DE19947180A1 - Contactless chip card has sensor device detecting flexure of card body for controlling chip card function - Google Patents
Contactless chip card has sensor device detecting flexure of card body for controlling chip card functionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Chipkarte.The invention relates to a chip card.
Chipkarten, insbesondere in kontaktloser Ausführung, finden aufgrund ihrer einfachen Handhabung immer größere Verbreitung. Zur Datenkommunikation mit einem Lesegerät müssen sie lediglich in dessen Nähe gebracht werden, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 10 und 100 cm. Die Energieversorgung und die Datenkommunikation zwischen der Chipkarte und dem Lesegerät wird durch induktive Kopplung bewirkt. In manchen Anwendungen kann dabei die Chipkarte in der Kleidung des Benutzers getragen werden. Bevorzugte Anwendungen sind die Zugangskontrolle sowie Bank- und Buchungssysteme.Chip cards, especially in contactless versions, are easy to find Handling increasingly widespread. For data communication with a reader they only need to be brought close to it, preferably at a distance between 10 and 100 cm. The energy supply and the data communication between the chip card and the reader is effected by inductive coupling. In some Applications, the chip card can be worn in the user's clothing. Preferred applications are access control, banking and booking systems.
Datenkommunikationen, bei denen über Geldbeträge verfügt wird, sind besonders sicherheitsbedürftig. Es zeigt sich, daß die Möglichkeit, Daten zwischen der Chipkarte und dem Lesegerät mittels einer induktiven Kopplung über die genannten räumlichen Entfernungen auszutauschen, ohne daß der Benutzer zusätzliche Handhabungsvorgänge veranlassen muß, einen Sicherheitsmangel bildet. Im einfachsten Fall kann es dabei möglich sein, daß der Benutzer mit der Chipkarte unbeabsichtigt in die Nähe eines Lesegerätes kommt und dabei eine unbeabsichtigte Buchung auslöst. Da die besondere Handlung des Benutzers und eine aktuelle Rückmeldung an den Benutzer fehlen, kann ein derartiger Vorgang unbemerkt bleiben. Dies ist jedoch für den Benutzer nicht akzeptabel.Data communications where funds are available are special in need of security. It turns out that the possibility of data between the smart card and the reader by means of an inductive coupling via the spatial Exchange distances without the user having to handle additional operations must cause a lack of security. In the simplest case it can be possible that the user with the chip card inadvertently near a Reader comes and triggers an unintentional booking. Because the special Action by the user and a current feedback to the user may be missing such process go unnoticed. However, this is not acceptable to the user.
Eine andere Gefahr besteht in einem gezielten, unautorisierten Angriff auf einen Kartenbenutzer. Ein möglicher Angreifer könnte ein tragbares Lesegerät benutzen, um mit diesem unbemerkt in die Nähe des Kartenbenutzers und der Chipkarte zu gelangen und dort eine Datenkommunikation auszulösen. Das Risiko derartiger Angriffe wird auf modernen Chipkarten durch leistungsfähige, kryptographische Verschlüsselungsverfahren in Grenzen gehalten.Another danger is a targeted, unauthorized attack on you Card users. A possible attacker could use a portable reader to intercept to get close to the card user and the chip card unnoticed and trigger data communication there. The risk of such attacks increases modern chip cards thanks to powerful, cryptographic encryption processes kept within limits.
Eine neue Methode eines unautorisierten Zugriffs auf eine Chipkarte besteht darin, eine Hochfrequenzverbindung zwischen das Lesegerät und die Chipkarte einzufügen. Durch diese Hochfrequenzverbindung werden Datensignale von der Chipkarte und dem Lesegerät bidirektional in Echtzeit übertragen. Dadurch kann theoretisch jede Art von Identifikationssystem gefälscht werden, wobei zwischen der echten Chipkarte und dem echten Lesegerät eine ungewollte Übertragung autentischer Daten hervorgerufen wird. Auch diese Übertragung kann vom Kartenbenutzer unbemerkt durchgeführt werden.A new method of unauthorized access to a chip card is one Insert high-frequency connection between the reader and the chip card. By this high-frequency connection are data signals from the chip card and the Transfer reader bi-directionally in real time. This can theoretically be any kind of Identification system are falsified, whereby between the real chip card and the unwanted transmission of authentic data is caused by a real reader. This transfer can also be carried out unnoticed by the card user.
Die genannten Gefahren lassen es notwendig erscheinen, für eine Datenkommunikation zwischen einer Chipkarte und einem Lesegerät einen durch den Benutzer absichtlich ausgelösten Befehl vorzusehen.The dangers mentioned make it appear necessary for data communication between a smart card and a reader on purpose by the user provide triggered command.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Chipkarte zu schaffen, die in einfacher und gut handhabbarer Weise eine gezielte, beabsichtigte Auslösung eines Befehls zur Datenkommunikation durch den Benutzer ermöglicht.The invention has for its object to provide a smart card that is simple and good a targeted, intended triggering of a command for Data communication made possible by the user.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Chipkarte gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche nennen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Chipkarte.This object is achieved by a chip card according to claim 1. The subclaims name advantageous embodiments of the invention Smart card.
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete Chipkarte weist den Vorteil auf, daß mechanisch bewegliche Teile auf der Chipkarte vermieden werden. Eine mechanische Abnutzung der erfindungsgemäßen Chipkarte durch die Benutzung tritt nicht auf. Dadurch wird während der gesamten Nutzungsdauer der Chipkarte eine zuverlässige Funktion gewährleistet. Auch sind unbeabsichtigte Fehlbedienungen ausgeschlossen. Die Chipkarte nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise sehr dünn gestaltet werden. Die Herstellung läßt sich einfach in die für Chipkarten üblichen Verfahren einfügen. Es sind wenige oder gar keine zusätzlichen Fertigungsstufen erforderlich. Die Kosten für die Herstellung sind sehr niedrig. Es wird nur eine sehr geringe Anzahl zusätzlicher Schaltungselemente benötigt.A chip card designed according to the invention has the advantage that mechanically Moving parts on the chip card can be avoided. Mechanical wear of the Chip card according to the invention by use does not occur. This will during guaranteed reliable function throughout the life of the chip card. Also unintentional operating errors are excluded. The chip card according to the invention can be made very thin in an advantageous manner. The production is easy insert into the usual procedures for chip cards. There are few or none at all additional manufacturing stages required. The cost of manufacture is very high low. Only a very small number of additional circuit elements are required.
Zur Handhabung hält der Benutzer die erfindungsgemäße Chipkarte in seinem Handteller. Zur Abgabe des elektrischen Signals von den Sensormitteln, d. h. zur Auslösung der gewünschten Datenverarbeitungs- bzw. Datenkommunikationsfunktion wird die Chipkarte in der Hand des Benutzers leicht gebogen. Durch eine gegen Biegung geschützte Aufbewahrung der Chipkarte wird eine Fehlfunktion sicher ausgeschlossen.For handling, the user holds the chip card according to the invention in his Palm. To deliver the electrical signal from the sensor means, i. H. to Triggering the desired data processing or data communication function the chip card is bent slightly in the hand of the user. By one against bending protected storage of the chip card will definitely rule out a malfunction.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are in described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Dehnungsmeßstreifens auf einem Chipkartenkörper, Fig. 1 shows a schematic arrangement of a strain gauge on a chip card body,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Chipkarte mit einem Dehnungsmeßstreifen, Fig. 2 is a schematic cross-section through a chip card with a strain gauge,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung eines von einem Dehnungsmeßstreifen gelieferten elektrischen Signals, Fig. 3 shows a circuit arrangement for evaluating a signal supplied by a strain gauge electric signal,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Chipkarte mit Ausbildung von gegenüber einer Biegeverformung des Kartenkörpers empfindlichen Sensormitteln als kapazitiver Aufnehmer, Fig. 4 is a schematic representation of a cross-section through a chip card with training with respect to a bending deformation of the card body sensitive sensor means as a capacitive transducer,
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung eines von dem kapazitiven Sensor gemäß Fig. 4 gelieferten elektrischen Signals. FIG. 5 shows a circuit arrangement for evaluating an electrical signal supplied by the capacitive sensor according to FIG. 4.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Sensormittel auf einer Trägerfolie 1 für eine Chipkarte. Auf der Trägerfolie 1 sind außer den Sensormitteln, die als Dehnungsmeßstreifen 2 ausgebildet sind, leitende Verbindungen 3, 4 und wenigstens eine elektronische Schaltung auf einem Halbleiterkörper 5 angeordnet. Vorzugsweise umfaßt die elektronische Schaltung 5 eine Auswerteschaltung zum Aufnehmen des elektrischen Signals von dem Dehnungsmeßstreifen 2 und vorzugsweise auch eine Schaltungsanordnung zur Datenverarbeitung, deren Funktion durch das elektrische Signal vom Dehnungsmeßstreifen 2 gesteuert werden soll. Fig. 1 shows the arrangement schematically shows a first embodiment for the sensor means to a carrier film 1 for a chip card. In addition to the sensor means, which are designed as strain gauges 2 , conductive connections 3 , 4 and at least one electronic circuit are arranged on a semiconductor body 5 on the carrier film 1 . The electronic circuit 5 preferably comprises an evaluation circuit for receiving the electrical signal from the strain gauge 2 and preferably also a circuit arrangement for data processing, the function of which is to be controlled by the electrical signal from the strain gauge 2 .
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Chipkarte, die mit einer derartigen Trägerfolie 1 ausgebildet ist, im Bereich des Dehnungsmeßstreifens 2. In an sich üblicher Weise wird diese Chipkarte dadurch hergestellt, daß die Trägerfolie 1 mit den darauf angeordneten Elementen zwischen zwei Kunststoffschichten 6 eingeschweißt wird. Vorzugsweise sind diese Kunststoffschichten 6 asymmetrisch ausgebildet, d. h. sie weisen unterschiedliche Dicken auf. Dadurch wird erreicht, daß der Dehnungsmeßstreifen 2 außerhalb der neutralen Ebene zu liegen kommt, in der bei einer Biegung der Chipkarte keine Dehnung auftritt. Fig. 2 shows a schematic cross-section through a chip card which is formed with such a support film 1, in the region of the strain gauge 2. In a conventional manner, this chip card is produced by welding the carrier film 1 with the elements arranged thereon between two plastic layers 6 . These plastic layers 6 are preferably of asymmetrical design, ie they have different thicknesses. It is thereby achieved that the strain gauge 2 comes to lie outside the neutral plane, in which no stretching occurs when the chip card bends.
Durch Biegung der Chipkarte auf Veranlassung durch den Benutzer hin wird nun der Dehnungsmeßstreifen 2 entweder gedehnt oder gestaucht. Dadurch ergibt sich in an sich bekannter Weise eine Widerstandsänderung des Dehnungsmeßstreifens 2, die von der Auswerteschaltung (elektronische Schaltung 5) detektiert werden kann.By bending the chip card at the instigation of the user, the strain gauge 2 is now either stretched or compressed. This results in a change in resistance of the strain gauge 2 , which can be detected by the evaluation circuit (electronic circuit 5 ), in a manner known per se.
Fig. 3 zeigt schematisch eine einfache Ausführungsform einer derartigen Auswerteschaltung. Deren Kernstück besteht aus einer Differentiationsschaltung 7, die einen zwischen einem Versorgungsspannungsanschluß 8 und Masse 9 angeordneten Spannungsteiler aus zwei Widerständen 10, 11 umfaßt. Eine Anzapfung 12 des Spannungsteilers 10, 11 ist über eine Kapazität 13 mit der leitenden Verbindung 3 gekoppelt, wohingegen die leitende Verbindung 4 an Masse 9 angeschlossen ist. Ein weiterer Widerstand 14 verbindet den Versorgungsspannungsanschluß 8 mit dem Dehnungsmeßstreifen 2 über die leitende Verbindung 3 und ermöglicht so eine Gleichstromspeisung des Dehnungsmeßstreifens 2. Über eine Verstärkerstufe 15 kann das elektrische Signal abgegriffen und beispielsweise einer Schmitt-Trigger-Schaltung über einen Ausgang 16 zugeleitet werden. Fig. 3 shows schematically a simple embodiment of such evaluation circuit. The core of which consists of a differentiation circuit 7 , which comprises a voltage divider arranged between a supply voltage connection 8 and ground 9 and comprising two resistors 10 , 11 . A tap 12 of the voltage divider 10 , 11 is coupled to the conductive connection 3 via a capacitance 13 , whereas the conductive connection 4 is connected to ground 9 . Another resistor 14 connects the supply voltage connection 8 to the strain gauge 2 via the conductive connection 3 and thus enables a direct current supply to the strain gauge 2 . The electrical signal can be tapped via an amplifier stage 15 and, for example, fed to a Schmitt trigger circuit via an output 16 .
Mit einer gemäß Fig. 3 ausgebildeten Auswerteschaltung kann jede Änderung des Widerstandswertes des Dehnungsmeßstreifens 2 ohne Rücksicht auf dessen Richtung und absolute Größe detektiert werden. Eine exakte Messung der Veränderung des Dehnungsmeßstreifens 2 ist dabei auch nicht nötig.With a in FIG. 3 trained evaluation circuit, any change can be detected in the resistance value of the strain gauge 2 regardless of the direction and absolute value. An exact measurement of the change in the strain gauge 2 is also not necessary.
Für die Ausbildung des Dehnungsmeßstreifens 2 kommen bevorzugt piezoresistive Materialien, aber auch leitende Polymere, zur Anwendung. Sie können auf die Trägerfolie 1 durch Druckvorgänge, Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht werden.Piezoresistive materials, but also conductive polymers, are preferably used to form the strain gauge 2 . They can be applied to the carrier film 1 by printing processes, vapor deposition or sputtering.
In einer Abwandlung kann anstelle eines Dehnungsmeßstreifens 2 ein Streifen aus piezoelektrischem Material zur Anwendung kommen, welches bei mechanischer Verformung eine große Ladungsänderung hervorruft. Dafür eignet sich beispielsweise Polyvinyldiofluorid (PVDF).In a modification, instead of a strain gauge 2, a strip made of piezoelectric material can be used, which causes a large change in charge when mechanically deformed. For example, polyvinyl diofluoride (PVDF) is suitable for this.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden die Sensormittel zum Abgeben des elektrischen Signals durch einen Folienkondensator 17 gebildet, wie er schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Zur Bildung eines solchen Folienkondensators 17 kann vorzugsweise die Trägerfolie 1 teilweise beidseitig metallisiert sein. Ein solcher Folienkondensator 17 läßt sich sehr einfach gemeinsam mit weiteren leitenden Anordnungen auf der Trägerfolie 1, beispielsweise den leitenden Verbindungen 3, 4 oder von Antennenspulen, herstellen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kunststoffschichten 6 asymmetrisch angeordnet. Beim Biegen der Chipkarte wird die Trägerfolie 1 je nach Biegerichtung gedehnt oder gestaucht. Dadurch ändern die Folien des Folienkondensators 17 ihre Abmessungen; außerdem verändert sich die Dicke der Trägerfolie 1 elastisch. Durch diese Effekte wird der Kapazitätswert des Folienkondensators 17 verändert. Diese Änderung kann beispielsweise mit einer Schaltungsanodnung wie in Fig. 5 dargestellt, detektiert werden.In a second exemplary embodiment, the sensor means for emitting the electrical signal are formed by a film capacitor 17 , as is shown schematically in FIG. 4. To form such a film capacitor 17 , the carrier film 1 can preferably be partially metallized on both sides. Such a film capacitor 17 can be produced very easily together with further conductive arrangements on the carrier film 1 , for example the conductive connections 3 , 4 or antenna coils. In this embodiment too, the plastic layers 6 are arranged asymmetrically. When bending the chip card, the carrier film 1 is stretched or compressed depending on the bending direction. As a result, the films of the film capacitor 17 change their dimensions; in addition, the thickness of the carrier film 1 changes elastically. The capacitance value of the film capacitor 17 is changed by these effects. This change can be detected, for example, with a circuit arrangement as shown in FIG. 5.
Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung einer Antennenspule 20, des Folienkondensators 17 und einer abgewandelten elektronischen Schaltung 50 auf der Trägerfolie 1 der Chipkarte. Die Antennenspule 20 dient dabei der Datenkommunikation der Chipkarte mit einem Lesegerät. Im Betrieb wird die Antennenspule 20 mit einer elektromagnetischen Welle vom Lesegerät her beaufschlagt. Dadurch tritt an den Anschlüssen der Antennenspule 20 eine hochfrequente Wechselspannung auf, die außer zur Datenkommunikation beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung auch für die Detektion der Veränderung des Kapazitätswertes des Folienkondensators 17 eingesetzt wird. Dazu umfaßt die abgewandelte, elektronische Schaltung 50 außer den Einrichtungen zur Datenkommunikation auch eine kapazitive H-Brücke, bestehend aus dem Folienkondensator 17 und drei weiteren festen Kapazitäten 21, 22, 23. In dieser H-Brücke sind der Folienkondensator 17 und eine erste Kapazität 21 der festen Kapazitäten zwischen den Anschlüssen der Antennenspule 20 in Reihe geschaltet. Ebenso liegt eine zweite Reihenschaltung aus den festen Kapazitäten 22, 23 zwischen den Anschlüssen der Antennenspule 20. Die genannten Reihenschaltungen bilden zwei Anzapfungen 25, 26, die mit Eingängen einer Schaltungsanordnung 27 verbunden sind, die einen Differenzverstärker, einen Spitzengleichrichter und eine Differentiationsschaltung umfaßt. Eine weitere feste Kapazität 24 überbrückt ebenfalls die Anschlüsse der Antennenspule 20. FIG. 5 schematically shows the arrangement of an antenna coil 20 , the film capacitor 17 and a modified electronic circuit 50 on the carrier film 1 of the chip card. The antenna coil 20 is used for data communication of the chip card with a reader. In operation, the antenna coil 20 is subjected to an electromagnetic wave from the reader. As a result, a high-frequency AC voltage occurs at the connections of the antenna coil 20 , which is used not only for data communication in the present exemplary embodiment of the invention but also for the detection of the change in the capacitance value of the film capacitor 17 . For this purpose, the modified electronic circuit 50 comprises, in addition to the devices for data communication, also a capacitive H-bridge, consisting of the film capacitor 17 and three further fixed capacitors 21 , 22 , 23 . In this H-bridge, the film capacitor 17 and a first capacitance 21 of the fixed capacitances are connected in series between the connections of the antenna coil 20 . Likewise, there is a second series connection of the fixed capacitances 22 , 23 between the connections of the antenna coil 20 . The series circuits mentioned form two taps 25 , 26 which are connected to inputs of a circuit arrangement 27 which comprises a differential amplifier, a peak rectifier and a differentiation circuit. Another fixed capacitance 24 also bridges the connections of the antenna coil 20 .
Mit der beschriebenen Schaltungsanordnung kann über die kapazitive H-Brücke die Veränderung des Kapazitätswertes des Folienkondensators 17 bei einer Biegeverformung der Chipkarte leicht detektiert werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Spannung von der Antennenspule 20 mit ausgenutzt. Dadurch benötigt die abgewandelte elektronische Schaltung 50 gegenüber der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 nur einen weiteren Anschluß. Durch eine Biegeverformung der Chipkarte wird der Abgleich der H- Brücke gestört. Der Differenzverstärker in der Schaltungsanordnung 27 liefert dadurch einen Wechsel seiner Ausgangsspannung. Dieser Wechsel, der sich als Wechselspannungssignal zeigt, wird gleichgerichtet und differenziert. Damit wird ein elektrisches Signal von den Sensormitteln gewonnen, welches demjenigen aus Fig. 3 entspricht.With the circuit arrangement described, the change in the capacitance value of the film capacitor 17 when the chip card is deformed can be easily detected via the capacitive H-bridge. In this case, the voltage from the antenna coil 20 is advantageously used. As a result, the modified electronic circuit 50 requires only one further connection compared to the circuit arrangement according to FIG. 3. The alignment of the H-bridge is disturbed by bending the chip card. The differential amplifier in the circuit arrangement 27 thereby delivers a change in its output voltage. This change, which shows up as an AC voltage signal, is rectified and differentiated. An electrical signal is thus obtained from the sensor means, which corresponds to that from FIG. 3.
In einer Abwandlung der Erfindung, in der piezoelektrische Materialien als Sensormittel zum Einsatz kommen, wird zur Detektion ein Ladungsverstärker vorteilhaft eingesetzt.In a modification of the invention, in the piezoelectric materials as sensor means are used, a charge amplifier is advantageously used for detection.
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