DE102015223017A1

DE102015223017A1 - Vorzeichendetektion in mehrdimensionalen Signalmessungen

Info

Publication number: DE102015223017A1
Application number: DE102015223017.1A
Authority: DE
Inventors: Werner Blatz
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2016-05-25
Also published as: US9697659B2; US20160275734A1; US20160148448A1; US9355509B1

Abstract

Systeme, Verfahren, Schaltungen und computerlesbare Medien werden offenbart zur Vorzeichendetektion in multidimensionalen Signalmessungen. In manchen Implementierungen sind orthogonal orientierte Antennen dazu konfiguriert, Signale als Reaktion auf ein magnetisches Feld zu erzeugen, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechen. Eine Schaltung ist mit den Antennen gekoppelt und dazu konfiguriert: Polaritäten der Signale auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen zu ermitteln; eine mögliche Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signals zu reduzieren; eine mögliche Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen zu reduzieren; die reduzierte mögliche Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen zu vergleichen; und eine Relay-Attacke auf Basis von Ergebnissen des Vergleichs zu detektieren.

Description

Prioritätsanspruch
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional Application Nr. 62/084,517, die am 25. November 2014 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme mitaufgenommen wird.
Technischer Bereich
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf mehrdimensionale Signalmessungen.
Hintergrund
Kontaktlose Datenübertragung wird in verschiedenen Industrien eingesetzt, inklusive der Automobilindustrie. Eine kontaktlose Datenübertragung wird dort verwendet, um Zugriff auf ein Fahrzeug zu erlangen. Ein Schlüssel oder ein Schlüsselanhänger wird durch eine Person gehalten und ist dazu eingerichtet, mit einem Fahrzeug zu kommunizieren, wenn sich der Schlüsselanhänger innerhalb des Bereichs der drahtlosen Kommunikation mit dem Fahrzeug befindet. Die Person kann einen Knopf an dem Fahrzeug drücken oder den Griff einer Tür des Fahrzeugs betätigen, um die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem Schlüssel oder dem Schlüsselanhänger zu initiieren. Sobald die Kommunikation initiiert wurde, können das Fahrzeug und der Schlüssel oder der Schlüsselanhänger Nachrichten austauschen, um es der Person zu ermöglichen, auf das Fahrzeug zuzugreifen. Der Schlüssel oder der Schlüsselanhänger können z. B. eine oder mehrere Authentifizierungsnachrichten übertragen, die von dem Fahrzeug validiert werden.
Ein Problem, das mit der kontaktlosen Datenübertragung auftritt, besteht darin, dass sie für sog. Relay-Attacken anfällig sind. Im Zusammenhang mit dem Zugriff auf Fahrzeuge beinhaltet diese Attacke eine Person, die die Kommunikation mit dem Fahrzeug durch Drücken eines Knopfs an dem Fahrzeug oder durch Betätigen eines Griffs an der Tür des Fahrzeugs initiiert. Das Fahrzeug überträgt dann ein Signal, welches von der Person aufgefangen wird und an ein entferntes Gerät unter Verwendung eines Transceivers weitergeleitet wird. Das entfernte Gerät kann sich entfernt von vom Fahrzeug, aber in der Nähe des Schlüssels oder des Schlüsselanhängers befinden. Das Fahrzeug kann sich z. B. auf dem Parkplatz eines Restaurants befinden und der Besitzer des Fahrzeugs kann im Restaurant sein. Das entfernte Gerät kann sich innerhalb des Restaurants befinden und kann das von dem Fahrzeug übertragene Signal in das Restaurant weiterleiten. Während sich der Schlüsselanhänger im Besitz des Besitzers befindet, kann er wegen des entfernten Gerätes das von dem Fahrzeug übertragene Signal empfangen und mit Authentifizierungssignalen antworten. Das entfernte Gerät kann die Authentifizierungssignale auffangen und sie an die Person in der Nähe des Fahrzeugs übertragen, die die Kommunikation initiierte. Der von der Person gehaltene Transceiver kann die Authentifizierungssignale an das Fahrzeug übertragen und das Fahrzeug kann die Authentifizierungssignale validieren. Dies kann es einer unauthorisierten Person ermöglichen, Zugriff auf das Fahrzeug zu erlangen.
Zusammenfassung
Es werden Systeme, Verfahren, Schaltungen und computerlesbare Medien für eine Vorzeichendetektion in mehrdimensionalen Signalmessungen offenbart.
In manchen Implementierungen enthält ein System orthogonal orientierte Antennen, die dazu konfiguriert sind, Signale als Reaktion auf ein magnetisches Feld zu erzeugen, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechen. Eine Schaltung ist mit den Antennen gekoppelt und dazu konfiguriert: Polaritäten der Signale auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen zu ermitteln; eine mögliche Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signale zu reduzieren; eine mögliche Zahl von Winkeln oder Winkelunterschieden zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen zu reduzieren; die reduzierte mögliche Anzahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen zu vergleichen; und eine Relay-Attacke auf Basis der Ergebnisse des Vergleichs zu detektieren.
In manchen Implementierungen umfasst ein Verfahren: Erzeugen, durch orthogonal orientierte Antennen eines Systems, von Signalen als Reaktion auf ein magnetisches Feld, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechen; Ermitteln, durch eine Schaltung des Systems, von Polaritäten der Signale auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen; Reduzieren, durch die Schaltung, einer möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signale; Reduzieren, durch die Schaltung, einer möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen; Vergleichen, durch die Schaltung, der reduzierten möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen; und Detektieren, durch die Schaltung, einer Relay-Attacke auf Basis von Ergebnissen des Vergleichs.
In manchen Implementierungen enthält ein nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium Anweisungen, die, wenn sie durch ein oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren veranlassen, Operationen auszuführen, die umfassen: Erzeugen, durch orthogonal orientierte Antennen eines Systems, von Signalen als Reaktion auf ein magnetisches Feld, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechen; Ermitteln, durch eine Schaltung des Systems, von Polaritäten der Signale auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen; Reduzieren, durch die Schaltung, einer möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signale; Reduzieren einer möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Vektorinterpretationen; Vergleichen der reduzierten möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen; und Detektieren einer Relay-Attacke auf Basis von Ergebnissen des Vergleichs.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 illustriert das Vergleichen von Kanaleingangssignalen mit vorbestimmten Phasenbeziehungen zwischen den Kanaleingangssignalen.
2A und 2B illustrieren ein Beispiel einer Inphasebeziehung zwischen Komparatorausgangssignalen für x- und y-Kanäle und ein Beispiel für eine Außerphasebeziehung zwischen Komparatorausgangssignalen für x- und z-Kanäle.
3 illustriert ein Hardware-System mit einem Komparator zur Detektion von Phasen(Vorzeichen)-Informationen zwischen zwei Kanälen gemäß bestimmten Ausführungsformen.
4 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm, das Komponenten illustriert, die in einem System zur sicheren kontaktlosen Datenkommunikation verwendet werden, das eine Vorzeichendetektion in mehrdimensionalen Signalmessungen gemäß bestimmter Ausführungsformen implementiert.
5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses der Vorzeichendetektion in mehrdimensionalen Signalmessungen.
Detaillierte Beschreibung
Eine Art von kontaktloser Datenübertragung für Fahrzeuge ist das PEPS(passive entry, passive start)-System. Das PEPS-System verwendet mehrere Niederfrequenz(LF)-Antennen innerhalb eines Fahrzeugs, die nacheinander zusammen mit einem Schlüssel oder einem Schlüsselanhänger betrieben werden, der eine dreidimensionale (3D) magnetische Antenne enthält, um ein übertragendes magnetisches Feld von den LF-Fahrzeugantennen zu detektieren. Der Schlüssel oder der Schlüsselanhänger enthält einen LF-Empfänger, der drei Kommunikationskanäle zur Verfügung stellt, um die drei Orientierungen (x, y, z) eines magnetischen Felds zu empfangen, das durch die LF-Fahrzeugantennen übertragen wird. Die drei Kommunikationskanäle liefern Spannungen, die gemessen und verwendet werden können, um ein Maß für die empfangene Signalstärke (RSSI, received signal strength indicator) zu berechnen.
Die gemessenen Kanalspannungen (x, y, z) repräsentieren einen Vektor für jede sendende Fahrzeugantenne mit einer Amplitude und einer Orientierung innerhalb eines 3D-Raums, wobei die Amplitude gegeben ist durch Amplitude = √x² + y² + z². [1]
Um das oben beschriebene Szenario einer Relay-Attacke zu vermeiden, können die Winkel zwischen den Vektoren berechnet werden. In der Tat sieht eine Ausführungsform vor, dass Winkel zwischen Vektoren verwendet werden können, um Relay-Attacken für zwei Antennen abzuwehren, die sequentiell oder gleichzeitig betrieben werden. Wenn zwei Fahrzeugantennen sequentiell betrieben werden, können zwei individuelle Tripel (x, y, z) von Spannungen sequentiell von den LF-Empfängerkanälen gemessen werden, die die zwei Vektoren repräsentieren, die durch die zwei Fahrzeugantennen erzeugt werden.
Als Beispiel sei angenommen, dass zwei Vektoren a ⇀ und b ⇀ mit den Komponenten (1, 4, –2) bzw. (–3, 3, 1) gemessen werden. Die Amplituden dieser Vektoren können berechnet werden: Amplitude_a = √1² + 4² + –2² = 4.58 Amplitude_b = √–3² + 3² + –1² = 4.36
Der Winkel zwischen den zwei Vektoren kann durch die folgende Formel berechnet werden:
Wie sich aus diesem Beispiel ergibt, können die einzelnen Vektorkomponenten (x, y, z) unterschiedliche Polaritäten gemäß der Orientierung und der Position der empfangenden 3D-Antenne (z. B. Schlüssel oder Schlüsselanhänger) und der sendenden Fahrzeugantenne haben. Heute auf dem Markt erhältliche Empfänger messen nicht die Polarität der Kanalspannungen. Es kann daher z. B. acht mögliche Interpretationen der gemessenen Vektorkomponenten (x, y, z) geben. In dem obigen Beispiel könnte der Vektor a ⇀ interpretiert werden als (1, 4, 2), (1, 4, –2), (1, –4, 2), (1, –4, –2), (–1, 4, 2), (–1, 4, –2), (–1, –4, 2) und (–1, –4, –2). Die acht Interpretationen des Vektors b ⇀ könnten interpretiert werden als (3, 3, 1), (3, 3, –1), (3, –3, 1), (3, –3, –1), (–3, 3, 1), (–3, 3, –1), (–3, –3, 1) und (–3, –3, –1). Die resultierenden Vektoramplituden sind von den verschiedenen Interpretationen durch den Ausdruck a ⇀·b ⇀ nicht betroffen. Die resultierenden Berechnungen ergeben 8 × 8 = 64 unterschiedliche Interpretationen, wobei manche derselben gleich sein können. Für die Vektoren a ⇀ und b ⇀ in dem obigen Beispiel führt a ⇀·b ⇀ zu den folgenden 64 Werten:
In dem gewählten Beispiel sind viele der Proben gleich, aber selbst in diesem Fall sind acht unterschiedliche Werte möglich: (7, –7, 11, –11, 13, –13, 17, –17). Dies führt zu 64 berechneten Winkeln.
Bei den 64 möglichen Winkeln gibt es acht unterschiedliche Winkel: (69,5; 56,6; 148,3; 130,6; 49,4; 31,7; 123,4; 110,5). Aufgrund der Vielzahl von Winkelinterpretationen und bei Berücksichtigung gewisser Messtoleranzen ist es nicht zuverlässig möglich, die berechneten Winkel zum Zwecke von Relay-Attacken zu verwenden. Wie dem obigen Beispiel zu entnehmen ist, ist es wünschenswert, die Zahl der möglichen Winkelinterpretationen deutlich zu reduzieren. Wie weiter unten im Detail beschrieben wird, kann die Zahl der möglichen Winkelinterpretationen durch Messungen der Polarität der einzelnen Vektorkomponenten (x, y, z) reduziert werden.
1 illustriert das Vergleichen von Kanaleingangssignalen, um Phasenbeziehungen zwischen den Kanaleingangssignalen zu ermitteln. In manchen Implementierungen kann eine Komparatorfunktion (die als Software oder Hardware implementiert sein kann) verwendet werden, um zu detektieren, ob die x-, y-, z-Kanalspannungswerte (Sinuswellen) über bestimmten Schwellenwerten liegen.
In 1 ist ein Diagramm 100 mit drei Signalen dargestellt. Das Signal 101 zeigt das Eingangssignal eines individuellen Kanals (x, y, z). Das Signal 102 repräsentiert das Schwellensignal des Komparators. Das Signal 103 repräsentiert den Ausgang des Komparators.
Um die Polarität zwischen zwei individuellen Kanälen (x, y oder x, z oder y, z) zu detektieren, werden die Komparatorausgangssignale (comp_out) von zwei individuellen Kanälen durch eine AND-Funktion kombiniert. Wenn comp_out_x AND comp_out_y zu jedem Zeitpunkt TRUE ist, dann ist y in Phase mit x. Wenn comp_out_x AND comp_out_z zu jedem Zeitpunkt TRUE ist, dann ist z in Phase mit x. Wenn comp_out_y AND comp_out_z zu jedem Zeitpunkt TRUE ist, dann ist z in Phase mit y.
Die 2A und 2B illustrieren ein Beispiel für eine Inphasebeziehung zwischen Komparatorausgangssignalen für x- und y-Kanäle, bzw. ein Beispiel für eine Außerphasebeziehung zwischen Komparatorausgangssignalen für x- und z-Kanäle.
2A zeigt die Eingangsspannungssignale der x- und y-Kanäle, die Komparatorausgangssignale für die x- und y-Kanäle und den Ausgang einer AND-Funktion, die auf die Komparatorausgangssignale angewendet wird. Wenn die Eingangssignale 201, 202 der x- und y-Kanäle ihre jeweiligen Komparatorschwellenwerte 206, 207 überschreiten, werden Komparatorausgangssignale 203, 204 erzeugt und als Eingänge an die AND-Funktion angelegt (z. B. ein AND-Gatter). In diesem Beispiel sind die Komparatorausgangssignale 203, 204 gleichzeitig high und die AND-Funktion erzeugt die Ausgabe 205, welche eine Inphasebeziehung zwischen dem x- und dem y-Kanal anzeigt.
2B zeigt die Eingangsspannungssignale der x- und z-Kanäle, die Komparatorausgangssignale für die x- und z-Kanäle und den Ausgang einer AND-Funktion, die auf die Komparatorausgangssignale für die x- und z-Kanäle angewendet wird. Wenn die Eingangssignale 208, 209 der x- und z-Kanäle ihre jeweiligen Komparatorschwellenwerte 212, 213 überschreiten, werden Komparatorausgangssignale 210, 211 erzeugt und als Eingänge an eine AND-Funktion (z. B. ein AND-Gatter) angelegt. In diesem Beispiel sind die Komparatorausgangssignale 210, 211 nicht gleichzeitig high und die AND-Funktion erzeugt keine Ausgabe, wodurch eine Außerphasebeziehung zwischen dem x- und dem z-Kanal angezeigt wird.
Aus den in den 2A und 2B gezeigten Beispielen ist ersichtlich, dass gewöhnlich eine gewisse Phasentoleranz für Inphasekanäle (2A) und Kanäle mit entgegengesetzter Polarität (2B) besteht, wodurch die Auswahl der Komparatorschwellenwerte beeinflusst wird. Um sicherzustellen, dass die Inphasekanäle sicher detektiert werden, sollten die Komparatorwerte niedrig sein. Um zu verhindern, dass Kanäle mit entgegengesetzter Polarität fälschlicherweise als ”Inphase” erkannt werden, sollten die Komparatorwerte hoch sein. In manchen Implementierungen besteht ein optimaler Kompromiss darin, die Komparatorschwellenwerte auf einen Wert zu setzen, bei dem sie in 50% der Zeit während der positiven Halbwelle (90°) überschritten werden. Der Komparatorschwellenwert kann also auf
oder auf 70,7% des Spitzenspannungswertes des Kanals gesetzt werden. Wenn der Komparatorschwellenwert auf exakt 70,7% des Spitzenwerts gesetzt wird, dann würde die maximal zulässige Kanalphasenverschiebung, die als Inphase erkannt würde, 90° betragen. Toleranzen bei der Implementierung (z. B. Komparatorschwellen) und der RSSI-Messwerte (z. B. gemessene x-, y-, z-Komponenten in der Empfangsantenne) werden hier zur Erläuterung des Prinzips nicht berücksichtigt.
In manchen Implementierungen kann die Polaritätsinformation verwendet werden, um die Evaluierung der gemessenen Vektorkomponenten (x, y, z) zu verbessern, die von mehreren Antennen (Ax, Ay, Az) gemessen wurden. Zum Beispiel können Winkel und/oder Winkeldifferenzen zwischen Vektoren berechnet werden, die sich aus unterschiedlichen Fahrzeugsendeantennen ergeben. In manchen Implementierungen können Verhältnisse zwischen den gleichen Vektorkomponentmessungen von unterschiedlichen Fahrzeugsendeantennen ermittelt werden, wie z. B. Vx/A1/VxA2, VyA1/VyA2, VzA1/Vz2, wobei A1, A2 zwei unterschiedliche Fahrzeugsendeantennen sind. In manchen Implementierungen können Verhältnisse zwischen unterschiedlichen Vektorkomponentenmessungen von unterschiedlichen Fahrzeugsendeantennen ermittelt werden, wie z. B. VxAn/VyAn, VxAn/VzAn, VyAn/VzAn. Diese Verhältnisse können auf jede beliebige Zahl von Fahrzeugsendeantennen erweitert werden.
3 illustriert ein Hardware-System 300 mit Komparatoren zur Detektion von Phasen(Vorzeichen)-Informationen zwischen zwei Kanälen gemäß bestimmten Ausführungsformen. In manchen Implementierungen kann das System 300 eine Verstärkerkette 301, einen digitalen RSSI-Steuerkomparator 304, Kanalkomparatoren 305a–305c und Logikgatter 306a–306c enthalten. Die Verstärkerkette 101 enthält des Weiteren Verstärker 302a, 302b mit einstellbarem Verstärkungsfaktor und einen Puffer 303. In dem dargestellten Beispiel ist der x-Kanal mit einem Ausgang des Verstärkers 302b mit einstellbarem Verstärkungsfaktor gekoppelt. Der Ausgang des Puffers 303 ist mit einem Eingang des digitalen RSSI-Steuerkomparators 304 gekoppelt, wo er mit einem Komparatorschwellenwert Vth verglichen wird, um ein digitales RSSI-Steuersignal zu erzeugen. Das RSSI-Steuersignal wird so verarbeitet, um die Verstärkerkette 301 so zu steuern, dass der Spitzenwert des if_amp_x-Signals auf Vth gesetzt wird. Der RSSI-Steuermechanismus ist hier nur für Kanal x dargestellt, aber er ist auch für die Kanäle y und x implementiert. Obwohl in diesem Beispiel nicht dargestellt, sind die y- und z-Kanäle ebenfalls mit Verstärkern in der Verstärkerkette 301 gekoppelt.
In dieser Beispielimplementierung werden die Verstärkerausgangssignale durch die Kanalkomparatoren 305a–305c mit 70,7% ihrer Spitzenspannung verglichen, während der Spitzenwert aller Kanäle gleich ist aufgrund des RSSI-Steuermechanismus. Die Komparatorausgangssignale der einzelnen Kanäle haben ein Tastverhältnis von 25% (90° von 360°) und werden miteinander durch Logikgatter 306a–306c verglichen, die in diesem Beispiel als AND-Funktionen (z. B. AND-Gatter) wie folgt implementiert sind:
x wird mit y verglichen > Ausgangssignal → Vorzeichen x, y;
x wird mit z verglichen > Ausgangssignal → Vorzeichen x, z; und
y wird mit z verglichen > Ausgangssignal → Vorzeichen y, z.
Ausgaben werden durch die AND-Gatter 306a–306c erzeugt, wenn zwei Komparatorausgangssignale gleichzeitig vorhanden sind, wodurch angezeigt wird, dass die zwei verglichenen Kanäle in Phase sind. Wenn zwei Kanäle in Phase sind, haben sie die gleiche Polarität. Wenn sie außer Phase sind, zeigt dies an, dass sie entgegengesetzte Polarität haben.
In dem vorigen Beispiel, das im Zusammenhang mit den 1, 2A und 2B beschrieben wurde, lauten die acht möglichen Interpretationen für den Vektor a ⇀ ohne Vorzeichendetektion: (1, 4, 2), (1, 4, –2), (1, –4, –2), (–1, 4, –2), (–1, 4, 2), (–1, 4, –2), (–1, –4, 2) und (–1, –4, –2). Unter Verwendung des Vorzeichendetektionsprozesses, der durch das System 300 implementiert wird, und unter Berücksichtigung, dass die Kanäle x und y (2A) in Phase sind und die Kanäle x und z nicht in Phase sind (2B), werden die acht möglichen Interpretationen für den Vektor a ⇀ auf zwei Interpretationen reduziert: (1, 4, –2) und (–1, –4, 2). Diese Beispielreduktion der Vektorinterpretationen wurde bewerkstelligt durch die Detektion mittels des Vorzeichendetektionsmechanismus, dass der Kanal x die gleiche Polarität hat wie der Kanal y und der Kanal z die entgegengesetzte Polarität bezüglich des Kanals x hat. Die einzigen Vektorinterpretationen in dem Beispielsatz von acht Vektorinterpretationen, die diese Reduktionskriterien erfüllen, sind: (1, 4, –2) und (–1, –4, 2).
In ähnlicher Weise lauten die möglichen Interpretationen für den Vektor b ⇀ ohne Vorzeichendetektion: (3, 3, 1), (3, 3, –1), (3, –3, 1), (3, –3, –1), (–3, 3, 1), (–3, 3, –1), (–3, –3, 1) und (–3, –3, –1). Unter Verwendung des Vorzeichendetektionsprozesses, der durch das System 300 implementiert wird, können die acht möglichen Interpretationen für den Vektor b ⇀ auf zwei Vektorinterpretationen reduziert werden: (–3, 3, 1) und (3, –3, –1). Mit der implementierten Vorzeichendetektion führt a ⇀·b ⇀ zu 2 × 2 = 4 möglichen Vektorinterpretationen, die in diesem Beispiel [7, –7, –7, 7] lauten. Die Winkelberechnung der Gleichung [2] führt zu [69,5; 110,5; 110,5; 69,5], was bedeutet, dass nur zwei unterschiedliche Winkel [69,6; 110,5] zur Vermeidung von Relay-Attacken in einem PEPS-System ausgewertet werden müssen.
4 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm, das die Komponenten illustriert, die in einem System 400 zur sicheren kontaktlosen Datenübertragung verwendet werden, das eine Vorzeichendetektion in mehrdimensionalen Signalmessungen implementiert, wie sie im Zusammenhang mit den 1–3 beschrieben wurde. In manchen Ausführungsformen enthält das System 400 einen Transceiver SE1 und einen Transceiver SE2. In manchen Ausführungsformen kann ein Datenaustausch oder eine Übertragung dadurch erfolgen, dass ein datentragendes moduliertes elektromagnetisches Feld zwischen dem Transceiver SE1 und dem Transceiver SE2 übertragen wird. Der Transceiver SE1 umfasst eine Steuereinheit CU. Die Steuereinheit CU ist mit einem ersten Ausgangstreiber OD1 und einem zweiten Ausgangstreiber OD2 gekoppelt. Eine erste Übertragungsantenne SA1 ist mit dem ersten Ausgangstreiber OD1 gekoppelt und eine zweite Übertragungsantenne SA2 ist mit dem zweiten Ausgangstreiber OD2 gekoppelt. In manchen Implementierungen kann SE1 z. B. in einem Schlüssel oder einem Schlüsselanhänger enthalten sein, der mit einem PEPS-System verwendet wird, und SE1 kann in einem Fahrzeug enthalten sein, wobei SA1 und SA2 Fahrzeugantennen sind.
In manchen Ausführungen umfasst der Transceiver SE2 drei Antennen EA1, EA2 und EA3, die orthogonal zueinander orientiert sind. Die Empfangsantennen EA1, EA2 und EA3 sind mit Signalverstärkern V1, V2 bzw. V3 gekoppelt. Die Signalverstärker V1, V2 und V3 sind mit Eingängen EAD1, EAD2 bzw. EAD3 eines Analog/Digital-Wandlers (A/D) AD1 gekoppelt. Darüber hinaus ist jeder Eingang EAD1, EAD2 und EAD3 des A/D-Wandlers AD1 mit einem Eingang ED1, ED2 bzw. ED3 eines Demodulators DEM gekoppelt. Auf diese Weise kann das von jeder der Empfangsantennen EA1, EA2 und EA3 empfangene Signal individuell demoduliert werden, um die Daten zu erhalten und auszuwerten, die durch das modulierte Signal getragen werden, das durch die jeweiligen Empfangsantennen empfangen wird. Der A/D-Wandler AD1 und der Demodulator DEM sind darüber hinaus jeweils mit einem Signalprozessor SP gekoppelt, der wiederum mit einer Speichereinheit MEM gekoppelt ist. In manchen Ausführungsformen können ähnliche Elemente wie der A/D-Wandler AD1, der Demodulator DEM, der Signalprozessor SP und die Speichereinheit MEM auch in dem Transceiver SE1 enthalten sein.
In manchen Ausführungsformen enthält der Signalprozessor SP eine Hardware zur Ausführung von Anweisungen, wie solche, die ein Computerprogramm bilden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Signalprozessor SP zur Ausführung von Anweisungen die Anweisungen aus einem internen Register, einem internen Cache, einer Speichereinheit MEM oder einem Massenspeicher abrufen (oder holen); diese decodieren und ausführen; und dann ein oder mehrere Ergebnisse in ein internes Register, einen internen Cache, eine Speichereinheit MEM oder einen Massenspeicher schreiben. In bestimmten Ausführungsformen kann der Signalprozessor SP ein oder mehrere interne Caches für Daten, Anweisungen oder Adressen enthalten. Diese Offenbarung umfasst gegebenenfalls Signalprozessoren SP mit jeder geeigneten Zahl von geeigneten internen Caches.
Diese Offenbarung umfasst ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien, die jede geeignete Form der Datenspeicherung implementieren. In bestimmten Ausführungsformen implementiert ein computerlesbares Speichermedium einen oder mehrere Teile des Signalprozessors SP (wie z. B. ein oder mehrere interne Register oder Caches), einen oder mehrere Teile der Speichereinheit MEM, oder gegebenenfalls einer Kombination derselben. In bestimmten Ausführungsformen implementiert ein computerlesbares Speichermedium ein RAM oder ROM. In bestimmten Ausführungsformen implementiert ein computerlesbares Speichermedium einen flüchtigen oder dauerhaften Speicher. In bestimmten Ausführungsformen verwirklichen ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien eine Software. Eine Bezugnahme auf eine Software kann hier gegebenenfalls ein oder mehrere Anwendungen, einen Byte-Code, ein oder mehrere Computerprogramme, eine oder mehrere ausführbare Dateien, eine oder mehrere Anweisungen, eine Logik, einen Maschinencode, ein oder mehrere Skripts, oder Source-Codes, und umgekehrt umfassen. In bestimmten Ausführungsformen enthält die Software ein oder mehrere Anwendungsprogrammschnittstellen (APIs). Diese Offenbarung umfasst jede geeignete Software, die in jeder geeigneten Programmiersprache oder Kombination von Programmiersprachen geschrieben oder anderweitig ausgedrückt wird. In bestimmten Ausführungsformen wird die Software als Quell-Code oder Objekt-Code ausgedrückt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Software in einer höheren Programmiersprache, wie z. B. C, Perl, oder einer geeigneten Erweiterung desselben ausgedrückt. In bestimmten Ausführungsformen wird die Software in einer maschinennahen Programmiersprache ausgedrückt, wie z. B. in Assemblersprache, Maschinencode, oder einer Hardware-Beschreibungssprache.
5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 500 zur Vorzeichendetektion in mehrdimensionalen Signalmessungen. Der Prozess 500 kann z. B. durch eine oder mehrere Komponenten des Systems 400 implementiert werden, das im Zusammenhang mit 4 beschrieben wurde. In manchen Implementierungen kann ein Teil des Prozesses 500 oder der ganze Prozess 500 in Form von Anweisungen implementiert werden, die auf einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind und durch einen oder mehrere Prozessoren oder Prozessorkerne ausgeführt werden, wie z. B. SP, der im Zusammenhang mit dem System 400 beschrieben wurde.
In manchen Implementierungen kann der Prozess 500 mit dem Empfangen von orthogonalen Kanalsignalen beginnen (502). Die Signale können z. B. analoge Signale sein, die von drei orthogonal orientierten Antennen empfangen werden, die in Digitalsignale umgewandelt werden (z. B. AD1), die durch einen digitalen Signalprozessor (z. B. SP) verarbeitet werden können.
Der Prozess 500 kann mit dem Messen der Kanalsignale inklusive der Ermittlung der Vorzeicheninformationen fortgeführt werden (504). Die Kanalsignale können z. B. Eingaben für Komparatorfunktionen sein, um zu ermitteln, ob die Kanäle in Phase (gleiches Vorzeichen oder Polarität) oder nicht in Phase (unterschiedliches Vorzeichen oder Polarität) sind, wobei jeder Kanal eine Vektorkomponente eines empfangenen magnetischen Felds repräsentiert. Die Vergleichsfunktion kann als Hardware (3) oder Software durch einen Signalprozessor (4) oder als Kombination von Hardware- und Software-Komponenten implementiert werden.
Der Prozess 500 kann durch die Reduktion der möglichen Zahl von Vektorinterpretationen auf Basis der Vorzeicheninformationen fortgeführt werden (506). Wenn z. B. der x-Kanal und der y-Kanal das gleiche Vorzeichen (die gleiche Polarität) haben und der x- und der z-Kanal unterschiedliche Vorzeichen (unterschiedliche Polaritäten) haben, dann werden die Vektorinterpretationen, die unterschiedliche Vorzeichen für den x- und den y-Kanal haben oder das gleiche Vorzeichen für den x- und den z-Kanal haben, von der weiteren Verarbeitung für die Winkel- oder Winkeldifferenzauswertung oder Vektorkomponentenverhältnisse ausgeschlossen.
Der Prozess 500 kann durch die Detektion einer Relay-Attacke auf Basis des reduzierten Satzes von Vektorbestimmungen fortgeführt werden (508). Die reduzierten Vektorinterpretationen, die im Schritt 506 ermittelt wurden, können z. B. verwendet werden, um einen Satz von Winkeln oder Winkeldifferenzen oder Vektorkomponentenverhältnissen zwischen dem reduzierten Satz von Vektoren zu erzeugen, der (zusammen mit dem RSSI-Wert) mit einem vorbestimmten oder erwarteten Satz von Winkeln oder Winkeldifferenzen oder Vektorkomponentenverhältnissen beglichen werden kann, um festzustellen, ob die erwarteten Kriterien zur Detektion einer Relay-Attackensituation erfüllt sind. Wenn diese Kriterien erfüllt sind (innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs) dann wird der Schlüssel oder der Schlüsselanhänger keinen Authentifizierungscode an das Fahrzeug übertragen, und dadurch Relay-Attacken verhindern.
Obwohl in dem Beispielschritt 508 die reduzierte mögliche Zahl von magnetischen Vektorinterpretationen verwendet wird, um Relay-Attacken beispielsweise gegen ein PEPS-System zu detektieren, kann der Prozess 500 auch auf jede Anwendung angewendet werden, die von der Reduktion einer möglichen Zahl von Vektorinterpretationen in einem Vektorraum profitieren könnte, und sollte daher nicht so ausgelegt werden, dass er auf magnetische Feldvektoren oder die Detektion von Relay-Attacken beschränkt ist.
Obwohl dieses Dokument zahlreiche spezifische Implementierungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Beschränkung des beanspruchten Schutzumfangs ausgelegt werden, sondern als Beschreibung von Merkmalen, die bestimmten Ausführungsformen zu eigenen sein können. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Zusammenhang von getrennten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in Kombination miteinander in einer einzigen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben wurden, in mehreren Ausführungsformen getrennt voneinander oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Obwohl darüber hinaus Merkmale als in bestimmten Kombinationen zusammenwirkend beschrieben wurden und sogar anfänglich derart beansprucht wurden, können ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination herausgelöst werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination gerichtet werden.

Claims

System, umfassend: orthogonal orientierte Antennen, die dazu konfiguriert sind, Signale als Reaktion auf ein magnetisches Feld zu erzeugen, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechen; eine mit den Antennen gekoppelte Schaltung, die dazu konfiguriert ist: Polaritäten der Signale auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen zu ermitteln; eine mögliche Zahl von magnetischen Vektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signale zu reduzieren; eine mögliche Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen zu reduzieren; die reduzierte mögliche Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen zu vergleichen; und eine Relay-Attacke auf Basis von Ergebnissen des Vergleichs zu detektieren.
System nach Anspruch 1, wobei das Vergleichen der Polaritäten der Signale ein Vergleichen der Signale mit Schwellenwerten enthält.
System nach Anspruch 2, wobei die Schwellenwerte ein Prozentsatz von Maximalwerten der Signale sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Schaltung umfasst: einen oder mehrere Signalverstärker, die mit den Antennen gekoppelt sind und dazu konfiguriert sind, die Signale zu verstärken; einen oder mehrere Analog/Digital-Wandler (ADCs), die mit den Signalverstärkern gekoppelt sind und dazu konfiguriert sind, die verstärkten Signale in digitale Werte zu wandeln; und einen oder mehrere Signalprozessoren, die mit dem einen oder den mehreren ADCs gekoppelt sind und dazu konfiguriert sind, die Polaritäten der Signale der Basis der digitalen Werte zu ermitteln.
System nach Anspruch 3, wobei die Schaltung umfasst: einen oder mehrere Signalverstärkter, die mit den Antennen gekoppelt sind und dazu konfiguriert sind, die Signals zu verstärken; Komparatoren mit Eingängen, die mit Ausgängen der Signalverstärker und den Schwellenspannungen gekoppelt sind, wobei die Komparatoren dazu konfiguriert sind, anzuzeigen, wann die Signale die Schwellenwerte überschreiten; und eine Logik, die dazu konfiguriert ist, Komparatorausgaben zu vergleichen, um die Polaritäten der Signale der ermitteln.
System nach Anspruch 1, wobei ein oder mehrere Verhältnisse zwischen den Komponenten von einem oder von mehreren magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen ermittelt werden; und die eine oder die mehreren Aktionen bezüglich des Systems auf Basis eines Vergleichs der Verhältnisse mit erwarteten Verhältnissen ausgeführt werden.
System nach Anspruch 6, wobei die Verhältnisse für gleiche Vektorkomponenten für zwei unterschiedliche magnetische Feldvektoren ermittelt werden.
System nach Anspruch 6, wobei die Verhältnisse für unterschiedliche Vektorkomponenten für zwei unterschiedliche magnetische Feldvektoren ermittelt werden.
System nach Anspruch 1, wobei die Antennen und die Schaltung in einem Schlüssel oder Schlüsselanhänger eines PEPS(passive entry, passive start)-Systems eines Fahrzeugs enthalten sind.
System nach Anspruch 1, wobei die mögliche Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen von acht auf zwei reduziert wird.
Verfahren, umfassend: Erzeugen, durch orthogonal orientierte Antennen eines Systems, von Signalen als Reaktion auf ein magnetisches Feld, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechend; Ermitteln, durch eine Schaltung des Systems, von Polaritäten der Signale auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen; Reduzieren, durch die Schaltung, einer möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signals; Reduzieren, durch die Schaltung, einer möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen; Vergleichen, durch die Schaltung, der reduzierten möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen; und Detektieren, durch die Schaltung, einer Relay-Attacke auf Basis von Ergebnissen des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Vergleichen der Polaritäten der Signale ein Vergleichen der Signale mit Schwellenwerten enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Schwellenwerte ein Prozentsatz von Maximalwerten der Signale sind.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Verstärken der Signale durch einen oder durch mehrere Signalverstärker, die mit den Antennen gekoppelt sind; Wandeln der verstärkten Signale in digitale Werte durch einen oder durch mehrere Analog/Digital-Wandler (ADCs), die mit den Signalverstärkern gekoppelt sind; und Ermitteln, durch einen oder durch mehrere Signalprozessoren, die mit dem einen oder den mehreren ADCs gekoppelt sind, der Polaritäten der Signale auf Basis der digitalen Werte.
Verfahren nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend: Verstärken der Signale durch einen oder durch mehrere Signalverstärker, die mit den Antennen gekoppelt sind; Vergleichen der Signale mit Schwellenspannungen durch Komparatoren, die Eingänge haben, die mit Ausgängen der Signalverstärker und den Schwellenspannungen gekoppelt sind, um anzuzeigen, wann die Signale die Schwellenwerte überschreiten; und Vergleichen, durch eine Logik, von Komparatorausgaben zur Ermittlung von Polaritäten der Signale.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Ermitteln von einem oder von mehreren Verhältnissen zwischen den Komponenten von einem oder von mehreren magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen; und Durchführen von einer oder von mehreren Aktionen, die sich auf das System beziehen, auf Basis eines Vergleichs der Verhältnisse mit erwarteten Verhältnissen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Verhältnisse für gleiche Vektorkomponenten für zwei unterschiedliche magnetische Feldvektoren ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Verhältnisse für unterschiedliche Vektorkomponenten für zwei unterschiedliche magnetische Feldvektoren ermittelt werden.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessen veranlassen, Operationen auszuführen, die umfassen: Erzeugen, durch orthogonal orientierte Antennen eines Systems, von Signalen als Reaktion auf ein magnetisches Feld, wobei die Signale Komponenten von magnetischen Feldvektoren im Raum entsprechen; Ermitteln von Polaritäten des Signals auf Basis von Phasenmessungen zwischen den Signalen; Reduzieren einer möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen auf Basis der ermittelten Polaritäten der Signale; Reduzieren einer möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen zwischen den magnetischen Feldvektoren auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen; Vergleichen der reduzierten möglichen Zahl von Winkeln oder Winkeldifferenzen mit vorbestimmten Winkeln oder Winkeldifferenzen; und Detektieren einer Relay-Attacke auf Basis von Ergebnissen des Vergleichs.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 19, wobei das Vergleichen der Vorzeichen der Polaritäten der Signale ein Vergleichen der Signale mit Schwellenwerten enthält.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 20, wobei die Schwellenwerte ein Prozentsatz von Maximalwerten der Signale sind.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 19, wobei ein oder mehr Verhältnisse zwischen den Komponenten von einem oder von mehreren magnetischen Feldvektoren ermittelt werden auf Basis der reduzierten möglichen Zahl von magnetischen Feldvektorinterpretationen; und die eine oder die mehreren Aktionen, die sich auf das System beziehen, auf Basis eines Vergleichs der Verhältnisse mit erwarteten Verhältnissen aufgeführt werden.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 22, wobei die Verhältnisse für gleiche Vektorkomponenten für zwei unterschiedliche magnetische Feldvektoren ermittelt werden.
Nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 22, wobei die Verhältnisse für unterschiedliche Vektorkomponenten für zwei unterschiedliche magnetische Feldvektoren ermittelt werden.