DE10296847T5

DE10296847T5 - Aufnahme und Authentifizierung einer digitalen Signatur

Info

Publication number: DE10296847T5
Application number: DE10296847T
Authority: DE
Inventors: Jianping Portland Xu
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: US8970561B2; US20070242059A1; US8547363B2; WO2002097721A3; US20110090182A1; AU2002308755A1; WO2002097721A2; HK1069911A1; US8537141B2; US20140010453A1; DE10296847B4; CN1531706A; US7279646B2; CN100498666C; US20020176577A1

Abstract

Ein Ultraschallstift, umfassend:
eine drucksensitive Spitze zum Erzeugen eines Drucksignals;
einen Ultraschallsender zum Senden von Pulsen zur Positionsbestimmung; und
einen zweiten Sender zum Senden des Drucksignals.

Description

Gebiet
Die gegenwärtige Erfindung betrifft im Allgemeinen Datenauthentifizierung und insbesondere Systeme zur Aufnahme und Authentifizierung einer digitalen Signatur.
Hintergrund
Die Authentifizierung einer digitalen Signatur oder Unterschrift gewinnt immer mehr an Bedeutung, da immer mehr Menschen Geschäfte auf elektronischem Wege abwickeln. Zum Beispiel wird bei elektronischen Bankgeschäften, elektronischen Steuerzahlungen und elektronischen Verträgen über das Internet eine digitale Unterschrift aufgenommen und authentifiziert.
Forscher und Anbieter haben Anstrengungen unternommen, um Wege zur Authentifizierung digitaler Signaturen zu finden und um zu verifizieren, dass diese Signaturen auf gültige Art und Weise aufgenommen wurden. Signaturen können aufgenommen werden, indem Schreibtabletts oder Schreibtafeln verwendet werden, wie sie von Interlink Electronics aus Camarillo, CA, und Wacom Co. Ltd., Vancouver, WA, erhältlich sind. Diese Schreibtafeln und andere ähnliche Vorrichtungen nehmen eine Signaturform zur Aufzeichnung auf, indem eine drucksensitive Tafel verwendet wird. Einige Stifte sind angebunden und andere sind es nicht. Die Authentifizierung ist typischerweise auf die Daten beschränkt, die zum Zeitpunkt der Signatur oder Unterschrift aufgenommen werden. Zum Beispiel werden die Formen von Signaturen, die unter Verwendung einer Schreibtafel aufgenommen wurden, typischerweise mit bekannten Formen verglichen, um Authentizität festzustellen. Trotz obiger Verfahren und Produkte sind digitale Signaturen immer noch recht einfach fälschbar, teilweise weil die Form der Signatur oft das einzige aufgenommene Kriterium darstellt und daher das einzige Kriterium zur Authenifizierung ist.
Daher, und aus anderen Gründen, die unten dargelegt werden, und die für den Fachmann durch Lektüre und Verstehen der vorliegenden Spezifikation offensichtlich werden, besteht der Bedarf an alternativen Verfahren und Vorrichtungen zur Aufnahme und Authentifizierung digitaler Signaturen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein System zur Aufnahme und Authentifizierung einer Signatur;
2 zeigt ein System zur Aufnahme und entfernten Authentifizierung einer Signatur;
3 zeigt einen Ultraschallstift;
4 zeigt ein Blockdiagramm eines ersten Ultraschallstiftes;
5 zeigt ein Blockdiagramm eines zweiten Ultraschallstiftes;
6 zeigt ein Blockdiagramm von Empfängern zur Verwendung in Verbindung mit einem Signaturaufnahmesystem; und
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Aufnahme einer Signatur, die Authentifiziert werden soll.
Beschreibung der Ausführungsformen
In der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, die bestimmte Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Komponenten in den verschiedenen Ansichten. Die Ausführungsformen werden in ausreichender Detailtreue beschrieben, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu verwenden. Es können andere Ausführungsformen verwendet werden und es können strukturelle, logische und elektronische Änderungen durchgeführt werden, ohne von der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Weiterhin ist zu beachten, dass die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, obwohl sie unterschiedlich sind, sich nicht notwendigerweise gegenseitig ausschließen. Zum Beispiel kann eine bestimmte Eigenschaft, Struktur oder Charakteristik, die in einer Ausführungsform beschrieben wird, in anderen Ausführungsformen umfasst sein. Daher ist die folgende detaillierte Beschreibung nicht als Beschränkung aufzufassen und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung und der volle Geltungsbereich von äquivalenten Ausführungen werden nur durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Das Verfahren und die Vorrichtung der gegenwärtigen Erfindung stellen einen Mechanismus zur Aufnahme und Authentifizierung digitaler Signaturen bereit. Ein Stift mit einem Ultraschallsender sendet Ultraschallpulse an eine Vielzahl an Empfänger. Die Empfänger stellen einem Computer Ankunftszeitinformation zur Verfügung, der die Position des Ultraschallstiftes gegen Zeit trianguliert. Die Ortsinformation wird als Signaturform oder Unterschriftsform gespeichert. Geschwindigkeit und Beschleunigung des Ultraschallstiftes werden berechnet und mit der Signaturform gebündelt, die einen Teil der zur Authentifizierung aufgenommenen Signatur darstellt. Der Stift weist eine drucksensitive Spitze auf, mit deren Hilfe Daten gesammelt werden, die den Druck repräsentieren, der auf die Spitze des Stiftes ausgeübt wird. Weiterhin umfasst der Stift einen hochfrequenten Signalfolge- oder Burstsender, der eine Zeitreferenz bereitstellt und weiterhin die Druckinformation überträgt. Die Druckinformation wird mit der Form der Signatur als Teil der zur authentifizierenden aufgenommenen Signatur gebündelt. In einigen Ausführungsformen werden weitere Daten als Teil der zur Authentifizierung aufgenommenen Signatur gebündelt. Zum Beispiel können ein Zeitstempel und eine Computeradresse gebündelt werden. Der Computer nimmt dann einen Vergleich zwischen der aufgenommenen Signatur und einer bekannten Signatur vor, oder der Computer sendet die aufgenommene Signatur an einen anderen Computer, der dann einen Vergleich vornimmt.
1 zeigt ein System zur Aufnahme und Authentifizierung einer Unterschrift. System 100 umfasst Computer 110 mit Speichermedium 180, Empfänger 120 und 130 und Ultraschallstift 140. Ultraschallstift 140 umfasst, wie unten genauer beschrieben, einen Ultraschallsender, der dazu verwendet wird, die Position des Stiftes zu triangulieren. In einigen Ausführungsformen umfasst der Ultraschallstift 140 auch eine Tintenpatrone, die ausgeführt ist, auf einer Oberfläche wie Papier zu schreiben. Wie in 1 gezeigt, ist die Form der Signatur 160 mit Tinte auf Papier 150 geschrieben. Ultraschallstift 140 sendet Ultraschallenergie in Pulsen aus. In einigen Ausführungsformen werden die Pulse mit einer Rate zwischen 50 und 100 Pulsen pro Sekunde ausgesendet. In einigen Ausführungsformen umfasst der Ultraschallstift 140 zusätzlich zu einem Ultraschallsender einen Sender höherer Frequenz. Innerhalb dieser Beschreibung bezeichnet der Begriff "höhere Frequenz" jede Frequenz, die höher ist als die Frequenz, die für die Kommunikation mit Ultraschall verwendet wird. Beispiele für höhere Frequenzen umfassen Frequenzen im infraroten Spektrum (IR) und Radiofrequenzspektrum (RF). In Ausführungsformen, die einen Sender höherer Frequenz innerhalb des Ultraschallstiftes 140 umfassen, ist ein entsprechender Empfänger für höhere Frequenzen in System 100 eingefügt. In den in 1 dargestellten Ausführungsformen umfasst der Empfänger 120 eine Antenne 170, um Signalfolgen oder "Bursts" höherer Frequenz, die von dem Ultraschallstift 140 ausgesendet werden, zu empfangen. Der Sender höherer Frequenz ist auch ein Burst-Sender, der als Zeitreferenz für die Empfänger 120 und 130 verwendet werden kann. Da die Geschwindigkeit der Signale höherer Frequenz viel größer ist als die Geschwindigkeit von Ultraschallenergie, werden die Bursts höherer Frequenz als Zeitreferenz verwendet.
Empfänger 120 und 130 sind Ultraschallempfänger, die Ultraschall-Bursts von dem Ultraschallstift 140 empfangen und dem Computer 110 Ankunftszeitinformation bereitstellen. Empfänger 120 und 130 sind auf einer Oberfläche (nicht gezeigt) angeordnet, vorzugsweise in der selben Ebene wie Papier 150, und in einigen Ausführungsformen sind die Empfänger 120 und 130 fest mit der Oberfläche verbunden. Der Computer 110 empfängt die Ankunftszeitinformation von den Empfängern 120 und 130, berechnet den Abstand des Ultraschallstiftes 140 zu jedem Empfänger und trianguliert die Position des Ultraschallstiftes 140 gegen die Zeit. Einige Ausführungsformen umfassen mehr als zwei Empfänger und stellen somit eine höhere Genauigkeit bereit, indem redundante Information bereitgestellt wird oder einen größeren Abdeckungsbereich.
Im Betrieb erzeugt ein Benutzer eine Signaturform 160 auf einem Papier 150 unter Verwendung des Ultraschallstiftes 140. Die Empfänger 120 und 130 verfolgen den Ort des Stiftes im Vergleich zur Zeit und der Computer 110 speichert die Form der Signatur als Teil der zu authentifizierenden Signatur. In mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden weitere Daten gesammelt und als Teil der zur authentifizierenden Signatur eingefügt. Zum Beispiel berechnet in einigen Ausführungsformen Computer 110 auch die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Stiftes im Vergleich zur Zeit und fügt diese Daten als Teil der zur authentifizierenden Signatur ein. Weiterhin umfasst der Ultraschallstift 140 in einigen Ausführungsformen z.B. eine drucksensitive Spitze, die Information bezüglich dem Druck, der auf die Spitze ausgeübt wird, im Vergleich zur Zeit bereitstellt und diese Druckdaten werden als Teil der zu authentifizierenden Signatur eingefügt. Weiterhin kann z.B. der Ort oder die Identität des Computers 110 als Teil der zur authentifizierenden Signatur eingefügt werden. Der Standort des Computers 110 kann als Telefonnummer dargestellt werden und die Identität des Computers 110 kann als Internetprotokoll (IP)-Adresse repräsentiert werden. Weiterhin kann ein Zeitstempel eingefügt werden, der den Zeitpunkt der Signatur repräsentiert.
Computer 110 umfasst eine Bibliothek an Signaturen, mit denen die aufgenommene Signatur verglichen werden kann und möglicherweise authentifiziert werden kann. Zum Beispiel kann die Signatur einer Person mit dem Namen "John Doe" in einer Bibliothek für Signaturen in Computer 110 gespeichert werden. Die Signaturdaten von John Doe innerhalb der Bibliothek können jede Kombination an Signaturdaten umfassen, einschließlich z.B. die Form der Signatur, Ort des Stiftes im Vergleich zur Zeit, Geschwindigkeit des Stifts im Vergleich zur Zeit, Beschleunigung des Stiftes im Vergleich zur Zeit, auf die Stiftspitze ausgeübter Druck im Vergleich zur Zeit, Standort des Computers oder Identität des Computers und Zeitstempel. Computer 110 vergleicht die zu authentifizierende Signatur mit den Daten, die in der Signaturbibliothek gespeichert sind, um zu entscheiden, ob die Signatur authentisch ist.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglichen es einem Benutzer, eine Signatur zu schreiben, indem er einen Stift verwendet, der Tinte auf ein Papier bringt, wobei ein angenehmes Signaturerlebnis bereitgestellt wird. Die meisten Menschen sind daran gewöhnt, einen Tintenschreiber oder Füller zu verwenden, wenn sie etwas unterschreiben und der Ultraschallstift 140 stellt dieses "Füllererlebnis" bereit, das den meisten Leuten angenehm ist, während er die Sammlung von Daten bezüglich der Form der Signatur und darüber hinausgehend ermöglicht. Weiterhin stellt der Stift 140 Signaturinformation unter Verwendung eines Senders bereit, somit ist es nicht erforderlich, dass der Stift angebunden ist. Auch ist es für die meisten Leute angenehm, einen nicht angebundenen Stift zu verwenden und in dieser Hinsicht stellt der Ultraschallstift 140 ein Unterschriftserlebnis oder Signaturerlebnis bereit, das dem Gefühl beim Schreiben mit einem natürliche Füller nahe kommt.
Das Bereitstellen eines Signaturerlebnisses, das dem Erlebnis mit einem natürlichen Füller nahe kommt, ermöglicht es einem Benutzer, eine natürliche Signatur bereitzustellen, die nicht von den verwendeten Werkzeugen beeinflusst ist. Zum Beispiel könnte es passieren, dass John Doe eine beeinflusste Signatur bereitstellt, wenn er dazu gezwungen wird, eine Signatur auf einen Display zu lesen, das sich nicht am selben Ort befindet wie die Spitze des Stiftes. Dieser Sachverhalt wird auch als "schreibe hier, schaue dort"-Problem bezeichnet. Weiterhin könnte es passieren, dass John Doe eine beeinflusste Signatur bereitstellt, wenn er dazu gezwungen wird, auf einer Oberfläche zu schreiben, die nicht aus Papier besteht. Ein System, das John Doe dazu zwingt, auf einer schwammigen Unterlage zu unterschreiben, könnte seine Signatur beeinflussen, ebenso wie ein System, das John dazu zwingt, innerhalb eines kleinen Kastens unter Verwendung eines angebundenen Stiftes zu unterschreiben. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind nicht von diesen eventuell die Signatur beeinflussenden Problemen betroffen, teilweise weil ein Signaturerlebnis bereitgestellt wird, das dem natürlichen Signaturerlebnis mit einem Füller sehr nahe liegt.
2 zeigt ein System zur Sammlung und entfernten Authentifizierung einer Signatur. Das System 200 umfasst einen Ultraschallstift 140, Empfänger 120 und 130, eine Netzwerkschnittstelle 210, ein Netzwerk 220, einen Computer 230 zur Authentifizierung und eine Signaturbibliothek 240. Einige Bestandteile des Systems 200 sind sowohl in dem System 200 als auch in dem System 100 (1) enthalten. Zum Beispiel der Ultraschallstift 140 und die Empfänger 120 und 130 liegen in beiden Systemen vor. In dem System 200 sind die Empfänger 120 und 130 mit der Netzwerkschnittstelle 210 verbunden, die mit dem Authentifizierungscomputer 230 über das Netzwerk 220 verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen ist die Netzwerkschnittstelle 210 in Form eines dazu ausgewiesenen Computers ausgebildet, der eingesetzt wird, um die Daten aufzunehmen, welche die zu authentifizierende Signatur repräsentieren. Zum Beispiel nimmt die Netzwerkstelle 210 die Form der Signatur auf und den Ort des Stiftes im Vergleich zur Zeit, berechnet die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Stiftes und bündelt diese Daten mit Information, die den auf die Spitze des Stiftes ausgeübten Druck im Vergleich zur Zeit beschreiben. Weiterhin kann die Netzwerkschnittstelle 210 alle diese Informationen mit einem Zeitstempel und einer Telefonnummer oder IP-Adresse bündeln. Die Netzwerkschnittstelle 210 umfasst weiterhin eine Antenne 270, um ein Signal höherer Frequenz von dem Ultraschallstift 140 zu empfangen.
Im Betrieb erzeugt ein Benutzer eine Signaturform 160, in Form von Tinte auf Papier 150 unter Verwendung des Ultraschallstiftes 140. Ultraschallstift 140 überträgt periodisch Ultraschallenergiepulse und Bursts höherer Frequenzenergie. Antenne 240 empfängt die Energie höherer Frequenz, die vom Ultraschallstift 140 aus gesendet wurde. Die Netzwerkschnittstelle 210 umfasst einen Empfänger für höhere Frequenzen, der an die Antenne 270 angekoppelt ist und der der Netzwerkschnittstelle 210 eine Zeitbasis bereitstellt. Die Empfänger 120 und 130 empfangen die Ultraschall-Bursts die vom Ultraschallstift 140 ausgesendet wurden, und stellen der Netzwerkschnittstelle 210 eine Ankunftszeit zur Verfügung, die daraufhin die Position des Ultraschallstiftes 140 trianguliert.
Die Antenne 170 ist in 1 als an den Empfänger 120 befestigt gezeigt und die Antenne 270 ist in 2 als an die Netzwerkschnittstelle 210 befestigt gezeigt. In den Ausführungsformen, die in 1 dargestellt sind, ist ein Empfänger für höhere Frequenzen gemeinsam mit Ultraschallempfänger 120 installiert und den Ausführungsformen, die durch 2 dargestellt werden, ist ein Empfänger für höhere Frequenzen gemeinsam mit der Netzwerkschnittstelle 210 installiert. Diese Ausführungsformen umfassen einen Empfänger für höhere Frequenzen, wie etwa einen RF-Empfänger, der eine, wie in der Figur dargestellte Antenne trägt. In anderen Ausführungsformen können andere Antennenarten verwendet werden. Wenn z.B. entweder die Netzwerkschnittstelle 210 oder der Ultraschallempfänger 120 einen IR-Empfänger umfassen, könnte die Antenne einen IR-Empfänger und eine Linse umfassen. Im Allgemeinen kann jeder geeignete Antennentyp oder andere Vorrichtung zum Empfangen von Energie verwendet werden, um von dem Ultraschallstift 140 Energie höherer Frequenz zu empfangen. Weiterhin kann der Empfänger für höhere Frequenzen zusammen mit jeder anderen Komponente in dem System ungeordnet sein und in einigen Ausführungsformen kann es sich um einen alleinstehenden Empfänger handeln.
Die Netzwerkschnittstelle 210 bündelt die Daten in der Signatur, die authentifiziert werden soll, in einem Paket, und sendet das Paket über das Netzwerk 220 an den authentifizierenden Computer 230. In einigen Ausführungsformen komprimiert und verschlüsselt die Netzwerkschnittstelle 210 die Signatur, bevor sie über das Netzwerk 220 gesendet wird. Das Netzwerk 220 ist irgendeine Art von Netzwerk, die die zu authentifizierende Signatur an einen Authentifizierungscomputer 230 transportiert. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen das Netzwerk 220 ein Netzwerk, das einer bestimmten Firma zugeordnet ist, wie beispielsweise eine Einzelhandelsfirma, und in anderen Ausführungsformen ist das Netzwerk 220 ein offenes Netzwerk, wie beispielsweise das Internet.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Netzwerkschnittstelle 210 eine kabellose Schnittstelle, um darüber mit dem Authentifizierungscomputer 230 zu kommunizieren. In diesen Ausführungsformen repräsentiert das Netzwerk 220 das Medium Luft zwischen der Netzwerkschnittstelle 210 und dem Authentifizierungscomputer 230. Im Betriebszustand empfangen die Empfänger 120 und 130 Ultraschall-Bursts und ein Empfänger für höhere Frequenzen (nicht gezeigt) empfängt Bursts höherer Frequenzen, die alle zusammen der Netzwerkschnittstelle 210 bereitgestellt werden. Die Netzwerkschnittstelle 210 kommuniziert dann mit dem Authentifizierungscomputer 230 über eine drahtlose Schnittstelle.
Der Authentifizierungscomputer 230 empfängt, entschlüsselt und dekomprimiert die zu authentifizierende Signatur und vergleicht sie mit Signaturen, die in der Signaturbibliothek 240 gespeichert sind. In einigen Ausführungsformen fügt der Authentifizierungscomputer 230 die Signatur der Signaturbibliothek 240 hinzu, wenn sie nicht authentifiziert werden kann.
Das System 200 kann in Anwendungen nützlich sein, in denen ein vollständiger Computer nicht am selben Ort angebracht ist wie das Papier 150 und der Ultraschallstift 140. Zum Beispiel kann ein Kunde bei Verkaufsstellenanwendungen (point-of-sail applications) eine Rechnung an einem Ort unterschreiben, an dem es ungünstig wäre, einen Authentifizierungscomputer 230 anzubringen. In derartigen Anwendungen können die Netzwerkschnittstelle 210 und die Empfänger 120 und 130 an einer Oberfläche angebracht werden, die dem Kunden zugänglich ist, und der Authentifizierungscomputer 230 kann unter der Oberfläche, in einem anderen Raum oder in einem anderen Gebäude angeordnet sein.
3 zeigt einen Ultraschallstift. Der Ultraschallstift 140 umfasst eine Spitze 310, einen Ultraschallsender 330 in der Nähe der Spitze 310, eine Tintenpatrone 320 und eine Antenne 340. In einigen Ausführungsformen schaltet sich der Ultraschallstift an, wenn auf den Ultraschallstift 140 Druck ausgeübt wird, wie durch Kraftvektor 360 dargestellt. Wenn der Ultraschallstift 140 angeschaltet ist, sendet der Ultraschallsender 330 Ultraschallenergiepulse aus und die Antenne 340 sendet Bursts höherer Frequenzen aus. Der Ultraschallsender 330 kann Ultraschallenergie jeder geeigneten Frequenz aussenden. In einigen Ausführungsformen sendet der Ultraschallsender 330 Energien zwischen 40 KHz und 80 KHz aus. Der Ultraschallstift 140 kann sich, wenn der Stift eingeschaltet ist, in jeder Position relativ zu den empfangenden Stationen befinden, und die Position des Ultraschallstiftes 140 kann durch die Empfangsstationen oder durch den Computer 110 (1) trianguliert werden.
Der Ultraschallsender 330 ist nahe der Spitze 310 angeordnet, die an einen durch Druck zu aktivierenden Schalter (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Wenn die Spitze 310 gegen eine Oberfläche, wie beispielsweise Papier 150 (1) gedrückt wird, schaltet sich der Ultraschallsender 330 an und sendet Ultraschallenergie aus. In einigen Ausführungsformen ist der Ultraschallsender 330 ein zylindrischer, mit kugelförmiger Richtcharakteristik versehener Sender aus einem Polymermaterial. Die zylindrische Form ermöglicht es der Spitze 310 hindurchzudringen und die kugelförmige Richtcharakteristik ermöglicht es den Ultraschallempfängern, die Ultraschallenergie unter einer zufriedenstellenden Amplitude zu empfangen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Ultraschallsender 330 eine Vielzahl an piezoelektrischen Scheiben, die in einem zylindrischen Muster angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen umfasst der Ultraschallsender 330 einen einzelnen zylindrischen piezoelektrischen Sender.
Die Antenne 340 ist an einen Sender für höhere Frequenzen angeschlossen (nicht gezeigt) der sich innerhalb des Ultraschallstiftes 140 befindet. Die Antenne 340 weist eine kugelförmige Richtcharakteristik auf und ist derart konfiguriert, dass sie Bursts höherer Frequenzenergie aussendet, wenn der Ultraschallstift 140 angeschaltet wird. In einigen Ausführungsformen ist die Antenne 340 in der Nähe des Zentrums des Ultraschallstiftes 140 angebracht, wie in 3 dargestellt und in anderen Ausführungsformen ist die Antenne 340 nahe der Spitze 310 angebracht. In weiteren anderen Ausführungsformen ist die Antenne 340 nahe dem Ende 350 angebracht. Die Antenne 340 besteht aus einem Material, das für die höheren Frequenzen, bei der die Antenne betrieben wird, geeignet ist. Zum Beispiel kann die Antenne 340 in Ausführungsformen die einen RF-Sender umfassen, aus einem metallischen Material hergestellt sein, das geeignet ist, RR-Energie auszusenden. In Ausführungsformen, die einen IR-Sender umfassen, kann die Antenne 340 aus lichtemittierenden Dioden bestehen.
Die Spitze 310 des Stiftes gibt Tinte aus einer Tintenpatrone 320 aus, wenn die Spitze 310 mit dem Papier in Berührung kommt. Weiterhin ist die Spitze 310 des Stiftes an einen drucksensitiven Schalter angeschlossen, um den Ultraschallstift 140 wie vorherig beschrieben, anzuschalten. In einigen Ausführungsformen ist der drucksensitive Schalter auch als Drucksensor ausgeführt, der die Größe des Druckes, der auf die Stiftspitze 310 ausgeübt wird, misst. Die Druckinformation, die durch den drucksensitiven Schalter erzeugt wird, wird durch die Antenne 340 in einer höheren Frequenz übertragen. Diese Druckinformation wird durch den Empfänger für höhere Frequenzen empfangen (1) und als Teil der zu authentifizierenden Signatur eingefügt.
4 zeigt ein Blockdiagramm eines Ultraschallstiftes. Der Ultraschallstift 400 repräsentiert Ausführungsformen von Ultraschallstift 140 (1–3), die einen Sender für Radiofrequenzen (RF) umfassen. Der Ultraschallstift 400 umfasst einen Drucksenser 410, einen Analog-Digital-Umwandler (A/D) 420, einen Modulator 430, einen RF-Sender 450 und einen Ultraschallsender 440. Der Ultraschallsender 440 und der RF-Sender 450 werden durch den Drucksensor 410 angeschaltet. Dies geschieht, wenn auf die Spitze des Ultraschallstiftes 400 Druck ausgeübt wird. Nachdem er angeschaltet wurde, überträgt der RF-Sender 440 periodische RF-Bursts von dem Ultraschallstift 400.
Der Drucksensor 410 versorgt den A/D 420 mit einem Signal, das Informationen umfasst, die den auf die Spitze des Stiftes ausgeübten Druck beschreiben. Zum Beispiel können über dem Knoten 412 ein Signal mit einer Amplitude bereitgestellt werden, die proportional zum Druck ist. Der A/D 420 digitalisiert diese Information und stellt sie dem Modulator 430 bereit. Der Modulator 430 empfängt die Digitalinformation bezüglich dem Druck von A/D 420 und steuert den RF-Sender 450 an. In einigen Ausführungsformen beinhaltet jeder RF-Burst, der von dem RF-Sender 450 übertragen wird, Druckinformationen.
Der Modulator 430 kann jede Art von Modulator sein, der dafür geeignet ist, Druckinformation eines RF-Bursts zu modulieren. In einigen Ausführungsformen ist der Modulator 430 ein Amplitudenmodulator und in anderen Ausführungsformen ist der Modulator 430 ein Phasenmodulator. In weiteren anderen Ausführungsformen ist der Modulator 430 ein Modulator, der Amplituden- und Phasenmodulation miteinander verbindet.
Die Frequenz des RF-Bursts bestimmt, wie oft Druckinformation von dem Ultraschallstift 400 übertragen wird. Zum Beispiel wird in Systemen, die 100 Bursts pro Sekunde übertragen, die Druckinformation auch 100 mal pro Sekunde übertragen. In einigen Ausführungsformen entspricht die Abtastrate der Druckinformation der Burst-Frequenz des Senders, und in anderen Ausführungsformen ist die Abtastrate der Druckinformation größer als die Burst-Frequenz des Senders. In Ausführungsformen, die verschiedene Abtastraten und Burst-Frequenzen aufweisen, umfasst jeder Burst mehr als einen diskreten Druckdatenpunkt. Zum Beispiel kann jeder RF-Burst zwei Druckdatenpunkte umfassen, wenn die Burst-Frequenz 100 Bursts pro Sekunde beträgt und die Druckabtastrate 200 Abtastungen pro Sekunde beträgt.
Der RF-Sender 450 ist ein Beispiel für einen Sender hoher Frequenz, der zur Verwendung als Zeitreferenz zwischen dem Stift und der Empfangsstation geeignet ist. Andere Arten von Sendern für höhere Frequenzen können verwendet werden, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel wird in anderen Ausführungsformen ein Infrarot(IR)-Sender verwendet.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Ultraschallstiftes mit einem IR-Sender. Der Ultraschallstift 500 repräsentiert mehrere Ausführungsformen von dem Ultraschallstift 140 (1–3), ebenso wie Ultraschallstift 400 (4). Anders als der Ultraschallstift 400, umfasst der Ultraschallstift 500 einen Infrarotsender 550. Der Ultraschallstift 500 umfasst ebenso einen Drucksensor 510, einen Modulator 530 und einen Ultraschallsender 540.
Im Betrieb schaltet der Drucksensor 510 den Ultraschallsender 540 und den IR-Sender 550 an, wenn Druck auf die Spitze des Stiftes ausgeübt wird. Der Ultraschallsender 540 überträgt Ultraschallpulse, so dass die Positionen des Ultraschallstiftes 500 trianguliert werden kann. Der IR-Sender 550 überträgt Infrarot-Bursts, die eine Druckinformation umfassen, welche von dem Modulator 530 bereitgestellt wird. Der Modulator 530 ist ein analoger Modulator, der unter Verwendung einer veränderlichen Spannung und nicht unter Verwendung eines digitalen Signals moduliert.
Der Ultraschallstift 500 ist mit einem IR-Sender und ohne einen A/D-Konverter dargestellt. Andererseits ist der Ultraschallstift 400 (4) zusammen mit einem RF-Sender und auch mit einem A/D dargestellt. Einige Ausführungsformen umfassen einen RF-Sender ohne einen A/D und andere Ausführungsformen umfassen einen IR-Sender mit einem A/D. Der Fachmann wird erkennen, dass die verschiedenen Eigenschaften, die abgebildet sind, in verschiedenen Kombinationen zusammengefasst werden können und somit zu verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung führen.
6 zeigt ein Blockdiagramm von Empfängern, die in Verbindung mit einem Signaturaufnahmesystem verwendet werden. Ein Empfänger 600 umfasst Ultraschallempfänger 640, 642 und RF-Empfänger 644, die den Ultraschallempfängern und Empfängern für höhere Frequenzen entsprechen, die unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben wurden. Der Ultraschallempfänger 640 umfasst einen Ultraschall-Sensor 602, einen Verstärker 606, einen Analog-Digital-Wandler (A/D) 610 und ein Auffangregister ("LATCH") 616. Der RF-Empfänger 644 umfasst eine Antenne 618, einen Filter 620, einen Demodulator 626 und einen Detektor 622. Jeder der Empfänger 640, 642 und 644 stellt der schnurlosen Schnittstelle 624 Informationen bereit.
Der RF-Empfänger 644 empfängt Bursts im Radiofrequenzbereich mit der Antenne 618, misst den Ankunftszeitpunkt der Bursts mit dem Detektor 622 und stellt der Drahtlosen Schnittstelle 624 in Ankunftszeit bereit. Weiterhin demoduliert der Demodulator 626 die in den Bursts enthaltenen Daten und stellt die Daten der drahtlosen Schnittstelle 624 bereit. In einigen Ausführungsformen repräsentieren die demodulierten Daten den auf die Spitze des Stiftes ausgeübten Druck. In einigen Ausführungsformen wird die digitale Information von Demodulator 626 demoduliert. In diesen Ausführungsformen kann jeder Anfall an Symbolen pro RF-Burst demoduliert werden und jede Anzahl an Bits in jedes Symbol eingefügt werden. In anderen Ausführungsformen werden durch den Demodulator 626 analoge Informationen demoduliert. In einigen dieser Ausführungsformen umfasst die drahtlose Schnittstelle 624 einen Analog-Digital-Konverter, um die demodulierten Daten zu digitalisieren. Die Antenne 618 korrespondiert mit den Antennen 170 (1) und 270 (2). Dementsprechend kann der RF-Receiver 644 mit jedem der Ultraschall-Empfänger 640 und 642 oder mit der drahtlosen Schnittstelle 424 gemeinsam angebracht werden. Die Ausführungsformen, die in 6 dargestellt sind, umfassen einen RF-Empfänger in Form eines Hochfrequenzempfängers. Andere Ausführungsformen umfassen andere Arten von Hochfrequenzempfängern. Zum Beispiel umfassen einige Ausführungsformen einen IR-Empfänger und keinen RF-Empfänger.
Die Ultraschallempfänger 640 und 642 empfangen Ultraschallpulse und stellen der drahtlosen Schnittstelle 624 die Ankunftszeit der Ultraschallpulse bereit. Die drahtlose Schnittstelle 624 stellt einen Authentifizierungscomputer, wie der Computer 110 (1) oder der Computer 230 (2), Informationen bezüglich der Ankunftszeit und die demodulierten Daten bereit. In einigen Ausführungsformen umfasst die drahtlose Schnittstelle 624 einen Prozessor, der den Unterschied zwischen der Ankunftszeit der RF-Bursts und der Ultraschallpulse bestimmt, und diesen Unterschied dem Computer bereitstellt. In einigen Ausführungsformen verwendet die drahtlose Schnittstelle 624 eine industriell standardisierte Schnittstelle, wie etwa den "Bluetooth"-Standard. In anderen Ausführungsformen verwendet die drahtlose Schnittstelle 624 eine ihr zugeordnete Schnittstelle zwischen dem Authentifizierungscomputer und der drahtlosen Schnittstelle 624.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Sammeln von Signaturen, die authentifiziert werden sollen. Das Verfahren 700 beginnt an Block 710, an dem eine Internet-Protokoll(IP)-Adresse oder eine Telefonnummer aufgenommen wird. Die IP-Adresse oder Telefonnummer repräsentiert die Identität des Ortes, von dem die Signatur gewonnen wird. Beispielsweise, bezogen auf 2, kann die Netzwerkschnittstelle 210 eine IP-Adresse besitzen, wenn das Netzwerk 220 das Internet ist, oder die Netzwerkschnittstelle 210 kann eine Telefonnummer besitzen, die sich auf sie bezieht, wenn das Netzwerk 220 ein Telefon-Netzwerk ist. Die IP-Adresse oder Telefonnummer kann von einem Authentifizierungscomputer verwendet werden, um den Ort, von dem die Signatur erhalten wurde, zu verifizieren. In einigen Ausführungsformen ist eine Signatur nur dann authentisch, wenn sie von einem bestimmten Ort erhalten wurde und in anderen Ausführungsformen ist eine Signatur nur dann authentisch, wenn sie von einem Ort einer Ortsliste erhalten wurde. In weiteren anderen Ausführungsformen wird die Ortsinformation nicht zur Authentifizierung verwendet, sondern zur archivierenden Dokumentierung des Ortes.
Block 720 umfasst die Aufnahme von Signaturtaktkoordinaten eines Stiftes im Vergleich zur Zeit. Dies beinhaltet, dass ein Empfänger für höhere Frequenzen von dem Stift Bursts höherer Frequenzen empfängt, und das mehr als ein Ultraschallempfänger von dem Stift Ultraschallpulse empfängt. In einigen Ausführungsformen propagieren die Bursts höherer Frequenz von dem Stift zu dem Empfänger mit annähernd Lichtgeschwindigkeit und die Ultraschallpulse propagieren von dem Stift zu dem Empfänger mit annähernd Schallgeschwindigkeit. Diese beiden Geschwindigkeiten weisen ein Unterschied von mehreren Größenordnungen auf, so dass die Burst höhere Frequenz als Zeitdifferenz verwendet werden können, um die Ankunftszeit der Ultraschallpulse bei dem mehr als einem Empfängern zu berechnen. Die Ankunftszeiten werden dann dazu verwendet, die Position des Stiftes relativ zu den Empfängern zu triangulieren. Dies repräsentiert dann die Signaturtaktkoordinaten gegen die Zeit.
In Block 730 wird Druckinformation gegen Zeit aufgenommen. Wie oben beschrieben, umfassen in einigen Ausführungsformen die Burst höherer Frequenz eine Information, die die Höhe des auf die Spitze des Stiftes ausgeübten Druckes beschreibt. Diese Information wird demoduliert und digitalisiert, um den auf den Stift ausgeübten Druck im Vergleich zur Zeit zu erzeugen.
In Block 740 werden die Taktkoordinaten gegen Zeit (von Block 720) dazu verwendet, um die Tintenform, die von dem Stift erzeugt wird, zu konstruieren. In den Blöcken 750 und 760 werden die Geschwindigkeit des Stiftes und die Beschleunigung des Stiftes unter Verwendung der Taktkoordinaten gegen die Zeit berechnet.
In Block 770 wird ein Zeitstempel hinzugefügt. Der Zeitstempel repräsentiert den Zeitpunkt, an dem die Signatur erzeugt wurde. Ebenso wie die oben beschriebene Ortsinformation, wird der Zeitstempel in einigen Ausführungsformen zur Authentifizierung verwendet, unter anderen Ausführungsformen, um den Zeitpunkt des Signatur für eine Archivierung zu dokumentieren.
Die Information bezüglich der Signatur, die in dem Verfahren 700 aufgenommen wird, wird als Teil der zu authentifizierenden Signatur gebündelt. In einigen Ausführungsformen wird die Signatur durch einen Computer authentifiziert, der entfernt zu der Vorrichtung angebracht ist, die die Aufnahme durchführt. In diesen Ausführungsformen wird die Signatur zur Authentifizierung auf verschiedene Arten aufbereitet. In Block 780 wird die Signatur aufbereitet, in dem die aufgenommenen Daten verschlüsselt werden. In einigen Ausführungsformen werden die verschlüsselten Signaturdaten in ein Paket verpackt und über ein Netzwerk an einen Authentifizierungscomputer übertragen. Dies ist in Ausführungsformen nützlich, die ein öffentliches Netzwerk als Netzwerk 220 (2) verwenden. Zum Beispiel kann der Block 780 Verschlüsselungsdienste bereitstellen, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass ein ungewünschter Empfänger Zugriff auf die Signaturdaten erhält, wenn die Signatur über das Internet übertragen werden soll.
Das Verfahren 700 kann durch einen Computer für allgemeine Anwendungen, wie etwa Computer 110 (1), oder durch einen spezialisierten Computer ausgeführt werden, der gezielt für die Aufnahme einer Signatur konstruiert wurde, wie etwa die Netzwerkschnittstelle 210 (2). Die Computerbefehle zur Durchführung des Verfahrens können auf jedem dafür geeigneten Medium gespeichert werden, einschließlich auf ein Direktzugriffsspeicher (RAM), einen nur-leser-Speicher (ROM), CD-ROM oder Disketten oder Festplatten. Zum Beispiel umfasst der Computer 110 (1) ein Diskettenlaufwerk 180. Das Diskettenlaufwerk 180 ist ein Beispiel für ein Mittel, das ein maschinenlesbares Medium umfasst, das dafür geeignet ist, Computerbefehle bezüglich dem Verfahren 700 zu speichern.
Obwohl die Blöcke in dem Verfahren 700 in 7 in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, soll dies nicht bedeuten, dass die durchzuführenden Handlungen in der gezeigten Reihenfolge ausgefolgt werden müssen. Zum Beispiel kann die Aufnahme einer IP- Adresse oder Telefonnummer zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens 700 durchgeführt werden. Entsprechend kann jeder dargestellte Block in einer anderen Reihenfolge als der in der Figur dargestellten ausgeführt werden, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung beispielhaft ist und keine Beschränkung bedeuten soll. Wenn der Fachmann obige Beschreibung liest und versteht, werden sich ihm viele andere Ausführungsformen offenbaren. Der Geltungsbereich der Erfindung sollte daher unter Bezugnahme auf die anhängigen Ansprüche bestimmt werden, ebenso wie der volle Geltungsbereich von äquivalenten Ausführungsformen, die durch die Ansprüche zulässig sind.

Claims

Ein Ultraschallstift, umfassend: eine drucksensitive Spitze zum Erzeugen eines Drucksignals; einen Ultraschallsender zum Senden von Pulsen zur Positionsbestimmung; und einen zweiten Sender zum Senden des Drucksignals.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 1, wobei die drucksensitive Spitze einen Tintenausgeber umfasst.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 1, wobei der Ultraschallsender und der zweite Sender Energie mit unterschiedlicher Frequenz aussenden.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 3, wobei der Ultraschallsender Ultraschallenergie zwischen im Wesentlichen 40 Kilohertz und 80 Kilohertz aussendet.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen druckaktivierten Schalter, der an ein erstes Ende des Stiftes angeschlossen ist, wobei der druckaktivierte Schalter zum Anschalten des Ultraschallsenders betreibbar ist, wenn auf das erste Ende des Stiftes Druck ausgeübt wird.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 5, wobei der Ultraschallsender ein piezoelektrisches Material umfasst.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 6, wobei das piezoelektrische Material in einem Zylinder angeordnet ist.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 1, wobei der zweite Sender einen Infrarotsender umfasst.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 8, wobei der zweite Sender zum Bereitstellen eines Zeitreferenzsignals ausgeführt ist.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 1, wobei der zweite Sender einen Radiofrequenzsender umfasst.
Der Ultraschallstift nach Anspruch 1, wobei der Ultraschallsender und der zweite Sender Burst-Sender sind.
Ein Aufnahmesystem für eine digitale Signatur, umfassend: einen ersten Ultraschallempfänger; einen zweiten Ultraschallempfänger, anbringbar auf eine Oberfläche in einem Abstand zu dem ersten Ultraschallempfänger; einen Empfänger höherer Frequenz; und einen Ultraschallstift, der eine drucksensitive Tintenkartusche aufweist, um Tinte auszugeben und um ein Drucksignal zu erzeugen, wobei der Ultraschallstift zum Übertragen des Drucksignals an den Empfänger höherer Frequenz und zum Übertragen von Ultraschallenergie an die ersten und zweiten Ultraschallempfänger ausgeführt ist.
Das Aufnahmesystem für eine digitale Signatur nach Anspruch 12, weiterhin umfassend einen Computer, der an die ersten und zweiten Ultraschallempfänger und den Empfänger höherer Frequenz angeschlossen ist.
Das Aufnahmesystem für eine digitale Signatur nach Anspruch 13, wobei der Computer zum Empfangen von Ankunftszeitdaten von den ersten und zweiten Ultraschallempfängern und zum Empfangen von Drucksignalinformation von dem Empfänger höherer Frequenz ausgeführt ist.
Das Aufnahmesystem für eine digitale Signatur nach Anspruch 14, wobei der Computer zur Bestimmung eines Ortes des Ultraschallstiftes im Vergleich zur Zeit, einer Geschwindigkeit des Ultraschallstiftes im Vergleich zur Zeit und einer Beschleunigung des Ultraschallstiftes im Vergleich zur Zeit ausgeführt ist.
Das Aufnahmesystem für eine digital Signatur nach Anspruch 12, wobei der Empfänger höherer Frequenz einen Infrarotempfänger umfasst.
Das Aufnahmesystem für eine digital Signatur nach Anspruch 12, wobei der Empfänger höherer Frequenz einen Radiofrequenzempfänger umfasst.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Aufnahmesystems für eine digitale Signatur, umfassend: Empfangen von Ultraschallenergie an einer Vielzahl von Ultraschallempfängern; Empfangen von Druckinformation an einem Empfänger höherer Frequenz; Bestimmen eines Ortes eines Ultraschallsenders im Vergleich zur Zeit, aus der Ultraschallenergie zur Bestimmung einer Signaturform; Bestimmen eines ausgeübten Druckes im Vergleich zur Zeit, aus der Druckinformation; und Aufbereiten der Signaturform und des ausgeübten Druckes zum Vergleich mit einer Referenz.
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Aufbereiten zum Vergleich eine Verschlüsselung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend eine Geschwindigkeitsbestimmung des Ultraschallsenders im Vergleich zur Zeit, aus der Ultraschallenergie.
Das Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin umfassend eine Beschleunigungsbestimmung des Ultraschallsenders im Vergleich zur Zeit, aus der Ultraschallenergie.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Aufbereiten umfasst: Verschlüsseln der Signaturform, des ausgeübten Druckes, und der Beschleunigung in ein Paket; und Senden des Paketes an einen Prozessor zum Vergleich mit einer Referenzsignatur, die Signaturform, ausgeübten Druck und Beschleunigung umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Aufbereiten weiterhin eine Kombination einer IP Adresse in dem Paket umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Aufbereiten weiterhin ein Kombinieren einer Telefonnummer in das Paket umfasst.
Ein Artikel, der ein maschinen-lesbares Medium umfasst, wobei auf dem maschinenlesbaren Medium Befehle für ein Verfahren gespeichert sind, umfassend: Bestimmen des Ortes eines Ultraschallsenders im Vergleich zur Zeit, aus Information, die von einer Vielzahl an Ultraschallempfängern empfangen wird; und Bestimmen eines ausgeübten Druckes im Vergleich zur Zeit, eines Druckes, der auf dem Ultraschallsender ausgeübt wird, aus einer Information, die von einem Sender höherer Frequenz empfangen wird.
Der Artikel nach Anspruch 25, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Bestimmen der Geschwindigkeit des Ultraschallsenders im Vergleich zur Zeit, aus der Information, die von der Vielzahl an Ultraschallempfängern empfangen wird.
Der Artikel nach Anspruch 25, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Verschlüsseln des Ortes, des Druckes und der Geschwindigkeit in ein Paket; und Senden des Paketes an einen Prozessor zum Vergleich mit einer Referenz, die Ort, Druck und Geschwindigkeit umfasst.
Der Artikel nach Anspruch 27, wobei das Verfahren weiterhin das Verschlüsseln von Ortsinformation in das Paket umfasst.
Der Artikel nach Anspruch 27, wobei das Verfahren weiterhin das Vergleichen des Paketes mit der Referenz umfasst.