DE19600768C2

DE19600768C2 - Sicherheitstastatur

Info

Publication number: DE19600768C2
Application number: DE19600768A
Authority: DE
Inventors: Harmut Dipl Ing Droege; Ludwig Dipl Ing Fischer; Markus Dipl Ing Scheibel; Dieter Dipl Ing Sonnentag
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: US5872560A; DE19600768A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitstastatur mit einem Kontaktteil, einer Vielzahl von Tasten und einer Schaltmatte, wobei das Kontaktteil die zur Kontakttierung benötigten Kontaktelemente aufweist und von einer Sicherheitsfolie im wesentlichen vollständig ummantelt wird, und beim Betätigen der Vielzahl der Tasten der Tastaturdruck über die Sicherheitsfolie auf die Kontaktelemente des Kontaktteils übertragbar ist, so daß die Kontaktelemente miteinander kontaktierbar sind.

Stand der Technik

Für den elektronischen Zahlungsverkehr (Electronic Funds Transfer - EFT - oder Electronic Cash) werden heutzutage eine Reihe von Geräten für eine Datenein- und Ausgabe verwendet. An diese Geräte werden bestimmte Sicherheitsvorgaben geknüpft um mögliche - gewollte oder ungewollte - Manipulationen vermeiden zu können. Die Sicherung geheimer Informationen, sowie der Schutz von Datenein- und Ausgaben vor möglichen Beeinträchtigungen bzw. Manipulationen, erfolgt im allgemeinen mittels elektronischer oder mechanischer Schutzmaßnahmen, wie zum Beispiel einer körperliche Unterbringung verschiedener sicherheitsrelevanter Komponenten in einem Sicherheitsmodul.

Als besonders sicherheits-sensitive Bauelemente bzw. Baugruppen erweisen sich insbesondere Datenanzeigen für eine Datenausgabe, Dateneingabe-Tastaturen, Schlüsselspeicher zur Speicherung geheimer Schlüssel z. B. für eine kodierte Datenübertragung und Sicherheitsschaltungen für eine elektronische Überwachung der sicherheitsrelevanten Bauteile. Tastaturen sind dabei insbesondere gegen ein Mitaufzeichen eingegebener Daten wie einer persönlichen Identifikationsnummer (PIN) zu schützen.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0186981 A2 ist ein Sicherheitsmodul für ein elektronisches Zahlungsverkehrssystem bekannt. Das Sicherheitsmodul befindet sich in einem schlaggeschützten Gehäuse. Das Modul weist einen PIN-Ein gabeblock auf und kann geheime Daten verschlüsseln, wie z. B. die PIN, und verbietet damit den Zugang zu diesen Daten für andere Geräte.

R. Rhode, "Folientastaturen sind variantenreich" in Feinwerktechnik und Meßtechnik 97 (1989) 10, S. 423-426 ist eine Folientastatur mit taktiler Rückmeldung beschrieben, die aus einer Dekorfolie, einer Kontaktfolie, einem Distanzhalter, einem Kontaktträger und einer Stützplatte besteht. Die Kontaktfolie ist der erste Teil der Kontaktiereinheit. Der zweite Teil der Kontaktiereinheit ist der Kontaktträger, auf dem die Kontaktelemente angebracht sind.

Durch das Betätigen der Tasten wird die flexibel ausgestaltete Kontaktfolie durchgedrückt und erzeugt eine elektrische Verbindung mit den Kontaktelementen des Kontaktträgers.

Die vorliegende Folientastatur weist keine Sicherheitsfolie auf, die die Tastatur vor unberechtigtem Zugriff schützt.

Eine umfassende Studie über die physische Sicherheit von Systemen für einen elektronischen Zahlungsverkehr ist aus dem IBM Dokument "Physical Security for the IBM Transaction Security System", IBM Charlotte, North Carolina 28257, 6. May 1991, von G.P. Double bekannt. Darin werden verschiedene Testmethoden sowie mögliche Schutzmaßnahmen vorgestellt. Insbesondere ist aus dieser Schrift die Verwendung einer sogenannten Bohrschutzfolie (Intrusion Detection Screen) zur elektronischen Erkennung eines mechanischen Eindringens durch diese Folie bekannt. Die Bohrschutzfolie stellt eine flexible Leiterkarte dar, mit mäanderförmig geführten dünnen Leiterzügen. Werden die Leiterzüge kurzgeschlossen oder durch eine mechanische Einwirkung, wie z. B. Bohren oder einer Rißbildung zerstört, wird dies von einer eingebauten Sicherheitsschaltung erkannt. Eine mit der Bohrschutzfolie verbundene Überwachungslogik erkennt Veränderungen in dem Widerstandsnetz der Schutzfolie und löst einen entsprechenden Alarm aus, der beispielsweise zu einer Löschung sicherheitsrelevanter Daten führen kann.

Um Manipulationen an Tastaturen, die z. B. für eine Verwendung im Elektronischen Zahlungsverkehr vorgesehen sind, verhindern bzw. erschweren zu können, sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt, die eine Datensicherheit gewährleisten sollen. Eine bekannte Methode hierfür ist ein Vergießen der zu schützende Elektronik einschließlich der Tastatur.

Neben der Vergußmethode ist es auch üblich, die Sicherheitslogik mit Datenspeicher sowie die für die Dateneingabe erforderliche Tastatur in ein Gehäuse einzubetten und das Gehäuse mit einer Sicherheitsfolie zu ummanteln. Die Sicherheitsfolie wird auch hier so ausgeführt, daß eine Entfernung bzw. Beschädigung der Sicherheitsfolie zu einem entsprechenden Alarm führt.

Neben dem Datenspeicher, der eventuell sicherheitsrelevante Daten beinhaltet, ist die Tastatur insoweit zu schützen, daß ein unberechtigtes "Abgreifen" der Eingabeinformationen, wie z. B einer persönlichen Identifikationsnummer PIN, erschwert bzw. verhindert wird. Eine totale Verkapselung der Tastatur ist dabei jedoch nicht möglich, da die Tastatur für die Eingabe zumindest teilweise zugänglich sein muß.

Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 33, No. 9 Feb. 1991, S.448-449 ist eine Anordnung bekannt, bei der das Kontaktteil der Tastatur innerhalb des durch eine Sicherheitsfolie geschützten Bereiches plaziert wird, während die Tasten selbst außerhalb des geschützten Bereiches bleiben und damit für den Bediener zugänglich sind. Problematisch bei dieser Anordnung ist jedoch, daß die Sicherheitsfolie der Kraftwirkung der Tastaturtasten entgegenwirkt und daß so ein verstärkter Druck durch die Tasten notwendig wird. Dies kann jedoch zu einer starken mechanischen Beanspruchung der Sicherheitsfolie führen. Bei oftmaligem Betätigen der Tasten treten so starke Abnützungserscheinungen auf, die die Lebensdauer des Gerätes stark einschränken können. Ein sicheres Betätigen der Tastatur kann vielfach aufgrund der erforderlichen, höheren benötigten Kräfte nicht sichergestellt werden.

Um den genannten Nachteil des durch die Sicherheitsfolie bedingten größeren Kraftaufwands der Tasten der Tastatur vermeiden zu können, finden sich Anordnungen, bei denen die sich innerhalb der Sicherheitsfolie befindlichen Schalter mittels eines Kunststoffstößels durch eine Öffnung in der Sicherheitsfolie betätigt werden. Fig. 1 zeigt eine derartige Anordnung gemäß dem Stand der Technik. Eine solche Tastatur weist ein Schaltpaket 1 und eine Taste 2 auf. Das Schaltpaket 1 enthält die für die Tastatur benötigte Elektronik, während die Taste 2 auf das Schaltpaket 1 zur Erzeugung von Schaltsignalen in dem Schaltpaket 1 einwirkt. Das Schaltpaket 1 befindet sich vollständig innerhalb eines Gehäuses 3 und unterhalb einer Sicherheitsfolie 4. Die Taste 2 ragt teilweise oberhalb des Gehäuses 3 hinaus und wird mittels einer Rückholfeder 5 wieder in einen definierten Grundzustand zurückgesetzt. Innerhalb der Sicherheitsfolie 4 befindet sich eine Aussparung 6, durch die ein Stößel 7 der Taste 2 auf das Schaltpaket 1 einwirken kann. Nach einem Betätigen der Taste 2 wird diese durch die Rückholfeder 5 wieder in den Grundzustand zurückgesetzt.

Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, daß die Sicherheitsfolie eine Vielzahl von Öffnungen, jeweils eine pro Taste, ausweisen muß. Dadurch wird der Sicherheitsgrad signifikant reduziert, da ein Eindringen in den Sicherheitsbereich durch die Aussparungen 6 möglich ist. Dies erfordert wiederum aufwendige Sicherheitsvorkehrungen um eine Gefahr des möglichen Eindringens durch die Sicherheitsfolie klein halten zu können.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, und eine sichere, aber kostengünstige Tastatur zu ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden bei einer Sicherheitstastatur gemäß dem Oberbegriff die Vielzahl von Tasten derart in der Schaltmatte gelagert, daß bei Betätigung der Vielzahl von Tasten eine sogenannte taktile Kraftrückkopplung erfolgt. Dies erlaubt ein sicheres Schalten der Sicherheitstastatur, da - bedingt durch die taktile Kraftrückkopplung - ein "automatisches Nachdrücken" der Tasten über einen Kraftumkehrpunkt erfolgt, ab dem eine für die Betätigung der Tasten erforderliche Betätigungskraft wieder - bedingt u. a. durch die zwischen Taste und Kontaktteil der Sicherheitstastatur liegenden Sicherheitsfolie - ansteigt.

Die Erfindung findet Anwendung insbesondere im Bereich des Elektronischen Zahlungsverkehrs.

Weitere, vorteilhafte Ausführungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Beschreibung der Zeichnungen

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind im folgenden Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Funktionsgleiche Elemente sollen gleiche Bezugszeichen tragen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Sicherheitstastatur,

Fig. 3 eine Vergrößerung der Tasten aus Fig. 2,

Fig. 4 schematisch den Verlauf einer auf das Kontaktteil wirkenden Betätigungskraft - während des Drückens der Taste - im Verhältnis zu dem zurückgelegten Weg des Tastaturstößels.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Sicherheitstastatur. Die Sicherheitstastatur weist ein Kontaktteil 10, oder Schaltpaket genannt, eine Vielzahl von Tasten 20 und eine Schaltmatte 30 auf. Das Kontaktteil 10 enthält die für die Sicherheitstastatur benötigten Kontaktelemente, während die Tasten 20 auf das Kontaktteil 10 zur Erzeugung von Schaltsignalen in dem Kontaktteil 10 einwirken. Das Kontaktteil 10 der Sicherheitstastatur wird von einer Sicherheitsfolie 40 vollständig ummantelt und sichert das Kontaktteil 10 vor einem unberechtigten Zugriff. Die Kontaktelemente der Sicherheitstastatur sind mit einer (nicht dargestellten) Elektronikeinheit der Tastatur, die sich innerhalb der Ummantelung der Sicherheitsfolie 40 befindet, verbunden und stellen bei Betätigung der Tasten den elektrischen gewünschten Kontakt her.

Als Sicherheitsfolie 40 können beliebige im Stand der Technik bekannte Schutzfolien, wie beispielsweise eine oben angeführte Bohrschutzfolie mit einem mäanderförmigen Widerstandsnetz verwendet werden. Ein unberechtigtes Durchdringen der Sicherheitsfolie 40 kann von einer mit der Sicherheitsfolie 40 in Verbindung stehenden Sicherheitsüberwachungsschaltung erkannt werden und entsprechende Alarmsignale können ausgelöst werden.

Die Sicherheitsfolie 40 wird vorzugsweise dünn und elastisch ausgeführt. Bei einem Betätigen der Tasten 20 wird der Tastaturdruck durch die elastische und vorzugsweise hochverschleißfeste Sicherheitsfolie 40 direkt auf die Kontaktelemente des Kontaktteils 10 übertragen.

Fig. 3 zeigt in Vergrößerung eine der Vielzahl von Tasten 20. Jede der Vielzahl von Tasten 20 weist einen Tastkopf 50 und einen Tastaturstößel 60 auf. Der Tastaturstößel 60 wird über eine Lagerung 70 in der Schaltmatte 30 gehalten. Sowohl der Tastaturstößel 60 als auch die Schaltmatte 30 bestehen aus einem relativ weichen Material, vorzugsweise eine Silikonverbindung. Der Tastkopf 50 hingegen kann aus einem festeren Material bestehen und schützt die Sicherheitstastatur vor einem erhöhten Abrieb.

Die Krafteinwirkung der Taste 20 auf das Kontaktteil 10 erfolgt bei Betätigen der Taste 20 über den relativ elastischen Tastaturstößel 60 in Verbindung mit seiner Lagerung 70 in der Schaltmatte 30. Durch diese relativ elastische Krafteinwirkung wird ein Verschleiß der Sicherheitsfolie 40 im Bereich des Tastaturstößels 60 minimiert.

Der Tastaturstößel 60 wird durch die Lagerung 70 selbst weich elastisch gelagert und erzeugt dadurch bei Betätigung der Taste 20 eine sogenannte taktile Kraftrückkopplung (taktiles Feedback). Fig. 4 zeigt schematisch den Verlauf einer auf das Kontaktteil 10 wirkenden Betätigungskraft - während des Drückens der Taste 20 - im Verhältnis zu dem zurückgelegten Weg des Tastaturstößels 60. Nach Überwindung eines maximalen Druckpunktes 100 erfolgt ein stetiger Abfall der Betätigungskraft bis zu einer Berührung des Tastaturstößels 60 mit der Sicherheitsfolie 40 bei einem Druckumkehrpunkt 110. Nach Überschreiben des Druckumkehrpunktes 110 steigt die Betätigungskraft mit dem Stößelweg wieder an, da nun sowohl die Sicherheitsfolie 40 als auch das Kontaktteil 10 dem Kraftwirkung entgegenstehen. Bei einem Schaltpunkt 120 ist der Schalter geschlossen.

Bei der Betätigung der Taste 20 steigt die Betätigungskraft für den Bediener der Taste 20 zunächst an bis zum maximalen Druckpunkt 100, danach erfolgt ein Abfallen der Betätigungskraft bis auf den Umkehrpunkt 110, danach wieder ein leichter, kurzer Anstieg auf den Schaltpunkt 120. Während des Betätigungsvorgangs der Taste 20 "bricht" demnach die der Tastenbewegung entgegenwirkende Kraft bei dem maximalen Druckpunkt 100 "zusammen" und es erfolgt - bereits aus Trägheitsgründen - ein sicheres Erreichen des Schaltpunktes 120. Solange die Kräfte an dem Umkehrpunkt 110 und dem Schaltpunkt 120 deutlich niedriger sind als die maximale Betätigungskraft am Druckpunkt 100, ist die Tastatur "bedienerfreundlich", da ein "Nachdrücken" zur Schließung der Schaltkontakte i.a. nicht erforderlich wird. Das sogenannte taktile Rückkoppeln beim Betätigen der Tasten 20 erlaubt so ein sicheres Schalten der entsprechenden Schalter in dem Kontaktteil 10.

Die taktile Kraftrückkopplung bewirkt, daß nach Erreichung der maximalen Betätigungskraft am maximalen Druckpunkt 100 diese nieder abfällt, was von dem Betätiger der Taste 20 wahrgenommen und gefühlt wird. Dies suggeriert dem Betätiger, daß die Kontakte geschlossen sind und die Betätigung abgebrochen werden kann. Die taktile Kraftrückkopplung bewirkt so ein "angenehmes Schaltgefühl" beim Betätigen der Tasten 20.

Durch die Trägheit der Finger bzw. des Bewegungsablaufes wird der Schaltpunkt 120 "automatisch" erreicht, solange dieser deutlich niedriger als der maximale Druckpunkt 100 liegt.

Der in Fig. 4 dargestellte Kraftverlauf mit einem "automatischen Nachdrücken" wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Schaltmatte 30 als eine elastischen Silikon-Matte ausgeführt wird. Dementsprechend kann die elastischen Sicherheitsfolie 40 ausreichend dünn ausgeführt werden, da die elastische Silikon- Matte nur zu einer geringen mechanischen Beanspruchung der Sicherheitsfolie 40 führt. Bis zu dem Umkehrpunkt 110 wird die Kennlinie vorrangig durch die Silikon-Matte vorgegeben, ab dem Umkehrpunkt 110 hingegen wird der Kraftverlauf überwiegend von der Silikon-Matte, der Sicherheitsfolie (z. B. einer Bohrschutzfolie) und eventuell weiterer Schutzfolien bestimmt.

Claims

1. Sicherheitstastatur mit einem Kontaktteil (10), einer Vielzahl von Tasten (20) und einer Schaltmatte (30),
wobei das Kontaktteil (10) die zur Kontaktierung benötigten Kontaktelemente enthält, und
wobei die Vielzahl von Tasten (20) derart in der Schaltmatte (30) gelagert sind, daß bei Betätigung der Vielzahl von Tasten (20) eine taktile Kraftrückkopplung erfolgt,
gekennzeichnet durch,
eine Sicherheitsfolie (40), die das Kontaktteil im wesentlichen vollständig ummantelt,
wobei bei einem Betätigen der Vielzahl von Tasten (20) der Tastaturdruck über die Sicherheitsfolie (40) auf die Kontaktelemente des Kontaktteils (10) übertragbar ist, so daß die Kontaktelemente miteinander kontaktierbar sind.

2. Sicherheitstastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsfolie (40) ein mäanderförmiges Widerstandsnetz aufweist.

3. Sicherheitstastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsfolie (40) mit einer Sicherheitsüberwachungsschaltung verbunden ist.

4. Sicherheitstastatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsfolie (40) dünn und elastisch ausgeführt ist.

5. Sicherheitstastatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vielzahl von Tasten (20) jeweils einen Tastkopf (50) und einen Tastaturstößel (60) aufweisen,
wobei der Tastaturstößel (60) über eine Lagerung (70) in der Schaltmatte (30) gehalten wird und die Krafteinwirkung der Vielzahl von Tasten (20) auf das Kontaktteil (10) über den Tastaturstößel (60) in Verbindung mit der Lagerung (70) der Schaltmatte (30) erfolgt.

6. Sicherheitstastatur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastaturstößel (60) und die Schaltmatte (30) aus einem relativ weichen und elastischen Material, vorzugsweise einer Silikonverbindung, bestehen.

7. Sicherheitstastatur nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (50) aus einem festeren Material besteht und die Sicherheitstastatur vor einem erhöhten Abrieb schützt.

8. Sicherheitstastatur entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastaturstößel (60) durch die Lagerung (70) elastisch gelagert wird und dadurch bei Betätigung einer der Vielzahl von Tasten (20) die taktile Kraftrückkopplung erzeugt.

9. Sicherheitstastatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die taktile Kraftrückkopplung einer auf das Kontaktteil (10) wirkenden Betätigungskraft - während des Drückens einer der Vielzahl von Tasten (20) - dadurch entsteht, daß nach Überwindung eines maximalen Druckpunktes (100) ein stetiger Abfall der Betätigungskraft bis zu einem Druckumkehrpunkt (110) erfolgt und nach Überschreiten des Druckumkehrpunktes (110) die Betätigungskraft wieder bis zu einem Schaltpunkt (120) ansteigt, an dem der Schalter geschlossen ist (Fig. 4).

10. Sicherheitstastatur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte an dem Druckumkehrpunkt (110) und dem Schaltpunkt (120) deutlich niedriger sind als die maximale Betätigungskraft am Druckpunkt (100).