DE10248389A1

DE10248389A1 - Sicherheitstoken

Info

Publication number: DE10248389A1
Application number: DE10248389A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Bartsch; Andreas Dr. Linke
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

Ein Sicherheitstoken, insbesondere in Form einer Chipkarte, besitzt einen integrierten Bewegungssensor, der eine Bewegung des Token erfasst, nämlich die Bewegungsbahn und/oder die Bewegungsdynamik. Dabei kann es sich um einen Kugelsensor nach Art einer herkömmlichen Computermaus, um einen Bildsensor nach Art einer optischen Computermaus oder um einen Beschleunigungssensor, beispielsweise mittels Gyroskop, nach Art einer Gyro-Mouse handeln. Durch charakteristisches Bewegen des Token autorisiert sich der Benutzer gegenüber dem System, indem beispielsweise eine Unterschrift mittels des Token nachvollzogen und die Bewegungsbahn und/oder Bewegungsdynamik der Tokenbewegung mit abgespeicherten Referenzdaten auf hinreichende Übereinstimmung verglichen werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger, insbesondere ein Sicherheitstoken zur Authentisierung einer Person gegenüber einem System, mit einem Sensor zu Eingabe von Daten sowie ein entsprechendes Dateneingabeverfahren.
Unter einem Sicherheitstoken zur Authentisierung einer Person gegenüber einem System ist ein Gegenstand zu verstehen, der dazu dient, einer Person die Benutzung eines Systems zu ermöglichen, wobei zuvor die Berechtigung zur Benutzung des Token geprüft wird, und der gegebenenfalls noch weitere systemrelevante Funktionen besitzt. Insbesondere kann es sich bei einem solchen Token um eine Ausweiskarte handeln, beispielsweise in Form einer Chipkarte, mit der einer Person der Zutritt zum System gewährt wird, beispielsweise zu einem Computer, Computernetzwerk, Zahlungsverkehrsterminal, Gebäude, Sicherheitstrakt, Fahrzeug und dergleichen. Im Zusammenhang mit Computersystemen ist die Verwendung von kryptographischen Sicherheitstoken bekannt, welche einen kryptographischen Schlüssel tragen, der zur Verschlüsselung von Daten innerhalb des Systems benötigt wird, um die Authentizität dieser Daten zu gewährleisten.
Bevor die Benutzung des Systems mittels des Sicherheitstoken möglich ist, muss der Benutzer seine Benutzungsberechtigung nachweisen, sich authentisieren. Dies erfolgt beispielsweise durch die Eingabe einer PIN auf einer Tastatur oder durch Signatur auf einem Touchscreen des Systems. Da die Vertrauenswürdigkeit des Systems selbst ein Sicherheitsrisiko darstellt, setzt diese Art des Benutzungsnachweises ein besonderes Vertrauen des Benutzers gegenüber dem System voraus.
Bevorzugt verwendet werden daher solche Sicherheitstoken, die einen Benutzungsberechtigungsnachweis unmittelbar am Sicherheitstoken erlauben, wie z. B. Sicherheitstoken mit integrierter Tastatur. Wegen der sehr beschränkt zur Verfügung stehenden Fläche eines Sicherheitstoken sind jedoch die Tastaturfelder entsprechend klein und schwierig zu bedienen, so dass der Benutzer bisweilen gezwungen ist, einen separaten Bedienungsstift mitzuführen. Anstelle einer Tastatur kann auch ein Touchpad vorgesehen sein, über welches der Benutzer mittels einem Sensorstift die PIN oder sogar seine eigenhändige Unterschrift oder einen sonstigen Berechtigungsnachweis angeben kann. Ein solches Token mit kontaktempfindlicher Grafikschnittstelle ist beispielsweise in der WO 01/44899A1 im Zusammenhang mit einem kryptographischen Sicherheitstoken beschrieben. Das Mitführen des Sensorstifts ist jedoch lästig und mit der Gefahr verbunden, dass der Sensorstift verloren geht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen tragbaren Datenträger mit Datenerfassungsmöglichkeit und ein Verfahren zur Datenerfassung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Datenträger nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den tragbaren Datenträger, beispielsweise ein Sicherheitstoken in Form einer Chipkarte, mit einem Sensor zum Erfassen von Information auszustatten, der die Bewegungsbahnen bzw. Bewegungsdynamik einer Bewegung des tragbaren Datenträgers im Raum oder relativ zu einer Oberfläche erfasst.
Bei der bevorzugten Anwendung in einem Authentisierungsverfahren wird das Token selbst als Medium benutzt, mittels welchem der Benutzter den Benutzungsberechtigungsnachweis führt. Eine separate Eingabeeinrichtung, insbesondere ein separater Stift, sind dann nicht erforderlich. Vielmehr dient das Token selbst als Stift, mittels welchem entweder auf einen Untergrund oder im freien Raum die PIN, die Unterschrift oder dergleichen durch Bewegen des Token nachvollzogen wird.
Diese Bewegung wird von einem im Token integrierten Sensor erfasst, und aus diesen Sensorinformationen werden in einer Auswerteeinrichtung Authentisierungsdaten erzeugt, welche mit gespeicherten Referenzdaten auf Übereinstimmung verglichen werden. Die Authentisierung erfolgt somit auf einfache Weise und unabhängig von dem System, gegenüber dem sich der Benutzer authentisieren möchte.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch darin zu sehen, dass die „Schreibfläche" unbegrenzt sein kann. Als Untergrund kann beispielsweise ein DIN-A4 Blatt Papier dienen oder ein Mauspad oder dergleichen.
Die Bewegungsbahn des Token kann auf vielfache Weise ermittelt werden. Beispielsweise lässt sich mittels Positionsmessungen anhand der Veränderung der Tokenposition die Bahn bestimmen, die das Token beschreibt, wenn mit dem Token eine PIN-Eingabe oder eine Unterschrift nachvollzogen wird. Die Bewegungsbahn lässt sich auch vektoriell bestimmen, wenn man z. B. Bewegungsrichtung und Bewegungsstrecke erfasst oder Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit zeitlich erfasst und auswertet. Auch lässt sich anhand der Tokenbeschleunigung die momentane Bewegungsänderung des Token im Raum oder über eine Oberfläche bestimmen, und daraus lässt sich wiederum die Bewegungsbahn rekonstruieren.
Die wie auch immer ermittelte Bewegungsbahn, welche beispielsweise eine Unterschrift darstellt, wird dann mit einer gespeicherten Referenzunterschrift auf einen hinreichenden Übereinstimmungsgrad verglichen. Die Referenzdaten sind vorzugsweise auf dem Token gespeichert, um Manipulationsmöglichkeiten von außen weitgehend auszuschließen. Der Vergleich findet dann vorzugsweise ebenfalls auf dem Token statt. Die Referenzdaten können aber auch im System abgelegt sein, so dass der Vergleich entweder im System oder, wenn die Referenzdaten vom System auf das Token übermittelt werden, wiederum auf dem Token stattfindet. Das Token besitzt zu diesem Zweck eine integrierte Schaltung mit einer entsprechenden Software. Es ist vorzugsweise als Chipkarte ausgebildet und zur besseren Handhabbarkeit im Rahmen der zulässigen Normabmessungen ergonomisch geformt, so dass sie leicht nach Art eines Stifts verwendbar ist.
Zusätzlich oder anstelle der Bewegungsbahn können auch die dynamischen Anteile der Tokenbewegung bei der Überprüfung des Berechtigungsnachweises Berücksichtigung finden. Insbesondere aus den Beschleunigungswerten der Tokenbewegung lassen sich Rückschlüsse auf die Echtheit einer Unterschrift ziehen. Denn durch intensive Übung lässt sich zwar möglicherweise der Unterschriftzug nachahmen, die Dynamik der Bewegung beim Nachahmen des Unterschriftzugs kann sich aber von der Bewegungsdynamik des originären Unterschriftzugs wesentlich unterscheiden. Eine Nachweisberechtigung zur Benutzung des Token kann daher beispielsweise auch allein auf Basis des zeitlichen Verlaufs der mittels einem geeigneten Sensor erfassten Tokenbeschleunigungswerte erfolgen, ohne das daraus auf die konkrete Bewegungsbahn bzw. auf den graphischen Unterschriftzug zurückgeschlossen werden muß.
Selbstverständlich können zum Zwecke des Berechtigungsnachweises sowohl die Bewegungsdynamik als auch die Bewegungsbahn mit gespeicherten Referenzwerten verglichen werden. Bewegungsdynamik und Bewegungsbahn können gegebenenfalls mittels unterschiedlichen Sensoren erfasst werden, so dass bei geeigneter Wahl der Sensoren eine Berechnung der Bewegungsbahn aus der erfassten Bewegungsdynamik entfallen kann.
Als Sensor eignet sich beispielsweise eine Kugel entsprechend dem Prinzip einer üblichen Computer-Maus, bei der die Kugelbewegung in geeigneter Weise, beispielsweise mittels Walzen, in X- und Y-Bewegungsrichtungsanteile umgewandelt wird. Auf diese Weise lässt sich eine zweidimensionale Tokenbewegung erfassen, indem die Kugel auf einer Unterlage abgerollt und die Bewegungsbahn entsprechend nach Bewegungsrichtung und Wegstrecke erfasst wird.
Anstelle einer Sensorkugel ist auch eine photographische Abtastung einer beliebigen Referenzfläche mittels eines Bildsensors möglich, wie es z. B. bei einer optischen Maus mittels einer in die Maus integrierten Kamera realisiert ist. Durch sukzessives Erfassen und Vergleichen der mittels der Kamera aufgenommen Bilddaten mit den unmittelbar zuvor aufgenommenen Bilddaten lässt sich nicht nur die Bewegungsbahn sondern unter Berücksichtigung der Zeitkomponente auch die Bewegungsdynamik nachvollziehen. Diese Bewegung ist nicht notwendigerweise auf zwei Dimensionen beschränkt. Denn je nach Abstand des Kameraobjektivs zum Untergrund ändert sich der Abbildungsmaßstab, so dass sich über die zeitliche Veränderung des Abbildungsmaßstabs die Bewegungsbahn und -dynamik auch dreidimensional nachvollziehen lässt.
Eine dreidimensionale Bewegung lässt sich darüber hinaus auch mittels eines Gyroskops erfassen. Damit lassen sich die Beschleunigungen eines Körpers im Raum und natürlich auch auf einer Ebene ermitteln. Daraus wiederum lässt sich im Bedarfsfall die Bewegungsbahn des Körpers rekonstruieren, falls nicht bereits der Vergleich der Beschleunigungsdaten mit gespeicherten Referenzbeschleunigungsdaten zur Authentisierung ausreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1A und 1B ein Sicherheitstoken mit Kugelsensor in zwei Ansichten;
2A und 2B ein Sicherheitstoken mit Photosensor in zwei Ansichten; und
3A und 3B ein Sicherheitstoken mit Gyroskop in zwei Ansichten.
Obwohl das Ausführungsbeispiel auf ein Sicherheitstoken Bezug nimmt, ist die erfindungsgemäße Datenerfassung auch auf andere tragbare Datenträger, beispielsweise Chipkarten im allgemeinen oder PDA's (personal digital assistant) anwendbar. Entsprechend können die erfassten Daten zu anderen Zwecken, beispielsweise zur Eingabe von Terminen oder Adressen verwendet werden.
1A zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherheitstoken 1 in Form einer ergonomisch gestalteten Chipkarte mit einem integrierten Chipmodul 2 und einem Sensor 3. Der Sensor 3 ist als Rollkugel 4 ausgebildet, die in eine Eckkante der Karte 1 integriert ist. Die Karte 1 kann nun wie ein Kugelschreiber über eine Oberfläche 5 bewegt werden, um einen imaginären Schriftzug 6, beispielsweise eine Unterschrift, nachzuvollziehen. Die Karte 1 weist ergo nomische Einkerbungen 7 auf, welche es einem Benutzer erleichtern, die Karte 1 nach Art eines Stifts zu führen.
Die Rollbewegung der Kugel 6 wird über geeignete, nicht dargestellte Mittel in elektrische Signale umgewandelt. Die technischen Möglichkeiten dazu sind vielfältig und aus der Computer-Maus-Technik hinlänglich bekannt. Anhand der mittels der Rollkugel 4 erfassten Bewegung der Karte 1 lässt sich der Schriftzug 6, der beispielsweise eine PIN oder eine Unterschrift darstellen soll, in einer Auswerteeinrichtung rekonstruieren und mit Referenzdaten vergleichen. Die dazu erforderliche Software ist entweder im Chipmodul 2 integriert oder auf einem davon separaten, zugriffsgeschützten Chip untergebracht.
Zum Starten des Authentisierungsprozesses dient ein Taster B. Nach Betätigung des Tasters 8 wird ein Zeitfenster freigeschaltet, innerhalb dessen der Benutzter den Schriftzug 6 mittels der Kugel 4 auf der Oberfläche 5 vollziehen kann. Ergibt die Überprüfung, dass der Schriftzug 6 mit einem gespeicherten Referenzschriftzug hinreichend übereinstimmt, so wird ein zweites Zeitfenster freigeschaltet, innerhalb dessen der Einsatz der Karte beginnen muß. Die Karte kann beispielsweise innerhalb dieses Zeitfensters in ein Kartenterminal eingeführt werden und über das Chipmodul 2 mit dem Terminal kommunizieren.
1B zeigt die Karte 1 in Seitenansicht von einer Schmalseite aus betrachtet. In dem Ausführungsbeispiel ist die Karte 1 im Bereich des Sensors 3 aufgrund des Durchmessers der Kugel 4 seitlich ausgestellt. Für Anwendungsfälle, bei denen eine Maximaldicke der Chipkarte nicht überschritten werden darf, ist die Kugel 4 entsprechend kleiner zu wählen, wodurch jedoch das Schreiben mittels der Karte schwieriger wird.
2A zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In diesem Falle ist der Sensor 3 als Miniaturkamera ausgebildet, welche einen Bildbereich 9 erfasst. Die Technologie entspricht der Technologie einer herkömmlichen optischen Computer-Maus. Auch insoweit kann daher auf die Technologie einer Computer-Maus zurückgegriffen werden. Durch Vergleich zeitlich aufeinander folgender Bildaufnahmen des Bildbereichs 9 lässt sich mittels einer geeigneten Auswertungssoftware die Bewegungsbahn nach Position und auch nach Geschwindigkeit und Beschleunigung nachvollziehen. Der Mittelpunkt 10 des Bildbereichs 9 definiert jeweils die momentane Position der Karte 1 relativ zu einer Oberfläche 5, und zwar in einer Richtung parallel zur Oberfläche 5. Die relative Position der Karte 1 senkrecht zur Ebene 5 lässt sich über die Größe des Bildbereichs 9 bestimmen. Denn durch Änderung des Abstands der Kamera 3 von der Oberfläche 5 ändert sich die vom Bildbereich 9 erfasste Fläche. Diese zweite Ausführungsform ist also dazu geeignet, die Bewegungsbahn und -dynamik einer Kartenbewegung nicht nur zweidimensional sondern sogar dreidimensional zu erfassen. Die Sensorinformationen werden mittels einer geeigneten, im Chip 2 integrierten oder separaten Auswerteeinrichtung wiederum in Authentisierungsdaten zum Vergleich mit Referenzdaten umgewandelt.
2B zeigt die Karte 1 schematisch im Querschnitt durch die Mikrokamera 3.
3A und 3B zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In diesem Falle ist der Sensor 3 als Gyroskop nach Art eines Kreiselsensors realisiert. 3A zeigt das Sicherheitstoken bzw. die Karte 1 in Draufsicht und 3B in Seitenansicht von einer Schmalseite aus. Ein Gyroskop ist ein Beschleunigungssensor. Jede Bewegung des Sicherheitstoken 1 ist mit einer definierten zeitlichen Beschleunigung in eine Raumrichtung verbunden, welche von dem Beschleunigungssensor erfasst wird und mittels einer geeigneten Software auswertbar ist. Daraus lässt sich die Bewegungsbahn rekonstruieren und mit im Sicherheitstoken 1 gespeicherten Referenzdaten vergleichen. Die Referenzdaten können beispielsweise ein Schriftzug sein oder eine PIN oder dergleichen.
Andererseits können die mittels dem Gyroskop erfassten dynamischen Bewegungsinformationen unmittelbar mit einem zuvor auf dem Sicherheitstoken 1 gespeicherten dynamischen Bewegungsablauf des Tokeninhabers verglichen werden. Beispielsweise kann auf diese Weise eine für den Karteninhaber typische Gestik als Berechtigungsnachweis in dem Token abgespeichert sein. Durch nachvollziehen dieser Gestik mittels des Token kann sich dann der rechtmäßige Inhaber gegenüber dem Token und damit gegenüber dem System, zu dessen Benutzung das Token dient, authentisieren.
Der Gyroskop-Sensor 3 ist innerhalb der Karte 1 geschützt untergebracht. Auch die Technologie der gyroskopischen Beschleunigungsmessung ist im Zusammenhang mit Computer-Mäusen bekannt, so dass auch insoweit wieder auf die Computer-Maus-Technologie zurückgegriffen werden kann.
Da die vorgenannten Sensoren 3 jeweils Energie benötigen, ist es erforderlich, in dem Sicherheitstoken eine Energiequelle, beispielsweise eine Flachbatterie oder Solarzellen oder einen wiederaufladbaren Akku, zu integrieren.
In den Figuren ist das Token jeweils in Form eines kartenförmigen Datenträgers dargestellt. Insbesondere bei der Verwendung von Tokens mit kontaktloser Datenübertragung, d.h. wenn kein an genormter Stelle angeordne tes Kontaktfeld benötigt wird, kann das Token auch andere Formen, beispielsweise die Form eines Stiftes aufweisen.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass ein stiftförmiger Token mit einem Kartenförmigen Datenträger zusammenwirkt, indem die Daten des stiftförmigen Tokens kontaktlos zum kartenförmigen Datenträger übermittelt werden. Vorzugsweise wird der Stift auf einem Unterschriftsfeld der Karte geführt.

Claims

Tragbarer Datenträger mit – einem Sensor zum Erfassen von Informationen, – einer Auswerteeinrichtung zum Erzeugen von Daten auf Basis der Sensorinformationen, und – einer externen Schnittstelle zur Kommunikation zwischen dem tragbaren Datenträger und einem externen System, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ausgebildet ist, die Bewegungsbahn und/oder die Bewegungsdynamik einer Bewegung des tragbaren Datenträgers im Raum oder zumindest relativ zu einer Oberfläche zu erfassen.
Tragbarer Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Sicherheitstoken zur Authentisierung einer Person gegenüber einem System ausgebildet ist und die erzeugten Daten Authentisierungsdaten sind.
Sicherheitstoken nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung angepasst ist, aus der Bewegungsdynamik eine Bewegungsbahn des Sicherheitstoken abzuleiten und daraus die Authentisierungsdaten zu erzeugen.
Sicherheitstoken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Token eine Vergleichseinrichtung umfasst, mittels welcher die Authentisierungsdaten mit Referenzdaten auf einen hinreichenden Übereinstimmungsgrad überprüfbar sind.
Sicherheitstoken nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung einen Speicher umfasst, in dem die Referenzdaten ablegbar sind.
Sicherheitstoken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Token eine IC-Karte ist.
Sicherheitstoken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Beschleunigungssensor umfasst.
Sicherheitstoken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor ein Gyroskop ist.
Sicherheitstoken nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Sensorkugel (4) nach Art einer PC-Maus umfasst, welche im Token so angeordnet ist, dass sie durch Bewegen des Token auf einer Oberfläche (5) abrollbar ist.
Sicherheitstoken nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Token einen Bildsensor umfasst.
System umfassend ein Terminal mit einer Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Sicherheitstoken und desweiteren umfassend einen zugehörigen Sicherheitstoken nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Authentisierung einer Person gegenüber dem System.
Verfahren zur Eingabe von Daten in einen tragbaren Datenträger mit folgenden Schritten: – Bewegen des tragbaren Datenträgers (1) im Raum oder zumindest relativ zu einer Oberfläche (5), – Erfassen der Bewegung des tragbaren Datenträgers mittels einem im Datenträger integrierten Sensor, – Ableiten von Daten auf Basis der Sensorinformationen,
Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass der tragbare Datenträger ein Sicherheitstoken ist und die erfassten Daten Authentisierungsdaten sind und diese Authentisierungsdaten mit Referenzdaten auf hinreichende Übereinstimmung geprüft werden und das Token nach erfolgreicher Überprüfung in Kommunikationsverbindung mit dem System tritt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Vergleichens intern auf dem Token durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schritt des Ableitens der Authentisierungsdaten die Bewegungsdynamik berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ableiten der Autorisierungsdaten die Bewegungsbahn des Token berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsdynamik und/oder die Bewegungsbahn dreidimensional berücksichtigt wird.