DE19611072C2 - Chipkarte, die sowohl kontaktbehaftet als auch kontaktlos betreibbar ist - Google Patents

Chipkarte, die sowohl kontaktbehaftet als auch kontaktlos betreibbar ist

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Chipkarte, welche über elektrisch leitende Kontaktflächen zur Spannungsversorgung und zum Datenaustausch mit entsprechenden Schreib- und/oder Lesegeräten verfügt. Derartige Chipkarten werden heute in großer Zahl z. B. in Form von Telefonkarten, Krankenversichertenkarten und als Identifizierungskarten in Mobilfunktelefonen eingesetzt. Dem Teilnehmer am Mobilfunknetz ist mit der Chipkarte die Möglichkeit gegeben, sich gegenüber dem Funknetz zu identifizieren.
Neben solchen kontaktbehafteten Karten gibt es kontaktlos arbeitende Chipkarten, bei denen die Versorgung des Halbleiterbausteins (Chip) auf der Karte mit Energie und die Daten- und Signalübertragung mit entsprechenden Schreib-und/oder Lesegeräten berührungslos (induktiv oder kapazitiv) erfolgt. Entsprechende Halbleiterchips, in denen ein Gleichrichter und Signalumformer für den kontaktlosen Betrieb integriert ist, gibt es bereits auf dem Markt.
In der DE 39 35 364 C1 ist eine Chipkarte beschrieben, die sowohl für einen kontaktbehafteten als auch für einen kontaktlosen Betrieb ausgelegt ist. Die dort beschriebene Chipkarte enthält einen Halbleiterchip, auf dem ein Mikrorechner bestehend aus einem Mikroprozessor, einem Programm- und Befehlsspeicher (ROM; Read Only Memory), einem flüchtigen Speicher (RAM; Random Access Memory) und einem nicht flüchtigen Speicher (z. B. ein EEPROM; Electricaly Eraseable Programmable Read Only Memory) integriert ist. Dieser Halbleiterchip wird entweder über die elektrischen Kontaktflächen der Chipkarte angesprochen und mit Energie versorgt oder aber berührungslos über eine in der Chipkarte angeordnete Spule. Aus diesem Grunde weist die Chipkarte in aufwendiger Weise einen Komparator auf, mit dem die Chipkarte an Hand eines Spannungspegel-Vergleiches feststellt, ob die kontaktlose oder die kontaktbehaftete Anwendung aktiv ist. Entsprechend des Komparatorausganges wird ein ebenfalls in der Chipkarte angeordneter Multiplexer so angesteuert, daß die Kommunikation mit dem Halbleiterchip entweder über die Kontaktflächen oder die Antenne erfolgt. Die zur Versorgung der Chipkarte benötigte elektrische Leistung ist dabei im Fall des kontaktlosen Einsatzes genauso groß wie im Fall des kontaktbehafteten Einsatzes. Im Fall des kontaktlosen Einsatzes muß die Energie zur Versorgung des Halbleiterchips nach dem Transformatorprinzip aus dem elektromagnetischen Feld der vom Chipkarten-Schreib- und/oder Lesegerät ausgehenden Strahlung entnommen werden. Ein Problem hierbei ist, daß für die kontaktlose Anwendung derselbe Halbleiterchip verwendet wird wie für die kontaktbehaftete Anwendung, wobei die Stromaufnahme eines solchen Halbleiterchips relativ hoch ist (größenordnungsmäßig 10 Milliampere). Ein zuverlässiger kontaktloser Betrieb einer solchen Chipkarte ist somit nur bei geringen Abständen zwischen Chipkarte und dem Chipkarten-Schreib- und/oder Lesegerät möglich; größere Abstände sind dabei nur mit einer entsprechend hohen Sendeleistung realisierbar, was jedoch entsprechend hohe Kosten bei der Installierung und während des Betriebes verursacht. Außerdem sind derartig leistungsstarke Sender auch unter dem Aspekt "Elektrosmog" nicht wünschenswert. Ein weiterer Nachteil liegt in fehlenden Sicherheit einer solchen Chipkarte: Bei einer kontaktbehafteten Chipkarte kann der Zugriff auf sensible Speicherbereiche des Halbleiterbausteins durch die Eingabe eines Geheimcodes gesichert werden. Diese Sicherheit, die der kontaktbehaftete Betrieb bietet, wird bei der aus der DE 39 35 364 bekannten Chipkarte unterlaufen, indem bei einer kontaktlosen Verwendung (ohne die Möglichkeit einer Geheimcodeeingabe) ungeschützt auf denselben Halbleiterchip zugegriffen werden kann.
Ferner ist aus der DE 43 10 334 A1 eine Chipkarte für kontaktbehafteten und kontaktlosen Betrieb bekannt, wobei der Halbleiterchip für den kontaktbehafteten Betrieb direkt mit den Kontaktflächen ohne Zwischenschaltung eines Multiplexers verbunden ist.
Zur kontaktlosen Betriebsweise ist der Halbleiterchip über einen Konverter mit mindestens einer Spule als Antenne verbunden. Nachteilig an der bekannten Chipkarte ist, daß durch die Verwendung eines einzigen Halbleiterchips für den kontaktbehafteten und kontaktlosen Betrieb Kompromisse hinsichtlich der Kennwerte des Halbleiterchips in Kauf genommen werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Chipkarte zu entwickeln, die einerseits über elektrische Kontaktflächen für einen kontaktbehafteten Gebrauch verfügt und andererseits auch kontaktlose Anwendungen ermöglicht, wobei die Leistungsaufnahme der Chipkarte im kontaktlosen Gebrauch geringer sein soll als beim kontaktbehafteten Gebrauch, so daß diese Chipkarten auch in einer größeren Distanz zu den entsprechenden Chipkarten- Schreib- und/oder Lesegeräten zuverlässig arbeiten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Durch das Vorsehen von zwei Halbleiterchips, die jeweils einer Betriebsweise der Chipkarte zugeordnet sind, wird ein auf die jeweilige Betriebsweise abgestimmter, individueller Betrieb der Chipkarte ermöglicht. Beispielsweise kann für den kontaktlosen Betrieb ein Halbleiterchip mit einer geringeren Stromaufnahme gewählt werden, so daß eine geringere Sendeleistung des Chipkarten-Schreib- oder Lesegeräts bei gleicher Reichweite erforderlich ist. Durch das Vorsehen eines Speicherchips, auf den beide Halbleiterchips Zugriff haben, wird auf einfache Weise ein Speichermedium für beide Halbleiterchips geschaffen.
An Hand der beiden Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend erläutert.
Die Chipkarte weist erfindungsgemäß einen ersten Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehaften Gebrauch der auf, wobei dieser Halbleiterchip (HC1) mit seinen Anschlußstellen über elektrisch leitende Verbindungen (LKi) an die entsprechenden Kontaktflächen (Ki) angeschlossen ist und nur über diese Kontaktflächen (Ki) aktivierbar ist. Darüber hinaus weist dieselbe einen zweiten Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch auf, wobei dieser Halbleiterchip (HC2) mit seinen Anschlußstellen über elektrisch leitende Verbindungen (LA) an mindestens eine Antenne (A) angeschlossen ist und nur über diese aktivierbar ist. Zusätzlich zu diesen beiden Halbleiterchips (HC1, HC2) weist dieselbe einen Speicherchip (SC) auf, wobei dieser über einen Bus (B) sowohl von dem Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehaften Gebrauch als auch von dem Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch beschrieben und/oder gelesen und von dem jeweiligen Halbleiterchip (HC1, HC2) mit Spannung (VS) versorgt werden kann.
In dem Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch sind ein Gleichrichter und ein Signalumformer integriert. Die Stromaufnahme eines derartigen Halbleiterchips für eine kontaktlose Anwendung liegt typischenweise in der Größenordnung < 1 Milliampere. Da im kontaktlosen Gebrauch der Chipkarte nur dieser Halbleiterchip (HC2) aktiv ist, ist die Stromaufnahme der erfindungsgemäßen Chipkarte im Vgl. zu der aus der DE 39 35 364 bekannten Chipkarte wesentlich geringer, wodurch die oben genannten Nachteile aufgehoben werden. Gleichzeitig kann, da für jede Anwendung ein eigener Chip (HC1, HC2) vorgesehen ist auf einen Komparator und einen Multiplexer verzichtet werden. Gleichzeitig bringt die erfindungsgemäße Chipkarte mehr Sicherheit, da während der ungeschützten kontaktlosen Anwendung der Halbleiterchip (HC1) für die kontaktbehaftete Anwendung nicht aktiv ist, und somit nicht unberechtigt auf diesen zugegriffen werden kann.
Für die Verwendung der Chipkarte in Terminals die gleichzeitig eine kontaktlose und eine kontaktbehaftete Ansteuerung ermöglichen, ist es vorgesehen, daß für bestimmte Speicherbereiche in dem Speicherchip ein Kontrollflag gesetzt wird, so daß immer nur einer der beiden Halbleiterchips (HC1, HC2) in diesem Speicherbereich schreiben oder lesen kann, wobei der jeweils andere Halbleiterchip (HC1, HC2) an Hand des gesetzten Kontrollflags erkennt, daß er momentan keine Zugriffsberechtigung hat.
In Fig. 1 ist schematisch eine Chipkarte gezeigt, wo die beiden Halbleiterchips (HC1, HC2) über einen gemeinsamen Bus (B) auf den Speicherchip (SC) zugreifen.
In Fig. 2 ist schematisch eine Chipkarte gezeigt, wo der Speicherchip (SC) zwei Busschnittstellen aufweist, wobei der Bus (B) in einen ersten Bus (B1) für die Kommunikation mit dem Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch und in einen zweiten Bus (B2) für die Kommunikation mit dem Halbleiterbaustein (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch aufgeteilt ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch, der Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch, der Speicherchip (SC) und der Bus (B, B1, B2) auf einem Baustein integriert.
Je nach Einsatzgebiet der Chipkarte sind der Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch und/oder der Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch von einem Mikroprozessorchip gebildet ist.
Alternativ dazu können diese von einem intelligenten Speicherchip mit integrierter Zugriffslogik gebildet sein.
Der Speicherchip (SC) kann in einer Ausgestaltungsvariante von einem flüchtigen Speicher, vorzugsweise einem RAM-Speicher, gebildet sein.
Alternativ dazu kann der Speicherchip (SC) von einem nicht flüchtigen Speicher, vorzugsweise einem EEPROM gebildet sein.
Aus der Vielzahl der möglichen Anwendungen der erfindungsgemäßen Chipkarte seien hier nur zwei kurz erwähnt:
Chipkarte als Zugangsberechtigungsausweis zu einem Gebäude und zu bestimmten Bereichen innerhalb dieses Gebäudes:
In dem Speicherchip der Chipkarte können verschiedene für ein Gebäude und bestimmte Bereiche innerhalb dieses Gebäudes spezifische "Schlüssel-Kennungen" abgespeichert werden, die von in Türschließanlagen integrierten, kontaktlos arbeitenden Chipkartenterminals auslesbar sind.
Beim Eintreten einer Person in den Sende- und Empfangsbereich einer solchen kontaktlos arbeitenden Türschließanlage wird automatisch der kontaktlos arbeitende Halbleiterchip aktiviert, wobei so über den Bus in der Chipkarte eine Abfrage der in dem Speicherchip abgelegten "Schlüssel-Kennung" erfolgt.
Zur Vergabe solcher "Schlüssel-Kennungen" sind innerhalb eines Unternehmens oder einer Behörde immer nur bestimmte Personen, z. B. Vorgesetzte oder Sicherheitsbeauftragte, berechtigt. Um hier Mißbräuche zu verhindern, erfolgt die Eingabe und die Löschung bestimmter "Schlüssel-Kennungen" nur nach vorhergehender Durchführung eines Geheimcodevergleiches (z. B. eine PIN-Prüfung; Personal Identificaton Number) über die Kontaktflächen und den dann aktiven Halbleiterchip für den kontaktbehafteten Gebrauch der Chipkarte. Über den Bus in der Chipkarte werden die "Schlüssel-Kennungen" dann in dem Speicherchip abgelegt.
Der Vorgesetzte oder Sicherheitsbeauftragte ist somit über einen nur ihm bekannten Geheimcode dazu berechtigt, für einen bestimmten Mitarbeiter auf dessen Chipkarte bestimmte "Schlüssel-Kennungen" abzuspeichern. Zu diesem Zweck wird die Chipkarte mit den Kontaktflächen in ein entsprechend autorisiertes Chipkartenterminal eingeführt und der Geheimcode über eine Tastatur eingegeben.
Die Vergabe von "Schlüssel-Kennungen" an neue Mitarbeiter und die Änderungen von "Schlüssel-Kennungen" für Mitarbeiter deren Zuständigkeiten sich geändert haben sind somit flexibel und sicher durchzuführen.
Chipkarte als Fahrausweis im öffentlichen Personennahverkehr
Die Chipkarte stellt einen elektronischen, wiederaufladbaren Fahrausweis dar, mit dem ein Bezahlen "im Vorbeigehen" berührungslos möglich ist. Das Aufladen erfolgt dann wieder kontaktbehaftet und PIN-gesichert mit Hilfe des für den kontaktbehaften Gebrauch vorgesehenen Halbleiterchips in der Chipkarte.

Claims (14)

1. Chipkarte, die elektrisch leitende Kontaktflächen (Ki) zum kontaktbehafteten Datenaustausch und zur Energieversorgung und mindestens eine Antenne (A) zum kontaktlosen Datenaustausch und zur Energieversorgung aufweist, die einen Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch der Chipkarte aufweist, wobei dieser Halbleiterchip (HC1) mit seinen Anschlußstellen über elektrisch leitende Verbindungen an die entsprechenden Kontaktflächen (Ki) angeschlossen ist, und nur über diese Kontaktflächen (Ki) aktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Chipkarte einen zweiten Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch der Chipkarte aufweist, wobei dieser Halbleiterchip (HC2) mit seinen Anschlußstellen über elektrisch leitende Verbindungen an mindestens eine Antenne (A) angeschlossen ist, und nur über die Antenne (A) aktivierbar ist und daß
  • - die Chipkarte einen Speicherchip (SC) aufweist, wobei dieser über einen Bus (B) sowohl von dem Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehaften Gebrauch als auch von dem Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch beschreibbar und/oder lesbar ist und von dem jeweiligen Halbleiterchip (HC1, HC2) mit Spannung versorgbar ist.
2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherchip (SC) zwei Speicherbereiche mit einer Zugriffsberechtigung umfaßt, so daß immer nur einer der beiden Halbleiterchips (HC1, HC2) in dem jeweiligen Speicherbereich schreiben oder lesen kann.
3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Halbleiterchip (HC2) ein Gleichrichter und ein Signalumformer zugeordnet ist.
4. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherchip (SC) eine Busschnittstelle aufweist, wobei die beiden Halbleiterchips (HC1, HC2) über den gemeinsamen Bus (B) auf diese Busschnittstelle zugreifen.
5. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherchip (SC) zwei Busschnittstellen aufweist, wobei der Bus (B) in einen ersten Bus (B1) für die Kommunikation mit dem Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch und in einen zweiten Bus (B2) für die Kommunikation mit dem Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch aufgeteilt ist.
6. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch, der Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch, der Speicherchip (SC) und der Bus (B) auf einem Baustein integriert sind.
7. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch ein Mikroprozessor ist.
8. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch ein Mikroprozessor ist.
9. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (HC1) für den kontaktbehafteten Gebrauch ein intelligenter Speicher mit integrierter Zugriffslogik ist.
10. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (HC2) für den kontaktlosen Gebrauch ein intelligenter Speicher mit integrierter Zugriffslogik ist.
11. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (SC) ein flüchtiger Speicher ist.
12. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (SC) ein RAM (Random- Access-Memory) ist.
13. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (SC) ein nichtflüchtiger Speicher ist.
14. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (SC) ein EEPROM ist.
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