DE19841514A1 - Verfahren zum Zuordnen einer Fernbedienung zu einer Basisstation - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie es in der Deutschen Patentanmeldung AZ: 196 45 769.6 beschrieben ist. Danach erfolgt die Zuord­ nung einer Fernbedienung zu einer in einem Kraftfahrzeug an­ geordneten Basisstation, indem letztere ein Suchsignal ab­ setzt, worauf im Reichweitenbereich des Suchsignales befind­ liche Fernbedienungen durch Rücksenden eines Kontaktsignales zu für die Fernbedienungen charakteristischen Zeitpunkten antworten. Durch Auswertung der Eingangszeitpunkte der Kon­ taktsignalrückmeldungen ermittelt die Basisstation die anwe­ senden Fernbedienungen. Eine davon wählt sie aus, und führt mit ihr eine "Challenge-Response"-Verifikation durch. Weil eine eindeutige Fernbedienungserkennung bereits durch Aus­ tausch von nur einem Signal möglich ist, und das Signal, da es nicht sicherheitsrelevant ist, einfach aufgebaut sein kann, erfolgt die gesamte Erkennung sehr schnell. Bestimmend für die Zuordnungsgeschwindigkeit ist daher vor allem die nachfolgende Challenge-Response-Verifikation. Sie basiert auf der Durchführung von sicherheitsrelevanten Rechenopera­ tionen, die umfangreich sind und entsprechend Zeit benöti­ gen. Zur schnellen Berechnung des Challenge- bzw. des Re­ sponsesignales werden speziell für diesen Zweck entwickelte anwenderspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC) einge­ setzt, welche die Challenge- bzw. Responseberechnung in we­ niger als drei Millisekunden durchführen. Damit kann das Auslösen der Zuordnungsprüfung durch Betätigen des Türgrif­ fes eines Fahrzeuges erfolgen, so daß das Öffnen der Tür nur möglich ist, wenn die Fernbedienung als zum Fahrzeug gehörig verifiziert wurde. Der Benutzer bemerkt den Zuordnungsvor­ gang nicht. Die vorgenannten ASICs erfüllen ihre Funktion gut, sind allerdings in der Herstellung vergleichsweise teuer.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Zuordnen ei­ ner Fernbedienung zu einer Basisstation anzugeben, welches eine schnelle Durchführung einer Zuordnungsprüfung, insbe­ sondere eine schnelle Durchführung einer Verifikationskommu­ nikation gestattet.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma­ len des Hauptanspruchs. Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht als Programm in dem in Basisstation bzw. Fernbedie­ nung ohnehin vorhandenen Mikroprozessor realisierbar, und macht die Bereitstellung eines ASIC überflüssig. Es gewähr­ leistet dabei dieselbe Sicherheit wie bei Verwendung eines ASICS. Vorteilhaft läßt sich ein Sicherheitsgewinn realisie­ ren, indem die Geschwindigkeit der Challenge-Response- Berechnung gezielt gesteuert wird, wenn der Challenge- Response-Dialog mehrfach unmittelbar hintereinander durchge­ führt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Zeichnung

Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Zugangsvorrich­ tung, Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung ihres Betriebes.

Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine Basisstation 10, die Teil eines Gerätes oder Gegenstandes sein kann oder einem solchen fest zugeord­ net ist. Beispielsweise kann die Basisstation Teil der Zu­ gangskontrolleinrichtung eines Gebäudes oder eines Kraft­ fahrzeuges sein. Weiterer Bestandteil der in Fig. 1 gezeig­ ten Zugangsvorrichtung ist eine im folgenden Fernbedienung genannte Betätigungseinrichtung 20, welche der Basisstation funktionell über eine Signalübertragungsstrecke 30 berüh­ rungslos zugeordnet ist. Die Fernbedienung kann insbesondere ein Transponder sein. Über nicht dargestellte Wirkverbindun­ gen wirkt die Basisstation 10 auf die technische Einrichtung ein, deren Teil oder der sie zugeordnet ist. Bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug kontrolliert sie beispielsweise den Zugang in das Fahrzeug oder dessen Inbetriebnahme.

Bestandteil der Basisstation 10 ist ein Mikroprozessor 13, welcher den Betrieb der Basisstation 10 kontrolliert, dazu insbesondere die Ausgabe von Signalen veranlaßt und einge­ hende Signale auswertet. Mit dem Mikroprozessor verbunden ist eine Sende-/Empfangseinrichtung 11 zur Abgabe bzw. Ent­ gegennahme von über die Signalübertragungsstrecke 30 berüh­ rungslos übertragenen Signalen. Dem Mikroprozessor 13 ist weiterhin ein Speicher 14 zugeordnet. Darin befinden sich Zuordnungsinformationen, aufgrund derer die Basisstation 10 zuorgeordnete Fernbedienungen 20 erkennt. Die Zuordnungsin­ formationen sind: eine Seriennummer 15, ein Herstellercode 17, ein kryptischer Schlüsselcode 31, ein Verzeichnis 16 mit Informationen über die der Basisstation 10 zugeordneten Fernbedienungen 20, sowie eine Zufallszahl 18. Die Serien­ nummer 15 ist charakteristisch für einander zugeordnete Ba­ sisstationen 10 und Fernbedienungen 20. Sie wird vom Her­ steller der technischen Einrichtung festgelegt, der die Ba­ sisstation 10 bzw. die Fernbedienungen 20 zugeordnet sind. Bei Verwendung in Kraftfahrzeugen etwa kann die Festlegung durch den Fahrzeughersteller erfolgen. Der Herstellercode 17 bezeichnet das zugehörige Gerät, d. h. die Basisstation 10 eindeutig. Er wird vom Hersteller der Basisstation vergeben und ist unveränderbar. Das Verzeichnis 16 beinhaltet für je­ de zugeordnete Fernbedienung 20 einen Datensatz 16a, 16b, 16c, welcher jeweils die Gruppennummer 25 einer Fernbedie­ nung 20, ihren Herstellercode 27, eine Zufallszahl sowie ei­ ne Soll-Response enthält. Die Gruppennummern 25 unterschei­ den dabei die einer Basisstation 10 zugeordneten Fernbedie­ nungen mit gleichen Seriennummern, der jeweils zugehörige Herstellercode 27 dient in Verbindung mit dem kryptischen Schlüsselcode 31 und der Zufallszahl 18, die vom Mikropro­ zessor 13 erzeugt wird, zur Bildung der Soll-Response. Der kryptische Schlüsselcode 31 wird vorzugsweise ebenfalls vom Hersteller der zugehörigen technischen Einrichtung, etwa ei­ nem Fahrzeughersteller festgelegt. Jeweils ein ganzer Daten­ satz 16a, 16b, 16c erlaubt die Verifizierung einer zugehöri­ gen Fernbedienung 20.

Die Fernbedienung verfügt über eine zur basisstationsseiti­ gen Sende- /Empfangseinrichtung 11 korrespondierende Sende- /Emfangseinrichtung 21, zum Empfang von der Basisstation 10 abgegebenen Signalen bzw. zur Abgabe von Signalen an die Ba­ sisstation 10. Analog zur Basisstation ist der Sende- /Empfangseinrichtung 21 ein Mikroprozessor 23 nachgeschaltet welcher den Betrieb der Fernbedienung 20 steuert, wobei er besonders die Auswertung der über die Sende- /Empfangseinrichtung 22 eingehenden Signale vornimmt, abhän­ gig von den Ergebnissen Folgemaßnahmen einleitet und die Ausgabe von Ausgangssignalen überwacht. Dem Mikroprozessor 23 zugeordnet ist eine Speichereinheit 24, worin Zuordnung­ informationen zur Zuordnung der Fernbedienung 20 zu einer Basisstation 10 abgelegt sind. Gespeichert sind dazu - ana­ log zu Basisstation 10 - eine Seriennummer 15, eine Gruppen­ nummer 25, ein Herstellercode 27 sowie ein kryptischer Schlüsselcode 31. Die Bedeutung der Speicherinhalte ent­ spricht jeweils der Bedeutung der gleichartigen Speicherin­ halte im Speicher 14 der Basisstation 10. Der Herstellercode ist durch den Hersteller der Fernbedienung 20 vergeben und bezeichnet sie eindeutig. Die Seriennummer 15 ist ein für die aus Basisstation 10 und zugehörigen Fernbedienungen 20 bestehende Gesamtvorrichtung charakteristischer Code und identisch mit dem Speicher 14 der Basisstation 10 enthalte­ nen Seriennummer. Die Gruppennummer 25 unterscheidet die sel­ be Seriennummer 15 aufweisende Fernbedienungen 20 voneinan­ der. Sie wird bei der Nutzung der Gesamtvorrichtung durch den Anwender festgelegt. Der kryptische Schlüsselcode 31 wird durch den Hersteller der der Basisstation 10 zugehöri­ gen technischen Einrichtung festgelegt und ist identisch mit dem in der Basisstation vorhandenen. In Verbindung mit dem Herstellercode 27 und dem von der Basisstation 10 über die Signalübertragungsstrecke 30 zugeführten Challengesignal di­ net er zur Verifikation der Zugehörigkeit zu einer Basissta­ tion 10.

Zwischen Basisstation 10 und Fernbedienungen 20 besteht eine Signalübertragungsstrecke zur Übertragung berührungslos übertragbarer Signale zwischen der fernbedienungsseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 21 und der basisstationsseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 11. Von der basisstationsseitigen Sende-/Empfangseinrichtung 11 ausgehende Signale erreichen dabei alle innerhalb ihrer Reichweite befindlichen Fernbe­ dienungen 20. Als Signale werden zweckmäßig Infrarot-/oder Hochfrequenzsignale verwendet.

Einer Basisstation 10 können mehrere Fernbedienungen 20 zu­ geordnet sein. Alle Fernbedienungen 20 und die Basisstation 10 verfügen in ihren Speichern 14, 24 über eine identische Seriennummer 15 und verwenden bei der Verifizierung einen kryptischen Schlüsselcode 31. Die einzelnen Fernbedienungen 20 unterscheiden sich durch ihre Gruppennummern 25 und ihre Herstellercodes 27.

Anhand Fig. 2 wird nachfolgend der Betrieb der in Fig. 1 wiedergegebenen Vorrichtung erläutert. Den Ablaufschritten ist dabei jeweils ein Buchstabe B bzw. F vorangestellt, der angibt, ob der zugehörige Ablaufschritt in der Basisstation 10: B oder in einer Fernbedienung 20: F stattfindet.

Der Zuordnungsvorgang wird durch die Betätigung eines nicht dargestellten mechanischen, elektrischen oder elektroopti­ schen Auslösemechanismus durch einen Benutzer ausgelöst, Schritt 100. Bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug kann der Auslösemechanismus insbesondere im Betätigen des Türgriffes bestehen.

Aufgrund eines beim Auslösen abgegebenen Signales setzt der Mikroprozessor 13 der Basisstation 10 zunächst einen inter­ nen Zähler A auf den Wert 0, Schritt 102. Sodann lädt er aus dem Speicher 14 die Zufallszahl 18, welche anschließend das im folgenden "Challenge"-Signal genannte Aktivierungssignal bildet, und die im folgenden "Soll-Response"-Signale ge­ nannten, erwarteten Antwortsignale 16a, 16b, 16c für alle der Basisstation 10 zugeordneten Fernbedienungen 20, Schritt 104. Darauf erhöht er den Zähler A um 1, Schritt 106. Nachfolgend leitet der Mikroprozessor 13 die Abgabe ei­ nes Suchsignales durch die Sende-/Empfangseinrichtung 11 ein, Schritt 108. Das Suchsignal beinhaltet neben einer Start- und Synchronisationsinformation insbesondere die im Speicher 14 abgelegte Seriennummer 15. Es ist zweckmäßig un­ verschlüsselt und wird von allen innerhalb der Reichweite der Signalübertragungsstrecke 30 befindlichen Fernbedienun­ gen 20 über deren Sende-/Empfangseinrichtungen 21 empfangen.

Ihre Mikroprozessoren 23 überprüfen bei Eingang eines Such­ signales, ob die mit dem Suchsignal übertragene Seriennummer 15 mit der im Speicher 24 der Fernbedienung 20 abgelegten, als Referenzsignal dienenden Seriennummer übereinstimmt. Bei Nichtübereinstimmung nimmt die Fernbedienung 20 an der wei­ teren Zugehörigkeitsprüfung nicht mehr teil. Bei Überein­ stimmung der miteinander verglichenen Signale veranlaßt der Mikroprozessor 23 eine Antwort in Form eines Kontaktsigna­ les, Schritt 112. Als Kontaktsignal dient ein kurzes, ein­ fach aufgebautes Signal, beispielsweise die Gruppennummer 25 der jeweiligen Fernbedienung 20 in bitcodierter Form. Zweck­ mäßig ist das Kontaktsignal wie das Suchsignal unverschlüs­ selt. Die Aussendung des Kontaktsignales veranlaßt der Mi­ kroprozessor 24 nach Ablauf einer für die Fernbedienung 20 charakteristischen, durch die Gruppennummer 25 bestimmten Zeitspanne ab dem Eingang des Suchsignales. Sie erfolgt dann in einem Zeitfenster mit vorbestimmter Länge. Die Aussendung ist so bemessen, daß ein sicheres Zuordnen des Kontaktsigna­ les zu dem Zeitfenster sowohl für die Fernbedienung 20 wie für die Basisstation 10 möglich ist.

Durch Prüfen, in welchen Zeitfenstern Kontaktsignale einge­ gangen sind, stellt nun der Mikroprozessor 13 der Basissta­ tion 10 fest, welche Fernbedienungen 20 mit welchen Gruppen­ nummern anwesend sind, Schritt 114. Wird keine anwesende Fernbedienung 20 ermittelt, prüft der Mikroprozessor 13 den Wert des Zählers A, Schritt 116. Ist er kleiner als ein vor­ gegebener Bezugswert, beispielsweise 5, veranlaßt er unmit­ telbar erneut die Aussendung eines Suchsignales und wieder­ holt das Verfahren ab Schritt 106 fortfolgend. Wird der Be­ zugswert überschritten, bricht der Mikroprozessor 13 die Zu­ gehörigkeitsprüfung ab, Schritt 117. Ergab die Prüfung im Schritt 114, daß wenigstens eine Fernbedienung 20 anwesend ist, wählt der Mikroprozessor 13 unter den anwesenden Fern­ bedienungen 20 eine aus, mit welcher er nachfolgend eine Zu­ gehörigkeitsprüfung durchführt, Schritt 118. Nach Auswahl einer Fernbedienung zählt er einen zweiten internen Zähler B um eine Stufe nach oben, Schritt 120. Darauf veranlaßt der Mikroprozessor 13 die Aussendung eines nachfolgend Challen­ ge-Signales über die Sende-/Empfangseinrichtung 11. Als Challenge-Signal dient die im Speicher 14 abgelegte Zufalls­ zahl 18.

Die ausgewählte Fernbedienung 20 empfängt über ihre Sende- /Empfangseinrichtung 21 das Challenge-Signal und bildet dar­ aus durch Verknüpfung mit dem Herstellercode 27 und dem kryptischen Schlüsselcode 31 ein "Response"-Signal, welches sie als Antwortsignal an die Basisstation 10 zurückschickt, Schritt 124.

Deren Mikroprozessor 13 vergleicht nach Erhalt das von der Fernbedienung 20 rückgesandte Response-Signal mit den zuvor im Schritt 104 geladenen Soll-Response-Signal 16a, 16, 16c der ausgewählten Fernbedienung 20, Schritt 126. Stimmen Soll-Response-Signal und Response-Signal überein, setzt der Mikroprozessor 13 den internen Zähler B auf den Wert 0 zu­ rück, Schritt 132 und veranlaßt die Ausgabe eines Freigabe­ signales, welches beispielsweise den Zugang zu einem Kraft­ fahrzeug und/oder dessen Betrieb ermöglicht, Schritt 134. Anschließend bestimmt der Mikroprozessor 13 eine Zufallszahl 18 und ermittelt damit für jede im Verzeichnis 16 eingetra­ gene Gruppennummer 25 ein neues Soll-Response-Signal, Schritt 136. Mit der Zufallszahl 18 und den neu gebildeten Soll-Response-Signalen belegt er die Speicherplätze 16a, 16b, 16c und 18 sodann neu. Die neuen Speicherinhalte dienen als Grundlage für die Zuordnungsprüfung im Anschluß an den nächsten erneuten Auslösevorgang. Mit dem Neubeschreiben der Speicherinhalte 16 und 18 ist der Zugehörigkeitsprüfvorgang beendet, Schritt 138.

Ergibt die Prüfung im Schritt 126, daß das von der Fernbe­ dienung 20 zurückgesandte Response-Signal nicht mit dem vom Prozessor geladenen Soll-Response-Signal 16a, 16b, 16c über­ einstimmt, setzt der Mikroprozessor 13 den internen Zähler B um eine Stufe hoch, Schritt 128. Sodann prüft er, ob der In­ halt des Zählers B einen vorgegebenen Grenzwert, zum Bei­ spiel den Wert 3 überschreitet, Schritt 130. Ist das der Fall, ermittelt der Mikroprozessor 13 gemäß Schritt 136 eine neue Zufallszahl 18 und neue Soll-Response-Signale 16a, 16b, 16c mit denen er die entsprechenden Speicherinhalte im Spei­ cher 14 überschreibt. Danach bricht er den Zuordnungs­ prüfvorgang ab, Schritt 138.

Ergibt die Prüfung im Schritt 130, daß der dem Zähler B zu­ geordnete Grenzwert noch nicht überschritten ist, führt der Mikroprozessor 13 ebenfalls eine Neubestimmung der Zufalls­ zahl 18 und der Soll-Response-Signale 16a, 16b, 16c gemäß Schritt 136 durch. Anschließend fährt er jedoch mit der Wie­ derholung des Schrittes 104 fort und lädt die neubestimmten Speicherinhalte 18 und 16a, 16b, 16c unmittelbar neu, um nachfolgend Schritt 106 auszuführen.

Es kann vorgesehen sein, die Bestimmung einer neuen Zufalls­ zahl und neuer Soll-Responsesignale gemäß Schritt 136 ge­ zielt langsam auszuführen. Da die Neubestimmung bei authori­ sierter Benutzung erst im Anschluß an die Bestätigung der Zugehörigkeit und der Ausgabe eines Freigabesignales er­ folgt, wirkt sich eine langsame Durchführung des Schrittes 136 für den authorisierten Benutzer nicht aus. Hingegen wird einem Nichtberechtigten das Vortäuschen einer Zugehörigkeit einer Fernbedienung zu einer Basisstation erschwert, selbst wenn es ihm gelingen sollte, die Basisstation durch Nachbil­ den eines Kontaktsignales zur Abgabe eines Challengesignales an die Fernbedienung zu veranlassen. Durch gezielte Dehnung der Zeit zur Durchführung des Schrittes 136 wird es zudem er­ schwert, ein richtiges Response-Signal durch permutatives Wiederholen möglicher Response-Signale zu ermitteln.

Claims (9)

1. Verfahren zum Zuordnen einer Fernbedienung zu einer Ba­ sisstation, wobei die Basisstation (10) ein Suchsignal aus­ sendet (108), die Fernbedienung (20) bei Übereinstimmung des Suchsignales mit einem abgespeicherten Referenzsignal ein Kontaktsignal zurücksendet (112), und die Basisstation (10) daraufhin ein bei jeder Zuordnung veränderliches Aktivie­ rungssignal zur Verifikation der Zugehörigkeit zu der Fern­ bedienung abgibt (122), dadurch gekennzeichnet, daß das ver­ änderliche Aktivierungssignal bereits vor Aussendung des Suchsignales von der Basisstation festgelegt (136) und für die Zuordnung nur abgerufen wird (104).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Basisstation (10) bereits vor Absetzen des Suchsi­ gnales auch das Antwortsignal festgelegt wird (136), mit dem die zugehörige Fernbedienung (20) nach Erhalt des veränder­ lichen Aktierungssignales antworten soll.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegung des veränderlichen Aktivierungsignales je­ weils nach Abschluß einer erfolgreichen Zuordnung (126, 134) einer Fernbedienung (20) zu einer Basisstation (10) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein neues veränderliches Aktivierungssignal festgelegt wird (136), wenn ein von einer Fernbedienung (20) auf ein Akti­ vierungssignal hin zurückgesandtes Antwortsignal nicht mit dem in der Basisstation (10) vorbestimmten Sollantwortsignal übereinstimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchsignal mehrfach unmittelbar hintereinander ausge­ sandt wird, wenn auf das vorhergehende Suchsignal ein Kon­ taktsignal nicht eingeht.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungszeit bei der Neufestlegung des veränderli­ chen Aktierungssignales gegenüber der kürzestmöglichen ver­ längert wird.

7. Basisstation zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine Sende-/Empfangseinrichtung (11), welche zur Abgabe von Such- und Aktivierungssignalen sowie zum Empfang von Kontakt- sowie Antwortsignalen von Fernbedienungen (20) aus­ gebildet ist,
• - Mittel (13) zur Veranlassung/Auswertung der über die Sen­ de-/Empfangseinrichtung (11) abzusetzenden/empfangenen Si­ gnale,
• - sowie eine nichtflüchtige Speichereinheit (14) zur Ablage von feststehenden und veränderlichen Zuordnungsinformationen (15, 17, 31, 16, 18) , welche der Basisstation (10) wenig­ stens eine Fernbedienung (20) zuordnen und die Prüfung der Zugehörigkeit erlauben.

8. Basisstation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtflüchtige Speichereinheit (14) als genau einmal Programmierbares Speichermedium ausgeführt ist.

9. Fernbedienung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine Sende-/Empfangseinrichtung (21), welche zum Empfang von Such- und Aktierungssignalen, sowie zur Abgabe von Kon­ takt- und Antwortsignalen ausgebildet ist,
• - Mittel (23) zur Auswertung/Veranlassung empfange­ ner/abzusetzender Signale,
• - sowie eine nichtflüchtige Speichereinheit (24) zur Ablage von Zuordnungsinformationen (15, 25, 27, 31), welche die Fernbedienung (20) einer Basisstation (10) zuordnen.