-
Die
Erfindung betrifft ein System zur Absicherung einer bidirektionalen
Datenübertragung
zwischen einem Identifizierer und einem Identifikationsmittel.
-
Ein
System dieser Art enthält
im allgemeinen eine Identifizier- bzw. Identifikationsvorrichtung
mit Sendeschaltung und Empfangsschaltung, die im abgeschlossenen
Raum installiert ist, und einen von einem Zugang wünschenden
Benutzer mitgeführten Identifizierer,
wobei ein Datenaustausch zwischen Identifikationsvorrichtung und
Identifizierer vorgesehen ist, der normalerweise dann stattfindet,
wenn die Entfernung zwischen Identifizierer und Identifikationsvorrichtung
geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, wobei der Zugang nur
dann gestattet wird, wenn die Identifikationsvorrichtung den Identifizierer
authentifiziert hat (vgl.
DE-C-44 09 167 ).
-
Die
Erfindung betrifft aufgrund ihrer in diesem Fall am interessantesten
erscheinenden Anwendung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein System
zur Absicherung eines Zugangs zu einem Kraftfahrzeug, dessen Türen, insbesondere
die Fahrgastraumtüren
Schlösser
enthalten, die über
das Zugangssystem gesteuert werden.
-
Bei
dieser Art von System muss der Benutzer, um Zugang zu erhalten,
zunächst
einen Identifikationsvorgang einleiten. Dieses Einleiten des Vorgangs
kann beispielsweise mit Einwirken auf einen Steuerknopf erreicht
werden, der sich an der Tür
befindet, oder mittels einer Fernbedienung oder gegebenenfalls mit
einem Anwesenheitssensor, der im abgeschlossenen Raum montiert ist.
Allgemein ist dieses Einleiten des Identifikationsvorgangs so vorgesehen,
dass es die Anwesenheit des Benutzers in der Nähe des abgeschlossenen Raums
erforderlich macht, zu dem er Zugang erwünscht.
-
Der
Identifikationsvorgang erfolgt aufgrund eines Datenaustauschs zwischen
Identifikationsvorrichtung und Identifizierer, der beispielsweise
aus einer Kennmarke mit elektromagnetischem Transponder besteht.
Nach Auslösen
des Vorgangs entsendet die im abgeschlossenen Raum montierte Identifikationsvorrichtung
im allgemeinen ein Abfragesignal, das den Identifizierer aktiviert,
welcher ein von der Identifikationsvorrichtung analysiertes, codiertes
Signal ausgibt. Wenn das codierte Signal dem autorisierten Code
entspricht, gestattet die Identifikationsvorrichtung den Zugang,
indem sie beispielsweise ein oder mehrere Schlösser entriegelt. Die ausgetauschten
Signale sind im allgemeinen elektromagnetische Signale.
-
Um
die Sicherheit zu erhöhen,
ist das System so ausgelegt, dass die Übertragungsweite vermindert
wird und ein Identifikationsdatenaustausch zwischen Identifikationsvorrichtung
und Identifizierer normalerweise nur dann stattfinden kann, wenn
die Entfernung zwischen abgeschlossenem Raum und Identifizierer
geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, beispielsweise in
der Größenordnung von
einigen Metern.
-
Trotz
dieser Vorkehrungen besteht bei einem solchen Zugangssystem die
Gefahr, dass es über eine
weitere Sende-/Empfangseinheit widerrechtlich benutzt wird, die
in die Verbindung zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer
zwischengeschaltet wird, wobei diese weitere Sende-/Empfangseinheit
eigentlich nur als Abfangsender dient.
-
Beispielsweise
könnten
zwei gemeinschaftlich handelnde Übeltäter sich
auf folgende Weise Zugang zum abgeschlossenen Raum verschaffen.
Ein erster Übeltäter, der
mit einem Sende-/Empfangssystem ausgestattet ist, welches sich beispielsweise
in einer Umhängetasche
befindet, nähert
sich dem abgeschlossenen Fahrzeug, das ein autorisierter Benutzer
soeben verlassen hat, während
ein zweiter Übeltäter, der
mit einem ähnlichen
Sende-/Empfangssystem ausgestattet ist wie der erste, dem autorisierten
Benutzer folgt, der den Identifizierer mit sich führt. Wenn
der autorisierte Benutzer sich in ausreichender Entfernung befindet,
löst der
erste Übeltäter einen
Identifikationsvorgang aus, indem er beispielsweise auf einen an
einer Tür
befindlichen Betätigungsknopf
drückt.
Die von der Identifikationsvorrichtung ausgegebenen Signale werden
vom Sende /Empfangssystem des ersten Übeltäters zum System des zweiten Übeltäters übertragen,
das die Signale der Identifikationsvorrichtung zum Identifizierer abfängt. Letzterer
antwortet sodann mit dem autorisierten Code, der über das
Abfangsystem zur Identifikationsvorrichtung weitergeleitet wird,
welche die Entriegelung der Schlösser
steuert und dem Übeltäter Zugang
ermöglicht.
-
Die
Erfindung zielt vor allem darauf ab, ein System zu schaffen, das
eine Absicherung einer bidirektionalen Datenübertragung für den Zugang
zu einem abgeschlossenen Raum ermöglicht, indem es einen eventuellen
Missbrauch durch eine widerrechtliche Sende-/Empfangseinheit von
der oben erwähnten
Art verhindert. Ferner ist wünschenswert,
dass das Absicherungssystem zuverlässig, einfach in der Handhabung,
praktisch und kostengünstig
ist.
-
Gegenstand
der Erfindung ist dazu ein System zur Absicherung einer bidirektionalen
Datenübertragung
für den
Zugang zu einem abgeschlossenen Raum, insbesondere zu einem Fahrzeug,
enthaltend eine Identifikationsvorrichtung mit Sendeschaltung und
Empfangsschaltung, die im abgeschlossenen Raum installiert ist,
und einen vom Zugang wünschenden
Benutzer mitgeführten
Identifizierer, wobei ein Datenaustausch zwischen Identifikationsvorrichtung
und Identifizierer vorgesehen ist, der normalerweise dann stattfindet,
wenn die Entfernung zwischen Identifizierer und Identifikationsvorrichtung
geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, wobei der Zugang nur
dann gestattet ist, wenn die Identifikationsvorrichtung den Identifizierer
authentifiziert hat, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verhindern
eines Identifikationsdatenaustauschs in einer Entfernung, die größer ist
als der vorbestimmte Grenzwert, insbesondere durch Zwischenschaltung
eines nicht autorisierten Abfangsenders zwischen Identifikationsvorrichtung
und Identifizierer, das System einen Phasendiskriminator enthält, der
am Eingang das von der genannten Sendeschaltung erzeugte Signal
und das von der genannten Empfangsschaltung durch den Identifizierer
empfangene Signal empfängt,
sowie ein Filtermittel, das am Ausgang des genannten Phasendiskriminators
angeschlossen ist, um ein Gleichspannungssignal auszugeben, das
die Phasenverschiebung des vorgenannten erzeugten und empfangenen Signals
darstellt, und ein Steuermittel, das für die Differenz zwischen der
Amplitude des so ausgegebenen Gleichspannungssignals und der Amplitude
eines Bezugssignals empfindlich ist, um die Zugangsunterbindung
aufrechtzuerhalten, wenn die genannte Differenz einen vorbestimmten
Schwellenwert übersteigt.
-
Somit
wird erfindungsgemäß bei Zwischenschaltung
eines Abfangsenders zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer
eine Verzögerungszeit
zwischen erzeugtem Signal und empfangenem Signal eingefügt, was
sich in einer Phasenverschiebung der beiden Signale äußert. Die
Erfassung dieser Phasenverschiebung ermöglicht es, die Zugangsunterbindung
aufrechtzuerhalten.
-
Gemäß einer
besonderen Ausführungsform enthält die vorgenannte
Empfangsschaltung eine Antenne, die mit einem HF-Empfänger von
beispielsweise 434 MHz verbunden ist, der an einen Eingang des vorgenannten
Phasendiskriminators angeschlossen ist, und die vorgenannte Sendeschaltung enthält einen
NF-Generator von beispielsweise 125 KHz, der einerseits an den weiteren
Eingang des vorgenannten Phasendiskriminators und andererseits an
einen Antennenverstärker
angeschlossen ist.
-
Dabei
kann der Identifizierer einen NF-Empfänger mit einem Signalaufbereitungskreis
und einen HF-Sender enthalten, der durch das aufbereitete Signal
moduliert wird.
-
Vorteilhaft
ist ein Phasenverschiebungsmittel zwischen HF-Empfänger der
Identifikationsvorrichtung und Phasendiskriminator zwischengeschaltet, um
dem vorgenannten empfangenen Signal eine zusätzliche Phasenverschiebung
von 90° am
Eingang des Phasendiskriminators aufzuprägen. Damit ist ein Betrieb
unabhängig
von der relativen Stellung der beiden NF-Antennen der Identifikationsvorrichtung und
des Identifizierers möglich.
Wird nämlich
die Empfangsantenne des Identifizierers gegenüber der Sendeantenne der Identifikationsvorrichtung
um 180° gedreht,
so wird das empfangene Signal gegenüber der vorgenannten Stellung
um 180° phasenverschoben.
Mit einer zusätzlichen
Phasenverschiebung um 90° beträgt die Phasenverschiebung
zwischen gesendetem Signal und empfangenem Signal in etwa 90° bzw. 270°, je nach
relativen Stellungen der Antennen, was einer Phasenverschiebung
von etwa 90° plus/minus
einer Periode entspricht.
-
Vorzugsweise
ist der Phasendiskriminator ein EXCLUSIVE-OR-Gate, das am Ausgang
ein Signal ausgibt, dessen Gleichspannungskomponente linear in Abhängigkeit
von der Phasenverschiebung zwischen dem erzeugten Signal und dem
empfangenen Signal über
eine Halbperiode variiert.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal ist das Filtermittel ein Tiefpassfilter, beispielsweise
mit einer Grenzfrequenz im Bereich von 10 KHz.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
enthält
das vorgenannte Steuermittel einen Analog-Komparator, um die Amplitude
der vom Filtermittel abgegebenen Gleichspannung mit einem Spannungsbezugswert
zu vergleichen.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
enthält das
Steuermittel einen Mikrokontroller, der mit einem AD-Wandler ausgestattet
ist, um den Differenzwert zwischen ausgegebener Gleichspannung und
Bezugsspannung digital zu verarbeiten.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal wird der NF-Generator der Identifikationsvorrichtung
von der Steuereinheit vorzugsweise zufallsbedingt beispielsweise
in einem Bereich von 120–130
KHz und mit einer Periode von etwa 1 ms frequenzmoduliert. Damit kennt
der Abfangsender zu keinem gegebenen Zeitpunkt die genaue Sendefrequenz
der Identifikationsvorrichtung. Um diese Frequenz zu kennen, müsste der
Abfangsender das Sendesignal über
eine volle Periode verarbeiten, bevor er das Signal des Identifizierers
zurücksenden
kann, wodurch eine Verzögerungszeit
hervorgerufen wird, die ausreicht, um gemessen zu werden. In diesem
Fall kann das System ein Mittel zum Messen der Verzögerungszeit
zwischen dem erzeugten Signal und dem empfangenen Signal enthalten,
damit das vorgenannte Steuermittel die Zugangsunterbindung aufrechterhält, wenn
der Wert der gemessenen Verzögerungszeit
einen vorbestimmten Schwellenwert von beispielsweise einer oder
zwei Signalperioden übersteigt.
-
Vorteilhaft
besteht die Bezugsspannung, mit der die vom Filtermittel ausgegebene
Gleichspannung verglichen wird, aus einem anfänglich abgespeicherten Wert,
der vom System erlernt wurde.
-
Um
den Erfindungsgegenstand besser verständlich zu machen, wird nachfolgend
eine in der beiliegenden Zeichnung dargestellte Ausführungsform
beschrieben, die sich nur beispielhaft und nicht einschränkend versteht.
Es zeigen:
-
1 ein Funktionsschema des
erfindungsgemäßen Systems,
und
-
2 ein Diagramm, das den
Wert der Gleichspannung in Abhängigkeit
von der Phasenverschiebung darstellt.
-
In 1 enthält die beispielsweise in einem Fahrzeug
mitgeführte
Identifikationsvorrichtung einen Niederfrequenz-Spannungsgenerator
V von beispielsweise 125 KHz, der am Ausgang eine Spannung VE in Form von Impulsen liefert. Die Spannung VE wird einerseits an einen Eingang eines
EXCLUSIVE-OR-Gates 1 und andererseits an den Eingang eines
Verstärkers 2 angelegt.
Der Ausgang des Verstärkers 2 ist
mit einer Kapazität 3 und
einer Induktivität 4 in
Reihe verbunden, wobei eine Anschlussklemme der Induktivität 4 mit
der Masse verbunden ist. Die Induktivität 4 bildet die NF-Sendeantenne
der Identifikationsvorrichtung.
-
Die
Identifikationsvorrichtung enthält
ferner eine Antenne 5, die mit dem Eingang eines Hochfrequenzempfängers 6 von
beispielsweise 434 MHz verbunden ist. Der Ausgang des HF-Empfängers 6 ist mit
einem weiteren Eingang des Gates 1 gegebenenfalls über ein
Phasenverschiebungsmittel 7 in Reihe verbunden.
-
Das
Gate 12 ist am Ausgang mit einem Tiefpassfilter 8 vierter
Ordnung mit einer Grenzfrequenz von etwa 10 KHz verbunden. Das Filter 8 ermöglicht es,
am Ausgang die Gleichspannungskomponente Vcc des vom Gate 1 ausgegebenen Signals
zu liefern. Die Spannung Vcc wird von einer Verarbeitungseinheit 9 empfangen,
die einen Mikrokontroller enthält,
welcher mit einem AD-Wandler mit 8 Bits ausgestattet ist. Die Verarbeitungseinheit 9 kann
den vorgenannten NF-Generator
steuern, dessen Anschlussklemme mit der Masse verbunden ist.
-
Der
beispielsweise von einer Kennmarke getragene Identifizierer enthält eine
Induktivität 10,
die parallel zu einer Kapazität 11 geschaltet
ist und mit den beiden Eingangsklemmen eines Komparators 12 verbunden
ist. Die Einheit 11, 12 bildet einen NF-Empfänger 13,
der einen Weckkreis mit sehr geringem Verbrauch enthält, der
eine Signalaufbereitung durchführt,
um ein induziertes Signal V1 in Form von
Impulsen zu liefern. Mit dem Signal V1 ist
es möglich,
einen HF-Sender 14 zu
modulieren, der einer Antenne 15 des Identifizierers ein
moduliertes Signal liefert.
-
Mit
dem Pfeil F1 ist die Übertragung
des NF-Signals zwischen der Antenne 4 und der Antenne 10 angegeben
und der Pfeil F2 stellt die Übertragung des
HF-Signals zwischen
der Antenne 15 und der Antenne 5 dar.
-
Nachfolgend
wird ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Systems
beschrieben.
-
Angenommen,
der Generator V gibt eine Spannung VE mit
einer Frequenz von 125 KHz und einer Spitzenamplitude von 5 V aus.
In diesem Fall beträgt
die Periode des Signals 8 μs.
-
Das
empfangene Signal VR weist eine geringe
Phasenverschiebung gegenüber
dem Signal VE beispielsweise in der Größenordnung
von einigen hundert ns auf.
-
Bei
fehlendem Phasenverschiebungsmittel 7 gibt das Gate 1 am
Ausgang ein Signal aus, dessen Frequenz doppelt so hoch ist, d.
h. in der Größenordnung
von 250 KHz liegt. Das Tiefpassfilter 8 ermöglicht es,
die Trägerfrequenz
von 250 KHz zu eliminieren, um nur die Gleichspannungskomponente
des Signals beizubehalten.
-
Wenn
die beiden Antennen 4, 10 so positioniert sind,
dass sie gleichphasig sind (d. h. mit Δφ = 0), beträgt die Spannung Vcc in etwa
0 V, wie im Diagramm in 2 angegeben
ist. Bei Berücksichtigung
der geringen Verzögerung
aufgrund der bidirektionalen Datenübertragung F1 und F2, die in
der Größenordnung
von einigen hundert ns liegt, liegt die sich ergebende Spannung
Vcc in der Größenordnung
von einigen hundert mV. Das Gate 1 liefert nämlich ein
Signal, dessen Gleichspannungskomponente zwischen 0 und 5 V variiert
bei einer Phasenverschiebung Δφ zwischen
0 und 180°,
wie in 2 ersichtlich
ist. Es lässt
sich somit eine Phasenverschiebung mit einer Genauigkeit in etwa
von 5 V/180° =
28 mV/° erfassen.
Da bei dem Signal VE die Periode von 8 μs einem Wert
von 360° entspricht, äußert sich
eine Verzögerung
in etwa von 100 ns, was 0,1 μs
entspricht, in einer Phasenverschiebung von 0,1 × 360/8 = 4,5°. Somit entspricht
eine geringe Verzögerung
in etwa von 100 ns einer Gleichspannung Vcc gleich 4,5° × 28 mV/° = 125 mV.
-
Beispielhaft
könnte
der vorbestimmte Schwellenwert in der Größenordnung von 250 mV liegen,
was einer Verzögerung
von etwa 200 ns entspräche,
während
der Wert der Bezugsspannung bei 0 V läge.
-
Wenn
dagegen die beiden Spulen 4, 10 gegenphasig sind,
d. h. bei einer Phasenverschiebung Δφ = 180°, so liegt der Wert der Gleichspannung
Vcc bei 5 V, wie in 2 ersichtlich
ist.
-
Wenn
also Vcc beispielsweise zwischen 0,25 und 4,75 V beträgt, bedeutet
dies, dass die gesendeten und empfangenen Signale ungleichmäßig phasenverschoben
sind, wodurch die Zugangsunterbindung zum Fahrzeug aufrechterhalten
bleibt und/oder ein akustischer bzw. optischer Alarm ausgelöst wird.
-
Um
zu vermeiden, dass zwei mögliche
Bezugsspannungswerte erhalten werden, nämlich 0 V und 5 V, je nachdem,
ob die NF-Spulen gleichphasig oder gegenphasig sind, kann das Phasenverschiebungsmittel 7 hinzugefügt werden,
um eine zusätzliche
Phasenverschiebung um 90° einzuleiten.
Somit erfasst das Gate 1 eine Phasenverschiebung unabhängig davon,
ob die Spulen 4, 10 gleichphasig oder gegenphasig
sind, die immer in der Größenordnung von
90° liegt,
was einem Signal Vcc in etwa von 2,5 V bei einer Fehlertoleranz
von 10%, d. h. 0,25 V entspricht. Mit Hinzufügen des Phasenverschiebungsmittels 7 ist
es möglich,
einen einzigen Bezugsspannungswert abzuspeichern.
-
Wenn
also ein Übeltäter einen
Abfangsender zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer zwischenschaltet,
könnte
die gesamte Verzögerungszeit
beispielsweise in der Größenordnung
von 1 μs
liegen, was einer zusätzlichen
Phasenverschiebung von 45° zwischen
dem empfangenen Signal und dem gesendeten Signal entspräche. Die
resultierende Gleichspannung Vcc variiert damit um 45° × 28 mV/° = 1,25 V,
was deutlich über
dem Schwellenwert von 250 mV liegt.
-
Wenn
jedoch ein Übeltäter Kenntnis über das
erfindungsgemäße System
erlangen sollte, könnte
er versuchen, die Phasenverschiebung zu erhöhen, um sie beispielsweise
von 45° auf
180° zu bringen,
was die Verwendung des Abfangsenders für das System transparent machen
würde.
Mit anderen Worten könnte
der Übeltäter in künstlicher
Weise die Verzögerungszeit
des empfangenen Signals so erhöhen,
dass das empfangene Signal mit dem gesendeten Signal immer noch
gleichphasig bzw. gegenphasig wäre.
-
Um
diesen Nachteil zu vermeiden, genügt es, die Frequenz des erzeugten
Signals zufallsbedingt beispielsweise in einem Bereich von 120 bis 130
KHz und mit einer Veränderung
der Frequenz beispielsweise jede Millisekunde zu variieren.
-
Wenn
der Übeltäter beispielsweise
meint, die Sendefrequenz liegt bei 125 KHz, könnte er versuchen, das Signal
mit einer Verzögerungszeit
von 8 μs zurückzusenden.
Wenn dabei das Sendesignal in der Tat zu diesem genauen Zeitpunkt
eine Frequenz von 120 KHz aufweist, was einer Periode von 8,33 μs entspricht,
wird das empfangene Signal gegenüber
dem gesendeten Signal mit einer Verzögerungszeit von 0,33 μs phasenverschoben,
was einer Phasenverschiebung von etwa 14° und damit einer Veränderung
der Gleichspannung Vc in der Größenordnung von
0,4 V entspricht, was deutlich höher
ist als der Schwellenwert von 250 mV.
-
Wenn
der Übeltäter weiß, dass
die Sendefrequenz variieren kann, könnte er zunächst das von der Identifikationsvorrichtung
ausgesendete Signal über eine
volle Periode analysieren, um dessen Frequenz zu identifizieren,
dann das Signal zur Identifikationsvorrichtung mit einer Gesamtverzögerung von
zwei oder mehr Perioden zurücksenden,
wodurch das System erneut für
den Missbrauch transparent würde.
-
Um
dies zu vermeiden, genügt
es, ein Mittel zum Messen der Verzögerungszeit zwischen dem gesendeten
Signal und dem empfangenen Signal hinzuzufügen. Wenn nämlich nun der Übeltäter zunächst die
Frequenz des gesendeten Signals über eine
Periode messen muss und es dann nach mindestens zwei Perioden zurücksenden
muss, ist die sich ergebende Verzögerungszeit groß genug,
um von einem relativ einfachen und kostengünstigen Verzögerungszeitmessmittel
erfasst zu werden.
-
Schließlich ist
anzumerken, dass bei Verwendung eines AD-Wandlers mit 8 Bits eine
Digitalisierung des Signals Vcc mit einer Genauigkeit von 5 V/256
erhalten werden kann, d. h. etwa 19,5 mV/Bit. Da das Gate 1 eine
Genauigkeit von 27 mV/° ermöglicht,
wird mit dem AD-Wandler eine Genauigkeit von über 1 ° pro Bit erreicht.
-
Obgleich
die Erfindung in Verbindung mit mehreren besonderen Ausführungsbeispielen
beschrieben wurde, ist sie selbstverständlich keineswegs darauf beschränkt.