DE69815713T2

DE69815713T2 - Verdrahteter mikroschaltkreis mit einer schnittstelle für digitale kommunikation

Info

Publication number: DE69815713T2
Application number: DE69815713T
Authority: DE
Inventors: Nicolas Pangaud
Original assignee: Inside Technologies SA
Current assignee: Inside Technologies SA
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: AU1492399A; FR2772534B1; EP1038256B1; FR2772534A1; EP1038256A1; WO1999031618A1; DE69815713D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikroschaltung, umfassend eine Schnittstellenschaltung zur Erfassung von Befehlen niedriger Stufe, die in Form von elektrischen Signalen oder Kombinationen von elektrischen Signalen, die an elektrische Kontakte angelegt werden, empfangen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Mikroschaltung mit verkabelter Logik für eine Speicherkarte, die dazu vorgesehen ist, Befehle niedriger Stufe gemäß der Norm ISO 7618-2 zu empfangen.
Einleitend ist anzuführen, dass der ursprüngliche Begriff „Chipkarte" zwei große Kategorien von Karten bezeichnet, die sich auf Ebene der Technologie unterscheiden: einerseits die Karten mit Mikroprozessor, wie die Bankkarten, andererseits die sogenannten Karten „mit Speicher", beispielsweise die Telefonkarte, die Wertkarten, .... Im Unterschied zu den Karten mit Mikroprozessor verfügen die Speicherkarten nur über eine Mikroschaltung mit verkabelter Logik, die geringere Möglichkeiten als ein Mikroprozessor hinsichtlich der Einsatzflexibilität, der Datenverarbeitungskapazität, der Programmierfähigkeit, ... bietet. Die Mikroschaltungen der Speicherkarten haben hingegen der Vorteil, dass sie eine einfachere Struktur und geringere Selbstkosten aufweisen, so dass sie in den letzten Jahren Gegenstand zahlreicher Studien waren, die zu wesentlichen Verbesserungen ihrer Funktionen mit verkabelter Logik, insbesondere ihrer Sicherheitsfunktionen, führten. Solche Verbesserungen sind insbesondere in den Patentanmeldungen WO 97/14119 und 97/14120 im Namen der Anmelderin beschrieben. So kann heute eine Mikroschaltung mit verkabelter Logik einer Speicherkarte mit einer leistungsfähigen kryptographischen Schaltung und Mitteln zur Überprüfung der Gültigkeit eines geheimen Benutzercodes (oder „PIN"-Code) ausgestattet werden, wie eine Mikroschaltung einer Bankkarte.
Die Verbreitung von verbesserten Speicherkarten scheitert allerdings an der Tatsache, dass derzeit der Bestand an in Betrieb befindlichen Speicherkartenlesern im Wesentlichen aus Lesern zusammengesetzt ist, die mit einer relativ mangelhaften Kommunikationsschnittstelle versehen sind, die der Norm ISO 7816-2 entspricht. Diese Norm, die für die Speicherkarten spezifisch ist, definiert nämlich eine begrenzte Anzahl von elektrischen Befehlen, die an die Speicherkarten über ihre Kontaktflächen angelegt werden können. Diese sogenannten Befehle niedriger Stufe sind beispielsweise:

– WRITE0: Schreiben eines Bits gleich 0 an eine Adresse des Speichers, die durch einen Adresszeiger spezifiziert wird,
– INCRADD: Inkrementieren des Adresszeigers des Speichers um eine Einheit,
– RSTADD: Rücksetzen des Adresszeigers auf 0, usw...

Diese Befehle werden in codierter Form mit Hilfe der herkömmlichen Signale zur Rücksetzung auf Null RST (Reset) und der Uhrzeitsignale und CLK (Clock) gesendet. Zur Darstellung zeigt 1 die elektrische Codierung nach der Norm ISO 7816-2 der drei Befehle niedriger Stufe, die oben als Beispiele angeführt sind. Der Befehl WRITE0 wird durch einen Impuls des Signals RST, gefolgt von einem Uhrzeitimpuls CLK codiert, der Befehl INCRADD wird durch einen Uhrzeitimpuls CLK codiert, und der Befehl RSTADD wird durch einen Uhrzeitimpuls CLK codiert, der gleichzeitig mit einem Impuls des Signals RST gesendet wird.
Diese verschiedenen durch die Norm ISO 7816-2 vorgesehenen Befehle weisen den Nachteil auf, dass sie nur elementare Operationen des Schreibens, Löschens oder Lesens im Speicher einer Mikroschaltung ermöglichen. Es ist kein Befehl hoher Stufe vorgesehen, um komplexere Operationen durchzuführen. Um solche Operationen durchzuführen, ist es im Stand der Technik üblich, einen Folgeschalter mit verkabelter Logik vorzusehen, der diese Operationen zu einem genauen Zeitpunkt seiner Folgesteuerung auslöst, der durch die Anzahl von Schlägen der Uhr CLK, die seit der letzten Rücksetzung auf Null empfangen wurde, bestimmt wird. Beispielsweise erfolgt ein Authentifizierungsverfahren einer Speicherkarte folgendermaßen:

– mit Hilfe von Befehlen niedriger Stufe wird ein Zufallsdatum oder ALEA in dem Speicher der Mikroschaltung beispielsweise beim Schlag N der Uhr aufgezeichnet,
– auf Basis dieses Schlags der Uhr N + 1 sendet ein Folgeschalter mit verkabelter Logik das Datum ALEA in eine kryptographische Schaltung und erzeugt im Rhythmus der Uhr einen Authentifizierungscode CA und zeichnet gleichzeitig diesen Code im Speicher auf,
– mit Hilfe von Befehlen niedriger Stufe wird der in dem Speicher der Mikroschaltung aufgezeichnete Authentifizierungscode CA gelesen und davon die Authentizität der Karte abgeleitet.

Diese Ausführungsmethode komplexer Operationen mit Hilfe eines Folgeschalters, bei der der Speicher für die Übertragung der Nutzdaten (beispielsweise ALEA und CA) als Briefkasten verwendet wird, der dank der Befehle niedriger Stufe zugänglich ist, führt zur Herstellung von Mikroschaltungen, deren Funktion vorbestimmt und feststehend ist, und die Befehle hoher Stufe, die jederzeit ausführbar sind, nicht empfangen können.
Die durch die Schnittstelle ISO 7816-2 gebotenen begrenzten Möglichkeiten stellen auch ein Hindernis für die Herstellung einer universalen Mikroschaltung mit zwei Betriebsarten mit oder ohne Kontakt dar, deren allgemeine Architektur in der Patentanmeldung PCT/FR97/01230 im Namen der Anmelderin beschrieben ist. Eine solche Mikroschaltung ermöglicht es, Speicherkarten herzustellen, die sowohl von Kartenlesern ohne Kontakt als auch von herkömmlichen Kartenlesern mit Kontakt gelesen werden können. Bei der kontaktlosen Betriebsart empfängt oder sendet die Mikroschaltung Binärdaten durch induktive Kopplung und kann in codierter Form alle Befehlstypen hoher Stufe empfangen. Im Kontaktmodus hingegen kann die Mikroschaltung nur mit Hilfe der Analogbefehle niedriger Stufe nach der Norm ISO 7816-2 gesteuert werden. Diese Ungleichheit von Befehlen führt dazu, dass unterschiedliche Mittel für die Ausführung einer selben Operation in jeder der Betriebsarten, vorgesehen werden, und dieser Mikroschaltungstyp weist eine große Komplexität und hohe Selbstkosten auf.
Die vorliegende Erfindung soll diese verschiedenen Nachteile vermeiden.
Insbesondere besteht ein erstes Ziel der Erfindung darin, eine Mikroschaltung mit verkabelter Logik vorzusehen, die mit Hilfe von Befehlen hoher Stufe gesteuert werden kann und gleichzeitig mit einer Kommunikationsschnittstelle niedriger Stufe, beispielsweise einer Schnittstelle des Typs ISO 7816-2, kompatibel ist.
Ein weiteres, vom ersten unabhängiges Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mikroschaltung mit zwei Betriebsarten mit oder ohne Kontakt vorzusehen, die dieselbe Funktionsflexibilität im Kontaktmodus wie im kontaktlosen Modus bietet und gleichzeitig eine einfache Struktur und geringe Kosten aufweist.
Diese Ziele werden durch Einsatz einer Mikroschaltung nach Anspruch 1 und eines Verfahrens nach Anspruch 12 erreicht.
Diese Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie weitere gehen im Detail aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer Mikroschaltung mit zwei Betriebsarten, die dieses Verfahren einsetzt, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren hervor, wobei
die vorher beschriebene 1 die elektrische Codierung von Befehlen niedriger Stufe nach der Norm ISO 7816-2 darstellt,
2 in Form von Blöcken das elektrische Schema einer Mirkoschaltung mit zwei Betriebsarten gemäß der Erfindung darstellt, und
3 eine besondere Ausführungsart gewisser Elemente der Mikroschaltung der 2 darstellt.
Beschreibung der Erfindung
2 stellt das elektrische Schema einer Mikroschaltung 40 mit verkabelter Logik gemäß der Erfindung da, die dazu bestimmt ist, auf einer Kunststoffkarte montiert zu werden, und eine Speicherkarte zu bilden. Die Mikroschaltung 40 ist von dem in der Patentanmeldung PCT/FR97/01230 beschriebenen Typ und weist zwei Betriebsarten, mit oder ohne Kontakt, auf. Die Mikroschaltung 40 umfasst somit einem Teil 10, der für die Steuerung einer Kommunikation im Kontaktmodus spezifisch ist, einen Teil 20, der für die Steuerung einer Kommunikation im kontaktlosen Modus spezifisch ist, und einen Teil 30, der beiden Betriebsarten gemein ist.
Erfindungsgemäß weist die Mikroschaltung 40 drei unterschiedliche Merkmale auf, die in der Folge im Detail beschrieben sind:

1) der Teil 10 des Kontaktmodus verfügt über einen digitalen Kommunikationskanal und ist gleichzeitig mit der Norm ISO 7816-2 kompatibel,
2) dieser digitale Kommunikationskanal wird verwendet, um an die Mikroschaltung im Kontaktmodus binär codierte Befehle hoher Stufe zu senden,
3) der gemeinsame Teil 30 bearbeitet unterschiedslos Befehle hoher Stufe, die im Kontaktmodus empfangen werden, und Befehle niedriger Stufe, die im kontaktlosen Modus empfangen werden.

Es wird zuerst die Struktur des Teils 10 beschrieben, der für die Betriebsart im Kontaktmodus spezifisch ist.
1/ Für die Betriebsart im Kontaktmodus spezifischer Teil
Der Teil 10 umfasst herkömmlicherweise einen Kontakt RST, um ein Rücksetzungssignal RST zu empfangen, einen Kontakt CLK, um ein äußeres Zeitsignal CLK zu empfangen, einen Kontakt IO, um Eingangs-/Ausgangsdaten zu empfangen, einen Massekontakt GND und einen Kontakt VCC, um eine Versorgungsspannung VCC der Mikroschaltung 40 zu empfangen, wenn diese im Kontaktmodus funktioniert, wobei diese verschiedenen Kontakte durch die Norm ISO 7816-2 vorgesehen sind. Der Teil 10 umfasst auch herkömmlicherweise eine Schnittstellenschaltung 11, die dieser Norm entspricht, beispielsweise die Schaltung SLE4403, die von der Firma SIEMENS vertrieben wird. Die Schnittstellenschaltung 11 ist an die Kontakte RST, CLK, IO angeschlossen und derart angeordnet, dass sie die Befehle niedriger Stufe LC1, LC2, LC3, LC4 ..., die an die Mikroschaltung 40 angelegt werden, erfasst. Die Schaltung 11 umfasst eine Vielzahl von Ausgängen OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 ..., wobei jeder Ausgang einem Befehl niedriger Stufe LC1, LC2, LC3, LC4 ... zugeordnet ist und einen Spannungsimpuls an einen Ausgang OUTi liefert, wenn der entsprechende Befehl LCi erfasst wird.
Erfindungsgemäß umfasst der Teil 10 auch einen Umsetzer 12, der an mindestens zwei Ausgänge der Schaltung 11, hier die Ausgänge OUT1, OUT2, angeschlossen ist und einen digitalen Ausgang DATA umfasst. Dieser Umsetzer 12 ist derart angeordnet, dass er mindestens zwei Befehle niedriger Stufe, hier LC1, LC2, die von der Schnittstellenschaltung 11 empfangen werden, in Binärdaten konvertiert, die für die Übertragung der Binärwerte 0 und 1 verwendet werden. So liefert der Umsetzer 12 an seinem Ausgang DATA ein Bit gleich 0, wenn der Befehl LC1 erfasst wird (wobei ein Spannungsimpuls von dem Ausgang OUT1 gesendet wird), und liefert ein Bit gleich 1, wenn der Befehl LC2 erfasst wird (wobei ein Spannungsimpuls von dem Ausgang OUT2 gesendet wird). Zur Vereinfachung wird die innere Struktur des Umsetzers 12, dessen Ausführung mit Hilfe von logischen Türen und Kippschaltungen in der Reichweite des Fachmannes liegt, nicht beschrieben.
Wenn somit die Mikroschaltung 40 eine Folge von Befehlen niedriger Stufe LC1, LC2 empfängt, liefert der Ausgang DATA des Umsetzers 12 eine Folge oder Kette von Bits DTin1. Beispielsweise die folgende Befehlsabfolge:
LC1, LC2, LC2, LC1, LC1, LC2, LC1, LC2,
wird in eine Bitkette gleich:
0 1 1 0 0 1 0 1
konvertiert.
Mit anderen Worten werden die Befehle niedriger Stufe LC1, LC2, die für die Übertragung von Binärdaten an die Mikroschaltung 40 ausgewählt wurden, von ihrer primären Funktion angelenkt. Diese Befehle erzeugen keinerlei Wirkung auf der Mikroschaltung und werden nicht ausgeführt.
So ermöglicht es das Anlegen einer ununterbrochenen Folge von Befehlen niedriger Stufe LC1, LC2 an die Mikroschaltung, vorzugsweise einen digitalen Kommunikationskanal zu erzeugen. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird dieser Kommunikationskanal verwendet, um an die Mikroschaltung Befehle hoher Stufe zu übertragen, die binär codiert sind und später als Beispiele angeführt sind.
Überdies erfolgt das Senden von Binärdaten DTout1 durch den Teil 10 auf herkömmliche Weise, indem diese Daten an den Kontakt IO in Synchronisation mit dem äußeren Zeitsignal CLK angelegt werden, wobei diese Operation mit Hilfe der Schnittstellenschaltung 11 durchgeführt wird, die die Synchronisation der Datenübertragung mit der Uhrzeit CLK sicher stellt.
Schließlich umfasst der Teil 10 einen Generator 13 eines. inneren Zeitsignals H1, das dem Betriebsmodus mit Kontakt eigen ist und eine höhere Frequenz als das äußere Zeitsignal CLK aufweist. Der Generator 13 wird durch ein Signal OUT aktiviert, das von dem Umsetzer 12 zu dem Zeitpunkt geliefert wird, zu dem dieser ein Datum an seinem Ausgang DATA entsendet, und wird durch ein Signal OFF deaktiviert, das von der Bearbeitungseinheit 31, die später beschrieben ist, geliefert wird.
2/ Für die kontaktlose Betriebsart spezifischer Teil
Der Teil 20, der für die kontaktlose Betriebsart spezifisch ist, ist selbst herkömmlich und wird nur kurz als Beispiel beschrieben. Der Teil 20 umfasst eine kontaktlose Kommunikationsschnittstelle, die eine Antennenspule L und eine Kapazität C umfasst, wobei die Einheit eine Resonanzantennenschaltung LC mit einer Eigenfrequenz Fp bildet. Der Teil 20 umfasst überdies eine Demodulations-Decodierungs-Schaltung 21, eine Codierungs-Modulations-Schaltung 22, eine Schaltung 23, die das innere Zeitsignal H2 des kon taktlosen Modus liefert, und eine Gleichrichterbrücke 24 mit Dioden, wobei diese verschiedenen Schaltungen an die Klemmen der Antennenschaltung LC angeschlossen sind.
Bei Vorhandensein eines oszillierenden Magnetfeldes mit der Frequenz Fp, das beispielsweise von der Spule eines kontaktlosen Kartenlesers (nicht dargestellt) gesendet wird, liefert die Spule L eine induzierte Wechselspannung Vac. Diese Spannung Vac wird von der Gleichrichterbrücke 24 in eine Gleichspannung VDD umgewandelt, die die Versorgung der Mikroschaltung 40 in der kontaktlosen Betriebsart sicherstellt. Der Empfang von Binärdaten DTin2 wird durch die Schaltung 21 sichergestellt, die die Spannung Vac demoduliert und diese Binärdaten DTin2 liefert. Das Senden von Binärdaten DTout2 wird von der Schaltung 22 sichergestellt, die die Last der Spule L in Abhängigkeit von diesen Daten nach einer vorbestimmten Codierung moduliert. Diese Lastmodulation zeigt sich durch induktive Kopplung an der Spule des Kartenlesers, der davon nun die Daten DTout2 ableiten kann, die an ihn gesendet werden. Schließlich wird das Zeitsignal H2 des kontaktlosen Modus herkömmlicherweise aus der Spannung Vac durch die Schaltung 23 beispielsweise durch Frequenzteilung entnommen, wobei seine Frequenz im Allgemeinen ein Untervielfaches der Frequenz Fp ist.
Wie bereits angeführt, sind diese verschiedenen Schaltungen dem Fachmann gut bekannt und werden nicht im Detail beschrieben. Ferner können das Senden und Empfangen von Binärdaten durch den Teil 20 auf anderen Techniken als der Amplitudenmodulation der Spannung Vac und der Modulation der Last der Spule L beruhen, beispielsweise der Modulation FSK, der Übertragung von Infrarotsignalen mit Hilfe von optoelektronischen Bestandteilen usw.
3/ Teil, der beiden Betriebsarten gemein ist
Der Teil 30, der im Wesentlichen digital ist, umfasst eine Bearbeitungseinheit 31, einen Datenspeicher 32, einen Eingangspuffer 33 und einen Ausgangspuffer 34, die hier jeweils eine Kapazität von acht Bit aufweisen. Der Speicher 32 umfasst einen Adresseingang INADD, eine parallele Eingangs-/Ausgangsschnittstelle IODT, und wird von Signalen WR (Schreiben) und RD (Lesen) gesteuert, die von der Bearbeitungseinheit 31 geliefert werden. Der Puffer 33 ist ein Schieberegister, umfassend einen seriellen Eingang und einen parallelen Ausgang, und der Puffer 34 ist ein Schieberegister, umfassend einen parallelen Eingang und einen seriellen Ausgang. Ein Umsetzer SW1 mit zwei Positionen ermöglicht es, an den Eingang des Puffers 33 Binärdaten DTin1 anzulegen, die von dem Umsetzer 12 des Teils 10 geliefert werden, oder Binärdaten DTin2, die von der Demodulations-Decodierungs-Schaltung 21 des Teils 20 geliefert werden. Der parallele Ausgang des Puffers 33 ist an einen inneren Bus 35, hier von acht Bit, angeschlossen. Der Bus 35 ist an einen Eingang IN und einen Ausgang OUT der Bearbeitungseinheit 31, an den Eingang INADD und an die Schnittstelle IODT des Speichers 32 sowie an den parallelen Eingang des Puffers 34 angeschlossen. Der Ausgang des Puffers 34 liefert Daten DTOUt, die an die Schnittstellenschaltung 11 des Teils 10 oder an die Codierungs-Modulations-Schaltung 22 des Teils 20 mit Hilfe eines Umsetzers SW2 mit zwei Positionen angelegt werden können.
Die Bearbeitungseinheit 31 ist eine Zustandsmaschine mit begrenzter Zustandszahl von an sich bekanntem Typ, deren Herstellung in der Reichweite des Fachmannes liegt und die derart angeordnet ist, dass sie Befehle hoher Stufe, die binär codiert sind, decodiert und ausführt. Die Bearbeitungseinheit 31 umfasst verschiedene herkömmliche Schaltungen, die für die Ausführung dieser Befehle hoher Stufe erforderlich sind, beispielsweise eine Schaltung zur Decodierung der Befehle, eine kryptographische Schaltung mit verkabelter Logik und eine Schaltung zur Kontrolle der digitalen Unterschriften. Die Aktivierung der Bearbeitungseinheit 31 wird durch eines der beiden Zeitsignale H1 oder H2, die oben beschrieben sind, sichergestellt, welches in Abhängigkeit von der Betriebsart der Mikroschaltung mit Hilfe eines Umsetzers mit zwei Positionen SW3 gewählt wird.
4/ Funktion und Vorteile der Mikroschaltung
Die Daten DTin1 oder DTin2, die in serieller Form empfangen werden, werden in den Eingangspuffer 33 des Teils 30 eingeleitet, und der Inhalt des Puffers 33 wird parallel dazu auf den Bus 35 alle acht empfangenen Bits in Form eines Binärwortes BWin1 entleert. Erfindungsgemäß ist dieses Binärwort BWini ein Befehl hoher Stufe oder ein Element einer komplexeren Steuerung, beispielsweise:

– ein Operationscode CODEop für eine auszuführende Operation, der an den Eingang IN der Bearbeitungseinheit 31 anzulegen ist,
– eine Adresse ADD, die an den Eingang INADD des Speichers 32 anzulegen ist,
– ein Datum WDATA, das in dem Speicher 32 über die Schnittstelle IODT anzulegen ist.
– ein Zufallsdatum ALEA, auf dessen Basis die Mikroschaltung 40 einen Authentifizierungscode CA erzeugen soll,
– eine Meldungsunterschrift CRC, die es ermöglicht, die Übertragungsfehler usw. zu erfassen.

Die Befehle hoher Stufe, die Operationscodes CODEop, die Daten des Typs ALEA oder CRC werden von der Bearbeitungseinheit 31 gelesen und bearbeitet. Die anderen aufzuzeichnenden Daten, wie Adressen ADD oder Daten WDATA, werden direkt an den Speicher 32 unter der Kontrolle der Einheit 31 angelegt.
Überdies werden die Daten DTout1, DTout2, die an einen Kartenleser zu senden sind, parallel in Form von Binärworten BWouti an den Eingang des Ausgangspuffers 34 angelegt und Bit für Bit von dem Ausgang des Puffers 34 geliefert. Diese Daten können beispielsweise umfassen:

– einen Code INF, der von der Bearbeitungseinheit 31 geliefert wird,
– einen Authentifizierungscode CA, der von der Einheit 31 geliefert wird,
– ein Datum RDATA, das in dem Speicher 32 gelesen wird,
– ein Datum WDATA, das in den Speicher 32 geschrieben, zur Bestätigung zurückgesendet wird, usw.

Diese Daten DTout werden an die Schaltung 11 des Teils 10 oder an die Codier-Modulations-Schaltung 22 des Teils 20 je nach der Position des Umsetzers SW2 gesendet.
So empfängt die Mikroschaltung 40 vorzugsweise Befehle hoher Stufe mit demselben Format und derselben Codierung, unabhängig von ihrer Betriebsart. Dieser Vorteil wird durch die Möglichkeit, Binärdaten im Kontaktmodus zu empfangen, und durch die Tatsache erzielt, dass die Mikroschaltung nur eine einzige Bearbeitungsschaltung 31 für beide Betriebsarten umfasst. Dieses Merkmal vereinfacht wesentlich die Struktur der Mikroschaltung und ermöglicht es, dieselbe Funktionsflexibilität im Kontaktmodus wie im kontaktlosen Modus zu erhalten.
5/ Beispiel für Befehle hoher Stufe, die an die Mikroschaltung gesendet werden
Zur Darstellung sind nachstehend einige Beispiele für Befehle hoher Stufe angeführt, die an die Mikroschaltung 40 gesendet werden können. Diese Befehle sind in Felder von acht Bit unterteilt, die sich in der Mikroschaltung 40 in Form von Binärworten BWini befinden, die von dem Puffer 33 an den Bus 35 geliefert werden. Das erste Feld CODEop enthält den Code der auszuführenden Operation, und die anderen Felder enthalten ergänzende Daten und/oder Unterschriftdaten.
Befehl READ (Lesen des Speichers 32):
CODEread ADD CRC1 CRC2
Dieser Befehl umfasst den Operationscode CODEread, eine Leseadresse ADD und zwei Unterschriftoktetts CRC1, CRC2, die gemeinsam eine Unterschrift über 16 Bit bilden.
Befehl WRITE (Schreiben in den Speicher 32):
CODEwrite ADD W1 W2 W3 W4 CRC1 CRC2
Dieser Befehl umfasst den Operationscode CODEwrite, eine Schreibadresse ADD, ein Datum zu 32 Bit, das in den Speicher zu schreiben ist und sich in vier Oktetts W1 bis W4 aufgliedert, und zwei Unterschriftoktetts CRC1, CRC2.
Befehl AUTHENTIFICATE (Authentifizierungsbefehl)
CODEauth ALEA1 ALEA2 ALEA3 ALEA4
Dieser Autehtifizierungsbefehl der Mikroschaltung umfasst den Code der Operation CODEauth und ein Zufallsdatum von 32 Bit, das sich aus vier Oktetts ALEA1 bis ALEA4 zusammensetzt.
Wie bereits angeführt, erfolgt das Senden der Antworten der Mikroschaltung 40 im Kontaktmodus auf konventionellere Weise mit Hilfe des Kontakts IO und in Synchronisation mit der äußeren Uhrzeit CLK gemäß der Norm ISO 7816-2. Das Format der Antworten kann für beide Betriebsarten vereinheitlicht werden und ist beispielsweise folgendes:
INF XDATA CRC
Das Feld INF kann ein unveränderliches Datum sein, das beiden Meldungen gemein ist, oder ein veränderliches Datum, das es ermöglicht, Rückmeldungen zu codieren. Das Feld XDATA enthält eine zu übertragende Information, beispielsweise ein Datum RDATA oder WDATA, einen Authentifizierungscode CA, usw. Schließlich ist das Überprüfungsfeld CRC optional und kann bei Bestätigungsmeldungen nützlich sein, mit denen die Mikroschaltung 40 die Ausführung einer Operation bestätigt, die ein hohes Kontroll- und Sicherheitsniveau erfordert.
6/ Senden der Befehle hoher Stufe im Kontaktmodus von einem Kartenleser herkömmlichen Typs
Im vorhergehenden wurde der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens von Seiten der Mikroschaltung 40 beschrieben, das es ermöglicht, Binärdaten mit Hilfe von Befehlen niedriger Stufe zu empfangen. Der Einsatz der Erfindung setzt übrigens voraus, dass auf der Seite eines Kartenlesers die Möglichkeit besteht, auf einfache Weise die Befehle niedriger Stufe LC1, LC2 zu senden, die die Binärdaten befördern. Hier beruht die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, dass herkömmlicherweise die Speicherkartenleser mit Hilfe von standardisierten Makrobefehlen programmiert werden können, die die Arbeit der Programmierer erleichtern. Diese Makrobefehle werden automatisch von den Kartenlesern in eine Folge von Befehlen niedriger Stufe zergliedert.
Insbesondere besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, an die Mikroschaltung 40 die Oktetts BWini eines Befehls hoher Stufe mit Hilfe des herkömmlichen Makrobefehls:
WRITE („Oktett"h, „Adresse"h)
zu senden, der bedeutet: „das spezifizierte Oktett (hexadezimal) an die spezifizierte Adresse (ebenfalls hexadezimal) schreiben, wobei jedes zu sendende Oktett BWini in dem Feld „Oktett" angeordnet wird. Dieser Makrobefehl wird von den Kartenlesern in eine Folge von Befehlen niedriger Stufe WRITE0 (Schreiben eines Bits 0) und INCRADD (Inkrementieren eines Adresszeigers), die bereits im Oberbegriff beschrieben wurden, zergliedert, wobei der Befehl WRITE0 gesendet wird, wenn eine 0 in einen Speicher zu schreiben ist, und der Befehl INCRADD gesendet wird, wenn 1 in diesen zu schreiben ist (das Schreiben eines Bits von 1 in einen Streicher einer Speicherkarte erfolgt nämlich in der Praxis durch eine einfache Inkrementierung der Adresse mit Hilfe des Befehls niedriger Stufe INCRADD, wobei alle Speicherpunkte bei der Inbetriebnahme der Karte auf 1 gesetzt werden).
Falls der Makrobefehl WRITE verwendet wird, wie soeben dargelegt wurde, sind die Befehle niedriger Stufe LC1 und LC2, die digitale Daten befördern, nun WRITE0 und INCRADD.
In der Praxis schlägt die vorliegende Erfindung vor, jedes hexadezimal ausgedrückte Binärwort BWini mit Hilfe des folgenden Makrobefehls zu senden:
WRITE(Bwini, 00h)
in dem das Feld „Adresse" immer auf Null steht. Indem auf diese Weise vorgegangen wird, wird vermieden, dass der Kartenleser vor der Befehlsabfolge WRITE0 (Schreiben einer 0) und INCRADD (Schreiben einer 1) eine Folge von Vorbefehlen INCRADD sendet, die einen Adresszeiger an die in dem Befehl spezifizierte Adresse führen soll. So wird beispielsweise das Wort:
BWini = 0 1 1 0 0 1 0 1 (d. h. 65 h in Hexadezimalschreibweise)
mit Hilfe des Makrobefehls:
WRITE (65h, 00h)
gesendet.
Dieser Makrobefehl ruft in einem Speicherkartenleser das Senden der Folge von Befehlen niedriger Stufe hervor:
RSTADD, WRITE0, INCRADD, INCRADD, WRITE0, WRITE0, INCRADD, WRITE0, INCRADD
Da der Befehl RSTAAD (Rücksetzung auf 0 des Adresszeigers) von dem Umsetzer 12 nicht als ein Binärwert erkannt wird, wird diese Befehlsabfolge selbst durch den Umsetzer 12 in eine Kette von Bits gleich:
0 1 1 0 0 1 0 1
umgewandelt.
Schließlich ist auf sehr vorteilhafte Weise am Ausgang DATA des Umsetzers 12 das Binärwort BWini zu finden, das in dem Makrobefehl angeordnet ist.
Überdies kann der Empfang von Daten des Typs INF, XDATA und CRC von einem Kartenleser dank des herkömmlichen Markobefehls:
READ (Nh, 00h)
erhalten werden, in dem N, hexadezimal ausgedrückt, die Anzahl von Bits ist, die erwartungsgemäß von der Mikroschaltung 40 erhalten wird, wobei das Adressfeld aus dem oben erwähnten Grund immer auf Null gesetzt ist. Natürlich wird dieser Makrobefehl nicht als ein Befehl von der Mikroschaltung 40 wahrgenommen. Dieser Makrobefehl erzeugt einfach das Senden von N äußeren Uhrzeitschlägen CLK. In der erfindungsgemäßen Mikroschaltung 40 weiß die Bearbeitungseinheit 31, dass sie Daten entsenden muss (beispielsweise weil sie vorher einen Befehl hoher Stufe READ oder AUTHENTICATE erhalten hat), und erwartet das Uhrzeitsignal CLK. Wenn der erste Uhrzeitschlag CLK empfangen wird, sendet die Einheit 31 diese Daten Bit für Bit an den Kontakt IO, mit Hilfe der Schnittstellenschaltung 11 in Synchronisation mit der Uhrzeit CLK entsprechend der Norm ISO 7816-2.
7/ Einsetzen eines Trennbits in die an die Mikroschaltung gesendeten Befehle hoher Stufe
Im vorhergehenden war zu sehen, dass die Befehle hoher Stufe, die an die Mirkoschaltung 40 gesendet werden, mehrere Felder CODEop, ALEA, Wi, .... umfassen, die sich in Form einer Bitkette am Ausgang DATA des Umsetzers 12 und dann in Form von Binärworten BWini am inneren Bus 35 befinden, wobei die Größe der Felder an die Kapazität des Eingangspuffers 33, hier acht Bit, angepasst ist. In der Praxis ist es somit erforderlich, ein Mittel vorzusehen, um die Entladung des Puffers 33 am Bus 35 immer dann auszulösen, wenn er voll ist. Ein Zählen der von den Ausgängen OUT1, OUT2 der Schnittstellenschaltung 11 gelieferten Impulse ist möglich, stellt sich aber als eine mittelmäßige Lösung heraus, die zu Synchronisationsfehlern führen kann. Die vorliegende Erfindung schlägt eine vorteilhaftere Methode vor, die darin besteht:

1) ein Trennbit BS oder „Start"-Bit am Eingang des Puffers 33 vor der Ankunft der für einen Befehl signifikanten Bits einzusetzen,
2) das Bit BS in dem Puffer 33 bei jedem Einsetzen eines signifikanten Bits auszubreiten,
3) den Puffer 33 zu entladen, wenn das Bit BS am anderen Ende des Puffers 33 erscheint.

Um diese Methode einzusetzen, ist es überdies vorteilhaft, das Trennbit BS mit Hilfe des Befehls niedriger Stufe RSTADD zu erzeugen. Oben war nämlich zu sehen, dass die Ausführung des Makrobefehls WRITE (BWini, 00h), in dem das Feld „Adresse" auf Null steht, immer mit dem Senden des Befehls RSTADD beginnt, der einen Adresszeiger auf Null rücksetzen soll.
3 stellt eine Ausführungsart des Umsetzers 12 und des Eingangspuffers 33 dar, die die soeben beschriebene Methode einsetzen. Der Umsetzer 12 ist nun an drei Ausgänge OUT1, OUT2, OUT3 der Schaltung 11 angeschlossen, die durch die Befehle niedriger Stufe WRITE0, INCRADD bzw. RSTADD aktiviert werden. Der Puffer 12 umfasst neun Speicherzellen CEL1 bis CEL9 in Kaskade, wobei der Ausgang DATA des Umsetzers 12 an den Eingang der ersten Zelle CEL1 angeschlossen ist. Das Schieben der Bits der Zellen CELi zu den Zellen höheren Ranges CELi+1 wird durch ein Signal SHIFT ausgelöst, das vom Umsetzer 12 geliefert wird. Überdies wird der Inhalt der Zellen CEL1 bis CEL8 an den Bus 35 entladen, wenn ein Signal LATCH, das von dem Ausgang der neunten Zelle CEL9 geliefert wird, auf 0 übergeht. Nach der Entladung werden alle Zellen CEL1 bis CEL9 automatisch auf 1 gesetzt. Der Umsetzer 12 liefert ein Bit gleich 0 an seinem Ausgang DATA, wenn einer der Befehle WRITE0 und RSTADD von der Schnittstellenschaltung 11 empfangen wird (Ausgang OUT1 oder OUT3 aktiviert), und liefert ein Bit gleich 1, wenn das Signal INCRADD empfangen wird (Ausgang OUT2 aktiviert). Nachdem ein Bit geliefert wurde, liefert der Umsetzer 12 das Schiebesignal SHIFT, so dass das gelieferte Bit in die erste Zelle CEL1 geladen wird und die anderen in dem Puffer 33 enthaltenen Bits um einen Rang verschoben werden.
Da die verschiedenen Felder eines Befehls hoher Stufe an die Mikroschaltung 40 mit Hilfe des Makrobefehls WRITE (Bwini, 00h) gesendet werden, findet vor der Übertragung jedes Wortes BWini das Senden des Befehls niedriger Stufe RSTADD statt, wie oben erklärt. Dieser Befehl RSTADD führt zum Senden eines Trennbits BS gleich 0 an den Ausgang DATA des Umsetzers 12, so dass die vorher beschriebenen Befehle hoher Stufe nun folgendes Aussehen haben:
READ:
0 CODEread 0 ADD 0 CRC1 0 CRC2
WRITE:
0 CODEwrite 0 ADD 0 W1 0 W2 0 W3 0 W4 0 CRC1 0 CRC2
AUTHENTICATE:
0 CODEauth 0 ALEA1 0 ALEA2 0 ALEA3 0 ALEA4
So ist das erste Bit, das in den Puffer 33 nach einem Entladen des Puffers an den Bus 35 eingesetzt wird, das Trennbit BS, das gleich 0 ist. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Zellen, inklusive der Zelle CEL9, gleich 1. Nach neun Verschiebungen, die durch das Signal SHIFT ausgelöst wurden, befindet sich das Bit BS am Ausgang der Zelle CEL9, so das das Entladesignal LATCH auf 0 übergeht. So ermöglicht es erfindungsgemäß das Einsetzen des Trennbits BS in die von dem Umsetzer 12 gelieferte Binärkette, automatisch den Puffer 33 an den Bus 35 zu entladen und überdies eine gute Synchronisation zwischen der Mikroschaltung 40 und einem Speicherkartenleser sicher zu stellen.
8/ Varianten und Anwendungen der Erfindung
Es versteht sich, dass die Aspekte der vorliegenden Erfindung zur Übertragung von Binärdaten mit Hilfe einer Schnittstelle ISO 7816-2 sowohl für die Mikroschaltungen mit: zwei Betriebsarten, als auch für die Mikroschaltungen, die nur im Kontaktmodus funktionieren, anwendbar sind. So ermöglicht die vorliegende Erfindung nicht nur die Herstellung einer Mikroschaltung mit zwei Betriebsarten von einfacher, vernünftiger Ausführung, die eine große Verwendungsflexibilität aufweist, sondern auch einer Mikroschaltung nur mit Kontakt, die auch eine große Verwendungsflexibilität durch ihre Fähigkeit, Befehle hoher Stufe zu empfangen, bietet. Überdies ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, analog die Lehre, die soeben für genormte Schnittstellen niedriger Stufe, die sich von der Schnittstelle ISO 7816-2 unterscheiden, gegeben wurde, für Speicherkarten anzuwenden. Die Erfindung ist somit für jeden Typ von Mikroschaltung anwendbar, die auf einem tragbaren Träger montiert ist und über eine von einer Norm vorgeschriebene Schnittstelle niedriger Stufe gesteuert wird.
Ebenfalls ist es für den Fachmann deutlich, dass gewisse Merkmale der Erfindung, wie die Tatsache, dass eine Umwandlung seriell/parallel der empfangenen Daten vorgenommen wird, für den Einsatz der Erfindung nicht unbedingt notwendig sind. Es ist beispielsweise möglich, eine Mikroschaltung herzustellen, die einen Speicher mit serieller Eingangs-/Ausgangsschnittstelle umfasst. Ganz allgemein können somit verschiedene Architekturen von dem Fachmann bekannten Schaltungen in einer erfindungsgemäßen Mikroschaltung eingesetzt werden.
Schließlich ist anzumerken, dass in der Praxis die Schnittstellenschaltung 11 und der Umsetzer 12 gemäß der Erfindung zu einer einzigen Schaltung vereint sein können, deren Funktion darin besteht, Signale oder Kombinationen von empfangenen Signalen zu erfassen und die entsprechenden Binärwerte zu liefern.

Claims

Chipkartenmikroschaltung (40), umfassend eine Schnittstellenschaltung (11), die derart vorgesehen ist, dass sie Befehle niedriger Stufe (LC₁, LC₂, WRITE0, INCRADD, RSTADD) erfasst, die durch eine Norm definiert sind, wobei die Befehle im Hinblick auf die Norm Verfahren entsprechen, die von einer Mikroschaltung ausführbar sind, und die Befehle in Form elektrischer Signale (RST, CLK, IO) oder von Kombinationen elektrischer Signale (RST, CLK, IO), die an elektrische Kontakte angelegt werden, empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – Mittel (12) zur Binärumsetzung von Befehlen niedriger Stufe (LC₁, LC₂, WRTIE0, INCRADD, RSTADD), die von der Schnittstellenschaltung (11) empfangen werden, die derart vorgesehen sind, dass sie wenigstens einen ersten Befehl niedriger Stufe (LC₁, WRITE0, RSTADD) in ein Bit mit dem Wert 0 und wenigstens einen zweiten Befehl niedriger Stufe (LC₂, INCRADD) in ein Bit mit dem Wert 1 umsetzen, um bei Empfang einer Folge von ersten (LC₁, WRITE0, RSTADD) und zweiten (LC₂, INCRADD) Befehlen niedriger Stufe eine Bitkette (DTin₁) zu liefern; – Mittel (12, 33, BS) zur Zergliederung der Bitkette (DTin1), die von den Umsetzungsmitteln (12) geliefert wird, in ein oder mehrere Binärworte (BWini) vorbestimmter Länge; und – eine Bearbeitungseinheit (31), um Befehle hoher Stufe (WRITE, AUTHENT, READ) auszuführen, die in Form der Binärworte von den Umsetzungsmitteln (12) geliefert werden.
Mikroschaltung nach Anspruch 1, wobei die Umsetzungsmittel (12) derart vorgesehen sind, dass sie wenigstens einen dritten Befehl (RSTADD) niedriger Stufe in ein Signal (BS) zur Trennung von Binärworten (BWin_i) in einer Bitkette (DTin1) umsetzen.
Mikroschaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2, umfassend Mittel (33), um Binärworte (BWin_i), die in einer Bitkette (DTin₁), die von den Umsetzungsmitteln (12) geliefert wird, enthalten sind, in parallele Daten umzusetzen.
Mikroschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend Mittel (12), um ein Bit (BS) zur Trennung von Binärworten (BWin_i) in eine Bitkette (DTin₁) einzusetzen.
Mikroschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bearbeitungseinheit (31) derart vorgesehen ist, dass sie komplexe Befehle (WRITE, AUTHENT, READ) ausführt, die mehrere Felder (CODE_OP, ADD, ALEA, CRD, W_i) umfassen.
Mikroschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schnittstellenschaltung (11) derart vorgesehen ist, dass sie Befehle niedriger Stufe (LC₁, LC₂, WRITE0, INCRADD, RSTADD) erfasst, die nach der Norm ISO 7816-2 codiert sind.
Mikroschaltung nach Anspruch 6, wobei der erste Befehl niedriger Stufe (LC₁, WRITE0) ein Befehl zum Schreiben eines Bits bei 0 in einen Speicher ist.
Mikroschaltung nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei der zweite Befehl niedriger Stufe (LC₂, INCRADD) ein Befehl zur Inkrementierung einer Lese- oder Schreibadresse in einen Speicher ist.
Mikroschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der dritte Befehl niedriger Stufe (RSTADD) ein Befehl zur Rücksetzung einer Lese- oder Schreibadresse in einem Speicher auf 0 ist.
Mikroschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zwei Betriebsarten, mit oder ohne Kontakt, umfassend Mittel (20), um Binärdaten (DTin₂) in der kontaktlosen Betriebsart zu empfangen.
Mikroschaltung nach Anspruch 10, umfassend einen gemeinsamen Teil (30) zur Bearbeitung von Binärdaten (DTin₁, DTin₂), die in einer der beiden Betriebsarten empfangen wurden.
Verfahren zur Übertragung der Befehle hoher Stufe an eine Chipkartenmikroschaltung (40), umfassend eine Schnittstellenschaltung (11), die derart vorgesehen ist, dass sie Befehle niedriger Stufe (LC₁, LC₂, WRITE0, INCRADD, RSTADD) erfasst, die durch eine Norm definiert sind, wobei die Befehle im Hinblick auf die Norm Verfahren entsprechen, die von einer Mikroschaltung ausführbar sind, und die Befehle in Form elektrischer Signale (RST, CLK, IO) oder von Kombinationen elektrischer Signale (RST, CLK, IO), die an elektrische Kontakte angelegt werden, empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst, darin bestehend: – durch Vereinbarung den logischen Wert 0 mindestens einem ersten Befehl niedriger Stufe (LC₁, WRITE0, RSTADD) und den logischen Wert 1 mindestens einem zweiten Befehl niedriger Stufe (LC₂, INCRADD) zuzuordnen; – an die Mikroschaltung (40) eine Aufeinanderfolge der ersten und zweiten Befehle (LC₁, LC₂, WRITE0, INCRADD, RSTADD) anzulegen; – in der Mikroschaltung (40) jeden Befehl niedriger Stufe (LC₁, LC₂, WRITE0, INCRADD, RSTADD), der durch seinen durch Vereinbarung zugeordneten Binärwert empfangen wurde, umzusetzen (12), anstatt den Befehl niedriger Stufe auszuführen, um eine Folge der ersten (LC₁, WRITE0, RSTADD) und zweiten (LC₂, INCRADD) Befehle niedriger Stufe in eine Bitkette (DTin₁) umzuformen; und – die Bitkette (DTin₁) in ein oder mehrere Binärworte (BWin_i) vorbestimmter Länge zu zergliedern, die einen oder mehrere Befehle hoher Stufe (WRITE, AUTHENT, READ) bilden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein dritter Befehl niedrigere Stufe (RSTADD) als Mittel zur Trennung von Binärworten (BWin_i) in einer Bitkette (DTin₁) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die Befehle niedriger Stufe durch die Norm ISO 7816-2 definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der erste Befehl niedriger Stufe (LC₁, WRITE0) ein Befehl zum Schreiben eines Bits bei 0 in einen Speicher ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 und 15, wobei der zweite Befehl niedriger Stufe (LC₂, INCRADD) ein Befehl zur Inkrementierung einer Lese- oder Schreibadresse in einem Speicher ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der dritte Befehl niedriger Stufe (RSTADD) ein Befehl zur Rücksetzung einer Lese- oder Schreibadresse in einem Speicher auf 0 ist.