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Die Erfindung betrifft ein Chipmodul für eine Chipkarte. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Chipkarte sowie ein System und ein Verfahren zur Übertragung von Daten.
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Chipmodule für Chipkarten sind bereits in vielfältiger Ausführung bekannt. In der Regel weist ein Chipmodul einen Chip zur Speicherung und/oder Verarbeitung von Daten auf, der auf einem Träger angeordnet ist. Bei Chipmodulen für eine berührende Kontaktierung durch ein externes Gerät ist auf dem Träger zudem eine Kontaktfläche aufgebracht und elektrisch leitend mit dem Chip verbunden. Zum Schutz vor Beschädigungen kann der Chip in eine Vergußmasse eingebettet sein. Zur Herstellung einer Chipkarte kann ein derartiges Chipmodul in eine Aussparung in einem Kartenkörper eingeklebt werden.
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Beim Einsatz einer Chipkarte in einer dafür vorgesehenen Anwendung wird in der Regel eine Datenübertragung zwischen dem Chip und dem externen Gerät durchgeführt. Hierzu wird die Kontaktfläche des Chipmoduls durch eine Elektrodenanordnung des externen Geräts berührend kontaktiert und auf diese Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Chip und dem externen Gerät hergestellt. Diese Vorgehensweise hat sich bestens bewährt und wird vielfältig eingesetzt. Allerdings besteht insbesondere bei Anwendungen, bei denen vertrauliche Informationen übertragen werden und/oder geldwerte Transaktionen abgewickelt werden, ein ständig steigendes Bedürfnis nach einem möglichst hohen Sicherheitsstandard. Insbesondere soll verhindert werden, dass Informationen ausgespäht oder Transaktionen manipuliert werden. Bei derartigen Angriffen wird beispielsweise versucht, durch den Einsatz von frei programmierbaren Chips eine echte Chipkarte nachzuahmen. Obwohl diese Angriffsversuche bislang sehr erfolgreich abgewehrt werden konnten, besteht dennoch das Erfordernis einer ständigen Verbesserung der Sicherheitsstandards, um stets einen Vorsprung gegenüber potentiellen Angriffen behaupten zu können.
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Aus der
WO 02/052366 A2 ist ein Datenträger mit einem Chip bekannt, der eine Kontaktfläche zur berührenden Kontaktierung durch ein externes Gerät aufweist und auf der der Kontaktfläche gegenüberliegenden äußeren Fläche LEDs sowie Fotozellen aufweist. Auf diese Weise können auf optischem Wege Informationen mit dem Kartenleser ausgetauscht werden.
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Die
WO 02/17405 A1 beschreibt ein Modul mit einem optoelektronischen Bauelement, bei welchem ein transparenter Bereich im Bereich von Kontakten angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem vertretbaren Aufwand einen hohen Sicherheitsstandard bei Chipkarten-basierten Anwendungen zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 9, 10 oder 11 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Chipmodul für eine Chipkarte weist einen Chip zur Speicherung und/oder Verarbeitung von Daten auf. Der Chip ist auf einem Träger angeordnet, der eine Kontaktfläche zur berührenden Kontaktierung durch ein externes Gerät aufweist. Im Bereich der Kontaktfläche ist ein Gebiet vorgesehen, das für ein optisches Signal transparent ist. Dies hat den Vorteil, dass ein zusätzlicher Pfad für die Datenübertragung zwischen dem Chip und der Außenwelt eröffnet wird, der sich zudem technisch stark von der bereits vorhandenen Möglichkeit zur Datenübertragung durch eine berührende Kontaktierung unterscheidet. Dadurch werden zum einen zusätzliche Anwendungsfelder erschlossen und Möglichkeiten zur Erhöhung der Manipulationssicherheit eröffnet.
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Um die technischen Voraussetzungen für eine Datenübertragung durch das transparente Gebiet hindurch mit möglichst einfachen Mitteln zu schaffen, ist es von Vorteil, wenn das transparente Gebiet den Blick auf eine aktive Seite des Chips freigibt. Der Chip wird daher im Chipmodul bevorzugt so angeordnet, dass die aktive Seite des Chips der Kontaktfläche des Chipmoduls zugewandt ist. Um eine Ausgabe von Daten über das transparente Gebiet zu ermöglichen, kann der Chip eine optische Signalquelle zur Erzeugung des optischen Signals aufweisen. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Chip mehrere optische Signalquellen aufweist, die über die Oberfläche des Chips verteilt angeordnet sind. Dadurch können sowohl der Umfang bzw. die Geschwindigkeit als auch die Manipulationssicherheit der Datenübertragung erhöht werden.
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Eine im Rahmen der Erfindung einsetzbare optische Signalquelle lässt sich auf unterschiedliche Weise realisieren. Eine Realisierungsmöglichkeit besteht darin, eine Leiterbahn vorzusehen, die sich durch einen Stromfluß gezielt erwärmen lässt und dementsprechend ein Infrarotsignal abgibt. Die Herstellung einer derartigen Leiterbahn ist im Rahmen der Chipfertigung ohne nennenswerten Mehraufwand möglich. Weiterhin ist es auch möglich, die optische Signalquelle als Leuchtdiode auszubilden. Dies erfordert zwar mehr Aufwand als die Herstellung der Leiterbahn, hat aber den Vorteil, dass damit wesentlich höhere Datenübertragungsraten erzielt werden können. In beiden Fällen sollten die optischen Signalquellen direkt auf der Chipoberfläche oder zumindest nahe der Chipoberfläche ausgebildet sein, damit das optische Signal von außen mit ausreichender Intensität sichtbar ist. Bisweilen kann es vorteilhaft sein, ein optisches Element zur Beeinflussung des optischen Signals vorzusehen, beispielsweise eine Linse.
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Das erfindungsgemäße Chipmodul kann in einen Kartenkörper eingebaut und auf diese Weise eine Chipkarte hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, einen oder mehrere Bestandteile des erfindungsgemäßen Chipmoduls als Einzelbauteile im Kartenkörper anzuordnen.
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Die erfindungsgemäße Chipkarte weist einen Kartenkörper, einen Chip zur Speicherung und/oder Verarbeitung von Daten und eine Kontaktfläche zur berührenden Kontaktierung durch eine externes Gerät auf. Ebenso wie beim erfindungsgemäßen Chipmodul ist im Bereich der Kontaktfläche ein Gebiet vorgesehen, das für ein optisches Signal transparent ist.
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Das erfindungsgemäße System zur Übertragung von Daten besteht aus einer Chipkarte, die eine Kontaktfläche aufweist, und aus einem externen Gerät, das eine Kontaktierungseinheit zur berührenden Kontaktierung der Kontaktfläche aufweist. Die Chipkarte weist im Bereich der Kontaktfläche ein Gebiet auf, das für ein optisches Signal transparent ist. Das externe Gerät weist eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des optischen Signals auf. Die Datenübertragung zwischen der Chipkarte und dem externen Gerät kann entsprechend dem nachstehend definierten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einer Chipkarte, die eine Kontaktfläche zur berührenden Kontaktierung aufweist, und einem externen Gerät wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem externen Gerät und der Kontaktfläche hergestellt und über die elektrisch leitende Verbindung werden Daten übertragen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich der Kontaktfläche der Chipkarte Daten mittels eines optischen Signals übertragen werden.
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Um bei einem Übertragungsvorgang eine größere Datenmenge zu transferieren oder um die Geschwindigkeit der Datenübertragung zu erhöhen, kann die Datenübertragung mittels mehrerer optischer Signalquellen der Chipkarte durchgeführt werden, denen jeweils eine definierte Einzelinformation zugeordnet ist. Dabei kann die Sicherheit gegen Ausspähen oder Manipulation der Daten dadurch erhöht werden, dass die Zuordnung der Einzelinformationen zu den optischen Signalquellen variiert wird. Insbesondere kann die Zuordnung der Einzelinformationen zu den optischen Signalquellen nach dem Zufallsprinzip variiert werden.
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Im einzelnen kann die Datenübertragung so abgewickelt werden, dass das externe Gerät Daten über die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem externen Gerät und der Kontaktfläche der Chipkarte an die Chipkarte überträgt und die Chipkarte Daten mittels des optischen Signals an das externe Gerät überträgt. Dabei kann die Chipkarte insbesondere eine Antwort auf eine Frage des externen Geräts mittels des optischen Signals an das externe Gerät übertragen. In gleicher Weise ist es auch möglich, dass die Chipkarte eine Zufallszahl oder eine Seriennummer mittels des optischen Signals an das externe Gerät überträgt, beispielsweise im Rahmen einer Authentifizierung der Chipkarte. Dadurch lässt sich die Authentifizierung noch zuverlässiger gestalten.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Chipmoduls in Schnittdarstellung,
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2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Chipmoduls in Aufsicht,
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3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chipkarte in Schnittdarstellung und
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4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur Übertragung von Daten in einer teils schematischen Schnittdarstellung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Chipmoduls in Schnittdarstellung. Eine zugehörige Aufsicht auf dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Chipmoduls ist in 2 dargestellt, wobei auch eine für die Schnittdarstellung der 1 gewählte Schnittlinie AA eingezeichnet ist.
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Das Chipmodul ist mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet und weist einen Chip 2 auf, der je nach Anwendung als ein einfacher integrierter Schaltkreis oder als ein Mikroprozessor ausgebildet ist und der Speicherung und/oder der Verarbeitung von Daten dient. Der Chip 2 ist an einem Träger 3 derart befestigt, dass seine aktive Seite 4 zum Träger 3 hin zeigt. Dabei wird als aktive Seite 4 die Seite des Chips 2 bezeichnet, auf der seine aktiven Strukturen und auch Kontakte 5 zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Chip 2 angeordnet sind. Der Träger 3 weist weiterhin eine Kontaktfläche 6 auf, die auf seiner dem Chip 2 abgewanden Seite aufgebracht ist. Im Bereich der Kontakte 5 ist der Träger 3 mit Durchbrüchen 7 versehen, so dass die über die Oberfläche des Chips 2 überstehenden Kontakte 5 an der Kontaktfläche 6 anliegen und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Chip 2 und der Kontaktfläche 6 besteht. Diese Verbindung kann über den rein mechanischen Kontakt hinaus auch durch Löten, Kleben usw. hergestellt sein. Die so an den Chip 2 angeschlossene Kontaktfläche 6 kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Chip 2 mit Strom zu versorgen oder eine Datenübertragung zwischen dem Chip 2 und der Außenwelt abzuwickeln.
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Im Bereich der Kontaktfläche 6 weist das Chipmodul 1 ein Gebiet 8 auf, das für ein optisches Signal transparent ist. Das transparente Gebiet 8 besitzt in der Aufsicht eine ovale Form und ist zentral auf der Kontaktfläche 6 angeordnet, so dass es sich über einen Teilbereich einer dort ausgebildeten Massefläche 9 erstreckt. Bezüglich seiner Dickenausdehnung ist das transparente Gebiet 8 nicht auf die Schicht begrenzt, die die Kontaktfläche 6 ausbildet, sondern erstreckt sich durch den Träger 3 hindurch bis zur aktiven Seite 4 des Chips 2. Das transparente Gebiet 8 ermöglicht somit in einem Wellenlängenbereich, in dem die Transparenz gegeben ist, einen Blick von außen bis auf die aktive Seite 4 des Chips 2. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, eröffnet diese Sichtbarkeit der aktiven Seite 4 des Chips 2 einen zusätzlichen Pfad für die Datenübertragung zwischen dem Chip 2 und der Außenwelt.
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Der Chip 2 weist in einem Bereich, der innerhalb der Kontur des transparenten Gebiets 8 liegt, mehrere optische Signalquellen 10 auf, die auf der aktiven Seite 4 des Chips 2 ausgebildet sind und in 2 schematisch als kleine Kreise dargestellt sind. Somit sind sämtliche optische Signalquellen 10 von außerhalb des Chipmoduls 1 sichtbar. Die optischen Signalquellen 10 sind in Form einer Matrix angeordnet, die nahezu den gesamten sichtbaren Bereich der aktiven Seite 4 des Chips 2 einnimmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Matrix zwei Reihen und vier Spalten auf, d. h. es sind acht optische Signalquellen 10 vorhanden. Jede optische Signalquelle 10 kann einzeln vom Chip 2 angesteuert werden und beispielsweise die Zustände „ein” und „aus” annehmen, d. h. entweder ein Signal senden oder kein Signal senden und somit jeweils eine Einzelinformation repräsentieren. Durch eine zeitliche Variation der Einzelinformation kann der Chip 2 Daten an die Außenwelt übertragen. Mit acht optischen Signalquellen 10 können dabei jeweils gleichzeitig acht Einzelinformationen, d. h. bei einer binären Betrachtung acht Bit, übertragen werden. Mit Hilfe der optischen Signalquellen 10 kann der Chip 2 somit zusätzlich zur oder statt der Datenübertragung über die Kontaktfläche 6 Daten an die Außenwelt übermitteln.
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Die optischen Signalquellen 10 können beispielsweise durch figürlich nicht dargestellte dünne Leiterbahnen realisiert werden, die sich bei einem Stromfluss erwärmen und dadurch ein Infrarotsignal erzeugen. In diesem Fall muss das transparente Gebiet 8 in einem entsprechenden Infrarotbereich transparent sein. Weiterhin ist es beispielsweise auch möglich, die optischen Signalquellen 10 als Leuchtdioden zu realisieren. Sowohl die Leiterbahnen als auch die Leuchtdioden lassen sich in den Chip 2 integrieren und somit ohne allzu großen Aufwand realisieren. Um die Sichtbarkeit der optischen Signalquellen 10 von außen zu verbessern, kann das Chipmodul 1 zusätzlich eine Linse oder ein anderes optisches Element aufweisen, das im Bereich des transparenten Gebiets 8 angeordnet ist. Dabei ist es auch möglich, das optische Element in das transparente Gebiet 8 zu integrieren, so dass das transparente Gebiet 8 beispielsweise als Linse ausgebildet sein kann.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chipkarte in Schnittdarstellung. Die Chipkarte trägt die Bezugsziffer 11 und weist einen Kartenkörper 12 mit einer zweistufigen Aussparung 13 auf, in die das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Chipmoduls 1 eingeklebt ist, wobei die Kontaktfläche 6 mit dem transparenten Gebiet 8 nach außen weist. Die Darstellung in 3 zeigt nicht die gesamte Chipkarte 11, sondern lediglich einen Ausschnitt im Bereich des Chipmoduls 1, da nur dieser Bereich im Zusammenhang mit der Erfindung von Interesse ist. Die sonstige Ausbildung der Chipkarte 11 entspricht dem, was bei Chipkarten allgemein üblich ist. So kann der Kartenkörper 12 beispielsweise mittels üblicher Laminier- oder Spritzgußverfahren aus Kunststoff gefertigt sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Chipkarte 11 ohne das Chipmodul 1 hergestellt und weist stattdessen ein oder mehrere Bestandteile des Chipmoduls 1 als separate Einzelteile auf. Die Ausführungen, die bei der Beschreibung des Chipmoduls 1 zu den Einzelteilen gemacht wurden, gelten bei einer separaten Montage der Einzelteile im Kartenkörper 12 entsprechend und die so hergestellte Chipkarte 11 lässt sich in gleicher Weise wie eine Chipkarte 11 mit Chipmodul 1 einsetzen.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur Übertragung von Daten in einer teils schematischen Schnittdarstellung. Das System weist neben der Chipkarte 11 ein Terminal 14 mit einer Schreib-/Leseeinheit 15 auf, die durch eine gestrichelte Linie als eine Funktionseinheit des Terminals 14 kenntlich gemacht ist. Die Darstellung des Terminals 14 ist stark schematisiert und von der Chipkarte 11 ist wiederum nur ein Ausschnitt im Bereich des Chipmoduls 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße System ist zu einem Zeitpunkt dargestellt, zu dem eine Datenübertragung zwischen der Chipkarte 11 und dem Terminal 14 stattfindet. Die Chipkarte 11 ist hierzu in einer vorgebbaren Position in unmittelbarer Nähe der Schreib-/Leseeinheit 15 angeordnet und die Kontaktfläche 6 der Chipkarte 11 wird durch Elektroden 16 der Schreib-/Leseeinheit 15 berührend kontaktiert. In dieser Position liegt das transparente Gebiet 8 der Kontaktfläche 6 einem optischen Sensor 17 gegenüber, der in der Schreib-/Leseeinheit 15 zwischen den Elektroden 16 angeordnet ist, d. h. es besteht Sichtkontakt zwischen dem transparenten Gebiet 8 und dem optischen Sensor 17 und damit auch zwischen der aktiven Seite 4 des Chips 2 und dem optischen Sensor 17. Der optische Sensor 17 kann somit die von den optischen Signalquellen 10 erzeugten optischen Signale empfangen. Das Terminal 14 weist weiterhin eine Steuer- und Auswerteelektronik 18 auf, die über Leitungen 19 mit den Elektroden und über Leitungen 20 mit dem optischen Sensor 17 verbunden ist.
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In der dargestellten Betriebsart gibt das Terminal 14 Daten über die Elektroden 16 an die Kontaktfläche 6 und damit an den Chip 2 aus. Dies ist in 4 durch Pfeile 21 dargestellt. Der Chip 2 reagiert auf die empfangenen Daten und gibt als Antwort Daten über die optischen Signalquellen 10 aus, die vom optischen Sensor 17 des Terminals 14 empfangen werden und an die Steuer- und Auswerteelektronik 18 weitergeleitet werden. Diese Datenübertragung ist durch einen Pfeil 22 dargestellt. Bereits durch das Einfügen dieses optischen Pfads in die Datenübertragung zwischen der Chipkarte 11 und dem Terminal 14 können Manipulationsversuche, bei denen herkömmliche Mikroprozessoren eingesetzt werden, wirksam abgewehrt werden, da diese nicht über die beschriebene Möglichkeit der optischen Datenübertragung verfügen. Obwohl dies in 4 nicht eigens dargestellt ist, können über die berührende Kontaktierung der Kontaktfläche 6 durch die Elektroden 16 auch Daten von der Chipkarte 11 an das Terminal 14 übertragen werden.
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Wie bereits erwähnt kann jede optische Signalquelle 10 eine vorgebbare Einzelinformation übertragen, beispielsweise das dritte Bit eines 8-Bit-Wortes. Um die Manipulationssicherheit der Datenübertragung weiter zu erhöhen, kann die Zuordnung zwischen den Einzelinformationen und den optischen Signalquellen 10 variiert werden, so dass dieselbe optische Signalquelle 10 zu einem anderen Zeitpunkt beispielsweise statt des dritten Bits das siebte Bit überträgt. Insbesondere kann die Zuordnung zwischen den optischen Signalquellen 10 und den übertragenen Einzelinformationen nach dem Zufallsprinzip variiert werden. Bei einer Variation der Zuordnung zwischen den optischen Signalquellen 10 und den übertragenen Einzelinformationen ist jeweils sicherzustellen, dass eine diesbezügliche Abstimmung zwischen der Chipkarte 11 und dem Terminal 14 erfolgt. Die Abstimmung und auch andere Sequenzen der Datenübertragung können im Rahmen eines Challenge and Response Verfahrens durchgeführt werden, bei dem beispielsweise das Terminal 14 über die Elektroden 16 eine Frage an die Chipkarte 11 überträgt und die Chipkarte 11 über die optischen Signalquellen 10 antwortet. Insbesondere kann auf diese Weise zum Beispiel im Rahmen einer Authentifikationsprüfung der Chipkarte 11 eine Zufallszahl an die Chipkarte 11 übermittelt werden. Die Chipkarte 11 verschlüsselt die Zufallszahl und überträgt das Ergebnis auf optischem Weg an das Terminal 14. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Chipkarte 11 auf optischem Weg eine Seriennummer an das Terminal 14 überträgt, die ein für die Chipkarte 11 einzigartiges Merkmal darstellt.
