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Die Erfindung betrifft Speicherkarten und insbesondere
solche, die als Mittel zur Vorzahlung bei
Verteilungseinrichtungen für Produkte oder Dienstleistungen verwendet werden.
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Ein charakteristisches Beispiel für Speicherkarten, auf das
die Erfindung anwendbar ist, ist die vorbezahlte
Telefonkarte, die für einen bestimmten Geldwert gekauft wird; der
Wert wird direkt oder indirekt in der Karte gespeichert und
wird nach Maßgabe der Benutzung dekrementiert. Die Erfindung
findet indessen gleichermaßen bei anderen Situationen
Anwendung, bei denen Zähleinheiten in der Karte registriert
werden und nach Maßgabe der Benutzung dekrementiert oder
inkreinentiert werden; diese Einheiten können einen Geldwert haben
oder nicht. In der Folge der Beschreibung wird systematisch
das Beispiel der vorbezahlten Telefonkarte verwendet, denn
dies ist das sprechendste Beispiel für die Darstellung der
Vorteile der Erfindung.
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Bei einer vorhergehenden Ausführung einer vorbezahlten Karte
wird als Speichermedium für den vorbezahlten Marktwert ein
nichtflüchtiger, elektrisch programmierbarer und nicht
elektrisch löschbarer Speicher verwendet.
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Bei dieser Ausführung enthält der elektrisch
programmierbare, nichtflüchtige Speicher (EPROM-Speicher) P
Speicherzellen; jede Zelle entspricht einer Elementarzähleinheit des
Marktwertes. Die Zellen sind anfänglich leer; bei der
Benutzung liefert ein der Produkt- oder Dienstleistungsverteilung
zugeordnetes Kartenlesegerät aufeinanderfolgende Impulse zur
Programmierung der P Zellen nacheinander nach Maßgabe der
Verteilung. Der Restwert der Karte entspricht der Zahl von
noch nicht programmierten Zellen. Wenn sämtliche Zellen
programmiert worden sind, ist der vorausbezahlte Kredit
verbraucht.
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Bei einer anderen Ausführung ist der Speicher elektrisch
löschbar (EEPROM-Speicher). Man wird sich spezieller für das
letztere Beispiel interessieren, das die Vorteile der
Erfindung besser ins Licht setzt. Der Speicher umfaßt P Zellen,
die jeweils einer Zähleinheit entsprechen. Es ist außerdem
ein Zähler, ein eine feste Zahl Z entsprechend einem
globalen Marktwert ZxP der Karte, ausgedrückt in Zähleinheiten
enthaltendes Register und ein Komparator vorgesehen, um den
Inhalt des Zählers und denjenigen des Registers zu
vergleichen. Wenn die P Zellen des Speichers programmiert worden
sind, wird der Zähler um eine Einheit erhöht und die Zellen
werden alle gleichzeitig gelöscht, dann nacheinander wieder
neu programmiert. Der Inhalt des Zählers erhöht sich nach
jedem Verbrauch von P Zähleinheiten. Wenn der Inhalt des
Zählers den im Register spezifizierten Wert erreicht, gibt
der Komparator ein Kreditend-Signal aus, das es untersagt,
die Karte weiter zu benutzen. Aufgrund der Tatsache, daß der
Speicher elektrisch löschbar ist, ist so eine Karte
ausgeführt worden, deren Gutschriftwert ZxP ist, obwohl der
Speicher lediglich P Zellen hat.
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Selbstverständlich wird der Zähler durch einen internen
Kreis der Karte inkrementiert; er ist nicht an externen
Anschlüssen der Karte zugänglich, da dann ein Betrug möglich
wäre.
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In der Praxis kann man sich beispielsweise vorstellen, daß
die Karten einen Speicher von fünfzig Zellen (P=50)
aufweisen, und daß im Handel Karten mit 50, 100, 150, etc.
Zähleinheiten
verkauft werden.
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Das löschbare Zeichen des Speichers wird dazu verwendet,
eine begrenzte Anzahl von Speicherzellen (P Zellen) zu
erhalten, indem große Wählmöglichkeiten des Handelswertes der
Karte (PxZ) vorhanden sind. Der Hersteller des integrierten
Schaltkreises der Karte braucht lediglich eine einzige
Schaltung zu entwickeln, und das einzige, was er zum
Zuordnen eines Handels- oder eines anderen Wertes zur Karte tun
muß, ist, den Inhalt eines die Zahl Z definierenden
Registers (in der Praxis eines Festspeichers) unterschiedlich zu
programmieren.
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Es sind im übrigen (Patent FR-A-2 503 423) Systeme von
wiederladbaren Karten bekannt, bei denen die P Zellen des
Speichers gelöscht werden, nachdem sie sämtlich programmiert
worden sind, wobei diese Systeme indessen Anti-
Fälschungssicherheitseinrichtungen benötigen, um betrügerische
Neuladevorgänge zu verhindern. Es sind auch Systeme (Patent DE A
3432557) bekannt, die eine begrenzte Anzahl von Malen
wiederladbar sind, wobei ein Zähler für die Zahl von
aufeinanderfolgenden Neuladevorgängen verwendet wird.
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Die vorliegende Erfindung schlägt hauptsächlich vor, die
Löschbarkeitseigenschaft des Speichers auszunutzen, die
Karte wiederladbar zu machen, d.h., daß der Benutzer, der
seinen Kredit verbraucht hat, dann eine
Zusatzeinheitenzählmenge kaufen kann, ohne die Karte auszuwechseln.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es zu
gestatten, daß, wenn die Karte lediglich eine kleine Anzahl
von Zähleinheiten enthält, diese Einheiten für den Benutzer
nicht verloren sind, einschließlich dann, wenn er die Karte
wieder lädt.
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Gemäß der Erfindung wird eine Speicherkarte vorgeschlagen,
die als Mittel zum Zählen von Einheiten dient, organisiert
zum Zählen von bis zu NxP Einheiten, die in N Seiten mit
jeweils P Einheiten organisiert sind, wobei die Karte eine
Speicherzone umfaßt, bei der jede Zelle eine Zähleinheit
darstellt, wobei die Programmierung dieser Zelle in einem
gegebenen Zustand die Zählung einer Einheit darstellt, wobei
die Karte einen Seitenzähler und einen Inkrementierungskreis
innerhalb der Karte umfaßt, um den Seitenzähler nach jeder
vollständigen Programmierung einer Seite mit P Zellen um
eine Einheit zu inkrementieren, dadurch gekennzeichnet, daß
sie einen Anweisungszähler, dessen Inhalt einen Gesamtkredit
von Z Einheitsseiten darstellt, und einen Komparator zur
Ausgabe eines Kreditend-Signals umfaßt, wenn der Inhalt des
Seitenzählers den des Anweisungszählers erreicht, was
bedeutet, daß der Komparator das Kreditend-Signal ausgibt, wenn
der Seitenzähler anzeigt, daß Z Seiten verbraucht sind,
wobei der Anweisungszähler angeordnet ist, um von außerhalb
der Karte inkrementiert zu werden.
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Dadurch daß der Hersteller die verschiedenen Karten abhängig
von deren Handelswert herstellen muß, kann eine einzige
Karte hergestellt werden, und durch die Anfangsladung und
die späteren Wiederladungen der Karte wird der Kreditwert in
der Karte registriert.
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Diese Lösung ist hauptsächlich anwendbar, wenn der Speicher
elektrisch löschbar ist; hier hält die Erfindung ihren
ganzen Wert, denn sie macht von der Löscheigenschaft des
Speichers am besten Gebrauch; die Lösung ist jedoch ebenso
anwendbar, wenn der Speicher nicht löschbar ist, wobei die
Speicherzone dann N Seiten von P Zellen enthält; der
Seitenzähler wird bei jedem Verbrauch einer vollständigen Seite
inkrementiert und die erneuten Ladevorgänge bestehen darin,
den Anweisungszähler zur Erhöhung der Zahl von Seiten mit P
Zellen zu inkrementieren, die programmiert werden können,
wobei die Grenze der aufeinanderfolgenden Inkrementierungen
erreicht ist, wenn der Inhalt des Anweisungszählers den Wert
N erreicht.
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Im interessantesten Fall eines löschbaren Speichers enthält
die Speicherzone P Zellen, d.h. sie entspricht einer
einzigen Seite von Zähleinheiten. Wenn die P Zellen der Karte
programmiert worden sind, wird ein Inkrementierungsignal
des Seitenzählers ausgegeben (dieses Signal wird im Inneren
der Karte erzeugt), und die P Zellen werden gelöscht. Die
aufeinanderfolgende Programmierung der P Zellen kann nun
wieder beginnen. Wenn der Inhalt des Seitenzählers
denjenigen des Anweisungszählers erreicht, wird ein
Kreditend-Signal ausgegeben, wobei die spätere Funktion der Karte
ungültig gemacht wird und beispielsweise das Löschen der P Zellen
untersagt wird. Die Karte kann nun durch Inkrementierung des
Anweisungszählers der Grenze von dessen Zählkapazität erneut
geladen werden. Die Karte kann aber auch erneut geladen
werden, bevor das Kreditend-Signal ausgegeben wird; wenn im
Speicher Zähleinheiten verfügbar bleiben, gehen sie nicht
verloren, da das erneute Laden auf den Anweisungszähler und
nicht auf die Programmierung der Speicherzellen wirkt.
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Vorzugsweise sind der Seitenzähler und ebenso der
Anweisungszähler genau irreversibel, d.h., daß sie nicht nur in
einer Richtung zählen, sondern auch nicht auf Null
zurückkehren, wenn sie ihre maximale Zählkapazität erreicht haben.
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Da der Anweisungszähler ausgehend von externen
Verbindungsanschlüssen der Karte zugänglich ist, ist es sehr erwünscht
und manchmal unumgänglich, eine Zugriffssicherheit für den
Zähler vorzusehen, um einen Betrug zu vermeiden. Die
Erfindung schlägt ein System zur Verarbeitung von Speicherkarten
mit einer besonders einfachen Sicherheitseinrichtung in Form
von zwei Registern in der Karte vor. Das erste Register,
Identifikationsregister, enthält eine Identifikationszahl
der Karte, beispielsweise eine von Anfang an in die Karte
geschriebene Seriennummer; die Zahl ist beim Lesen
zugänglich, aber ihr Inhalt ist grundsätzlich nicht änderbar; das
Register kann ausgehend von einem Festspeicher oder einem
elektrisch programmierbaren Speicher mit isoliertem Gate
gebildet sein. Das zweite Register enthält einen
Validationscode, der das Ergebnis eines Rechenalgorithmus ist, der
gleichzeitig den Inhalt des ersten Registers und den Inhalt
des Anweisungszählers berücksichtigt. Die Berechnung des
Validationscodes erfolgt durch die Maschine zum erneuten Laden
der Karte, die die Seriennummer der Karte liest, die den
neuen Inhalt des Anweisungszählers liest oder die ihn kennt
und die das Ergebnis des Algorithmus in Form eines
Validationscodes in das zweite Register schreibt. Die Kontrolle des
Validationscodes erfolgt im Kartenlesegerät im Zeitpunkt der
Benutzung der Karte; das Lesegerät liest die Seriennummer,
den Inhalt des Kreditzählers und den Inhalt des
Validationsregisters. Es kontrolliert unter Berücksichtigung des
verwendeten Codierungsalgorithmus, ob eine Kompatibilität
zwischen den drei Inhalten vorliegt.
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Unter den Vorteilen der Erfindung wird festgestellt, daß die
Karte mit den nicht wiederladbaren Karten wie oben
beschrieben kompatibel ist: Es ist dann leicht vorzusehen, daß die
zukünftigen Anwendungen bei wiederladbaren oder nicht
wiederladbaren Karten auf gleiche Weise wirksam sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen beim Lesen
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, die
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausgeführt
ist, in denen die einzige Figur schematisch die integrierte
Schaltung der Speicherkarte gemäß der Erfindung zeigt.
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Die Figur stellt die Architektur der integrierten Schaltung
der wiederladbaren Speicherkarte gemäß der Erfindung dar. In
der Figur sind lediglich die durch die Erfindung speziell
betroffenen Teile dargestellt; insbesondere nicht
dargestellt
sind die Kreise, die die Übertragungsvorgänge von
Signalen zwischen der Karte und dem Kartenlesegerät oder
zwischen der Karte und der Vorrichtung zum Wiederaufladen von
Zähleinheiten leiten.
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Es wird im übrigen festgestellt, daß verschiedene Eingangs-
oder Ausgangsanschlüsse für Signale in der Figur dargestellt
worden sind. Indessen könnten bestimmte Anschlüsse, die als
physikalisch oder elektrisch getrennte Anschlüsse
dargestellt sind, in der praktischen Ausführung umgruppiert
werden; es ist nämlich wichtig, die Zahl von Eingangs/-
Ausgangsanschlüssen der Karte auf ein Minimum herabzusetzen
und es werden häufig Multiplizierungsvorgänge
unterschiedlicher Signale an gemeinsamen Anschlüssen vorgesehen,
um dieses Ziel zu realisieren.
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Das Beispiel der Erfindung entspricht einer vorgezahlten,
wiederaufladbaren Telefonkarte, wobei ein elektrisch
löschbarer und elektrisch programmierbarer Speicher
(EEPROM-Speicher) verwendet wird.
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Der integrierte Schaltkreis umfaßt eine EEPROM-Speicherzone,
die durch das Bezugszeichen MEM bezeichnet ist. Die Zone
umfaßt P Zellen, die jeweils einer Zähleinheit entsprechen.
Der Speicher kann in Matrixform mit Zeilen- und/oder
Spaltenadressierungsdecodierern oder auch in Form von Registern,
beispielsweise Schieberegistern, etc. eingerichtet sein.
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In der Figur ist ein Zugriffsanschluß DB für die Karte
dargestellt, durch den Belastungsimpulse ankommen; diese
Impulse werden bei der Benutzung der Karte in einer
öffentlichen Telefonzelle, der Telefonleitung selbst, ausgegeben.
Jeder Impuls hat die Wirkung, eine Zelle des Speichers MEM
zu programmieren, und die Adresse der zu programmierenden
Zelle wird bei jedem Impuls inkrementiert, damit sämtliche,
noch nicht programmierten Zellen des Speichers
aufeinanderfolgend
programmiert werden. Die Programmierschaltungen für
Speicherkarten mit Vorzahlung sind bekannt und werden nicht
weiter im einzelnen beschrieben. Es ist in der Figur
lediglich das Vorhandensein eines Programmierkreises PGC zwischen
dem Anschluß DB und dem Speicher MEM gezeigt.
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Ein Kreis DET zur Erfassung des Programmierendes des
Speichers MEM ist vorgesehen; er liefert ein Signal, wenn die
letzte Zelle (Pte Zelle) programmiert worden ist. Ein
Gesamtlöschkreis EFF für den gesamten Speicher MEM ist
ebenfalls vorgesehen; er löscht die P Zellen des Speichers, wenn
er den Befehl des Kreises zur Erfassung des Programmierendes
einer vollständigen Seite von P Einheiten empfängt.
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Es werden in der Figur noch zwei Zähler CPP und CPC und ein
Komparator COMP zum Vergleichen des Inhalts der beiden
Zähler festgestellt.
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Die Zähler sind irreversibel: sie zählen lediglich in einer
Richtung (beispielsweise lediglich Inkrementierung) und sie
kehren nicht auf Null oder auf einen früheren Inhalt zurück,
wenn sie das Maximum ihrer Kapazität erreichen. Sie können
in Binär- oder BCD-Modus oder einem ganz anderen Modus
zählen.
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Der erste Zähler, CPP, ist der Zähler für verbrauchte
Zähleinheitseiten; er wird durch den Erfassungskreis DET (d.h.
durch einen internen Kreis der Karte) nach jeder
Programmierung einer vollständigen Seite von Zähleinheiten
inkrementiert.
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Der zweite Zähler, CPC, ist der Anweisungszähler oder
Kreditzähler. Sein Inhalt wird von außerhalb der Karte, genauer
durch eine Maschine zum erneuten Laden des Kredits geladen.
Aus diesem Grunde ist eine Verbindung zwischen dem
Kreditzähler CPC und einem externen Anschluß für das erneute Laden
CR dargestellt. Wie oben festgestellt wurde, ist dieser
Anschluß als unabhängiger Anschluß dargestellt, aber er könnte
auch mit einem anderen, beispielsweise mit dem Anschluß DB
vereinigt werden, da das erneute Laden eines Kredits nicht
im Verlauf der Benutzung in einer Telefonzelle erfolgt.
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Es kann angenommen werden, daß der in den Zähler CPC
geladene Anfangsinhalt Z ist; dies ist der Inhalt am
Fabrikausgang oder nach einem anfänglichen Durchlaufen in einer
Maschine zum erneuten Kreditladen. Der Anfangsinhalt des
Seitenzählers CPP ist Null. Bei der Benutzung der Karte
werden dann die Zellen des Speichers M nacheinander abhängig
vom Verbrauch von Telefoneinheiten (bestimmt durch den
Empfang der Belastungsimpulse am Anschluß DB) programmiert.
Wenn die P Zellen programmiert worden sind, wird der Zähler
CPP um eine Einheit inkrementiert und der Speicher wird
vollständig gelöscht. Und so in der Folge, bis der
Seitenzähler CPP den im Anweisungszähler CPC registrierten Wert Z
erreicht. Der Komparator COMP gibt nun an einem externen
Anschluß ST der Karte ein Kreditend-Signal aus. Das Signal
unterbricht beispielsweise die Telefonverbindung oder übt
irgendeine andere Wirkung, einschließlich auf die interne
Funktion der Karte, aus. Es kann insbesondere das Löschen
des Speichers verhindern, das Löschen, das in dem Zeitpunkt
stattfinden sollte, wenn der Zähler CPP den Wert Z erreicht.
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Wenn die Karte nun in eine Maschine zum erneuten Kreditladen
eingeführt wird, kann diese Maschine den Zähler um M
Einheiten inkrementieren, beispielsweise bis zu einem Wert Y = Z
+ M. Der Benutzer zahlt für diese Inkrementierung
beispielsweise proportional zu der Inkrementierung oder zu einem
degressiven Tarif. Er verfügt nun über einen neuen Kredit von
(Y-Z) P Zähleinheiten. Die Funktion der Karte ist nun genau
dieselbe wie zuvor.
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Die Karte kann nicht erneut geladen werden, wenn der
Anweisungszähler
seine maximale Kapazität N erreicht.
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Das erneute Laden der Karte kann erfolgen, wie beschrieben
worden ist, selbst wenn der Kredit nicht verbraucht ist,
beispielsweise, wenn der Seitenzähler einen Inhalt Z'
kleiner als der Inhalt des Anweisungszählers angibt, und wenn
lediglich ein Teil P' der P Zellen des Speichers
programmiert worden ist. Der verbleibende Kredit (Z-Z'-1)P + P-P'
bleibt verwendbar und die erneut geladene Karte bis zu einem
Einstellwert Y umfaßt einen Gesamtkredit (Y-Z')P - P', was
auch Z' und P' sind.
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In der Figur sind noch zwei Register dargestellt, die dazu
dienen, die Sicherheit der erneuten Ladevorgänge der Karte
in dem Fall zu gewährleisten, in dem die integrierte
Schaltung der Karte ein einfacher Kreis mit verdrahteter Logik
ohne Verwendung eines Mikroprozessors ist, der diese
Sicherheit gewährleisten könnte.
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Das erste Register, RID, ist ein Identifikationsregister der
Karte. Es kann beispielsweise eine Seriennummer der Karte
oder eine Gruppennummer oder eine beliebige feste Codenummer
umfassen. Je mehr der Identifizierungscode für die Karte
charakteristisch ist, um so mehr ist die Sicherheit
gewährleistet; mit anderen Worten, die Sicherheit ist sehr hoch,
wenn zwei unterschiedliche Karten praktisch keine Chance
haben, denselben Code zu haben. Das erste Register RID ist
beispielsweise in Form eines Festspeichers (ROM) oder eines
elektrisch programmierbaren Speichers mit isoliertem Gate
ausgeführt. Er ist beim Lesen ausgehend von einem externen
Anschluß ID zugänglich derart, daß das Kartenlesegerät bei
Benutzung oder die Maschine zum erneuten Laden des Kredits
den Code lesen können, den es enthält.
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Das zweite Register, RVL, ist ein Validationsregister. Es
enthält einen Validationscode, der es gestattet, das Fehlen
eines Betrugs zu kontrollieren. Es ist beim Lesen durch das
Kartenlesegerät oder die Maschine zum erneuten Kreditladen
zugänglich. Es ist allein durch die Maschine zum erneuten
Kreditladen beim Schreiben zugänglich. Ein externer
Zugriffsanschluß VL ist dargestellt worden; dieser könnte
derselbe Anschluß wie der Anschluß ID mit einer geeigneten
Signalmultiplexierung sein. Das Register besteht aus einem
elektrisch löschbaren und wiederprogrammierbaren Speicher.
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Das Validationsverfahren ist das folgende: Bei dem erneuten
Laden der Karte liest die Maschine zum erneuten Laden den
Inhalt Z des Anweisungszählers. Sie inkrementiert den Zähler
bis zum neuen, gewünschten Anweisungswert Y. Ausgehend von
dem neuen Inhalt und dem im Register RID gelesenen
Identifikationscode erstellt sie einen Validationscode gemäß einem
wohldefinierten Algorithmus. Der Code wird in das
Validationsregister RVL geschrieben.
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Bei der Verwendung in einem Kartenlesegerät, das einer
Maschine zur Ausgabe von Dienstleistungen (Telefonzelle)
zugeordnet ist, beginnt das Lesegerät durch Lesen an den
Anschlüssen CR, VL, ID, des Inhalts des Anweisungszählers und
der Identifikations- und Validationsregister. Es
kontrolliert unter Berücksichtigung des durch die Maschine zum
erneuten Laden verwendeten Algorithmus, daß die drei Inhalte
kompatibel sind. Beispielsweise arbeitet es den inversen
Algorithmus ausgehend vom Inhalt des Validationsregisters nach
oder es arbeitet denselben Algorithmus wie die Maschine zum
erneuten Laden nach und kontrolliert, daß das Ergebnis der
Berechnung mit dem Inhalt des Validationsregisters RVL
zusammenfällt.
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Wenn keine Kompatibilität zwischen den Inhalten der beiden
Register und des Zählers besteht, sperrt das Kartenlesegerät
die Ausgabe der Dienstleistung oder des durch den Benutzer
angeforderten Produktes; es kann auch die Wiedergabe der
Karte an den Benutzer verhindern.
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Die Kontrolle des Validationsregisters schließt nicht
notwendigerweise die Ausführung des Start-Algorithmus oder des
inversen Algorithmus ein; sie kann sich in bestimmten Fällen
auf eine mehr summarische Kontrolle von
Paritätsberechnungen, etc. beschränken.
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Die Identifikations- und Validationscodes sind nicht
notwendigerweise in den direkt mit den externen Anschlüssen der
integrierten Schaltung verbundenen Registern enthalten. Sie
können in speziellen Zonen des Speichers MEM enthalten sein,
wobei die Zonen über einen Adreßdecodierer zugänglich sind.
Die Kontrolle der Karte erfolgt nun durch eine Adressierung
dieser speziellen Zonen des Speichers MEM, da es sich um
diese Zonen handelt, die die Funktion der Validations- und
Identifikationsregister RVL und RID haben.
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Die Erfindung gestattet insbesondere, Telefonkarten mit
großer Kapazität für die Leute auszuführen, die einen großen
Bedarf für Benutzung der öffentlichen Telefonzellen für
Verbindungen über große Entfernungen haben.