DE19718479C1 - Chipkarte mit Speicherzugriffsmaximierung und Protokollierung - Google Patents

Description

Chipkarten weisen häufig einen nichtflüchtigen Speicher auf, dessen Speicherzellen nur eine maximal mögliche Anzahl von schreibenden Speicherzugriffen zulassen. Derartige Speicher sind beispielsweise nichtflüchtige EEPROM-Speicherelemente. Diese erlauben derzeit etwa hunderttausend speichernde, d. h. inhaltsverändernde Zugriffe pro Speicheradresse. Bei einem Versuch, über die Maximalanzahl hinausgehende speichernde Zu­ griffe auszuführen, ist nicht mehr sichergestellt, daß die entsprechende Speicheradresse den neuen Speicherwert dauer­ haft beibehält oder diesen überhaupt annimmt.

Aus der EP 0 562 669 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestätigung der in einen Speicher eingeschriebenen Daten bekannt. Der ak­ tuelle Wert und die Position für einen folgenden, abzuspei­ chernden Datensatz wird dabei durch die relative Position zu den Adressen von zwei gelöschten Speicherzellen ermittelt.

Aus der EP 0 544 252 A2 ist ein Daten Managementsystem für einen Speicher bekannt, der in Speicherbereiche unterteilt ist und in den Daten nur mit einer begrenzten Häufigkeit ein­ geschrieben werden können. Mit dem Daten Managementsystem soll eine Vergleichmäßigung der Schreibzugriffe auf den Spei­ cher erreicht werden. Hierzu wird bei jedem Speicherbereich die Anzahl der bereits erfolgten Programmierzugriffe erfaßt. Neue Daten werden dann in denjenigen Speicherbereich einge­ schrieben, welcher die aktuelle geringste Anzahl an Program­ mierzugriffen aufweist.

Bei Chipkartenanwendungen, welche eine hohe Anzahl von spei­ chernden Zugriffen ermöglichen sollen, liegen deshalb Daten­ felder, welche sehr häufig verändert werden müssen, bei­ spielsweise in Form eines 'ringpufferartigen Speicherbereichs' oder eines 'multischreibfähigen Speicherbereichs' vor.

Fig. 1 zeigt beispielhaft einen bekannten, sogenannten 'ringpufferartigen Speicherbereich' PS'. Dieser weist gleich­ artig strukturierte Datenfelder F1' bis Fn' auf, welche je­ weils eine maximal mögliche Anzahl von schreibenden Speicher­ zugriffen zulassen. Ein zu schreibender Datensatz wird bei einem ersten schreibenden Speicherzugriff zunächst in dem er­ sten Datenfeld F1' abgespeichert. Bei einem weiteren schrei­ benden Speicherzugriff wird der Datensatz im zweiten und bei weiteren schreibenden Speicherzugriffen in den folgenden Da­ tenfeldern F2' bis Fn' abgespeichert. Danach werden nachein­ ander wieder das erste, das zweite und die nachfolgenden Da­ tenfelder F1' .. Fn' beschrieben. Ein Speicherelement X' dient dabei als Zeiger z1' .. zn', der auf das aktuell zu beschrei­ bende Datenfeld F1', F2' .. oder Fn' zeigt. Ist das Speichere­ lement X' mit dem Zeiger zn' bei dem Datenfeld Fn' angekom­ men, folgt als nächstes wieder das erste Datenfeld F1' mit dem Zeiger zn'. Durch die in der Fig. 1 durch den Pfeil s' angedeutete rotierende Abspeicherung in den Datenfeldern F1' .. Fn' liegt gleichzeitig eine Protokollierung der vorange­ gangenen schreibenden Speicherzugriffe vor, da die Datenfel­ der F1' .. Fn' der Anzahl n neben dem aktuellen Datensatz noch die vorangegangen Datenfelder der Anzahl n - 1 aufweisen. Eine Protokollierung ist beispielsweise bei Chipkarten erwünscht, welche Verwendung im elektronischen Geldtransfer finden und bei denen eine Protokollierung der letzten Buchungsvorgänge oder vorangegangener Verschlüsselungswerte erfolgen muß.

Nachteilig ist es, daß das Speicherelement X', welches als Zeigerelement dazu dient, das als nächstes zu beschreibende Datenfeld anzugeben, in der Regel ein nichtflüchtiges Spei­ cherelement mit einer maximal zulässigen Anzahl von schrei­ benden Speicherzugriffen ist. Wird die 'Lebensdauer' des Speicherelements X' überschritten, so ist nicht mehr sicher­ gestellt, daß der abgespeicherte Zeigerwert z1' .. zn' von der Speicherzelle sicher beibehalten wird.

Besonders nachteilig ist es, daß bei Erreichen der maximal zulässigen Anzahl von schreibenden Speicherzugriffen auf das Speicherelement X' demgegenüber auf die Datenfelder F1' bis Fn' entsprechend der Anzahl von n Datenfeldern F1' .. Fn' erst das 1/n-fache der maximal möglichen schreibenden Speicherzu­ griffe erreicht ist. Die 'Lebensdauer' der Datenfelder F1' .. Fn' wird somit nicht voll ausgenutzt.

In der Fig. 2 ist beispielhaft ein weiterer, bekannter Spei­ cher PS'' dargestellt, der in Form eines sogenannten 'multi­ schreibfähigen Speicherbereichs' vorliegt. Dabei dient ein Speicherelement X'' als Zeiger bzw. Index für die Datenfelder F1'' .. Fn''. Dies ist in der Fig. 2 beispielhaft durch die mit den Bezugszeichen z1'' bis zn'' versehenen Pfeile darge­ stellt. Im Unterschied zu der in der Fig. 1 dargestellten Zugriffsweise, wird dabei von schreibenden Speicherzugriffen solange auf ein bestimmtes Datenfeld zugegriffen, bis für dieses die maximale Zugriffsanzahl erreicht ist. Dann erst wird der Zeigerwert z1'' .. zn'' des Speicherelements X'' auf das folgende Datenfeld F2'' .. Fn'' gesetzt. Ist der letzte Zeigerwert zn'' des Speicherelements X'' erreicht und die ma­ ximale Zugriffsanzahl des Datenfelds Fn'' ausgeschöpft, so können keine weiteren speichernden Zugriffe mehr ausgeführt werden. Insgesamt können somit auf den Speicher PS'' das n- fache der maximalen Anzahl schreibender Speicherzugriffe be­ züglich eines einzelnen Datenfelds F1'' .. Fn'' ausgeführt wer­ den.

Nachteilig ist es, daß keine gleichzeitige Protokollierung vorangegangener schreibender Speicherzugriffe erfolgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Chipkarte mit einem nur eine begrenzte, maximale Anzahl von den Speicherinhalt verän­ dernden Speicherzugriffen zulassenden Speicher anzugeben, welche die Ausnutzung der maximalen Anzahl schreibender Spei­ cherzugriffe auf den Speicher und eine Protokollierung der vorangegangenen Speicherzugriffe ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst mit der im Anspruch 1 angegebenen er­ findungsgemäßen Chipkarte und dem im Anspruch 3 angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb der Chipkarte.

Vorteilhaft ist es, daß entsprechend der Anzahl n der verwen­ deten Speicherbereiche das n-fache der maximal möglichen An­ zahl schreibender Speicherzugriffe bezüglich eines einzelnen Speicherbereichs ausführbar sind. Gemäß der Erfindung erfolgt dabei gleichzeitig eine Protokollierung der Protokollie­ rungstiefe n - 1 vorangegangener schreibender Speicherzugriffe.

Die Erfindung ist somit vorteilhaft für Chipkartenanwendungen geeignet, welche eine hohe Anzahl von schreibenden Speicher­ zugriffen und eine Protokollierung vorangegangener, schrei­ bender Speicherzugriffe aufweisen sollen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird desweiteren anhand der in den nachfolgend kurz angeführten und oben bereits zum Teil beschriebenen Fi­ guren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Dabei zeigt beispielhaft:

Fig. 1 einen bekannten Aufbau eines Speichers, welcher in Form eines sogenannten 'ringpufferartigen Speicherbe­ reichs' vorliegt und eine Protokollierung vorangegan­ gener, schreibender Speicherzugriffe aufweist, und

Fig. 2 einen bekannten Aufbau eines Speichers, welcher in Form eines sogenannten 'multischreibfähigen Speicher­ bereichs' ohne Protokollierungsmöglichkeit vorliegt.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer gemäß der Erfin­ dung aufgebauten Chipkarte,

Fig. 4a einen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ge­ stalteten Aufbau des Speichers mit Speicherbereichen und diesen zugeordneten Kennfeldern und Kennwerten,

Fig. 4b den in der Fig. 4a dargestellten Aufbau des Speichers, wobei die Änderung der Kennwerte dargestellt ist, welche durch einen schreibenden Speicherzugriff be­ wirkt werden.

In der Fig. 3 ist eine gemäß der Erfindung aufgebaute Chip­ karte CK mit einem Hauptspeicher S dargestellt. Der Haupt­ speicher S weist dabei zumindest einen nichtflüchtigen Spei­ cher PS auf, dessen Speicherzellen F11 .. Fnm eine maximale An­ zahl von schreibenden Speicherzugriffen ermöglichen. Unter schreibenden Speicherzugriffen sind dabei Speicherzugriffe zu verstehen, welche den Dateninhalt von Speicherzellen F11 .. Fnm verändern, wie beispielsweise Schreib- und Löschzugriffe. Als nichtflüchtiger Speicher PS dienen beispielsweise sogenannte EEPROM-Speicherbausteine. Des weiteren weist die Chipkarte CK eine Programmausführungseinheit P auf. Diese umfaßt bei­ spielsweise einen Mikroprozessor, Ein-/Ausgabeschnittstellen, ein Adreßregister und einen Programmzähler, sowie möglicher­ weise weitere flüchtige und/oder nichtflüchtige Speicher, insbesondere sogenannte RAM- und/oder ROM-Speicherbausteine.

In den Fig. 4a und 4b ist jeweils beispielhaft ein gemäß der Erfindung gestalteter Aufbau des nichtflüchtigen Spei­ chers PS dargestellt. Dieser weist zumindest Speicherbereiche F1 .. Fn auf, denen gemäß der Erfindung jeweils ein Kennfeld z1 .. zn zugeordnet ist. Die Speicherbereiche F1 .. Fn setzten sich dabei insbesondere aus Speicherzellen F11 .. Fnm des nichtflüchtigen Speichers PS zusammen. Im Beispiel der Fig. 4a und 4b weisen die Speicherbereiche F1 .. Fn jeweils m Speicherzellen F11 .. F1m bis Fn1 .. Fnm auf. Vorzugsweise weisen die Speicherbereiche F1 .. Fn dabei die gleiche, beliebige Grö­ ße auf. Der nichtflüchtige Speicher PS kann in Form eines einzigen Speicherbausteins oder auch auf mehrere Speicherbau­ steine verteilt auf der Chipkarte CK vorliegen.

Des weiteren weisen die in den Fig. 4a und 4b dargestell­ ten Kennfelder z1 .. zn jeweils einen Kennwert i .. i + (n - 1)Δ bzw. i + 1Δ .. i + nΔ auf. Die Größe der Kennwerte i .. i + (n - 1)Δ bzw. i + 1Δ .. i + nΔ ist dabei ein Maß für die zeitliche Abfolge F, mit der schreibende Speicherzugriffe auf die jeweils zugeord­ neten Speicherbereiche F1 .. Fn erfolgt sind. Gemäß der Erfin­ dung greift die Programmausführungseinheit P der Chipkarte CK bei einem schreibenden Speicherzugriff auf den Speicher PS auf denjenigen Speicherbereich F2 bzw. F3 zu, welcher als äl­ tester beschrieben wurde. Die Bestimmung des ältest beschrie­ benen Speicherbereichs F2 bzw. F3 wird durch die Auswertung der Kennwerte i .. i + (n - 1)Δ bzw. i + 1Δ .. i + nΔ bewirkt. Des wei­ teren wird gemäß der Erfindung durch die Programmausführungs­ einheit P der Kennwert i bzw. i + 1Δ des diesem zugeordneten Kennfelds z2 bzw. z3 derartig verändert, daß der zugeordnete Speicherbereich F2 bzw. F3 von der Programmausführungseinheit P als jüngster beschriebener erkannt wird.

In einer bevorzugten und in den Fig. 4a und 4b dargestell­ ten Ausführungsform der Erfindung bilden die Kennwerte i .. i + (n - 1)Δ bzw. i + 1Δ .. i + nΔ der Kennfelder z1 .. zn eine auf- bzw. absteigende Folge X. Bei einem schreibenden Speicherzu­ griff auf den Speicher PS wird durch die Programmausführungs­ einheit P erfindungsgemäß der entsprechende Kennwert i durch Erhöhung bzw. Erniedrigung derartig verändert, daß dieser in der auf- bzw. absteigenden Folge X der Kennwerte i .. i + nΔ den höchsten bzw. niedrigsten Wert aufweist. Insbesondere wird dabei zur Erhöhung bzw. Erniedrigung eines Kennwerts eine Konstante nΔ addiert bzw. subtrahiert. Die Konstante nΔ weist beispielsweise mit einem Δ = 1 den Wert nΔ = n auf.

Wird bei der Erhöhung eines Kennwerts ein Maximalwert über­ schritten, so wird der Kennwert vorzugsweise auf einen Mini­ malwert gesetzt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn als Kennfeld z1 .. zn ein Speicher-Byte verwendet und dessen Maximalwert von dezimal 255 überschritten wird. Es erfolgt dann beispielsweise das Rücksetzen auf einen Minimalwert von dezimal 0. Entsprechend umgekehrt kann bei einer anderen vor­ teilhaften Ausführungsform der Erfindung bei der Erniedrigung von Kennwerten bei Unterschreitung eines Minimalwerts der Kennwert auf einen Maximalwert gesetzt werden.

Die Anzahl n der Speicherbereiche F1 .. Fn der Chipkarte CK kann insbesondere auf die maximal mögliche Anzahl von den Speicherinhalt verändernden Zugriffen auf einen Speicherbe­ reich F1 .. Fn oder auf die Länge der notwendigen Protokollie­ rungsschritte abgestimmt werden. Die Anzahl der Protokollie­ rungsschritte entspricht dabei der Anzahl n der Speicherbe­ reiche F1 .. Fn. Die maximale Gesamtanzahl möglicher schreiben­ der Speicherzugriffe auf den Speicher PS der Chipkarte CK entspricht dabei dem Produkt aus der Anzahl n der Speicherbe­ reiche F1 .. Fn und der maximalen Anzahl schreibender Speicher­ zugriffe, welche jeweils ein Speicherbereich F1 .. Fn des Spei­ chers PS zuläßt.

Im Folgenden wird an dem in den Fig. 4a und 4b dargestell­ ten Beispiel beschrieben, wie bei der Chipkarte CK gemäß der Erfindung schreibende Speicherzugriffe durch Rotation auf die entsprechenden Speicherbereiche F1 .. Fn des Speichers PS ge­ leitet werden. Vorteilhaft werden somit eine maximale Anzahl von den speicherinhalt verändernden Zugriffen auf den Spei­ cher PS ermöglicht und eine gleichzeitige Protokollierung der Speicherzugriffe bewirkt. Der Speichers PS bildet somit ins­ besondere einen ringpufferartig aufgeteilten Speicher, wel­ cher auch als sogenanntes 'Cyclic File' bezeichnet wird. Dies ist in den Fig. 4a und 4b beispielhaft durch die Pfeile s dargestellt. Die Kennfelder z1 in Fig. 4a bzw. z2 in Fig. 4b mit dem größten Kennwert i + (n - 1)Δ bzw. i + nΔ werden hier von der Programmausführungseinheit P als die jeweils jüngst beschriebenen erkannt:

Im Beispiel der Fig. 4a weist das Kennfeld z1 den größten Kennwert i + (n - 1)Δ, das Kennfeld z2 den kleinsten Kennwert i auf. Der dem Kennfeld z1 zugeordnete und im Beispiel der Fig. 4a grau gefärbte Speicherbereich F1 enthält somit die ak­ tuellsten, d. h. jüngsten Dateninhalte, während der Kennfeld z2 zugeordnete Speicherbereich F2 die ältesten Dateninhalte enthält. Die bezüglich der Folge X bzw. der zeitlichen Abfol­ ge F dazwischen liegenden Kennfelder z3 .. zn bzw. der diesen zugeordneten Speicherbereichen F3 .. Fn enthalten gemäß der Er­ findung Dateninhalte, welche in der zeitlichen Abfolge zwi­ schen dem jüngsten und ältesten schreibenden Speicherzugriff im Speicher PS abgespeichert wurden. Dadurch wird gemäß der Erfindung eine Protokollierung bewirkt. Des weiteren sind insbesondere auch andere Zuordnungsalgorithmen zur Zuordnung von Kennwerten zu den Kennfeldern z1 .. zn anwendbar. Die Pro­ grammausführungseinheit P der Chipkarte CK bestimmt dabei mittels Auswertung der Kennfelder z1 .. zn die zeitliche Abfol­ ge F der schreibenden Speicherzugriffe auf die Speicherberei­ che F1 .. Fn.

Ein auf den Speicher PS der Chipkarte CK erfolgender schrei­ bender Speicherzugriff, beispielsweise ein Schreibzugriff, erfolgt gemäß der Erfindung auf den Speicherbereich, welcher als ältester beschrieben wurde. Im Beispiel der Fig. 4a ist dies der Speicherbereich F2, da das diesem zugeordnete Kenn­ feld z2 den gegenüber den anderen Kennwerten kleinsten Kenn­ wert i aufweist. Bei einem Schreibzugriff wird nun erfin­ dungsgemäß der Kennwert i des Kennfelds z2 erhöht, wie in der Fig. 4b dargestellt ist. Während im Beispiel der Fig. 4a der größte Kennwert in Höhe von i + (n - 1)Δ im Kennfeld z1 vor­ lag, liegt in der Fig. 4b der größte Kennwert in Höhe von i + nΔ nun im Kennfeld z2 vor. Im Beispiel der Fig. 4b erkennt die Programmausführungseinheit P somit den dem Kennfeld z2 zugeordneten und grau gefärbten Speicherbereich F2 als den jüngsten beschriebenen. Bei einem weiteren schreibenden Spei­ cherzugriff würde nun auf das den kleinsten Kennwert i + 1Δ aufweisende Kennfeld z3 und den diesem zugeordneten Speicher­ bereich F3 zugegriffen werden.

Claims (7)

1. Chipkarte (CK) mit einer Programmausführungseinheit (P) und einem nichtflüchtigen Speicher (PS), dessen Speicherzel­ len (F11 .. Fnm) eine maximale Anzahl von schreibenden Spei­ cherzugriffen zuläßt, wobei

• a) der nichtflüchtige Speicher (PS) zumindest Speicherbe­ reiche (F1 .. Fn) aufweist, denen jeweils ein Kennfeld (z1 .. zn) zugeordnet ist,
• b) die Kennfelder (z1 .. zn) jeweils einen Kennwert (X, i .. i + (n - 1)Δ) aufweisen, wobei die Größe der Kennwerte (i .. i + (n - 1)Δ) ein Maß für die zeitliche Abfolge (F) ist, mit der schreibende Speicherzugriffe auf die jeweils zu­ geordneten Speicherbereiche (F1 .. Fn) erfolgt sind, und
• c) die Programmausführungseinheit (P) bei einem schreiben­ den Zugriff auf den nichtflüchtigen Speicher (PS)
  • 1. durch Auswertung der Kennwerte (X, i .. i + (n - 1)Δ) den Speicherbereich (F2) bestimmt, welcher als ältester beschriebenen wurde, und auf diesen zugreift, und
  • 2. den Kennwert (i) des diesem zugeordneten Kennfelds (z2) derartig verändert, daß der zugeordnete Spei­ cherbereich (F2) von der Programmausführungseinheit (P) als jüngster beschriebener erkannt wird.

2. Chipkarte (CK) nach Anspruch 1, wobei der nichtflüchtige Speicher (PS) in Form wenigstens eines EEPROM-Speicherbau­ steins vorliegt.

3. Verfahren zum Betrieb einer Chipkarte (CK) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei

• a) die Kennwerte (i .. i + (n - 1)Δ) der Kennfelder (z1 .. zn) eine auf- bzw. absteigende Folge (X) bilden, und
• b) die Programmausführungseinheit (P) bei einem schreiben­ den Speicherzugriff auf den nichtflüchtigen Speicher (PS) den entsprechenden Kennwert (i) durch Erhöhung bzw. Erniedrigung derartig verändert, daß dieser in der auf- bzw. absteigenden Folge (X) der Kennwerte (i .. i + nΔ) den höchsten bzw. niedrigsten Wert (i + nΔ) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur Erhöhung bzw. Ernied­ rigung eines Kennwerts (i + 1Δ) eine Konstante (nΔ) addiert bzw. subtrahiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Konstante (nΔ) der Anzahl der Speicherbereiche (F1 .. Fn) entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei Kennwer­ te (i .. i + nΔ), welche bei einer Erhöhung einen Maximalwert überschreiten, auf einen Minimalwert gesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei Kennwer­ te (i .. i + nΔ), welche bei einer Erniedrigung einen Minimalwert unterschreiten, auf einen Maximalwert gesetzt werden.