DE102011079421A1 - Verfahren und Anordnung zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung Download PDF

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers (IDG) gegenüber einem Fahrzeug (FZ). Dabei wird zunächst von mindestens zwei räumlich verschieden angeordneten fahrzeugseitigen Antennen (ANT1, ANT2) zeitlich unabhängig voneinander ein jeweiliges elektromagnetisches Signals (LF1, LF2) ausgesendet. Dann werden durch den mobilen Identifikationsgeber die Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale der ersten Antenne und der zweiten Antenne gemessen, wobei die Komponenten rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Schließlich werden in einer Auswerteeinheit (AWI, AWF) die gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren miteinander verknüpft, um den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren zu überprüfen, wobei der mobile Identifikationsgeber als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkannt wird, wenn der Grad der Parallelität einen vorbestimmten Schwellwert (SW) unterschreitet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers gegenüber einem Fahrzeug. Außerdem betrifft sie eine Anordnung, insbesondere zur Durchführung des genannten Verfahrens, zur Zugangs und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers gegenüber einem Fahrzeug.
  • Um einen unbefugten Zutritt zu einem Fahrzeug oder ein unbefugtes Starten des Motors des Fahrzeugs zu verhindern, verwenden moderne Zugangsberechtigungssysteme oder Startsysteme in Fahrzeugen elektronische Sicherungssysteme, bei denen zur Authentifizierung eines Benutzers eine Datenkommunikation zwischen einer ersten Kommunikationseinrichtung des Fahrzeugs mit einer zweiten Kommunikationseinrichtung in einem mobilen Identifikationsgeber des Benutzers, wie ein Schlüssel oder Schlüsselanhänger, erfolgt. Bei einem sogenannten passiven Zugangsberechtigungssystem bzw. einer passiven Zugangsanordnung wird zu Beginn einer Berechtigungsprüfung zunächst von einem Fahrer bzw. einem Benutzer des Fahrzeugs dem Fahrzeug der Wunsch mitgeteilt, das Fahrzeug betreten zu wollen. Hierzu kann der Benutzer beispielsweise den Griff einer Türe, wie der Fahrzeugtüre, betätigen, wodurch ein fahrzeugseitiger Teil der Zugangsanordnung ein Anfragesignal aussendet. Befindet sich der mobile Identifikationsgeber des Benutzers in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs, so wird er auf den Empfang des Anfragesignals antworten, um einen Authentifizierungsvorgang einzuleiten. Zu diesem Zweck werden zwischen dem mobilen Identifikationsgeber und dem Fahrzeug Datentelegramme ausgetauscht, in denen letztlich der mobile Identifikationsgeber dem Fahrzeug seinen Authentifizierungscode übermittelt. Bei erfolgreicher Überprüfung des Authentifizierungscodes wird dann das Fahrzeug beispielsweise eine oder mehrere Türen des Fahrzeugs entriegeln, so dass der Benutzer schließlich die entsprechende Türe, deren Türgriff er betätigt hat öffnen kann, um in das Fahrzeug zu steigen. Da hier kein aktives Betätigen eines mechanischen oder elektrischen Identifikationsgebers durch den Benutzer vorgenommen werden muss, wird diese Art der Zugangsberechtigung auch als passive Zugangsberechtigungsprüfung und die entsprechenden Zugangsberechtigungssysteme als passive elektronische Zugangsberechtigungssysteme bezeichnet.
  • Zwar gewähren derartige passive Zugangssysteme für einen Benutzer einen großen Komfort, da er den beispielsweise in einer Tasche abgelegten Identifikationsgeber zum Betreten eines Fahrzeugs nicht extra aus der Tasche herauszunehmen und eine Taste davon betätigen muss, jedoch bringen derartige Systeme auch Risiken mit sich. So könnten sich unberechtigte Personen beispielsweise dadurch Zugang zum Fahrzeug verschaffen, dass sie insbesondere das kurzreichweitige Anfragesignal seitens des Fahrzeugs mittels einer oder mehrerer Relaisstationen in der Reichweite verlängern, um so einen mobilen Identifikationsgeber eines Benutzers anzusprechen, der sich nicht unmittelbar in der Nähe des Fahrzeugs befindet. Dazu könnte sich eine unberechtigte Person mit einer ersten Relaisstation in der Nähe des Fahrzeugs in Stellung bringen und das Anfragesignal des Fahrzeugs auslösen. Das ausgesendete Anfragesignal wird nun mittels dieser ersten Relaisstation beispielsweise zu einer zweiten Relaisstation einer weiteren unberechtigten Person gesendet, die sich in unmittelbarer Nähe des Benutzers mit dem (berechtigten) Identifikationsgeber befindet. Die zweite Relaisstation wird nun das Anfragesignal des Fahrzeugs zu dem mobilen Identifikationsgeber senden, der daraufhin ein korrektes Antwortsignal zurück zum Fahrzeug sendet, wodurch zumindest eine Tür des Fahrzeugs geöffnet wird. Es sei dabei bemerkt, dass zur Gewährleistung einer geringen Reichweite des Anfragesignals um das Fahrzeug in der Regel ein niederfrequentes (LF = Low Frequency) Anfragesignal verwendet wird, während als Antwortsignal oder für Signale eines weiteren Dialogs zwischen dem mobilen Identifikationsgeber und dem Fahrzeug hochfrequente (RF = Radio Frequency) Signale mit größerer Reichweite verwendet werden.
  • Somit besteht nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der eine Zugangsberechtigungsprüfung bzw. Startberechtigungsprüfung mit verbesserter Sicherheit und bei gleichbleibendem Komfort für einen Benutzer erreichbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers gegenüber einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, folgende Schritte. Zunächst wird zeitlich unabhängig voneinander ein jeweiliges elektromagnetisches Signal (ein Anfragesignal) von mindestens zwei räumlich verschieden angeordneten fahrzeugseitigen Antennen ausgesendet. Zur Gewährleistung einer möglichst definierten geringen Reichweite (in einer Richtung weg vom Fahrzeug) werden von den zwei Antennen vorteilhafterweise niederfrequente bzw. LF-Signale als Anfragesignale ausgesendet. Nun misst der mobile Identifikationsgeber die Feldstärken der ausgesendeten elektromagnetischen Signale der ersten Antenne und dann der zweiten Antenne jeweils als Komponenten in entsprechenden Raumrichtungen, wobei diese Komponenten schließlich als jeweilige Feldstärkevektoren zusammengesetzt werden können bzw. diese bilden können. Zur Bestimmung einer Ausbreitungsrichtung bzw. einer Herkunftsrichtung eines elektromagnetischen Signals können dabei zwei oder vorteilhafterweise drei Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren gemessen werden, wobei diese Komponenten insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Diese gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren werden nun dahingehend überprüft, in welcher Beziehung sich die daraus ergebenden Feldstärkevektoren befinden. Anders ausgedrückt, soll mittels mathematischer Verknüpfung der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren der Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren überprüft werden, wobei der mobile Identifikationsgeber als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkannt wird, wenn der Grad der Parallelität einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Das bedeutet, befindet sich ein mobiler Identifikationsgeber während eines Authentifizierungsvorgangs ordnungsgemäß in unmittelbarer Nähe zum Fahrzeug und werden von örtlich unterschiedlich gelegenen Antennen des Fahrzeugs jeweilige Signale ausgesendet, so sollte in diesem ordnungsgemäßen Fall sich die Richtung des Feldstärkevektors des elektromagnetischen Signals der ersten Antenne sich zuverlässig und eindeutig erkennbar von dem Feldstärkevektor des elektromagnetischen Signals der zweiten Antenne unterscheiden. Hingegen im Fall eines unberechtigten Zugangsversuchs, bei dem die elektromagnetischen Signale (Anfragesignale) der ersten und zweiten Antenne beispielsweise über eine erste und/oder zweite Relaisstation zu dem mobilen Identifikationsgeber übertragen werden, werden sowohl das erste als auch das zweite elektromagnetische Signal einen jeweiligen gleichen Feldstärkevektor bzw. Richtungsvektor aufweisen, da sie alle beide von der örtlich im wesentlichen gleich gebliebenen (ersten oder zweiten) Relaisstation zu dem mobilen Identifikationsgeber weitergeleitet wurden. Das bedeutet, je höher der Grad an Parallelität der Feldstärkevektoren des ersten und des zweiten elektromagnetischen Signals sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen unberechtigten Zugangs- und/oder Startversuch des Fahrzeugs handelt. Anders ausgedrückt, kann ein ordnungsgemäßer Zugangs- und/oder Startversuch erkannt werden, wenn sich die jeweiligen Feldstärkevektoren des ersten und des zweiten Signals der ersten und zweiten Antenne in gewissem Maße unterscheiden.
  • Somit ergeben sich für dieses Verfahren zur Zugangs- und/oder Startauthentifizierung des mobilen Identifikationsgebers gegenüber dem Fahrzeug mehrere Vorteile. Zunächst kann festgestellt werden, dass ein Benutzer, der sich gegenüber dem Fahrzeug authentifizieren will, keine Komforteinbußen hat. Aufgrund der Verwendung zweier räumlich verschieden angeordneter fahrzeugseitiger Antennen zum Aussenden des Anfragesignals und der Überprüfung der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren der elektromagnetischen Signale der zwei Antennen kann die Sicherheit gegenüber herkömmlichen passiven Systemen verbessert werden. Schließlich erfolgt ferner eine zeitlich gesehen sehr schnelle Authentifizierung, da für die Authentifizierung nur ein erstes Signal der ersten Antenne und ein zweites Signal der zweiten Antenne benötigt wird, wobei die von dem mobilen Identifikationsgeber gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren unmittelbar mathematisch miteinander verknüpft werden, um den Grad der Parallelität der beiden Feldstärkevektoren zu ermitteln.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden eines normierten Skalarprodukts (eine Summe aus den Produkten der jeweiligen Vektorkomponenten, dividiert durch das Produkt der Beträge der jeweiligen Feldstärkevektoren) oder normierten modifizierten Skalarprodukts (eine Summe aus den Produkten der jeweiligen quadrierten Vektorkomponenten, dividiert durch das Produkt der quadrierten Beträge der jeweiligen Feldstärkevektoren) dieser Feldstärkevektoren bestimmt werden. Ein mobiler Identifikationsgeber wird dann als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkannt, wenn das normierte (modifizierte) Skalarprodukt einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Dieses Vorgehen, das Skalarprodukt der jeweiligen Feldstärkevektorkomponenten zu bilden, um die Ordnungsmäßigkeit eines Zugangsoder Startversuchs zu überprüfen, hat den Vorteil, dass die Bildung eines Skalarprodukts ein schnelles mathematisches Verfahren ist, so dass die Authentifizierung weiter beschleunigt wird.
  • Neben der Bildung eines Skalarprodukts ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens auch denkbar, den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden der Summe der Beträge der Differenzen der jeweiligen entsprechenden normierten Komponenten der Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale zu bestimmen. Hierbei wird der mobile Identifikationsgeber dann als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkannt, wenn der Kehrwert der Summe der Beträge der Differenzen einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Überprüfung der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren gleich direkt in dem mobilen Identifikationsgeber nach dem Messen der jeweiligen Komponenten der Feldstärkevektoren erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die gesamte Berechnung bzw. mathematische Verknüpfung der jeweiligen Vektorkomponenten im Identifikationsgeber erfolgt und lediglich das Ergebnis der Prüfung (ob die Feldstärkevektoren ausreichend verschieden von einander sind, ober nicht) an das Fahrzeug übertragen werden muss. Auf diese Weise wird nur sehr wenig Zeit für die Übertragung von Informationen vom mobilen Identifikationsgeber zum Fahrzeug benötigt. Es ist jedoch auch denkbar, dass gemäß einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens die von dem mobilen Identifikationsgeber gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren zur Überprüfung an das Fahrzeug übermittelt werden. Dies hat einerseits den Vorteil, dass im Identifikationsgeber keine Rechen- bzw. Auswerteeinrichtung vorgesehen werden muss, sondern dass die gesamte Auswertung im Fahrzeug selbst erfolgt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zur Zugangs- und/oder Startidentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers gegenüber einem Fahrzeug geschaffen, wobei die Anordnung folgende Merkmale enthält. Sie hat eine fahrzeugseitige Sendeeinrichtung mit mindestens zwei räumlich verschieden angeordneten fahrzeugseitigen Antennen zum zeitlich unabhängig von einander Aussenden eines jeweiligen elektromagnetischen Signals. Wiederum kann es sich bei den auszusendenden elektromagnetischen Signalen, die als Anfragesignale gesehen werden können, um niederfrequente Signale handeln, um dadurch eine möglichst geringe Reichweite zu gewährleisten. Desweiteren umfasst die Anordnung den mobilen Identifikationsgeber zum Messen der Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale der ersten und der zweiten fahrzeugseitigen Antenne, wobei die Komponenten rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
  • Schließlich hat die Anordnung eine Auswerteeinheit zum Verknüpfen der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren, um den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren zu überprüfen, wobei die Auswerteeinheit den mobilen Identifikationsgeber als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkennt, wenn der Grad der Parallelität einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird durch eine derartige Anordnung für den Zugang zum Fahrzeug bzw. zum Start des Motors des Fahrzeugs ein großer Komfort für den Benutzer geschaffen, wobei durch die Überprüfung der Richtung der jeweiligen Feldstärkevektoren ein großes Maß an Sicherheit gegenüber den Zugangs- und Startversuchen von unberechtigten Personen gegeben ist. Außerdem ist die Zeit für den Authentifizierungsvorgang sehr kurz, da lediglich von zwei Antennen zwei Signale ausgesendet werden, deren gemessene Feldstärkekomponenten dann direkt mathematisch verknüpft und ausgewertet werden können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Anordnung ist die Auswerteeinheit dafür ausgelegt, den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden eines normierten Skalarprodukts oder eines normierten modifizierten Skalarprodukts dieser Feldstärkevektoren zu bestimmen, wobei die Auswerteeinheit den mobilen Identifikationsgeber als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkennt, wenn das normierte (modifizierte) Skalarprodukt einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Aufgrund der einfachen Überprüfungsvorschrift durch Bildung eines Skalarprodukts kann ein Authentifizierungsvorgang der Anordnung weiter zeitlich verbessert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit dafür ausgelegt, den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden der Summe der Beträge der Differenzen der jeweiligen entsprechend normierten Komponenten der Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale zu bestimmen, wobei die Auswerteeinheit den mobilen Identifikationsgeber als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkennt, wenn der Kehrwert der Summe einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
  • Schließlich ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung möglich, dass die Auswerteeinheit in dem mobilen Identifikationsgeber angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die im mobilen Identifikationsgeber gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren unmittelbar miteinander verknüpft und ausgewertet werden können, wobei dann zum Fahrzeug lediglich das Ergebnis der Auswertung zu übermitteln ist und nicht beispielsweise die gesamten Werte der Komponenten der Feldstärkevektoren. Auf diese Weise kann die Zugangs- und/oder Startauthentifizierung zeitlich beschleunigt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der mobile Identifikationsgeber eine identifikationsgeberseitige Sendeeinrichtung zum Übermitteln der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren. In diesem Zusammenhang hat die Anordnung ferner eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung zum Empfangen der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren und zum Weiterleiten an eine fahrzeugseitige Auswerteeinrichtung, die dann als die Auswerteinheit dient. Somit kann gemäß dieser Ausgestaltung der mobile Identifikationsgeber sehr einfach und kostengünstig ausgebildet werden, während die gesamte Rechen- und Auswerteleistung im Fahrzeug selbst durchgeführt wird.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug geschaffen, das eine Anordnung zur Zugangs- und/oder Startauthentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers nach obiger Darstellung aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind, soweit auf die Anordnung und das Fahrzeug übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnungen des Fahrzeugs anzusehen.
  • Im Folgenden sollen nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines nichtordnungsgemäßen Versuchs einer unberechtigten Person, um sich Zugang zu einem Fahrzeug zu erlangen;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Zugangsanordnung eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Es sei zunächst auf 1 verwiesen, in der eine schematische Darstellung einer Szenerie gezeigt ist, mittels der die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der Sicherheit von einer passiven Zugangsanordnung erläutert werden soll. Dabei ist links oben in der Figur ein Fahrzeug FZ gezeigt, das eine passive Zugangsanordnung aufweist, durch die einem berechtigten Benutzer auf einfache und komfortable Weise ein Zugang zum Fahrzeug ermöglicht werden soll. Wie es später noch in 2 ausführlicher gezeigt wird, umfasst die passive Zugangsanordnung eine fahrzeugseitige Sendeeinrichtung mit zwei an verschiedenen Orten des Fahrzeugs FZ angeordneten Antennen ANT1 und ANT2. Wird beispielsweise von einem Benutzer ein Türgriff TG betätigt bzw. angezogen, so wird dadurch die fahrzeugseitige Sendeeinrichtung dazu veranlasst, zuerst über die erste Antenne ANT1 ein erstes niederfrequentes elektromagnetisches Signal (Anfragesignal) LF1 auszusenden, und dann über die zweite Antenne ANT2 ein zweites niederfrequentes elektromagnetisches Signal (Anfragesignal) LF2 auszusenden. Die Frequenz der Anfragesignale kann dabei beispielsweise 125 kHz betragen. Betrachtet man nun ein in der Nähe des Fahrzeugs befindliches Objekt, wie beispielsweise die erste Relaisstation RS1, so stellt man fest, dass die Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren der beiden elektromagnetischen Signale LF1 und LF2 eine bestimmte Korrelation 1 zueinander aufweisen. In einer Blickrichtung in der Bildebene von oben nach unten weisen die beiden Vektoren dabei einen Winkel W1 auf. Anders ausgedrückt, aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Lage der beiden Antennen ANT1 und ANT2, welche die beiden elektromagnetischen Signale LF1 und LF2 ausgesendet haben, sind die beiden Richtungsvektoren nicht parallel. Das deutet somit auf eine bestimmte Nähe des Objektes am Fahrzeug hin.
  • Geht man weiter davon aus, dass die beiden Antennen ANT1 und ANT2 in einem bestimmten Abstand voneinander am Fahrzeug angeordnet sind, und geht man weiter davon aus, dass aufgrund der geringen Reichweite der beiden elektromagnetischen Signale LF1 und LF2 diese beiden Signale nur beispielsweise in einem Abstand von ungefähr 1,5 m vom Fahrzeug entfernt werden können, so wird sich für ein Objekt, das sich im Sendebereich der beiden Antennen ANT1 und ANT2 befindet (also in einem Bereich ATB, in dem eine ordnungsgemäße Authentifizierung möglich ist), ein minimaler Winkel W1 (am Rande dieses Bereichs) ergeben.
  • Würde sich am Ort der dargestellten Relaisstation RS1 ein berechtigter Identifikationsgeber befinden, so würde dieser die beiden elektromagnetischen Signale LF1 und LF2 empfangen, die entsprechenden Komponenten der Feldstärkevektoren der Signale messen und entweder direkt diese gemessenen Komponenten über ein hochfrequentes Signal (z.B. mit einer Frequenz von 433 MHz) RFA bzw. eine Hochfrequenzverbindung zu einer Antenne ANT3 des Fahrzeugs zur Überprüfung senden, oder die Korrelation 1 selbst prüfen und nur das Prüfungsergebnis über die hochfrequente Verbindung RFA zurück zum Fahrzeug senden. Entsprechend des Prüfungsergebnisses wird dann bei einer ordnungsgemäßen Korrelation (einem ordnungsgemäßen Grad an Parallelität der beiden Richtungsvektoren LF1 und LF2) festgestellt, ob es sich um einen berechtigen Identifikationsgeber handelt, der sich an einer ordnungsgemäßen Position in der Nähe des Fahrzeugs befindet, oder nicht. Im positiven Fall wird beispielsweise eine Tür TFZ des Fahrzeugs entriegelt.
  • Nach dieser kurzen Darstellung eines ordnungsgemäßen Falls eines Authentifizierungsvorgangs für die Zugangsberechtigung, soll nun die tatsächlich in 1 dargestellte Szenerie eines nicht ordnungsgemäßen Zugangsversuchs bzw. eines Angriffs auf das Fahrzeug (auch als sogenannter „relay attack“ bezeichnet) erläutert werden. Möchten sich unberechtigte Benutzer Zugang zum Fahrzeug FZ verschaffen, so könnten sie versuchen, das Fahrzeug FZ bzw. die darin installierte passive Zugangsanordnung derart zu täuschen, dass sie die Anfragesignale mittels zweier Relaisstationen RS1 und RS2 an einen mobilen Identifikationsgeber IGG weiterleiten, der sich nicht in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs (beispielsweise der 1,5 m von den beiden Antennen ANT1 und ANT2 entfernt) befindet. So ist es möglich, dass ein erster unberechtigter Benutzer die erste Relaisstation RS1 in dem ordnungsgemäßen Identifizierungsbereich ATB (hier maximal 1,5 m von den Antennen bzw. vom Fahrzeug entfernt) bringt, während sich ein zweiter unberechtigter Benutzer in unmittelbarer Nähe des berechtigen Benutzers mit dem berechtigten Identifikationsgeber IDG stellt. Nun wird der erste unberechtigte Benutzer den Türgriff TG ziehen, wodurch zeitlich hintereinander die beiden Anfragesignale LF1 und LF2 ausgesendet und zeitlich hintereinander von der ersten Relaisstation RS1 über eine Relaisverbindung ("relay link") RL zur zweiten Relaisstation RS2, und von dort als Signale L1 und L2 zum Identifikationsgeber IGG geleitet werden.
  • Wie es in 1 zu sehen ist, besteht am Ort der ersten Relaisstation RS1 die schon oben erwähnte Korrelation 1 zwischen den beiden Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren der beiden Signale LF1 und LF2 (gekennzeichnet durch den Winkel W1 zwischen den beiden Vektoren), während zwischen den beiden Signalen L1 und L2 eine Korrelation 2, gekennzeichnet durch den Winkel W2, besteht. Aufgrund der Tatsache, dass von der zweiten Relaisstation RS2 die beiden Signale L1 und L2 nicht über unterschiedliche Antennen gesendet werden, werden die beiden Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren der Signale L1 und L2 im Wesentlichen parallel sein (und der Winkel W2 ungefähr gleich 0 sein).
  • Der Identifikationsgeber IGG misst zunächst die Komponenten des Feldstärkevektors des ersten empfangen Signals L1 und misst dann die Komponenten des Feldstärkevektors des zweiten empfangen Signals L2. Diese beiden Komponenten verknüpft er nun derart mathematisch miteinander, um zu sehen, welchen Grad an Parallelität die beiden Feldstärkevektoren der empfangen Signale L1 und L2 haben. Stellt sich heraus, dass die beiden Vektoren einen bestimmten Schwellwert bezüglich der Parallelität überschreiten (ein Schwellwert, der gemäß obiger Beschreibung für einen Identifikationsgeber innerhalb des ordnungsgemäßen Authentifizierungsbereichs ATB nicht möglich gewesen wäre), so wird sie ein Antwortsignal (insbesondere ein hochfrequentes Antwortsignal RFA an das Fahrzeug FZ zurückschicken, um dieses Ergebnis mitzuteilen, dass es sich hierbei um keinen ordnungsgemäßen Zugangsversuch handelt). Es ist auch denkbar, dass der Identifikationsgeber gemäß einer Ausgestaltung die Prüfung des Grades der Parallelität der beiden Vektoren der Signale L1 und L2 nicht selbst ausführt, sondern lediglich die gemessenen Feldstärkevektorkomponenten über die Hochfrequenzverbindung RFA zurück zum Fahrzeug schickt, damit dieses selbst entscheidet, ob es sich um einen ordnungsgemäßen Zugangsversuch handelt, oder nicht.
  • Es sei nun auf 2 verwiesen, in der die einzelnen Komponenten der gerade erläuterten passiven Zugangsanordnung ZA des Fahrzeugs FZ ausführlicher dargestellt sind. In dieser in 2 gezeigten Szene befindet sich der (berechtigte) mobile Identifikationsgeber IGG innerhalb des ordnungsgemäßen Autorisierungsbereichs ATB des Fahrzeugs FZ. Im Folgenden sollen die einzelnen Komponenten der Zugangsanordnung ZA am besten wiederum dadurch erklärt werden, in dem der Ablauf (entsprechend obiger Erläuterung) eines Zugangsversuchs mit einem Autorisierungsvorgang erläutert wird.
  • Ein Benutzer wird zur Einleitung des Zugangsversuchs bzw. des Autorisierungsvorgangs den Türgriff TG betätigen, wodurch eine zentrale Steuereinrichtung STE des Fahrzeugs veranlasst wird, einer fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung bzw. fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung SEF mitzuteilen, dass diese nun damit beginnt, die Antennen ANT1 und ANT2 anzusteuern. Somit wird nun die fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtung SEF die erste Antenne ANT1 dazu veranlassen, das erste elektromagnetische Signal LF1 auszusenden, das von einer identifikationsgeberseitigen Antenne ANI empfangen und zu einer identifikationsgeberseitigen Sende-/Empfangseinrichtung SEI weitergeleitete wird. Genauer gesagt, besteht die Antenne ANI aus drei Antennenelementen, die entlang der drei orthogonalen Raumrichtungen X, Y und Z ausgerichtet sind, so dass eine der identifikationsgeberseitigen Sende-/Empfangseinrichtung zugeordnete Messeinrichtung ME die Feldstärkekomponenten Ant1x, Ant1y und Ant1z des Signals LF1 messen kann.
  • Anschließend wird die fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtung SEF das zweite elektromagnetische Signal LF2 über die zweite Antenne ANT2 aussenden, das ebenso über die Antenne ANI von dem mobilen Identifikationsgeber empfangen wird. Auch von diesem Signal LF2 werden wieder die entsprechenden Feldstärkevektorkomponenten der jeweiligen X-, Y-, und Z-Richtung als Komponenten Ant2x, Ant2y und Ant2z gemessen.
  • In einer ersten Ausgestaltung werden nun diese gemessenen Komponenten der jeweiligen Vektoren einer identifikationsgeberseitigen Auswerteeinrichtung AWI weitergeleitet, die nun die Komponenten derart mathematisch miteinander verknüpft, um festzustellen, zu welchem Grad die beiden Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren der Signale LF1 und LF2 parallel sind. Die genaue Berechnungsformel zur Bestimmung des Grades der Parallelität der beiden Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren wird unten noch genauer erläutert. Wie gesagt soll die Auswerteeinrichtung AWI nun prüfen, ob der Grad der Parallelität kleiner als ein bestimmter Schwellwert SW ist oder nicht. Da sich in der Darstellung von 2 der mobile Identifikationsgeber IDG innerhalb des ordnungsgemäßen Authentifizierungsbereichs ATB befindet, wird die Auswerteeinrichtung AWI feststellen, dass die Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren der Signale LF1 und LF2 ausreichend verschieden (ausreichend nicht parallel sind) und wird ein entsprechendes Antwortsignal RFA zum Fahrzeug schicken. Dieses wird über die Antenne ANT3 von der fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung SEF empfangen und zur fahrzeugseitigen Steuereinrichtung STE geleitet, die dann (aufgrund des positiven Antwortsignals) ein Signal an die Fahrzeugtür TFZ zum Entriegeln der Fahrzeugtür sendet. Wird das Authentifizierungsverfahren nicht zur Überprüfung der Zugangsberechtigung im Rahmen einer Zugangsanordnung verwendet, sondern im Rahmen eines Startsystems bzw. einer Wegfahrsperre, so kann die Steuereinrichtung STE bei positiver Authentifizierung auch einem Motor MO des Fahrzeugs (entweder als Elektromotor oder als Brennkraftmaschine ausgebildet) starten.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung dieses Verfahrens zur Authentifizierung ist es denkbar, dass nach der Messung der jeweiligen Feldstärkevektorkomponenten der Signale LF1 und LF2 durch die Messeinrichtung ME diese gemessenen Komponenten über die identifikationsgeberseitige Sende-/Empfangseinrichtung SEI als Hochfrequenzantwortsignal RFA zurück zum Fahrzeug gesendet werden. Hier wird dieses Antwortsignal wiederrum über die Antenne ANT3 von der fahrzeugseitigen Sende-/Empfangseinrichtung SEF empfangen und zu einer fahrzeugseitigen Auswerteeinrichtung AWF geleitet, die nun den Grad der Parallelität der Richtungsvektoren bzw. Feldstärkevektoren der Signale LF1 und LF2 (in gleicher Weise wie die identifikationsgeberseitige Auswerteeinrichtung AW1) prüft. Bei positivem Prüfungsergebnis wird dann die Steuereinrichtung STE wiederrum ein Signal an die Fahrzeugtür TFZ senden, um die Tür zu entriegeln. Entsprechend könnte im Rahmen eines Startsystems auch wiederrum der Motor des Fahrzeugs FZ bei positivem Prüfungsergebnis gestartet werden.
  • Es sei nun auf die Bestimmung des Grads der Parallelität der am Ort des Identifikationsgebers gemessenen Feldstärkevektoren eingegangen, die in den Auswerteinrichtungen AWI oder AWF bei der Authentisierungsprüfung durchgeführt wird.
  • Wie oben bereits erwähnt, werden für den Feldstärkevektor des ersten Anfragesignals LF1 die Komponenten:
    Ant1x, Ant1y und Ant1z
    im Identifikationsgeber IDG gemessen bzw. bestimmt.
  • Desweiteren werden für den Feldstärkevektor des zweiten Anfragesignals LF2 die Komponenten:
    Ant2x, Ant2y und Ant2z
    im Identifikationsgeber IDG gemessen bzw. bestimmt.
  • Daraus wird direkt der quadrierte Betrag eines jeweiligen Feldstärkevektors eines am Ort des Identifikationsgebers IDG gemessenen Signals LF1 und LF2 berechnet: Ant12= (Ant1X 2 + Ant1Y 2 + Ant1Z 2) Ant22= (Ant2X 2 + Ant2Y 2 + Ant2Z 2)
  • Ein Korrelationsfaktor K120 für die beiden Feldstärkevektoren der am Ort des Identifikationsgebers IDG gemessenen Signale LF1 und LF2 kann sich dann aus dem normierten Skalarprodukt (eine Summe aus den Produkten der jeweiligen X-,Y-, und Z-Komponenten, dividiert durch das Produkt der Beträge der jeweiligen Feldstärkevektoren) der Vektoren ergeben. Für eine schnelle Berechnung ist es vorteilhaft den Korrelationsfaktor K12 für die beiden Feldstärkevektoren anhand eines normierten modifizierten Skalarprodukts (eine Summe aus den Produkten der jeweiligen quadrierten X-,Y-, und Z-Komponenten, dividiert durch das Produkt der quadrierten Beträge der jeweiligen Feldstärkevektoren) zu ermitteln:
    Figure 00150001
  • Dieser Korrelationsfaktor K12 ist nun ein Maß für die Parallelität der beiden Feldstärkevektoren der Signale LF1 und LF2. Je größer dieser Wert ist, desto paralleler sind die Vektoren zueinander, oder anders ausgedrückt, je kleiner der Wert, desto unterschiedlicher ist die Ausrichtung der beiden Vektoren.
  • Wird somit angenommen, dass der Korrelationsfaktor K12 einen bestimmten Schwellenwert SW unterschreitet, so dass gilt: K12 < SW dann wird der Identifikationsgeber, der die Signale LF1 und LF2 bzw. der Feldstärkevektorkomponenten gemessen hat, als am ordnungsgemäßen Ort identifiziert und gegenüber dem Fahrzeug als ordnungsgemäß erkannt. In diesem Fall ist der Authentifizierungsvorgang positiv.
  • Ist der Korrelationsfaktor K12 größer als der Schwellenwert SW, so wird erkannt, dass es sich um einen unberechtigten Zugangsversuch handelt. Entsprechende Überlegungen wie für den Korrelationsfaktor K12 sind auch für den Korrelationsfaktor K120 anzuwenden, da auch letzterer Korrelationsfaktor ein Maß für die Parallelität der beiden Feldstärkevektoren der Signale LF1 und LF2 ist, und dessen Wert umso größer ist, je paralleler die Vektoren zueinander sind.
  • Diese gerade beschriebene Auswertung (sowie die unten noch zu erläuternde Auswertung) kann, wie oben beschrieben, entweder von der identifikationsgeberseitigen Auswerteeinrichtung AWI oder der fahrzeugseitigen Auswerteeinrichtung AWF durchgeführt werden. Im Falle der Auswertung von der identifikationsgeberseitigen Auswerteeinrichtung AWI muss dann lediglich eine Information "positiv" oder "negativ" des Prüfungsergebnisses an das Fahrzeug mitgeteilt werden.
  • Neben der gerade beschriebenen Möglichkeit, direkt aus den gemessenen Feldstärkevektorkomponenten einen Korrelationsfaktor aus dem normierten Skalarprodukt zu berechnen, besteht auch ferner gemäß einer weiteren Ausgestaltung die Möglichkeit, den Korrelationsfaktor auf andere Weise zu berechnen (oben bereits eingeführte Variablen und Definitionen bleiben unverändert): K12' = ANG12X + ANG12X + ANG12X
    Mit
    Figure 00170001
  • Das bedeutet gemäß dieser Ausgestaltung wird der Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden der Summe der Beträge der Differenzen der jeweiligen entsprechenden normierten Komponenten der Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale LF1 und LF2 bestimmt. Aufgrund der Summenbildung der Differenzen der jeweiligen Komponenten ist der Wert des so berechneten Korrelationsfaktors KR12' am kleinsten, wenn die Feldstärkevektoren der beiden Signale LF1 und LF2 parallel verlaufen. Um somit eine ähnliche Proportionalität wie bei der ersten Ausgestaltung zu erhalten, muss nun der Schwellenwert mit dem Kehrwert des Korrelationsfaktors K12' verglichen werden.
  • Wird somit angenommen, dass der Kehrwert des Korrelationsfaktors K12' einen bestimmten Schwellenwert SW' unterschreitet, so dass gilt: 1/K12' < SW' dann wird der Identifikationsgeber, der die Signale LF1 und LF2 bzw. der Feldstärkevektorkomponenten gemessen hat, als am ordnungsgemäßen Ort identifiziert und gegenüber dem Fahrzeug als ordnungsgemäß erkannt. In diesem Fall ist der Authentifizierungsvorgang positiv.
  • Natürlich ist es auch denkbar, anstelle der Kehrwertbildung des Korrelationsfaktors K12' für die Prüfung einen anderen Schwellenwert SW'' zu verwenden, wobei dann der Identifikationsgeber gegenüber dem Fahrzeug als ordnungsgemäß erkannt wird, wenn gilt: K12' > SW''.
  • Die Berechnung von Korrelationsfaktoren über alle Komponenten in X-, Y- und Z-Richtung hat dabei den Vorteil, dass Mess- und Bestimmungsfehler auf den einzelnen Komponenten ausgeglichen werden, was die Robustheit des Verfahrens deutlich erhöht.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers (IDG) gegenüber einem Fahrzeug (FZ), mit folgenden Schritten: a) Zeitlich unabhängig voneinander aussenden eines jeweiligen elektromagnetischen Signals (LF1, LF2) von mindestens zwei räumlich verschieden angeordneten fahrzeugseitigen Antennen (ANT1, ANT2); b) Messen der Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale (LF1, LF2) der ersten Antenne (ANT1) und der zweiten Antenne (ANT2), wobei die Komponenten rechtwinklig zueinander angeordnet sind, durch den mobilen Identifikationsgeber (IDG); c) Verknüpfen der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren, um den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren zu überprüfen, wobei der mobile Identifikationsgeber als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkannt wird, wenn der Grad der Parallelität einen vorbestimmten Schwellwert (SW, SW') unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden eines normierten Skalarprodukts oder eines normierten modifizierten Skalarprodukts dieser Feldstärkevektoren bestimmt wird, wobei der mobile Identifikationsgeber (IDG) als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug (FZ) erkannt wird, wenn das normierte Skalarprodukt oder das normierte modifizierte Skalarprodukt einen vorbestimmten Schwellwert (SW) unterschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden der Summe der Beträge der Differenzen der jeweiligen entsprechenden normierten Komponenten der Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale (LF1, LF2) bestimmt wird, wobei der mobile Identifikationsgeber (IDG) als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug (FZ) erkannt wird, wenn der Kehrwert der Summe einen vorbestimmten Schwellwert (SW') unterschreitet.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die von dem mobilen Identifikationsgeber (IDG) gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren zur Überprüfung an das Fahrzeug (FZ) übermittelt werden.
  5. Anordnung (ZA) zur Zugangs- und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers (IDG) gegenüber einem Fahrzeug (FZ), mit folgenden Merkmalen: a) einer fahrzeugseitigen Sendeeinrichtung (SEF) mit mindestens zwei räumlich verschieden angeordneten fahrzeugseitigen Antennen (ANT1, ANT2) zum zeitlich unabhängig voneinander Aussenden eines jeweiligen elektromagnetischen Signals (LF1, LF2); b) dem mobilen Identifikationsgeber (IDG) zum Messen der Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale (LF1, LF2) der ersten und der zweiten fahrzeugseitigen Antenne, wobei die Komponenten rechtwinklig zueinander angeordnet sind; c) einer Auswerteeinheit (AWI, AWF) zum Verknüpfen der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren, um den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren zu überprüfen, wobei die Auswerteeinheit (AWI, AWF) den mobilen Identifikationsgeber (IDG) als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug erkennt, wenn der Grad der Parallelität einen vorbestimmten Schwellwert (SW, SW') unterschreitet.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, bei dem die Auswerteeinheit (AWI, AWF) dafür ausgelegt ist, den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden eines normierten Skalarprodukts oder eines normierten modifizierten Skalarprodukts dieser Feldstärkevektoren zu bestimmen, wobei die Auswerteeinheit (AWI, AWF) den mobilen Identifikationsgeber (IDG) als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug (FZ) erkennt, wenn das normierte Skalarprodukt oder das normierte modifizierte Skalarprodukt einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
  7. Anordnung nach Anspruch 5, bei dem die Auswerteeinheit (AWI, AWF) dafür ausgelegt ist, den Grad der Parallelität der jeweiligen Feldstärkevektoren durch Bilden der Summe der Beträge der Differenzen der jeweiligen entsprechenden normierten Komponenten der Feldstärkevektoren der ausgesendeten elektromagnetischen Signale zu bestimmen, wobei die Auswerteeinheit (AWI, AWF) den mobilen Identifikationsgeber (IDG) als ordnungsgemäß gegenüber dem Fahrzeug (FZ) erkennt, wenn der Kehrwert der Summe einen vorbestimmten Schwellwert (SW') unterschreitet.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Auswerteeinheit (AWI) in dem mobilen Identifikationsgeber (IDG) angeordnet ist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der der mobile Identifikationsgeber (IDG) eine identifikationsgeberseitige Sendeeinrichtung (SEI) zum Übermitteln der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren umfasst, und wobei die Anordnung ferner eine fahrzeugseitige Empfangseinrichtung (SEF) zum Empfangen der gemessenen Komponenten der jeweiligen Feldstärkevektoren und zum Weiterleiten an eine fahrzeugseitige Auswerteeinrichtung als die Auswerteeinheit aufweist.
  10. Fahrzeug (FZ), insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Anordnung zur Zugangs und/oder Start-Authentifizierung eines mobilen Identifikationsgebers (IDG) nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
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