DE4405570A1 - Elektronisches Chipkarten-Zutrittskontrollsystem für verbreitete Standardchipkarten mit elektronischer Signatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Zutrittskontrollsystem gemäß dem Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Zutrittskontrollsysteme dienen dazu, diejenigen Personen, die einen entspre­ chenden mechanischen oder elektronischen Schlüssel besitzen, Zugang zu ei­ nem Gelände oder Räumen zu gewähren, oder das Ingangsetzen von Maschi­ nen oder Fahrzeugen oder das Abrufen von Informationen zu ermöglichen. Insbesondere elektronische Systeme dienen häufig weiterhin zur zeitlichen Protokollierung aller Zutrittsereignisse. Zutrittskontrollsysteme unterliegen da­ her besonderen Anforderungen bezüglich Sicherheit gegen unbefugtes In­ gangsetzen sowie bezüglich hoher Zuverlässigkeit. Unabhängig davon ist die preisgünstige Realisierung erwünscht.

Elektronische Zutrittskontrollsysteme bieten gegenüber mechanischen Schließsystemen ein viel höheres Maß an Flexibilität bei der individuellen Ver­ gabe bzw. Entzug von Zutrittsberechtigungen. Allerdings sind solche Systeme bisher wegen des relativ hohen Preises für die Sonderanfertigung der Chipkar­ ten meist nur für Anwendungen mit besonders hohen Sicherheitsanforderungen und großen Benutzergruppen in Verwendung.

Zutrittskontrollsysteme, die Chipkarten als Schlüssel verwenden, sind Stand der Technik, jedoch verwenden die bisher bekannten Systeme als Iden­ tifikationsträger eigens für diesen Zweck konfigurierte und äußerlich gekenn­ zeichnete Chipkarten, die in der Regel keine weiteren Zusatzfunktionen besit­ zen. Bisherige Bemühungen, einen kostensenkenden Standard für multifunk­ tionelle Chipkarten durchzusetzen, waren wenig erfolgreich, wodurch bereits jetzt eine Vielzahl inkompatibler Chipkarten existiert. Diese haben entsprechen hohe Einzelstückkosten.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Chipkarten-Schlüssel ist, daß im Falle des Verlusts jeder Finder ohne weiteres erkennt, daß er einen Schlüssel für ein Zutrittskontrollsystem besitzt. Falls die Chipkarte Angaben über das Unter­ nehmen oder den rechtmäßigen Eigentümer enthält, kann ein unredlicher Fin­ der erhebliche Schäden verursachen.

Ziel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher, ein chipkartenbasiertes Zutrittskontrollsystem bereitzustellen, bei dem die Eigenschaft der Chipkarte als Schlüssel nicht unmittelbar erkennbar ist, und dessen Chipkarten keine An­ schaffungskosten verursachen, was also signifikante Fortschritte sowohl be­ züglich Sicherheit wie bezüglich des Preis-/Leistungsverhältnisses darstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:
Das Zutrittskontrollsystem ist so konfiguriert, daß es die elektronischen Signa­ turen von unterschiedlichen Chipkartentypen als Identifikationscode verwendet. Es können zum Beispiel die 9 stelligen Seriennummern der Telefonwertkarten als Identifikationsmerkmal verwendet werden, die unabhängig vom auf der Karte gespeicherten Geldbetrag unverändert bleiben. Der Vorteil der Telefon­ wertkarten besteht in der extrem hohen Verbreitung und der Tatsache, daß auch leere Telefonwertkarten für das System verwendet werden können. Die Telefonwertkarten sind allerdings mit ihrer 9-stelligen Signatur keine Unikate, da innerhalb einer Teilserie maximal 100 Karten mit gleicher Signatur vom Hersteller versehen werden können.

Es existieren jedoch weitere Chipkarten mit sehr hoher Verbreitung, bei denen jede Chip-Signatur absolut einzigartig ist. So sind zum Beispiel die Kranken­ kassen-Versicherungskarten hervorragend zum Einsatz in Zutrittskontrollsy­ stemen geeignet, da sie eindeutig unterscheidbare Chip-Signaturen besitzen und jedem Versicherungsteilnehmer kostenlos ausgehändigt werden, damit also einen Verbreitungsgrad von nahezu 100% besitzen.

Prinzipiell ist jeder Chipkartentyp mit unterscheidbarer und unveränderbarer elektronischen Signatur für eine Zusatzanwendung in einem Zutrittskontrollsy­ stem geeignet, insbesondere aber die Karten, die aufgrund ihres ursprüngli­ chen Verwendungszwecks eine hohe Verbreitung besitzen und sowieso stets mitgeführt werden.

Folgender Funktionsablauf kennzeichnet das erfindungsgemäße Zutrittskon­ trollsystem:
Eine Chipkarte 1 wird in das Gehäuse 6 eingeführt. Dort wenden die elektri­ schen Kontakte zum Kartenchip 7 durch eine handelsübliche Chipkartenkon­ taktiereinrichtung 5, genormt nach ISO 7816, hergestellt. Das Einschieben der Chipkarte 1 mit ihren Kontakten in die Chipkartenkontaktiereinrichtung 5 schließt mehrere Stromkreise, sodaß die Signatur des Kartenchip 7 ausgele­ sen und vom Mikroprozessor 3 mit den im Datenspeicher 2 gespeicherten, d. h. berechtigten, Signaturen verglichen werden kann. Wird die gelesene Signatur im Datenspeicher 2 gefunden, erzeugt der Mikroprozessor 3 ein digitales Si­ gnal, das zur weiteren Auswertung zur Verfügung steht. Vom Mikroprozessor 3 wird z. B. ein potentialfreier Relaiskontakt 14 angesteuert, der als Zeit- oder Dauerkontakt konfiguriert werden kann und damit zum Ansteuern eines oder mehrerer Türöffner 9 verwendbar ist. Dem Benutzer kann der Zustand des Sy­ stems nach Einführen der Chipkarte optisch und/oder akustisch mitgeteilt wer­ den. So kann z. B. eine vom Mikroprozessor 3 gesteuerte dreifarb- Leuchtdionde 12 als optische Zustandsanzeige beim Einlesen z. B. gelb aufleuchten; wird eine gültige Signatur erkannt, dann leuchtet 12 grün, ansonsten rot. Eine defekte oder inkompatible Chipkarte wird als solche erkannt, und z. B. durch ein rotes Blinksignal angezeigt.

Soll einer Chipkarte 1 die Berechtigung neu erteilt werden, dann wird diese in das Gehäuse 6 eingeschoben und ein Taster 9 wird bedient, wodurch der Mi­ kroprozessor 3 die gelesene Chipsignatur in den Datenspeicher 2 schreibt. Dieser Taster 9 ist zweckmäßig so gestaltet, daß er über den Mehrpolstecker 15 anschließbar, und vor allem nicht von außen zugänglich ist, oder als Schlüsselkontakt ausgelegt ist, um zu verhindern, daß unberechtigte Personen Chipkarten als Schlüssel aktivieren. Zusätzlich oder alternativ besteht die Möglichkeit, die Programmierung der gültigen Karten mittels einer Program­ mierkarte 23 durchzuführen. Mittels einer speziellen Speicherchipkarte 25 las­ sen sich Zutrittsberechtigungsinformationen auf unterschiedliche Zutrittskon­ trollgeräte übertragen.

Ebenso ist über den Mehrpolstecker 15 ein Tastenfeld 22 anschließbar, um gezielt bestimmte Nummern im Datenspeicher 2 ablegen und löschen zu kön­ nen. Als zusätzliche Ausgestaltung enthält das Softwareprogramm 4 bedarfsweise ein Unterprogramm, mit dem jeder eingespeicherten Nummer eine Zusatzinformation zugeordnet wird, in der festgelegt werden kann, wie lange oder wie oft die Berechtigung gelten soll, z. B. unbegrenzt, 24 Std. oder einmal bis n-mal. Der Sicherheitsgrad des erfindungsgemäßen Zutrittskontrollsystems kann bei Bedarf durch Abfragen weiterer Identifikationsmerkmale, wie z. B. einer Geheimzahl noch erhöht werden. Über den Mehrpolstecker 15 kann bei Bedarf ein Monitor 17 angeschlossen werden, der sichtbar macht, wieviele und welche Nummern gültig sind, und in Verbindung mit einem externen Speicher, welchen Personen diese zugeordnet sind. Das erfindungsgemäße Zutrittskontrollsystem kann, was Stand der Technik ist, bei Bedarf auch so ausgebaut werden, daß protokolliert wird, wann mit welcher Karte, d. h. durch welche Person, welcher Zutritt aktiviert wurde. Konfigurationen, bei denen der Zugang erst durch die Aufeinanderfolge von zwei oder mehr Karten in einem System oder durch das Hintereinanderschal­ ten von zwei oder mehreren Systemen (Mehrpersonenprinzip) freigegeben wird, sind ausdrücklich Bestandteil der Erfindung.

Um die Stromaufnahme gering zu halten, und ein gutes Preis-/Leistungsver­ hältnis zu erreichen, ist es zweckmäßig, für den Prozessor einen Microcontrol­ ler einzusetzen, der das Programm und den Datenspeicher sowie alle not­ wendigen Peripherieeinheiten auf einem Chip integriert. Hierfür bewährt hat sich z. B. der Typ PIC16C54 der Fa. Arizona Mikrochip. Es kann wünschens­ wert sein, in einem zusätzlichen Speicher 11 gültige, d. h. zugangsberechtigte Chipsignaturen auch ohne zusätzliche Stromversorgung für mehrere Jahre zu­ verlässig zu speichern. Hierfür wird z. B. ein EEprom des Typs 93C46 der o.g. Firma verwendet, das bis zu 16 Signaturen von jeweils 64 Bit Länge wenig­ stens 10 Jahre speichert. Die Stromversorgung erfolgt über einen 5V Span­ nungsregler 13, um einen großen Versorgungsspannungsbereich zu ermögli­ chen. Um einen sicheren und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten wird der Controller 3 in gewissen Zeitabständen automatisch in den Reset-Zustand ver­ setzt. Bei der beschriebenen Ausführung sind alle Funktionsteile in einem Ge­ häuse integriert. Eine zweistückige Ausführung, bei der das Auslesen der Chipsignatur in einem Teilgerät A und das Prüfen auf Berechtigung sowie ggf. das Signal für den Schließmechanismus in einem separaten Teilgerät B erfol­ gen, ist ebenfalls Bestandteil dieser Erfindung. In diesem Fall werden die Da­ ten drahtgebunden oder auch drahtlos, z. B. mittels Infrarot, von A nach B übertragen. Die Übertragung ist Stand der Technik. Diese Ausführung kann nützlich sein, wenn z. B. ein PKW, dessen Türen keine aufbruchgefährdeten Schlösser mehr aufweisen, von außen entriegelt werden soll.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Zutrittskontrollsystem dargestellt. Das erfindungsgemäße Zutrittskontrollsystem ermöglicht die Zusatznutzung der unzähligen im Umlauf befindlichen Chipkarten als Zutrittskontrollschlüssel. Diese bereits existierenden Chipkarten mit eindeutiger Signatur sind den teu­ ren, speziell für Zutrittskontrollsysteme angefertigten Schlüsseln überlegen, da sie die selben elektronischen Sicherheitsmerkmalen aufweisen aber trotzdem keine zusätzliche Kosten verursachen. Standardchipkarten werden durch das erfindungsgemäße Zutrittskontrollsystem zu Multifunktionskarten gemacht und können damit wirkungsvoll die neuerdings aufkommende Plastikkartenflut ein­ schränken. Das beschriebene Zutrittskontrollsystem läßt sich sehr klein aus­ führen: die kompakte Leiterplatte mit einseitiger Leiterbahnführung hat höch­ stens 60 × 90 × 12 mm Volumen, es hat etwa die Größe einer Zigaretten­ schachtel bei nur halber Dicke. Ein weitere Vorteil des Zutrittskontrollsystems ist der äußerst günstige Herstellungspreis von etwa 20 DM pro Stück für die oben beschriebene Ausführung (Stand 1993). Die kompakte Bauweise, der günstige Preis sowie die nahezu hundertprozentige Verbreitung geeigneter Chipkarten empfehlen dieses System besonders für Masseneinsatz, z. B. als Haus- oder Hotelzimmerschlüssel oder als zusätzliche Zündkreissperre bei Kraftfahrzeugen.

Hinweis zur vorliegenden Zusatzanmeldung:
Gegenüber der Patentanmeldung P 4337262.7 eingereicht am 2.11.1994 ent­ hält der hier vorliegende Zusatzantrag folgende Ergänzungen:

• 1. Der Schutzanspruch bezieht sich nicht nur auf die zusätzliche Verwen­ dungsmöglichkeit von Telefonwertkarten sondern auf alle verbreiteten Chipkarten, die eine individuell unterschiedliche elektronische Signatur besitzen und die primär für einen anderen Zweck als den Einsatz in diesem zur Patentanmeldung vorliegenden System bestimmt sind. Einige Beispiele für solche Karten sind: Telefonwertkarten, Telefonbuchungskarten, Mobil­ funkkarten und Krankenkassenausweiskarten (elektron. Krankenschein).
• 2. Der bereits in der ersten Patentanmeldung beanspruchte Schutz für den Einsatz des Systems als Zeiterfassungskontrolle wird als Unteranspruch 16 formuliert und durch die Änderung der Bezeichnung "Zugangsberechti­ gungssystem" in "Zutrittskontrollsystem" verdeutlicht. Die Erfindungsbe­ zeichnung ändert sich folglich von "Telefonkartengesteuertes elektronisches Zugangsberechtigungssystem" in "Elektronisches Chipkarten- Zutrittskontrollsystem für verbreitete Standardchipkarten mit elektronischer Signatur"
• 3. Unteranspruch 17. sieht die optionale Verwendung von Datenreduktions­ verfahren bei Chipsignaturen mit persönlichen Daten vor um eventuellen Datenschutzauflagen gerecht zu werden.

Claims (17)

1. Elektronisches Zutrittskontrollsystem mit Chipkarten als Berechtigungs­ nachweis und Öffnungsschlüssel, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• 1.1 Die Chipkarte (1) ist funktioneller Bestandteil eines bereits existieren­ den und verbreiten fremden Chipkartensystems, wie zum Beispiel eine Telefonwertkarte, eine Mobilfunkkarte, eine Krankenkassenausweiskarte oder ähnliches.
• 1.2 Es ist wenigstens ein programmierbarer Datenspeicher (2) zum Spei­ chern der zugangsberechtigten Signaturen vorhanden.
• 1.3 Es ist ein Mikroprozessor (3) mit Programmspeicher mit dem Software­ programm (4) zum Auslesen der elektronischen Signatur der Chipkar­ ten (1) und zum Vergleich mit den zugangsberechtigten Signaturen vor­ handen.
• 1.4 Es ist eine Chipkartenkontaktiereinrichtung (5) im Gehäuse (6) des Zu­ gangsberechtigungssystems für den Zugriff auf den Kartenchip (7) vorhandene. (Fig. 1)

2. Als Mikroprozessor (3) wird ein Mikrocontroller, der das Softwareprogramm (4), den Datenspeicher (2), den Programmspeicher, sowie die Eingabe­ ports (18) und die Ausgangstreiber (19) auf einem Chip integriert, vorgese­ hen.

3. Zum dauerhaften Einspeichern der Signaturen ist wenigstens ein zusätzli­ ches EEprom (11) vorhanden.

4. Es ist wenigstens eine optische Zustandsanzeige (12), vorzugsweise eine mehrfarb-Leuchtdiode, vorhanden.

5. Es ist wenigstens ein akustischer Signalgeber (20) mit unterschiedlichen Signalen für die einzelnen Systemreaktionen vorhanden.

6. Zur Bereitstellung einer stabilen Versorgungsspannung (21) ist der Schal­ tung wenigstens ein Spannungsregler (13) vorgeschaltet.

7. Es ist ein Relaiskontakt (14) zurAnsteuerung von wenigstens einem Schließ-/Öffnungsmechanismus vorhanden.

8. Es ist ein Mehrpolausgang (15) zur Ansteuerung eines Druckers (16) sowie wenigstens eines Anzeigegeräts (17) vorhanden.

9. Es ist wenigstens eine externe Eingabevorrichtung (22) zum Eingeben von zugangsberechtigten Signaturen und zum Löschen eingespeicherter Signa­ turen vorhanden.

10. Es ist eine zweistückige Geräteausführung mit einem Teilgerät A für die Nummernlesefunktion und einem Teilgerät B für die Berechtigungsüberprü­ fung und das Schließsignal sowie einer Datenübertragung vorgesehen.

11. Es ist eine Programmierkarte (23) vorhanden, nach deren Einlesen der je­ weils nächst folgenden Chipkarte (1) die Zugangsberechtigung erteilt bzw. entzogen wird.

12. Es ist eine Programmierkarte (24) vorhanden, nach deren Auslesen die im Speicher (2) befindlichen berechtigten Signaturen gelöscht werden.

13. Die Programmierkarten (23) und (24) können auch verbreitete Chipkarten fremder Systeme wie in Punkt 1.1 beschrieben sein.

14. Es ist eine spezielle Programmierkarte (25) mit Speicher vorhanden, durch deren Einlesen der Speicher (2) mit einem Satz zugangsberechtigter Nummern geladen wird.

15. Das Softwareprogramm (4) enthält ein Unterprogramm, das bestimmten im Speicher (2) gespeicherten berechtigten Signaturen begrenzte Berechti­ gungszeiten oder eine begrenzte Anzahl von Aktivierungen zuordnet.

16. Das Softwareprogramm (4) enthält ein Unterprogramm, das durch die zeit­ liche Protokollierung aller Zutrittsvorgänge die Verwendung als Zeiterfas­ sungssystem ermöglicht.

17. Das Softwareprogramm (4) enthält ein wahlweise mitausgeführtes Unter­ programm, das bei Chipkarten mit langen Signaturen und/oder Signaturen die schützenswerte persönliche Daten enthalten aus diesen Signaturen ei­ ne kürzere Prüfsumme berechnet. Anstelle der kompletten Signatur wird dann nur diese Prüfsumme zur Wiedererkennung der Karte im Speicher (2) abgelegt. Eine Rekonstruktion persönlicher Daten aus dem Dateninhalt des Speichers (2) kann damit aufgrund der Datenreduktion sicher verhindert werden.