DE2907389C3

DE2907389C3 - Verfahren zum Codieren und Prüfen von Berechtigungskarten

Info

Publication number: DE2907389C3
Application number: DE2907389A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Current assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Priority date: 1978-03-02
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE2907389A1; FR2418955A1; JPS54118146A; FR2418955B1; DE2907389B2; US4204638A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Codieren eines Satzes von Berechtigungskarten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung läßt sich besonders wirksam auf dem Gebiet der automatischen Geräte anwenden, die eine große Sicherheit gegen Betrug aufweisen müssen. Dies ist beispielsweise der Fall bei automatischen Ausgabeeinrichtungen für Banknoten. Einen weiteren und noch neueren Anwendungsfall könnten Telefonapparate mit fortlaufender Bezahlung darstellen, für die der Benutzer Karten kaufen muß, die eine bestimmte Anzahl von Gebühreneinheiten verkörpern, worauf dann eine solche Karte in den Apparat einzuführen ist, um ihn freizugeben, und die einzelnen Gebühreneinheiten nacheinander und in regelmäßigen Abständen während der Dauer der Verbindung entwertet werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Bei den heute üblichen Techniken wird vor allem mit magnetischer Codierung gearbeitet, wie dies beispielsweise für Dauerkarten bei gewissen öffentlichen Verkehrsmitteln oder für Kreditkarten aus Kunststoff zutrifft, die mit Spuren aus magnetischem Material versehen sind und beispielsweise den Zugang zu automatischen Einrichtungen zur Banknotenausgabe ermöglichen können. Leider ist es jedoch für gut organisierte Betrüger relativ einfach, .den auf einer solchen Karte eingeschriebenen Code zu entschlüsseln und dann eine falsche Karte zu reproduzieren.

Bekannt und von etwas höherem Sicherheitsgrad ist weiter die Möglichkeit einer Codierung mittels optischer Beugungsgitter, wobei die betreffende Karte dann ein oder mehrere solche Gitter trägt, die in den meisten Fällen durch Kopieren eines Originalgitters erhalten sind. In einem Lesegerät für das Entschlüsseln des Codes

to und die Identifizierung der jeweiligen Karte werden dann diese Beugungsgitter mit Lichtstrahlen beleuchtet, und es erscheinen dann Beugungsstrahlen in genau festgelegten Richtungen, die von der Einfallsrichtung für das Gitter und von der Strichteilung der Gitter abhängen. Es reicht daher aus, wenn das Lesegerät Detektoren an den Stellen enthält, wo normalerweise ein Beugungsstrahl aufzufangen ist

Diese Arbeitsweise führt bereits zu einer relativ schwer nachzuahmenden Codierung, wenn man die elementare Vorsichtsmaßregel trifft, das oder die Beugungsgitter in ein transparentes Harz von extremer Haftfähigkeit einzubetten; es ist da nämlich praktisch unmöglich, das jeweilige Beugungsgitter durch Abformen zu reproduzieren, da jeder Versuch, die Gitter durch Abreißen der sie abdeckenden Harzschicht freizulegen, zu vollständiger Zerstörung der Gitter führen muß.

So soll durch ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art (vgl. DE-AS 25 38 875) eine große Fälschungssicherheit zusammen mit einem hohen Übertragungswirkungsgrad erreicht werden, ohne zahlreiche Fotodetektoren wie bei Matrixanordnungen zu benötigen. Aber auch eine solche Codierung mit Hilfe von Beugungsgittern und der Graviermaschine bietet dennoch keine absolute Sicherheit, da ein Fälscher immer noch durch Untersuchung der Lichtbeugung an den Gittern einer gültigen Karte die Strichteilung dieser Gitter bestimmen und die Gitter dann auf mechani schem oder holographischem Wege reproduzieren könnte. Dies setzt zwar offensichtlich einen erheblichen technischen Aufwand voraus, es ist aber durchaus vorstellbar, daß auch ein solcher Aufwand hinreichend gut organisierte kriminelle Vereinigungen nicht abhal ten wird, da die aus einem solchen Betrug zu ziehenden Gewinne hinreichend groß sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Fälschungssicherheit gegenüber dem bekannten Verfahren zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß

durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen

Merkmale gelöst. Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird auf

die Zeichnung Bezug genommen, in der eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht ist Das dargestellte Beispiel bezieht sich auf die Codierung und Prüfung von Karten, die für eine fortlaufende Gebührenentrichtung bei von öffentli chen Sprechstellen aus geführten Ferngesprächen bestimmt sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Karte mit gemäß der Erfindung codierten Gebühreneinheiten und

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Einrich-

tung zum Auslesen und Prüfen solcher Karten und zum fortlaufenden Entwerten der einzelnen Gebühreneinheiten.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt eine Karte 1, die

beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann und eine Folge von Aufdrucken 2 trägt, die in der Praxis ebensoviel reflektierende Beugungsgitter sind. Jedes dieser Gitter wird durch Einprägung von Strichen mit Hilfe einer Negativmatrize erhalten, die ihrerseits ausgehend von einem Originalgitter gewonnen wird, das mit Hilfe einer üblichen Graviermasdiine graviert worden ist Die einzelnen Streifen sind in üblicher Weise mit einer sehr dünnen Schicht aus Metall überzogen, um eine reflektierende Oberfläche zu schaffen, die ihrerseits mit einem durchsichtigen Kunstharz überzogen ist, das sowohl auf der reflektierenden Oberfläche als auch auf dem Trägermaterial der Karte 1 fest haftet, so daß es von den Gittern nicht abgezogen werden kann, ohne diese zu zerstören. Jedes solche Gitter stellt eine Gebühreneinheit für Ferngespräche dar, und die gesamte Karte 1 kann dann am Postschalter für einen ihren Gesamtwert entsprechenden Geldbetrag erworben werden, wie dies heute bereits für Karten von Postwertzeichen geschieht, die nacheinander zum Frankieren von Briefen Verwendung finden.

Anzumerken ist im übrigen, daß alle Beugungsgitter auf alle gültigen und in Umlauf befindlichen Karten, deren Anzahl wahrscheinlich bedeutend, aber begrenzt und durch die Ausgangsorganisation kontrollierbar ist, durch Kopieren ein und desselben Originalgitters gewonnen werden, das mit Hilfe einer üblichen Maschine zum Gravieren von Beugungsgittern erhalten worden ist

Die Herstellung eines solchen Originalgitters geschieht durch Eingravieren von genau parallel zueinander verlaufenden und gleichen Abstand voneinander aufweisenden Strichen in ein Trägermaterial mit einer Teilung, die von einigen 100 bis zu einigen 1000 Strichen je mm variieren kann. Die Herstellung dieses Gitters erfolgt auf Präzisionsmaschinen, bei denen sich ein Gravierwerkzeug aus Diamant in einer Pendelbewegung oberhalb eines Trägers für das Gitter bewegt, der seinerseits auf einem Schlitten schrittweise vorwärtsbewegt wird; das Gravierwerkzeug wird im allgemeinen nur während einer Halbperiode seiner Pendelbewegung aktiv, und der Träger für das Gitter verschiebt sich während des Rücklaufs des Werkzeugs jeweils um einen Teilungsschritt Die genaue Lagekontrolle wird durch interferrometrische Messung gewährleistet

Die Maschinen zum Gravieren von Beugungsgittern sind extrem genau, um den Abstand zwischen den einzelnen Strichen genau gleichzuhalten, wobei die Genauigkeit in det Größenordnung von ΙΟ-⁹ m liegt jedoch wird in Ausführung der Erfindung in den Mechanismus für die schrittweise Verschiebung der Gitter eine willkürliche Unregelmäßigkeit eingeführt, um der normalen Periodizität der Striche eine weitere periodische Änderung zu überlagern. Dazu kann man beispielsweise in der kinematischen Steuerkette tür die Vorschubschraube für den das Gitter tragenden Wagen oder Schlitten ein normales Zahnrad durch ein äquivalentes Zahnrad ersetzen, das geringfügig exzentrisch angeordnet ist Es ergibt sich dann ausgehend von einem markierten Strich beispielsweise von Anfang an eine progressive Verringerung der Schrittweite für die Striche während der ersten Hälfte des Umlaufs des exzentrischen Zahnrades und sodann eine progressive Verlängerung der Schrittweite während der zweiten Hälfte des Umlaufs dieses Zahnrades, so daß der Strich nach einem vollen Umlauf des exzentrischen Zahnrades wieder an der normalen Stelle liegt, und diese Verformung des Gitters setzt sich mit der gleichen Periode fort Bei dieser Arbeitsweise kann man gleichzeitig an Hand der Größe der jeweils gewählten Exzentrizität auf die Maximalamplitude für den Fehler und an Hand der Anzahl der Zähne des modifizierten Zahnrades auf die Periode des Fehlers einwirken.

Es läßt sich sich zeigen und durch die praktische Erfahrung bestätigen, daß ein solcher periodischer Fehler im Gitter zum Auftreten von Satellitenbeugungsstrahlen oder Phantomstrahlen führt, deren Winkelabstand zu beiden Seiten der normalen Beugungsstrahlen gleicher Ordnung umgekehrt proportional zur Periode des Fehlers und deren Intensität proportional zürn Quadrat der Maximalamplitude des Fehlers ist

Bei einem in dieser Weise willkürlich verformten Beugungsgitter bleibt die Schrittweise oder genauer die Anzahl der Striche je Millimeter unverändert, so daß auch die Richtungen der rückgestrahlten Strahlen für die verschiedenen Beugungsordnungen unverändert bleiben. Es treten jedoch zusätzlich Satellitenbeugungsstrahlen auf, deren Richtung und Intensität eine Funktion der Periode bzw. der Maximalamplitude des in die Regelmäßigkeit für den Strichabstand eingeführten Fehler sind, und diese Eigenschaft läßt sich dazu ausnutzen, anhand einer Prüfung von Richtung und Intensität aller Beugungsstrahlen nachzuweisen, ob ein auf einer vorgelegten Karte aufgebrachtes Gitter zu dem von dem jeweiligen Original abgenommenen Satz gehört, das mit Hilfe der willkürlich gestörten Graviermaschine erzeugt worden ist

In F i g. 2 ist nun «in Schema für ein entsprechendes Prüfgerät dargestellt, wobei dieses Gerät ein Zusatzgerät zu einem üblichen Telefonapparat darstellt, wie er in öffentlichen Fernsprechzellen üblich ist, so daß dieser Apparat in der Zeichnung nicht eigens nahegestellt ist. Das Prüfgerät selbst ist in der schematischen Darstellung von Fig.2 in einem dichten Gehäuse 5 untergebracht, das mit einem transparenten Fenster ausgestattet ist auf das eine Karte 1 gemäß F i g. 1 aufgelegt werden kann, die dann durch eine Klappe 7 festgehalten wird. Weiter besitzt das dargestellte Prüfgerät einen Schlitten 10, der sich auf Schienen 11 durch einen Schraubenmechanismus 12 in Translationsbewegung versetzen läßt, der seinerseits durch einen Getriebemotor 13 angetrieben werden kann. Der Schlitten 10 trägt einen Spiegel 15, der einen von einer Lichtquelle 17, die beispielsweise ein Helium/Neon-Lager sein kann, kommenden Lichtstrahl auf die Karte 1 umlenkt Außerdem trägt der Schlitten 10 drei Detektoren 19, 20 und 21, deren Einfallsrichtungen auf der Karte 1 mit dem vom Spiegel 15 reflektierten Laserstrahl zusammenfallen.

Die Detektoren 19, 20 und 21 sind über nachgiebige Leiter mit einem in F i g. 2 in Form eines Blockes 22 dargestellten Rechner verbunden, der außerdem Steuerorgane für die Inbetriebsetzung und die Umkehrung der Laufrichtung des Getriebemotors 13 enthält. Außerdem ist der Block 22 mit einer im Brennpunkt eines elliptischen Reflektors 25 angeordneten Infrarotlampe 24 elektrisch verbunden, und weiter steuert er über eine Leitung 27 den Mechanismus für den Betrieb des angeschlossenen Telefonapparats.

Wenn ein Benutzer eine Karte 1 auf das Fenster legt, wird das den ersten Aufdruck 2 bildende Beugungsgitter auf dieser Karte 1 durch einen von der Lichtquelle 17 kommenden einfallenden Laserstrahl 30 beleuchtet. Am Gitter erfolgt dann eine Beugung dieses Laserstrahls 30, und es entstehen mehrere gebeugte Strahlen in den verschiedenen Beugungsordnungen, wie beispielsweise

die in Fig.2 gezeigten gebeugten Strahlen 31 und 32, die dann, wenn die Anzahl der Striche je Millimeter auf dem Gitter der aufgelegten Karte 1 der Strichanzahl entspricht, für die das Prüfgerät ausgelegt ist, in solcher Richtung gebeugt werden, daß sie auf die Detektoren 19 bzw. 20 treffen.

Wenn das Gitter auf der aufgelegten Karte · außerdem die dem Originalgitter entsprechenden Unregelmäßigkeiten in der Teilung aufweist, so treten außerdem ergänzende Satellitenstrahlen auf, wie dies in Fig.2 beispielsweise für den gebeugten Strahl 31 mit dem Satellitenstrahl 33 dargestellt ist, der einen solchen Winkelabstand aufweist, daß er auf den Detektor 21 trifft, und der weiter eine charakteristische relative Intensität besitzt. Die von den Detektoren 19,20 und 21 in Reaktion auf die auf treffenden Strahlen 31,32 und 33 abgegebenen Signale werden dem Block 22 zugeführt, der sie registriert und außerdem das Intensitätsverhältnis zwischen den normalen gebeugten Strahlen und den entsprechenden Satellitenstrahlen festgestellt Dieses Intensitätsverhältnis ist nun eine für ein authentisches Beugungsgitter charakteristische Größe, so daß das im Block 22 aus den aufgefangenen Signalen der Detektoren 19, 20 und 21 berechnete Verhältnis nur dann den im Block 22 außerdem von vorn herein gespeicherten Wert annimmt, wenn das jeweilige Beugungsgitter ein Beugungsgitter ist, das eine Kopie des ursprünglichen Gitters darstellt, das die Basis für die Eichung des gesamten Systems gebildet hat Die Feststellung des passenden Intensitätsverhältnisses und damit die Anerkennung der Authentizität der in das Gerät eingeführten Karte 1 löst dann die Abgabe eines Signals über die Leitung 27 aus, das den angeschlossenen Telefonapparat in Betrieb setzt Gleichzeitig läßt der Block 22 die Infrarotlampe 24 zünden, die dann einen konzentrierten Infrarotstrahl auf das überprüfte Beugungsgitter auf der Karte 1 richtet und dieses durch die entstehende Wärme zerstört und damit die Karte 1 insoweit entwertet

Nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitspanne, die bei dem dargestellten Beispiel der Zeitspanne entspricht, für die jeweils eine Gebühreneinheit zu entrichten ist wird der Motor 13 in Betrieb gesetzt um den Schlitten 10 um eine Strecke zu verschieben, die dem Abstand zwischen zwei Beugungsgittern auf der Karte 1 entspricht so daß dann der einfallende Laserstrahl 30 auf ein neues Beugungsgitter auf der Karte 1 gerichtet ist Für dieses Beugungsgitter wird dann der Zyklus der Erkennung und Zerstörung in der oben beschriebenen Weise wiederholt und dies geschieht solange das Telefongespräch andauert, der Reihe nach auch mit den weiteren Beugungsgittern auf der Karte 1, so daß diese nach und nach in entsprechendem Umfang entwertet wird.

Das beschriebene Verfahren gewährleistet offensichtlich einen sehr hohen Sicherheitsgrad, denn die Herstellung falscher Karten setzt bei Verwendung dieses Verfahrens voraus, daß die nachgeahmten Beugungsgitter nicht nur die gleiche Strichdichte aufweisen wie die ordnungsgemäßen Beugungsgitter, sondern darüber hinaus in der Regelmäßigkeit der Striche auch durch einen Fehler gestört sind, der genau die gleiche Periode und die gleiche Maximalamplitude aufweist wie der bei der Herstellung des richtigen Originalgitters eingeführte Fehler. Ein Fälscher müßte

ίο also nicht nur über eine Maschine zum Gravieren von Beugungsgittern verfügen, von denen es zur Zeit auf der ganzen Welt überhaupt nur einige Zehn gibt, sondern er müßte es außerdem noch fertig bringen, die charakteristische Anomalie in den Beugungsgittern zu reproduzie- ren, was praktisch ausgeschlossen ist

Angemerkt werden kann noch, daß bei dem oben beschriebenen Beispiel, wo die gewollte Anomalie durch die Verwendung eines speziellen Zahnrades in der Graviermaschine geschaffen worden ist durchaus die Möglichkeit besteht eine neue Serie von Beugungsgittern mit der gleichen Anomalie herzustellen, doch bleibt diese Möglichkeit in aller Strenge dem einzigen Konstrukteur und Besitzer des Originalbeugungsgitters vorbehalten.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht streng auf die oben als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt sondern sie erstreckt sich in gleicher Weise auf alle Ausführungsformen, die lediglich in Einzelheiten, in Ausführungsvarianten oder durch die Verwen- dung äquivalenter Mittel abweichen.

So kann man bei entsprechender Vermehrung der Anzahl der Detektoren die Satellitenstrahlen in mehreren Beugungsordnungen untersuchen, wobei für jede Beugungsordnung das Intensitätsverhältnis zu den entsprechenden normalen gebeugten Strahlen gemessen werden kann.

Ebenso kann man anstelle der bei dem beschriebenen Beispiel verwendeten reflektierenden Beugungsgitter strahlungsdurchlässige Beugungsgitter einsetzen, wobei lediglich die Prüfeinrichtung in entsprechender Weise abzuwandeln ist

Desgleichen sind auch andere Mittel für die Erzeugung der periodischen Änderungen der Schrittweise in den einzelnen Gittern denkbar, beispielsweise

kommen dafür zyklische lokale Änderungen der Temperatur in der Graviermaschine in Betracht

Schließlich kann man auch gleichzeitig mit mehreren zyklischen Störungsquellen arbeiten, die jede Fehler mit unterschiedlicher Periode und Maximalamplitude in den

so Mechanismus der Graviermaschine und damit in die Teilung der Beugungsgitter einführen; dies führt zu einer noch komplizierteren Verteilung der Satelliten-Strahlen, wodurch es noch entsprechend schwieriger wird, die Fehlereigenschaften festzustellen, um sie gegebenenfalls nachzuahmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

;(ϊ\·? O f O 8 , '; ''^ Patentansprüche:

1. Verfahren zum Codieren eines Satzes von Berechtigungskarten für die Steuerung einer Einrichtung für das Öffnen einer Verriegelung oder für das Auslösen eines Vorgangs sowie zum Prüfen der Gültigkeit einer solchen Karte .bei ihrer Vorlage an der betreffenden Einrichtung,

— bei dem den Karten eines Kartensatzes mindestens ein Beugungsgitter exklusiv zugeordnet und unmittelbar oder auf dem Umweg über eine Kopie mit Hilfe einer üblichen Graviermaschine aufgebracht wird, und

— zur Kartenprüfung diese Beugungsgitter mit gebündeltem Licht bestrahlt, und die in mehrere Teilstrahlen (Strahlen n-ter Beugungsordnung) gebeugten Lichtstrahlen analysiert werden,

dadurch gekennzeichnet,

— daß über den Mechanismus der Graviermaschine die Gitterteilung innerhalb des Beugungsgitters mit vorgebbarer Periode und Amplitude variiert wird, um eine Unregelmäßigkeit der Gitterteilung zu erzeugen, und

— daß bei der Kartenprüfung das Auftreten, die Stellung und die relative Intensität der durch die Unregelmäßigkeit im Beugungsgitter erzeugten Satellitenbeugungsstrahlen erfaßt wird, deren Intensität und Winkellage in bezug auf die normalen Beugungsstrahlen jeweils von der durch den Mechanismus der Graviermaschine erzeugten Periode und Amplitude der Gitterteilungsvariation abhängen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Codierung im Mechanismus der Graviermaschine mehrere Variationsmöglichkeiten für die Periode und Amplitude der Änderung der Gitterteilung vorsieht.