsprechenden nach außen geführten Kontaktfläche versehenen Antennenspulen­ anschluß zu verwenden. Vorteilhafterweise erfordert die Rea­ lisierung der Erfindung bei diesen Ausführungen keine über die ohnehin vorhandenen Kontaktflächen hinausgehende weitere Kontaktfläche. Der Realisierungsaufwand besteht vielmehr nur in Schaltungs- und Programmaßnahmen innerhalb der in der Kar­ te angeordneten Steuerungseinrichtung, die meist als Mikro­ controller ausgeführt ist.

Die Schaltmittel, über welche die Willenserklärung abgefragt wird, messen die zwischen den für die Abfrage der Willenser­ klärung vorgesehenen Kontaktflächen anliegende Impedanz. Eine Schwellwerteinrichtung vergleicht, ob die Impedanz im Werte­ bereich für die Hautoberfläche eines menschlichen Fingers liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die von der Hautober­ fläche zwischen den Kontakten bei Auflage eines Fingers ein­ geprägte Körperspannung abgefragt und in der Schwellwertein­ richtung mit dem für menschliche Finger üblichen Wertebereich verglichen werden. Dadurch wird sichergestellt, daß ein Fin­ ger auf die Kontaktflächen gelegt wurde, um damit anzuzeigen, daß Einverständnis zur Veranlassung des Services besteht. Die Impedanzmessung bzw. die Messung der Körperspannung hat vor der Gewährung des gewünschten Services zu erfolgen. Je nach Systemdesign kann diese Messung bereits zu Beginn der Kommu­ nikation durchgeführt werden, insbesondere auch vor einer ersten Antwort der Karte an das Terminal. Zweckmäßigerweise wird die Messung der Impedanz bzw. der Körperspannung mög­ lichst zeitnah vor der Gewährung des gewünschten Services durchgeführt.

Für die Freigabe des Services nach erfolgter Willenserklärung bzw. das andernfalls erforderliche Blockieren des Services sind verschiedene Schaltungsmaßnahmen möglich. Zweckmäßiger­ weise ist ein Schalter vorgesehen, der zwischen die Antennen­ spule und den Mikrocontroller geschaltet ist. Einerseits kann der Schalter den Datensignalpfad nach dem erfolgreichen Er­ kennen der Willenserklärung zwischen Antenne und Mikrocon­ troller freischalten oder anderenfalls blockieren. Anderer­ seits kann der Schalter die Stromversorgung nach dem erfolg­ reichen Erkennen der Willenserklärung weiterhin aufrechter­ halten bzw. andernfalls unterbrechen, um damit die Veranlas­ sung des Services einzustellen. Eine vom Mikrocontroller ab­ gearbeitete Steuerungsroutine erzeugt ein Fenstersignal, wäh­ rend dessen Aktivierung der Benutzer der Datenträgerkarte ge­ halten ist, die Kontaktflächen zu berühren. Der Schalter zwi­ schen Empfangsantenne und Mikrocontroller wird vom Fenstersi­ gnal gesteuert.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für Dual-Interface- Chipkarten anwendbar, die sowohl kontaktbehaftet als auch kontaktlos betrieben werden können. Bei Kontaktlosbetrieb er­ folgt die Versorgung des Chips der Karte über ein elektroma­ gnetisches Feld und/oder über einen auf/in der Karte an- /eingebrachten permanenten Energiespeicher.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Datenträgerkarte gemäß der Erfin­ dung in Aufsicht und

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das den Signalfluß von für die Erfindung relevanten Schaltungsmaßnahmen innerhalb der Datenträgerkarte der Fig. 1 darstellt.

Die in Fig. 1 gezeigte Geldkarte 1 ist eine sogenannte Dual- Interface-Datenträgerkarte, die sowohl für kontaktlosen als auch kontaktbehafteten Datenverkehr mit einem Lesegerät ge­ eignet ist. Ein im Kartenträgermaterial der Geldkarte 1 ange­ ordneter Mikrocontroller 2 steuert die Betriebsabläufe inner­ halb der Karte. Der Mikrocontroller enthält einen nichtflüch­ tigen Speicher 21, der einen Wert speichert, der einen Geld­ betrag repräsentiert. Für den kontaktlosen Betrieb ist inner­ halb des Trägermaterials der Karte eine Spule 3 vorgesehen, die über zwei Leitungen 31 an den Mikrocontroller 2 ange­ schlossen ist. Der Mikrocontroller 2 entnimmt seine Betriebs­ spannung aus dem in der Spule 3 induzierten magnetischen Wechselfeld mittels geeigneter Filterung und Gleichrichtung. Das Magnetfeld wird vom Lesegerät erzeugt. Außerdem enthält der Mikrocontroller 2 einen Demodulator, um die Datenbits, die dem von der Spule 3 empfangenen Wechselfeld aufmoduliert sind, abzutrennen. Für kontaktbehafteten Betrieb ist ein Kon­ taktfeld 4 mit sechs Kontaktflächen vorgesehen. Beim Einstec­ ken in ein kontaktbehaftetes Lesegerät werden entsprechende Kontaktstifte auf die Kontaktflächen des Kontaktfelds 4 ge­ setzt, um Versorgungsspannung und Datensignalpfade zum Mikro­ controller 2 zu schalten. Jede benutzte Kontaktfläche des Kontaktfelds 4 ist über eine eigene Leitung 5 mit dem Mikro­ controller 2 verbunden.

Beim kontaktlosen Zahlungsvorgang mit der Datenträgerkarte 1 besteht die Anforderung, daß der Karteninhaber dem Bezahlvor­ gang durch eine bewußte Handlung zustimmen muß, um ausdrück­ lich seinen Willen und seine Zustimmung zur Abbuchung zu ge­ ben. Ohne eine solche Zustimmung könnte die Gefahr bestehen, daß eine ohne ausdrückliche Zustimmung des Besitzers in den Empfangsbereich des Lesegeräts gebrachte Datenträgerkarte die Ausführung der Serviceleistung veranlassen könnte. Andererseits könnte die Gefahr bestehen, daß ein Lesegerät in die Nähe der Datenträgerkarte gebracht wird, um auf diese Weise ohne ausdrückliche Zustimmung des Besitzers die Servicelei­ stung auszulösen.

Die Kontaktflächen des Kontaktfelds 4 werden beim kontaktlo­ sen Betrieb dazu verwendet, um die Willenserklärung des Be­ nutzers abzufragen. Hierzu werden zwei der Kontaktflächen des Kontaktfelds 4, z. B. die Kontaktflächen 41 und 42, verwendet. An den Kontaktflächen 41, 42 wird vom Mikrocontroller 2 ein Signal abgegriffen und festgestellt, ob der Benutzer einen seiner Finger aufgelegt hat. Hierzu eignet sich vorzugsweise eine Impedanzmessung, die feststellt, ob die Impedanz zwi­ schen den Anschlüssen 41, 42 in der Größenordnung der übli­ chen Impedanz für die Hautoberfläche des Fingers einer Person liegt. Der Wertebereich für die Impedanz liegt bei einer Meß­ frequenz im Bereich vom 1 bis 10 MHz im Bereich von Kiloohm. Der kapazitive Anteil der Impedanz liegt im Bereich vom Pico­ farad. Messungen bei 3,9 MHz haben einen resistiven Anteil von 1 . . . 3 kΩ sowie einen reaktiven Anteil von 5 . . . 20 pF er­ geben. Die Messung der Impedanz kann alle möglichen Meßvari­ anten einschließen, von rein resistiv bis rein reaktiv. Al­ ternativ zur Impedanzmessung kann die durch die Auflage des Fingers des Benutzers an den Anschlüssen 41, 42 eingeprägte Körperspannung gemessen werden. Die Körperspannung liegt in der Größenordnung von Mikrovolt.

Der Mikrocontroller 2 ermittelt die zwischen den Kontakten 41, 42 anliegende Impedanz oder Spannung und vergleicht die gemessenen Werte mit einem vorgegebenen Schwellwert, der bei­ spielsweise eine Größenordnung, d. h. um etwa den Faktor 5 . . . 10, unterhalb und/oder oberhalb des charakteristischen Zahlenbereichs liegt. Ein unterer Schwellwert dient dazu, un­ beabsichtige Kurzschlüsse auszuschließen. Zweckmäßigerweise wird ein Fensterdiskriminator verwendet, durch den abgefragt wird, ob der gemessene Wert in einem zulässigen Fenster liegt, welches durch einen oberen und unteren Schwellwert gebildet wird. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis wird die weitere Veranlassung der Serviceleistung zugelassen oder blockiert. Liegt der Meßwert innerhalb des zugelassenen Wer­ tebereichs kann davon ausgegangen werden, daß der Benutzer den Finger auf die Kontaktflächen gelegt hat und dadurch sein Einverständnis zur Abbuchung des Geldbetrags gegeben hat.

Für das Kontaktfeld 4 eignet sich zweckmäßigerweise ein her­ kömmliches, standardisiertes Kontaktfeld, welches üblicher­ weise für kontaktbehaftete Chipkarten verwendet wird. Das Kontaktfeld ist nach ISO standardisiert, sogenanntes ISO- Kontaktfeld (ISO 7816). Das ISO-Kontaktfeld kann problemlos hergestellt und in die Datenträgerkarte eingebracht werden. Es ist auch möglich, die Impedanz zwischen mindestens einem Kontakt des ISO-Kontaktfeldes und einem Antennenspulenan­ schluß zu messen. Der Antennenspulenanschluß ist zweckmäßi­ gerweise wieder an eine Kontaktfläche des ISO-Kontaktfelds angeschlossen. Prinzipiell denkbar ist auch, daß zur Abfrage der Körperimpedanz oder -spannung zwei zusätzliche Anschlüsse vorgesehen sind, die auf dem gleichen Substrat wie die Kon­ takte des ISO-Kontaktfelds angebracht sind. Die Messung kann auch zwischen einem solchen zusätzlichen Kontaktfeld und ei­ nem der Antennenspulenanschlüsse durchgeführt werden.

Das funktionelle Blockdiagramm in Fig. 2 zeigt symbolisch das ISO-Kontaktfeld 4 sowie die Antennenspule 3. Eine Meß­ schaltung 10 ermittelt entweder zwischen zwei Kontaktflächen des ISO-Kontaktfelds 4 oder einer der Kontaktflächen des ISO- Kontaktfelds 4 und einem der Antennenspulenanschlüsse 3 gemäß der obigen Ausführungen die Impedanz oder die anliegende Spannung. Das an einem Ausgang der Meßschaltung 10 bereitste­ hende Meßsignal M wird einer Vergleichseinrichtung 11 zuge­ führt, die das Meßsignal mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. In Abhängigkeit vom Vergleich wird an einem aus­ gangsseitigen Anschluß der Vergleichsschaltung 11 ein digita­ les Steuersignal C erzeugt. Die Vergleichsschaltung 11 stellt fest, ob das Meßsignal unter- oder oberhalb einer Vergleichsschwelle liegt oder innerhalb eines durch Vergleichsschwellen abgegrenzten Bereichs. Das Steuersignal C schaltet einen Schalter 12 ein oder aus. Der Schalter 12 ist in den Energie- und/oder Datensignalpfad zwischen Antenne 3 und Steuerungs­ einrichtung 13 geschaltet. Wenn das Steuersignal C angibt, daß das Meßsignal M innerhalb des für die menschliche Haut akzeptablen Meßbereich der Impedanz oder der Körperspannung liegt, wird der Schalter 12 weiterhin geschlossen gehalten, so daß die Steuerungseinrichtung 13 weiterhin aus der Antenne 3 mit Versorgungsspannung versorgt wird und/oder die von der Antenne 3 empfangenen Datensignale weiterhin an die Steue­ rungseinrichtung 13 abgegeben werden. Andernfalls wird der Schalter 12 geöffnet und die Versorgungsspannung abgetrennt und/oder die Datenübertragung blockiert.

Dem Schalter 12 wird ein Zeitfenster, innerhalb dessen die Willenserklärung des Benutzers erfolgen muß, durch ein Steu­ ersignal W angezeigt. Nur wenn das Signal W aktiv ist, kann der Schalter 12 durch das Steuersignal C eingeschaltet gehal­ ten werden; sonst wird der Schalter 12 geöffnet. Das Fenster­ signal W wird von der Betriebssoftware des Mikrocontroller­ kerns der Steuerungseinrichtung 13 zeitgerecht zur Verfügung gestellt.

Die Erfindung ermöglicht eine kontaktlose Datenträgerkarte, bei der durch Auflegen eines Fingers eine ausdrückliche Wil­ lenserklärung und Zustimmung des Benutzers abgefragt wird und der Veranlassung des gewünschten Services nur bei erfolgter Zustimmung fortgesetzt wird. Die Realisierung erfordert stan­ dardmäßige Bauelemente, die problemlos herstellbar sind oder auf der Karte für andere Zwecke ohnehin vorhanden sind. Zu­ sätzliche Elemente wie beispielsweise in den Kartenkörper einzubringende mechanische Schalter sind nicht erforderlich. Ein Schutz vor unberechtigter Verwendung der Karte, bei­ spielsweise eine Ummantelung, die eine kontaktlose Kommunika­ tion verhindert, beispielsweise eine elektromagnetische Ab­ schirmung, sind außerdem nicht erforderlich.

Claims (10)

1. Datenträgerkarte für kontaktlose Datenübertragung, die um­ faßt:

• - eine Steuerungseinrichtung (2) zur Überwachung eines Daten­ verkehrs zwischen der Datenträgerkarte und einer Bedienein­ heit, um eine Servicefunktion zu veranlassen;
• - zwei von außerhalb der Chipkarte zugängliche Kontaktflächen (41, 42); und
• - ein Schaltmittel (10, . . ., 13), um in Abhängigkeit von ei­ nem zwischen den Kontaktflächen (41, 42) abgreifbaren Si­ gnal die Veranlassung der Servicefunktion freizuschalten oder zu blockieren.

2. Datenträgerkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (41, 42) in einem Kontaktfeld (4) enthal­ ten sind, das standardisiert ist, um für einen Zugriff einer Datenträgerkarte auf ein Bediengerät für einen kontaktbehaf­ teten Zugriff verwendet zu werden.

3. Datenträgerkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenträgerkarte eine Antenne (3) enthält, über welche mittels elektromagnetischer Kopplung ein Datenverkehr mit dem Bediengerät abwickelbar ist, und daß eine der Kontaktflächen (41, 42) in einem Kontaktfeld enthalten ist, das standardi­ siert ist, um für einen Zugriff einer Datenträgerkarte auf ein Bediengerät für einen kontaktbehafteten Zugriff verwendet zu werden, und eine andere der Kontaktflächen (41, 42) mit einem Anschluß für die Antenne (3) gekoppelt ist.

4. Datenträgerkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (10, . . ., 13) ausgebildet ist, um die Impe­ danz zwischen den Kontaktflächen (41, 42) zu messen und in Abhängigkeit von einem Vergleich der gemessenen Impedanz mit einem Vergleichswert die Steuerungseinrichtung (2, 13) frei­ zuschalten oder zu blockieren.

5. Datenträgerkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (10, . . ., 13) ausgebildet ist, um die Span­ nung zwischen den Kontaktflächen (41, 42) zu messen und in Abhängigkeit von einem Vergleich der gemessenen Spannung mit einem Vergleichswert die Steuerungseinrichtung (2, 13) frei­ zuschalten oder zu blockieren.

6. Datenträgerkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Schaltmittel (10, . . ., 13) die Stromversorgung der Steuerungseinrichtung abschaltbar ist.

7. Datenträgerkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Schaltmittel (10, . . ., 13) der Datensignalpfad, vermittels welchem die Steuerungseinrichtung (2, 13) vom Be­ diengerät Daten empfangen kann, abschaltbar ist.

8. Datenträgerkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch

• - eine Meßeinrichtung (10) welche eingangsseitig mit den Kontaktflächen (41, 42) verbunden ist, um ein dort ab­ greifbares Signal zu empfangen, und ausgangsseitig einen Anschluß für ein Meßsignal (M) umfaßt,
• - eine Vergleichseinrichtung (11), die eingangsseitig mit dem Ausgang der Meßeinrichtung (10) gekoppelt ist und aus­ gangsseitig einen Anschluß für ein Steuersignal (C) auf­ weist,
• - einen Schalter (12), der zwischen einen Anschluß für eine Antenne (3), die vorgesehen ist, um einen Energie- und Da­ tenaustausch zwischen der Steuerungseinrichtung (2, 13) und dem Bediengerät abzuwickeln, und die Steuerungsein­ richtung (2, 13) geschaltet ist und der einen Steuereingang zur Steuerung seiner Schaltzustände aufweist, welcher mit dem Anschluß für das Steuersignal (C) der Vergleichs­ einrichtung (11) gekoppelt ist.

9. Datenträgerkarte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (2, 13) ein Zeitsteuersignal (W) erzeugt, durch welches festgelegt wird, daß der Schalter in Abhängigkeit vom Steuersignal (10) der Vergleichseinrichtung (11) steuerbar ist.

10. Datenträgerkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (10, . . ., 13) bezüglich ihrer Meßempfind­ lichkeit ausgebildet sind, die Impedanz oder die Spannung der Oberfläche eines zwischen die Kontaktflächen (41, 42) ange­ legten menschlichen Fingers zu messen.