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HINTERGRUND DER BESCHREIBUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft elektronische Sicherheitsgeräte. Insbesondere betrifft die
Erfindung Lösungen
zur Begrenzung des Zugriffs zu Informationen, die zwischen dem elektronischen
Sicherheitsgerät
und einem Hauptgerät übertragen
werden.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Smart
Cards und andere ähnliche
elektronische Sicherheitseinheiten sind bekannt für ihre Fähigkeit
zur Speicherung von Informationen für eine Vielfalt von Anwendungen,
zum Beispiel gespeicherte Geldmittel oder so genannte Fonds, persönliche Identifikation
und andere persönliche
Daten und für ihre
Fähigkeit
für den
Zugriff zu bestimmten Hauptgeräten.
In dieser Beschreibung ist der Ausdruck "Smart Card" ein Typ einer "elektronischen Sicherheitseinheit". Die International
Organization for Standardization Standard 7816 (ISO 7816) definiert
den Aufbau und die elektrische Ausführung von Smart Cards und den
zugehörigen
elektrischen Kontakten. Der Ausdruck "elektronische Sicherheitseinheit" enthält außerdem PCMIA
Cards.
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Die
Anwendungen für
Smart Cards enthalten Satellitenempfänger-Set-Top-Boxen, MMDS- und Kabelboxen,
Steuerung des persönlichen
Zugriffs zu eingeschränkten
Bereichen, Bildung des Zugriffs zu Bankkonten, Telefonkarten und
eine zunehmende Vielfalt von anderen Anwendungen. Hauptgeräte haben
im Allgemeinen eine zugehörige
besondere elektronische Sicherheitskarte. Alternativ kann jeder
Benutzer eine getrennte Smart Card mit Berechtigungen oder Einschränkungen
aufweisen, so dass, wenn die Smart Card des Benutzers von einem Hauptgerät (zum Beispiel
einer Set-Top-Box) entfernt wird und eine Smart Card eines anderen
Benutzers in das Hauptgerät
eingesteckt wird, der letztgenannte Benutzer mit der Benutzung desselben
Gastgerätes mit
seinen eigenen persönlichen
Programmierberechtigungen beginnen kann.
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Die
körperliche
Größe der elektrischen
Kontakte und der zugehörigen
Verbindungen, in ISO 7816, ist relativ klein. Daher ist die durch
die elektrischen Kontakte emittierte elektromagnetische Strahlung ähnlich klein
und schwer zu detektieren. Diese Begrenzung der Detektierung einer
elektromagnetischen Strahlung erhöht weiter die Sicherheit der Smart
Cards.
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Sogenannte
Hacker versuchen einen unberechtigten Zugriff zu Informationen in
der elektronischen Sicherheitseinheit oder alternativ Eingriff zu der
elektronischen Sicherheitseinheit, um ohne Berechtigung oder Bezahlung
Serviceleistungen zu bekommen. Zusätzlich zu der Erlangung eines
unberechtigten Zugriffs oder zum Empfang unberechtigter Servicedienste
können
Personen wünschen,
in einer Smart Card enthaltene Informationen und/oder Informationen,
die zwischen der Smart Card und dem Hauptgerät übertragen werden, zu ändern oder
anzusehen. Eine Lösung,
die für
den unberechtigten Zugriff oder Änderung
von Informationen dient, wird als das so genannte "Hot-Wiring" einer Smart Card bezeichnet.
Dieses Hot-Wiring erfolgt durch Festlegung eines einzigen Drahtes
auf jeden einzelnen elektrischen Kontakt in der so genannten "contactpatch-"Smart Card. Die Smart
Card wird dann in das Hauptgerät
eingeschoben, und das Hauptgerät
beginnt, mit der Smart Card zusammenzuarbeiten, wobei von dem Aufnahmeschacht
ausgehende Drähte möglicherweise
vertrauliche Informationen außerhalb
des Hauptgeräts
ermöglichen.
Eine elektronische Schaltung kann mit den Drähten außerhalb des Schachtes verbunden
sein, was möglicherweise
zu der Modifikation der in der Smart Card enthaltenen Informationen
oder zur Modifikation von Signalen führt, die zwischen der Smart
Card und dem Hauptgerät übertragen
werden. Wenn ein Hacker eine geeignete Anlage außerhalb des Hauptgerätes benutzt, kann
der Hacker viele vertrauliche Informationen erlangen, die in der
Smart Card gespeichert sind, und kann außerdem eine Kopie der Smart
Card anfertigen.
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Eine
andere Lösung
zur Änderung
der in den Smart Cards enthaltenen Informationen verwendet so genannte "Paddleboards" oder Smart Card
Emulatoren. Diese Paddleboards sind physische Teile der gedruckten
Schaltungsplatten, die im Wesentlichen dieselbe Größe haben
wie die Smart Cards (wenngleich Paddleboards im Allgemeinen etwas
dicker als Smart Cards sind), und sie enthalten eine Smart Card "contact patch" (Kontaktfläche) mit
mehreren elektrischen Kontakten, die mit einem Hauptgerät mit zusammenarbeiten.
Paddleboards enthalten einen Computerchip, der es ihnen ermöglicht,
mit den Hauptgeräten
in einer ähnlichen
Weise zusammenzuarbeiten, wie die Smart Card mit den Hauptgeräten zusammenarbeiten
würde.
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In
dieser Beschreibung werden das Hot-Wiring, die Paddleboards und
andere Systeme, durch die in einer Smart Card gespeicherte Informationen einen
Zugriff erfahren oder geändert
werden, oder ein Zugriff erfolgt zwischen einer Smart Card und einem
Hauptgerät übertragenen
Informationen werden in dieser Beschreibung als "Änderung" der Informationen
oder Änderung
der elektronischen Sicherheitseinheit bezeichnet.
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Das
Dokument
WO-A-96/00951 ,
veröffentlicht
am 11. Januar 1996, mit dem Titel "Device and Method for Detecting Attempts
at Fraud in Readers of Integrated-Circiut Type Telephone Cards" lehrt eine Einheit
mit seitlich verlängerten
Elektroden im Inneren eines Kartenlesers. Wenn eine Chipkarte in
einen Schlitz des Kartenlesers eingeschoben wird, gelangen Schichtkontakte
in der Nähe
des hinteren Endes der Smart Card von dem Schlitz wegweisend, in
Kontakt mit einem entsprechenden Kontaktblock auf dem Kartenleser.
Die seitlich verlängerten
Elektroden liegen über
und unterhalb der Smart Card, wenn diese in den Schlitz eingeführt wird.
Die Elektroden liegen neben dem Satz von Kartenleser-Kontakten.
Ein elektronischer Schalter trennt unter Steuerung durch einen Mikroprozessor
die Lesekontakte von den Leseschaltungen und verbindet sie periodisch
mit einem Oszillator, der ein Testsignal erzeugt, das von den verlängerten
Elektroden aufgenommen wird. Eine Detektorschaltung ist mit den
Elektroden verbunden und detektiert ein darin induziertes Signal
zur Bildung eines Nutzsignals, das über einen voreingestellten
Schwellwert nennenswert erhöht
wird, wenn die Chipkarte Leitungen enthält, die für betrügerische Zwecke die flächenförmigen Kontakte
der Chipkarte mit einer außerhalb
des Lesers angeordneten Vorrichtung verbinden.
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Im
Stand der Technik besteht ein Bedarf nach einem Gerät, um Smart
Card Modifikationen zu begrenzen. Dieses Gerät verbessert die Sicherheit durch
Verhinderung einer unberechtigten Benutzung von Zugriffscodes und
Vertrauensbrüche,
und verbessert dadurch die Vertraulichkeit in dem System.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist enthalten in einem Aufnahmeschacht-Detektor
für ein
Hauptgerät, das
in der Lage ist für
den Zugriff zu Informationen auf der elektronischen Sicherheitseinheit,
wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, und in einem Verfahren gemäß Anspruch
6. Das Hauptgerät
enthält
ein Gehäuse
mit darin ausgebildeten Aufnahmeschächten. Der Schacht ist zur
Aufnahme der elektronischen Sicherheitseinheit ausgebildet. Der
Schachtdetektor der vorliegenden Erfindung liegt in der Nähe des Schachtes.
Wenn die elektronische Sicherheitseinheit modifiziert worden ist,
detektiert in einer Ausführungsform
der Schachtdetektor die Strahlung, die von dem Hot-Wired Draht als
Ergebnis der Übertragung
der Signale von der elektronischen Sicherheitseinheit über den
Schacht zu der Außenseite
des Hauptgerätes übertragen
wird. In einer anderen Ausführungsform
wird die dielektrische Eigenschaft der elektronischen Sicherheitseinheit
gemessen und mit einem bekannten Wert verglichen. Wenn der Vergleich
eine vorbestimmte Grenze übersteigt,
wird die elektronische Sicherheitseinheit als eine Kopie angesehen.
Aufgrund einer dieser beiden Fälle
kann der Schachtdetektor ein Signal erzeugen, das zur Deaktivierung
des Hauptgerätes
oder zur Übertragung
von Informationen zwischen dem Hauptgerät und der elektronischen Sicherheitseinheit
dient, oder kann alternativ einen Benutzer über den unberechtigten Zugriff
zu dem Hauptgerät
warnen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
Lehren der vorliegenden Erfindung werden leicht verständlich anhand
der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung:
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
einen vergrößerten Querschnitt einer
Smart Card, die in ein Hauptgerät
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingeschoben ist,
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3 zeigt
eine Perspektive der Innenseite des Hauptgeräts von 2,
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4a zeigt
ein Beispiel eines elektrischen Stromsignals, das in dem Hot-Wired-Draht 302a von 3 erzeugt
wird,
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4b zeigt
ein Beispiel einer magnetischen Strahlung, die in der Nachbarschaft
einer magnetischen Schleifenantenne 306 aufgrund des Signals
gemäß 4a erzeugt
wird,
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4c zeigt
ein Beispiel einer magnetischen Strahlung in der Nähe einer
magnetischen Schleifenantenne 306 durch alle anderen Quellen
von 4a,
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4d zeigt
die magnetische Strahlung gemäß 4b, überlagert
auf der magnetischen Strahlung gemäß 4c.
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4e zeigt
ein Beispiel des hochpassgefilterten elektrischen Stroms des Detektors,
der in dem Detektor besteht, nachdem die magnetische Strahlung gemäß 4d auf
die Schleifenantenne 306 von 3 gelangt
ist,
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5 zeigt
einen Querschnitt der Innenseite des Satellitenempfängers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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6 zeigt
ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Ermittlung der Anwesenheit
und/oder der Eignung der Smart Card.
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Zur
Erleichterung des Verständnisses
dienen gleiche Bezugsziffern, soweit möglich, zur Bezeichnung gleicher,
den Figuren gemeinsamen Elemente.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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1 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem bekannten Empfängersystem 100,
das ein Hauptgerät,
zum Beispiel einen Satellitenempfänger 101, eine Satellitenschüssel 102 und
ein Fernsehgerät 104 enthält. Der
Satellitenempfänger 101 ist
von einem heutzutage allgemein benutzten Typ, der z.B. mit Satelliten
in einer erdnahen Umlaufbahn oder geostationären Satelliten zusammenarbeiten
kann. Wenngleich das Hauptgerät 101 in 1 als
ein Satellitenempfänger
dargestellt ist, können
andere Hauptgeräte,
die mit einer Smart Card ISO 7816 zusammen arbeiten können, oder
ein beliebiger Typ einer elektronischen Sicherheitseinheit, in denen
erwünscht
ist, zu verhindern, dass Personen Informationen modifizieren, die
darin enthalten sind, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung
liegen. Derartige alternative Ausführungsformen eines Hauptgeräts sind
Kabelnetzempfänger, terrestrische
Sende-Netz-Geräte,
verteilte-vorbespielte Netzgeräte,
VCR-Bandgeräte,
DVD-Geräte, Telefongeräte, Bankgeräte, Sicherheits-Zugriffssysteme,
usw. sein.
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Der
Satellitenempfänger 101 enthält einen Smart
Card-Teil 106, einen Controllerteil 107 und in bestimmten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung einen Detektor 130. Der Smart
Card-Teil 106 enthält
eine Smart Card 108 (wenn sie eingeschoben ist), einen
Smart Card-Schacht 112, eine Smart Card-Einfassung 113 und
einen Smart Card-Leser 110. In dieser Beschreibung werden
die Ausdrücke "Smart Card" und "elektronische Sicherheitseinheit" abwechselnd benutzt.
Der Smart Card-Leser 110 enthält einen Smart Card-Lesekopf 111.
Die Smart Card 108 enthält
eine Smart Card-Kontaktfläche 109. Der
Smart Card-Schacht 112 ermöglicht das Einschieben und
Herausnehmen von unterschiedlichen gewählten elektronischen Sicherheitseinheiten über den
Smart Card-Schacht 112. Die Smart Card-Einfassung 113 hält die Smart
Card 108 in ihrer Lage, wenn eine elektronische Sicherheitseinheit über den Smart
Card-Schacht 112 eingeschoben wird. Der Smart Card Schacht 112 ist
in einem Gehäuse 121 ausgebildet,
das die Außenfläche des
Satellitenempfängers 101 bildet.
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Der
Controllerteil 107 enthält
eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processor unit) 114,
einen Speicher 116, einen Eingang/Ausgang (I/O) 118 und
einen Bus 119. Die Integration und der Betrieb dieser Teile
sind hinreichend bekannt und werden daher hier nicht beschrieben.
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Eine
in einen Smart Card-Schacht 112 eingeschobene elektronische
Sicherheitseinheit 108 wird in der vergrößerten Teilschnittansicht
von 2 näher
erläutert.
Die Smart Card-Kontaktfläche 109 auf einer
Außenfläche der
Smart Card 108 enthält
elektrische Kontakte 202a, 202b, 202c und 202d,
eine integrierte Schaltung 205 und ein (nicht dargestelltes) Isoliermaterial,
z.B. Kunststoff. Jeder elektrische Kontakt ist elektrisch über Leiter
mit der integrierten Schaltung 205 verbunden. Die Oberfläche des
elektrischen Kontakts 202 liegt gegenüber einer Außenfläche 210 der
Smart Card 108 und der Smart Card Kontaktfläche 109,
so dass eine elektrische Probe, die die freiliegende Oberfläche des
elektrischen Kontakts 202 berührt, Signale zu und von der
integrierten Schaltung 205 übertragen kann. Die räumliche
Größe der Smart
Card-Kontaktfläche 109 ist
hilfreich für die
Begrenzung des Betrags an emittierter elektromagnetischer Strahlung.
Eine wichtige Funktion der integrierten Schaltung 205,
z.B. ein Chip, besteht in der Speicherung von Informationen (von
denen einige modifiziert sein können).
Die Schaltung 205 kann die Form einer anwendungsspezi fischen
integrierten Schaltung aufweisen. Die Informationen, die bedient werden
müssen,
können
Geldbeträge,
Programmierfähigkeiten,
Service-Berechtigungen, Einkaufgeschichte, PIN-Codes, individuelle
und Adresseninformationen und weitere derartige Informationen enthalten.
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Der
Smart Card-Leser 110 ist außerdem in 2 in
einer Lage dargestellt, die er einnimmt bei der Zusammenarbeit mit
den elektrischen Kontakten 202. Der Smart Card Leser 110 enthält mehrere
Lesekopfkontakte 206a, 206b, 206c und 206d,
die die elektrischen Kontakte 202a, 202b, 202c und 202d elektrisch
verbindet, wenn die Smart Card in den Smart Card-Schacht 112 eingeschoben
ist. Wenngleich in 2 vier elektrische Kontakte
und vier Lesekopfkontakte dargestellt sind, kann eine beliebige Zahl
von Kontakten gewählt
werden, z.B. acht in 3, wie in ISO 7816 beschrieben.
Jedoch muss die Anzahl der elektrischen Kontakte für die beabsichtigte
Aufgabe der Smart Card geeignet sein.
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Im
Betrieb verbleibt im Allgemeinen eine einzige elektromagnetische
Sicherheitseinheit in bestimmten Anwendungen in einem Hauptgerät. Jedoch
können
in verschiedenen Anwendungen mit einer elektromagnetischen Sicherheitseinheit
verschiedene elektromagnetische Sicherheitseinheiten aus einem Satellitenempfänger 101 entnommen
und in diesen eingeschoben werden. In einem Haushalt können z.B.
verschiedene Familienmitglieder unterschiedliche Fernsehkanäle haben,
zu denen ihre Smart Cards Zugriff haben, oder es kann bestimmten Benutzern
jede Woche nur eine bestimmte Menge an Anwendungen des Satellitenempfängers 101 (und des
zugehörigen
Fernsehgeräts 104)
ermöglicht
werden. Wenngleich eine Smart Card in dieser Beschreibung beschrieben
und in der zugehörigen
Zeichnung dargestellt ist, ist damit gemeint, dass eine beliebige Karte,
Chip oder elektronische Sicherheitseinheit, von der ein Zugriff
zu den Informationen besteht, im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
liegen.
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PCMIA
und ISO7816-Protokolle sind in der National Renewable Security Standard (NRSS)-Schnittstelle
enthalten. Die vorliegende Erfindung kann ebenso bei Systemen aufgrund
des PCMIA angewendet werden. Das ist notwendig, da Smart Cards ständig weiterentwickelt
werden. Jede Karte oder andere Einheit, die eine integrierte Schaltung
enthält
und ähnliche
interaktive Möglichkeiten mit
einem Hauptgerät
bie tet, wie hier beschrieben, soll innerhalb des Schutzumfangs der
vorliegenden Erfindung liegen.
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Ein
Sicherheitsproblem mit Smart Cards 108 tritt auf, wenn
ein unberechtigter Smart Card Benutzer einen Zugriff zu dem Hauptgerät oder den
in der Smart Card enthaltenen Informationen versucht. Die Tatsache,
dass die Smart Card-Kontaktfläche 109 räumlich innerhalb
des Satellitenempfängers 101 liegt,
wie 1 zeigt, ist ein erster Versuch zur Begrenzung,
dass unberechtigte Benutzer Zugriff zu dem Informationsfluss zwischen
der Smart Card 108 und dem Hauptgerät 101 erlangen. Unberechtigte Benutzer
versuchen außerdem,
einen Zugriff zu Informationen zu erlangen, die in der Smart Card 108 enthalten
sind, durch elektrische Kontaktierung eines einzigen getrennten,
geeignet bemessenden elektrisch leitenden Draht zu jedem elektrischen
Kontakt 202a, 202b, 202c und 202d.
Wenn somit die Smart Card 108 in den Smart Card-Schacht
eingeschoben wird und jeder elektrische Kontakt 202 den
jeweiligen Leserkopfkontakt 206 berührt, dann könnte jedes Signal, das zwischen
dem Smart Card-Kopfleser 111 und der Smart Card 108 übertragen
wird, am anderen Ende des Drahts gelesen werden, der sich aus dem
Smart Card-Schacht 112 erstreckt. Der unberechtigte Zugriff
oder die Änderung
von Informationen in der elektronischen Sicherheitseinheit (z.B.
der Smart Card) oder ein unberechtigter Zugriff oder Änderung
von Informationen, die zwischen dem Hauptgerät und der elektronischen Sicherheitseinheit übertragen
werden, wird hier als Modifikation der elektrischen Sicherheitseinheit
bezeichnet.
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Eine
Wirkung der Modifikation der elektronischen Sicherheitseinheit unter
Anwendung von Hot-Wiring beinhaltet eine Strahlungsübertragung der
elektromagnetischen Strahlung von dem Draht zum Hot-Wire der Smart
Card, wenn ein elektrischer Strom durch den Draht fließt. In diesem
Fall arbeitet der zum Hot-Wire der Smart Card dienende Draht als eine
Antenne, die aufgrund des durch den Draht fließenden Stroms als eine elektromagnetische
Strahlung strahlende Antenne. Die durch jeden Draht erzeugte elektromagnetische
Strahlung ist in der Kurvenform ähnlich
zu dem durch den Draht fließenden skalierten
Strom. Somit könnte
ein unberechtigter Benutzer, der die elektronische Sicherheitseinheit modifiziert,
detektiert werden, wenn ein Muster des emittierten Stroms mit einer
dem Originalsignal ähnlichen
Muster und Frequenz detektiert wird. Jedes periodische Signal (und
bestimmte nicht-periodische Signale wie ein Pulssignal), die von
dem Hauptgerät zu
der Smart Card 108 übertragen
werden (oder umgekehrt), könnten
für diese
Funktion benutzt werden, einschließlich des Taktsignals, das
durch die CPU 114 erzeugt und zu der elektronischen Sicherheitseinheit übertragen
wird.
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DETEKTIERUNG
DER STRAHLUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt,
die eine Perspektive der Innenseite des Satellitenempfängers 101 zeigt, wie
er dargestellt und anhand der 1 beschrieben wurde. 3 zeigt
die Smart Card (elektronische Sicherheitseinheit) 108,
eingeschoben in den Smart Card-Schacht 112 innerhalb der
Smart Card-Einfassung 113 oder dem Gehäuse 121. Zur Erleichterung der
Darstellung ist der Smart Card-Leser 110 in 3 nicht
dargestellt. Die Kontaktfläche 109 der Smart
Card ist jedoch innerhalb und getrennt von dem Smart Card-Schacht 112 dargestellt,
der durch eine Smart Card-Einfassung 113 gebildet wird,
derart, dass alle Drähte
zum Hot-Wire der Smart Card notwendigerweise über den Smart Card Schacht 112 fließen müssen. In 3 ist
ein getrennter, Hot-Wired-Draht 302 elektrisch
mit jedem getrennten elektrischen Kontakt 202 verbunden.
Wenngleich in 2 nur vier elektrische Kontakte 202a–d dargestellt
sind, sind in 3 acht Smart Card-Kontakte dargestellt. Zur Übertragung
der Informationen außerhalb
des Hauptgeräts 101 erstreckt
sich jeder Hot-Wire-Draht 302 von seinem jeweiligen elektrischen
Kontakt 202 und läuft
durch den Smart Card-Schacht 112.
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Aufgrund
der Gleichungen von Maxwell erzeugt jedes elektrische Signal durch
jeden der Hot-Wire Drähte 302 in
einer modifizierten elektronischen Sicherheitseinheit eine elektromagnetische Strahlung
aus einem elektrischen Feld und einem magnetischen Feld. Diese elektromagnetische
Strahlung kann auf einem ähnlichen
Typ von elektromagnetischer Strahlung durch andere Quellen überlagert sein
(z.B. Hot-Wired Drähte 302 sowie
elektromagnetische Strahlungsquellen an der Außenseite des Satellitenempfängers 101).
In der Ausführungsform von 3 umgibt
eine Schleifenantenne 306 die Smart Card-Einfassung 113.
Das der Schleifenantenne 306 zugeführte Magnetfeld (enthalten
in der elektromagnetischen Strahlung erzeugt einen elektrischen
Strom in der Schleifenantenne 306. Ein Detektor 308 (der
eine Form des Detektors 130 ist) kann den elektrischen
Strom in der Schleifenantenne erfassen oder sensieren.
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Die
Schleifenantenne 306 zeigt einen Aufbau für die Detektierung
eines Magnetfeldes, erzeugt durch den Draht 302, der sich
durch den Smart Card-Schacht 112 erstreckt. Unglücklicherweise
wird das Magnetfeld, das durch den über dem Smart Card Schacht 112 fließenden Draht 302 erzeugt
wird, die Elektrizität
in der Schleifenantenne kreuz-polarisieren, wenn die Schleifenantenne
senkrecht zu dem Draht 302 steht. Diese Kreuzpolarisation
begrenzt den in der Antenne erzeugten Strom und daher die Fähigkeit
des Detektors 308, die Anwesenheit des Drahts 302 in
bestimmten Fällen
zu detektieren. Die Kreuzpolarisation wird jedoch verringert, wenn
der Draht 302 räumlich
winklig zu Senkrechten zu der Ebene der Schleifenantenne 306 steht.
Diese Winkelstellung ("angling") des Drahts resultiert
in einer größeren Detektierbarkeit
des Drahts 302 durch den Detektor 308. Eine Konfiguration
der Antenne 306, die eine gleichmäßigere Detektierbarkeit des
Drahts 302 bewirkt, unabhängig von dem räumlichen
Winkel des Drahts relativ zu der Antenne 306, besteht darin, ein
Ferrit-Toroid mit den um den Toroid gewickelten Antennendrähten zu
bilden. Dieser "coiled
toroid" (gewickelte
Toroid) soll innerhalb des Schutzumfangs des Ausdrucks "Schleifenantenne" liegen, wie er ein der
vorliegenden Erfindung benutzt wird.
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4,
einschließlich
der 4a bis 4e, zeigt
ein Beispiel einer Reihe von Signalen, die erzeugt werden, wenn
ein elektrischer Strom in dem Hot-Wired Draht 302 von 3 erzeugt
wird. 4a zeigt eine Kurve eines elektrischen
Stroms in Abhängigkeit
von der Zeit eines in dem Hot-Wired Draht 302 erzeugten
Signatursignals. Dieses Signatursignal ist vorzugsweise eine charakteristische
periodische Kurve, die dadurch erzeugt werden kann, indem ein von
der CPU 114 erzeugtes Taktsignal der integrierten Schaltung 205 zugeführt wird.
Das Signatursignal kann entweder von dem Hauptgerät 101 der
Smart Card 108 oder von der Smart Card dem Hauptgerät zugeführt werden.
Das Signatursignal kann über
einen oder mehr als einen elektrischen Kontakt 202a–d zugeführt werden
(wenn das Signatursignal zwischen dem Hauptgerät 101 und der Smart
Card 108 übertragen
wird). Wenngleich 4 ein rechteckförmiges Taktsignatursignal
zeigt, kann jedes periodische Signatursignal (und auch bestimmte
aperiodische Signatursignale, wie ein Impulssignal) in dieser Ausführungsform
benutzt werden.
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4b zeigt
ein Beispiel der magnetischen Strahlung, die in der Nähe einer
Schleifenantenne 306 als Ergebnis des elektrischen Stroms
erzeugt werden kann, der dem durch den Hot-Wired Draht 302 fließenden Signatursignal
entspricht. Die Einheiten des elektrischen Stroms und der magnetischen Strahlung
sind willkürlich
und von den räumlichen
Abmessungen, Materialien, usw. der Schleifenantenne, der Stromstärke, der
Länge des
Hot-Wired Drahts 302a, usw., abhängig. 4c zeigt
ein Beispiel einer zusätzlichen
magnetischen Strahlung in der Nähe der
Schleifenantenne 306. 4d zeigt
die magnetische Strahlung von 4b, die
sich aus dem Signatursignal ergibt, das der magnetischen Strahlung
von 4c überlagert
ist. Der elektrische Strom in 4d wird
in der Schleifenantenne 306 erzeugt. 4e zeigt
die Kurve von 4d nach dem Durchlauf durch
ein Hochpass- oder Bandpassfilter, das dafür gewählt ist, dass die Frequenz
für den
Strom in 4a durchgelassen wird. Das Signal
von 4e wird dem Detektor 308 zugeführt. Wenn
die Charakteristiken (einschließlich
Amplitude 402, Frequenz und Kurvenform) des Signals von 4e sehr ähnlich sind
zu dem Signatursignal, bestimmt eine Comparatorschaltung 310 in
dem Detektor 308, dass die Smart Card-Kontaktfläche 109 geändert worden
ist. Der Detektor 308 macht daher, basierend auf dem Eingang
von der Comparatorschaltung 310 daraufhin ein Signal zu
der CPU 114 verfügbar,
das anzeigt, dass die CPU die Kommunikationen mit der Smart Card
beenden oder dem System-Operator mitteilen sollte. Comparatorschaltungen
sind im Stand der Technik bekannt und werden hier nicht detaillierter beschrieben.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zur Ermittlung der Existenz eines Hot-Wired Drahts 302a (nur ein
Hot-Wired Draht ist in 5 gezeigt, der innerhalb des
Satellitenempfängers 101 in 1 gezeigt
ist und ebenfalls aus dem Smart Card Schacht 112 in 5 verläuft) in
einer modifizierten elektronischen Sicherheitseinheit. Der Unterschied zwischen
den Ausführungsformen
von 3 und 5 besteht darin, dass die Ausführungsformen von 3 die
magnetische Strahlung durch die Schleifenantenne 306 misst,
wie oben beschrieben. Durch Vergleich misst die Ausführungsform
von 5 das elektrostatische Feld, das durch den durch den
Hot-Wired Draht 302 fließenden elektrischen Strom erzeugt
wird, unter Anwendung des Kapazitäts-Messelements 502.
Das Messelement 502 für die
Kapazität
arbeitet im Allgemeinen in Paaren, von denen eines über dem
Smart Card-Schacht 112 in 5 und ein
anderes darunter liegt. Das kapazitive Messelement ist in der Ausführungsform
von 5 als zwei im Wesentlichen parallele Filmplatten
dargestellt. Die Kapazität
zwischen den Messeinheiten wird zu dem Kapazitätsdetektor 504 übertragen.
Die in den 4a bis 4e gezeigten
Kurven gelten auch für
die Ausführungsform
von 5 mit den folgenden Änderungen in 4.
In den 4a, 4b, 4c und 4d wird
die magnetische Strahlung in eine elektrostatische Feldstärke umgesetzt,
da dieses der Typ eines Feldes ist, das durch Kapazitäts-Messeinheiten 502 sensiert
wird. Zusätzlich
stellt in 4e der Strom I den Strom dar,
der einem in einem Comparator 506 in dem Kapazitätsdetektor 504 zugeführt wird.
Wieder ist es so, dass, wenn der dem Comparator 506 zugeführte Strom
einen vorbestimmten Schwellwert in der Ausführungsform von 5 übersteigt,
dann signalisiert, der kapazitive Detektor 504 die CPU 114 in
dem Steuerteil 107, die Zusammenarbeit zu unterbrechen
oder einen System Operator warnt, wenn das Gerät geändert wird.
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Das
zusätzliche
Metall von z.B. den Hot-Wired Drähten 302 würde diese
Kapazität
in einer Weise ändern,
die durch den kapazitiven Detektor 504 detektierbar ist.
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Der
Abstand zwischen den kapazitiven Messelementen 502 ist
vorzugsweise gering. Die Anwendung eines Abstands von 3,2 mm und
eines Querschnittsbereichs des elektronischen Messelementes 502 von
einem Quadratzoll vereinfacht die Berechnungen. Es wird angenommen,
dass die Smart Card 108 den gesamten Platz zwischen den
kapazitiven Messelementen 502 einnimmt. Wenn die Gesamtdicke
des Schlitzes zwischen den kapazitiven Messelementen 502 durch
die Smart Card nicht ausgefüllt wird,
müssen
die kapazitiven Werte entsprechend geändert werden.
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KAPAZITIVE ERFASSUNG DER
ELEKTRONISCHEN SICHERHEITSEINHEIT
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In
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie auch in 5 dargestellt,
liegt ein dielektrischer Sensor 510 neben der elektronischen
Sicherheitseinheit 108, wenn diese in den Smart Card-Schacht 112 eingeschoben
ist. Der dielektrische Sensor 510 sensiert die dielektrischen Konstanten
der elektronischen Sicherheitseinheit und vergleicht sie mit einem
bekannten Wert, z.B. einer Smart Card. Wenn der gemessene dielektrische Wert
außerhalb
eines vorbestimmten Be reichs liegt, kann der Detektor 504 darauf
hinweisen, dass die benutze Karte eine Fälschung ist (wie in dem Hintergrund
beschriebene sogenannte Paddleboards). Unter diesen Umständen können Schaltungen
für den (nicht
dargestellten) Detektor entweder den Betrieb des Hauptgeräts 101 anhalten
oder die Fachleute warnen, dass eine gefälschte Karte benutzt wird.
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Dielektrische
Konstanten für
Kunststoff, die meisten Karten sind aus Kunststoff hergestellt,
liegen zwischen 2,1 für
Teflon bis 2,98 für
Polycarbonat und bilden einen Bereich von 4,4 bis 5,3 Picofarad
(pF). Die meisten gedruckten Leiterplatten haben eine relative dielektrische
Konstante von ungefähr
4, resultierend in einer Kapazität
von 7,19 pF. Diese Differenz in der gemessenen Kapazität zwischen
einer Smart Card und einer gedruckten Leiterplatte kann dazu dienen,
zu detektieren, wenn eine gedruckte Leiterplatte an Stelle einer
Smart Card in den Smart Card-Schacht 112 eingeschoben ist.
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Zwei
Lösungen
zur Sensierung einer Strahlung, die aus dem Hot-Wiring einer elektronischen
Sicherheitseinheit resultieren, wurden oben beschrieben (die in 3 ermittelte
elektromagnetische Strahlung und die in 5 gemessene
kapazitive Messung) sowie eine Lösung
zur Sensierung einer dielektrischen Konstanten durch den dielektrischen Sensor 510,
der in 5 dargestellt ist. Jede dieser Lösungen sind
Bemühungen
zur Modifikation der elektronischen Sicherheitseinheit 108.
Wenngleich jede dieser Lösungen
getrennt beschrieben wurde, wird angenommen, dass diese Lösungen in
einer beliebigen Kombination benutzt werden können. Wenn eine dieser Lösungen eine
Modifikation der elektronischen Sicherheitseinheit anzeigt, dann
sollte angenommen werden, dass die elektronische Sicherheitseinheit
modifiziert worden ist.
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CONTROLLER-LOGIK
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Es
gibt drei verschiedene Optionen für die Smart Card 108,
dass der Controllerteil 107 während der normalen Vorgänge angesprochen
wird. Diese Optionen sind in den Verfahren 600 von 6 dargestellt.
Die erste Option zur Zugriffssteuerung in dem Entscheidungsblock 602 besteht
darin, ob eine Smart Card in dem Smart Card-Schacht 112 liegt. Wenn die
Antwort zu dem Entscheidungsblock 602 NEIN ist, dann bleibt
das Verfahren bei Block 604, in dem Steuerteil 107 und
zeigt an, dass der Detektor 308 richtig arbeitet, dass
jedoch kein Zugriff besteht zu dem Hauptgerät (z.B. Satellitenempfänger 101) aufgrund
des Fehlens der Berechtigung als ein Ergebnis eines Fehlens einer
Smart Card 108. Wenn die Antwort zu dem Entscheidungsblock 602 JA
ist, dann bleibt das Verfahren beim Entscheidungsblock 606,
in dem der Steuerteil 101 ermittelt, dass, obwohl eine
Smart Card in dem Smart Card-Schacht 112 anwesend ist,
die Smart Card nicht zur Bildung einer Berechtigung für den Benutzer
geeignet ist. Wenn die Antwort zu dem Entscheidungsblock 606 NEIN
ist, zeigt der Controllerteil 107 an, dass der Detektor
richtig arbeitet, dass jedoch ein Zugriff zu dem Satellitenempfänger 101 nicht
möglich
ist, aufgrund des Fehlens der Berechtigung durch die ungeeignete
Smart Card in dem Block 608 (oder alternativ kann der Anbieter
des Hauptgeräts
benachrichtigt werden, dass eine ungeeignete Smart Card benutzt
wird).
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Wenn
die Antwort zu dem Entscheidungsblock 606 JA ist, dann
bleibt der Controller beim Entscheidungsblock 610, der
die Steueroption für
die dritte Option darstellt. In dem Entscheidungsblock 610,
der die zweite Zugriffs-Steueroption darstellt, zeigt der Detektor
(z.B. 308 in 3 oder 504 in 5)
an, dass die elektronische Sicherheitseinheit in dem Satellitenempfänger über den
Smart Card-Schacht 112 geändert wird, wie es oben für die in
den 3 und 5 dargestellten drei Modifikationslösungen beschrieben
wurde. Wenn die Antwort zu dem Entscheidungsblock 610 JA
ist, dann ermittelt der Controller-Teil 107, dass das Detektorsystem
aufgrund einer modifizierten elektronischen Sicherheitseinheit versagt,
und dem Benutzer wird kein Zugriff zu dem System erlaubt (oder alternativ
wird der Hauptgerät-Anbieter
informiert, dass eine modifizierte elektronische Sicherheitseinheit
benutzt wird).
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Die
Ermittlung einer modifizierten elektrischen Sicherheitseinheit in
dem Hauptgerät 101 kann
auf einer kapazitiven Messung beruhen, wie in 5 beschrieben,
der induktiven Messung, wie in 3 beschrieben,
der kapazitiven Erfassung, wie anhand der 5 beschrieben,
oder jeder andere bekannte Typ einer geeigneten Detektormessung würde innerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. In den Blöcken 604, 608 und 612 erhält der Benutzer
keinen Zugriff zu dem Hauptgerät,
und das Verfahren 600 bildet weiterhin eine Schleife mit
einem Entscheidungsblock 602. Wenn die Antwort zu dem Entscheidungsblock 610 NEIN ist, dann
ermittelt der Controllerteil, dass eine effektive Smart Card anwesend
ist, und der Decoder zeigt nicht an, dass die Smart Card modifiziert
wird. Unter diesen Umständen
zeigt der Controllerteil 107 an, dass der Detektor den
Betrieb des Hauptgeräts
erlaubt (z.B. gewünschter
Kanalempfang des Satellitenempfängers 101).
Nach einer vorbestimmten Verzögerung
im Block 614 kann der Controllerteil 107 im Block 614 zu
der Entscheidung 602 zurückgeschleift werden, um kontinuierlich
zu bewirken, dass die elektronische Sicherheitseinheit nicht modifiziert
wird.
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Wenngleich
verschiedene Ausführungsformen,
die die Lehren der vorliegenden Erfindung beinhalten, hier gezeigt
und im Einzelnen beschrieben wurden, wird der Fachmann auf diesem
Gebiet viele andere abgewandelte Ausführungsformen ersinnen, die
die Lehren enthalten.