JP5519425B2 - 端末及びトランスポンダの結合の端末による認証 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、電子システムに関し、より具体的には、電磁トランスポンダ、すなわち、読出し及び／又は書込み端末によって非接触且つ無線で応答され得るトランシーバを用いたシステムに関する。

多くの通信システムは、端末によって生成される電磁場の変調に基づいている。前記通信システムは、盗難防止装置として使用される最も簡素な電子タグから、トランスポンダが端末の電磁場内に存在するときに端末と通信するためのトランスポンダが、計算機能（例えば、電子財布）又はデータ処理機能を備えているより複雑なシステムまで多岐にわたっている。

電磁トランスポンダを備えたシステムは、アンテナを形成する巻線を備えた発振回路のトランスポンダ側及び端末側での使用に基づいている。このような発振回路は、トランスポンダが端末の電磁場内に入ったとき、近傍の磁場によって結合される。端末の発振回路及びトランスポンダの発振回路は、一般的には、端末の発振回路の励起周波数に相当する同一の周波数に同調される。

トランスポンダは、ほとんどの場合、自己電源を有しておらず、端末のアンテナによって発せられる高周波磁場から自身の回路に必要な電力を取り出す。

トランスポンダが端末と通信する必要があるとき、トランスポンダは、データ交換を行う前に、端末を認証しなければならない。例えば、トランスポンダが（金銭又は勘定単位での）支払い手段として使用される適用例では、トランスポンダは、ある端末に対する支払額を蓄えておく場合がある。別の適用例によれば、電子機器（例えば、ＰＤＡ又は携帯電話）に関連付けられているチップカード型のトランスポンダは、他の電子機器（例えば、ラップトップ型又はデスクトップ型コンピュータ）と通信して、ユーザを識別又は認証する。

対照的に、端末は、あるデータをトランスポンダに送信する前に、トランスポンダを認証しなければならない。

欧州特許出願公開第０８５７９８１号明細書

現在、認証処理は、暗号化アルゴリズムと、端末及びトランスポンダ間のデータ交換とに基づいている。このような認証処理では、電力及び時間が著しく必要とされる計算が行われる。更に、あらゆる暗号化処理は、認証の秘密を見つけてシステムに不正侵入しようとする攻撃に対して、多かれ少なかれ反応し易い。

トランスポンダが、通信する必要がある端末にデータを送信する前に端末を認証できることが好ましく、また、端末が、あるデータをトランスポンダに送信する前にトランスポンダを認証できることが好ましい。

また、暗号化とは無関係に認証処理を行うことが好ましい。

更に、高速で、消費電力及び計算が少ない認証処理を行うことが好ましい。

これらの目的及び他の目的の全て又は一部を達成するために、本発明は、磁場を生成する端末により、前記磁場内に存在するトランスポンダを認証する方法であって、前記端末は、前記トランスポンダの抵抗性負荷の第１の値に関して前記端末によって測定された前記端末の発振回路の電流に関する第１のデータを、前記トランスポンダに送信し、前記トランスポンダは、前記抵抗性負荷の第２の値に関して前記端末の発振回路の電流に関する第２のデータを計算し、計算された第２のデータを前記端末に送信し、前記端末は、前記送信された第２のデータを、前記抵抗性負荷の前記第２の値に関して前記端末によって測定された前記端末の発振回路の電流に関する第３のデータと比較し、前記端末は、比較結果に基づき、前記トランスポンダを認証することを特徴とする方法を提供する。

本発明によれば、前記トランスポンダは、前記第１のデータと、前記抵抗性負荷の第１の値及び第２の値に関して夫々測定された前記トランスポンダの発振回路によって生成される電圧に関する第４のデータとに基づいて、前記第２のデータを計算する。

本発明によれば、前記第１のデータ、第２のデータ及び第３のデータは、前記トランスポンダが前記磁場内に存在しないときの前記端末の発振回路の電流と、前記抵抗性負荷の第１の値又は第２の値に関する前記端末の発振回路の電流との比率である。

本発明によれば、前記トランスポンダが認証されない場合、前記端末は、意図的に間違ったデータを前記トランスポンダに送信する。

本発明は、更に、磁場を生成する端末と、前記磁場内に存在するトランスポンダとを認証する方法であって、前記方法に基づき、前記端末が前記トランスポンダを認証し、前記トランスポンダは、前記第１のデータと、前記抵抗性負荷の第１の値及び第２の値に関して夫々測定された前記トランスポンダの発振回路によって生成される電圧に関する第４のデータとを用いて、前記端末を認証することを特徴とする方法を提供する。

本発明によれば、前記トランスポンダは、前記第１のデータ及び第４のデータに基づいて、前記端末の発振回路の電流の比率を計算し、前記トランスポンダは、前記計算された比率を、前記第１のデータと比較する。

本発明によれば、前記トランスポンダは、前記第１のデータ及び第４のデータに基づいて、前記トランスポンダの発振回路により生成される電圧を計算し、前記トランスポンダは、前記計算された電圧を、前記測定された電圧と比較する。

本発明によれば、前記端末が認証されない場合、前記トランスポンダは、意図的に間違ったデータを前記端末に送信する。

本発明は、更に、電磁トランスポンダが端末の磁場内に存在するとき、直流電圧を与えられ得る整流器の上流側に設けられた発振回路と、前記方法を実施することが可能な少なくとも１つのプロセッサとを備えていることを特徴とする電磁トランスポンダを提供する。

本発明は、更に、トランスポンダのための磁場を生成することが可能な端末であって、前記方法を実施することが可能な手段を備えていることを特徴とする端末を提供する。

本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない特定の実施形態について以下に詳細に説明する。

本発明が一例として適用されるタイプの電磁トランスポンダ通信システムを非常に簡略化して示す図である。 電磁トランスポンダ通信システムの端末及びトランスポンダを示すブロック略図である。 端末及びトランスポンダが相互に認証する方法の実施形態を示すフローチャートである。 図３に示された実施形態の変形例を示す図である。 端末を認証することが可能なトランスポンダの実施形態を示すブロック図である。

同一の構成要素は、異なる図面において同一の参照番号で示されている。明瞭化のために、本発明の理解に有用なステップ及び構成要素のみが示され、説明されている。具体的には、トランスポンダと端末との通信の符号化及び変調については詳述されておらず、本発明は、あらゆる通常の通信に適合する。更に、トランスポンダ又は端末による認証以外の端末又は前記トランスポンダによって実施され得る機能も詳述されておらず、本発明は、ここでもまた、端末又はトランスポンダのあらゆる通常の機能に適合する。

図１は、電磁トランスポンダ通信システムのブロック図である。端末１は、（例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ：near field communication）プロトコルに応じて、離れた構成要素、すなわち、トランスポンダと近距離で通信することが可能である。

端末１は、様々な形態、例えば、輸送チケット確認端末、電子パスポートリーダ、ラップトップ型コンピュータ、移動通信機器（ＧＳＭ電話、ＰＤＡ等）、自動車を始動させる電子制御ユニット等の形態から構成され得る。

同様に、トランスポンダ２は、様々な形態、例えば、チップカード、電子輸送チケット、電子パスポート、通信端末（ＧＳＭ電話、ＰＤＡ等）、電子タグ等の形態から構成され得る。

図２は、端末１及びトランスポンダ２の実施例を非常に概略的に示す。

端末１は、コンデンサ（容量性素子）Ｃ１及び抵抗器Ｒ１と直列のインダクタンス（誘導性素子）Ｌ１から構成された一般的には直列の発振回路Ｌ１−Ｃ１を備えている。図２に示された実施例では、この直列発振回路は、増幅器すなわちアンテナカプラ１４の出力端子１２と、基準電圧を有する端子１３（一般的には、アース）との間に接続されている。発振回路内の電流を測定する測定素子１５が、例えば、容量性素子Ｃ１とアース１３との間に設けられている。測定素子１５は、後述する位相調整ループに属している。増幅器１４は変調器（ＭＯＤ）１６から与えられる高周波伝送信号を受取り、変調器１６は、例えば、水晶発振器（図示せず）から基準周波数信号（ＯＳＣ）を受取る。変調器１６は、必要に応じて、伝送を制御して利用するための回路１１から与えられる信号Ｔｘを受取る。回路１１は、一般的には、制御及びデータ処理マイクロプロセッサを備えており、図示しない様々な入力／出力回路（キーボード、ディスプレイ、サーバと通信する要素等）及び／又は処理回路と通信する。端末１の構成要素は、ほとんどの場合、その動作に必要な電力を電源回路（図示せず）から取り出しており、電源回路は、例えば、電源供給ライン配電システム（コンセント）又はバッテリ（例えば、自動車、携帯電話又はコンピュータのバッテリ）に接続されている。変調器１６は、（例えば、１３．５６ＭＨｚの）高周波搬送波（信号）Ｔｘを直列発振回路Ｌ１−Ｃ１に供給し、該発振回路は磁場を生成する。

容量性素子Ｃ１は、例えば、信号ＣＴＲＬにより制御可能な可変容量性素子である。この容量性素子Ｃ１は、基準信号に関するアンテナ（インダクタンス）Ｌ１の電流Ｉ１の位相調整に関与する。この調整は、高周波信号の調整、すなわち、送信されるべきデータＴｘがないとき増幅器１４に与えられる信号に相当する搬送波の信号の調整である。該調整は、基準信号と一定の位相関係でアンテナＬ１の電流Ｉ１を維持するように、端末１の発振回路のキャパシタンスを変化させることによって行われる。この基準信号は、例えば、変調器１６に供給される基準周波数信号ＯＳＣに相当する。信号ＣＴＲＬは、比較器１７から与えられる。比較器１７は、前記基準信号に関する位相間隔を検出する機能と、検出に応じて容量性素子Ｃ１のキャパシタンスを変更する機能とを有する。この比較器１７は、測定素子１５（例えば、強度変圧器又は抵抗器）によって検出される発振回路の電流Ｉ１に関するデータＭＥＳを受取る。

端末１と協働可能なトランスポンダ２は、発振回路を備えており、該発振回路は、例えば、２つの端子２１及び端子２２間のコンデンサ（容量性素子）Ｃ２と並列なインダクタンス（誘導性素子）Ｌ２から並列に構成されている。（受信共振回路と呼ばれる）並列発振回路Ｌ２−Ｃ２は、端末１の発振回路Ｌ１−Ｃ１によって生成される磁場を取り込むように設けられている。発振回路Ｌ２−Ｃ２及び発振回路Ｌ１−Ｃ１は、同一の共振周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）に同調される。端子２１及び端子２２は、（ほとんどの場合、全波の）整流ブリッジ２３の２つの交流入力端子に接続されている。整流ブリッジ２３の整流出力端子が、正端子２４及び基準端子２５を夫々画定する。コンデンサＣａが、整流電圧を平滑化するために、端子２４及び端子２５間に接続されている。回収された電力が、図示しないバッテリを再充電するために用いられる。

トランスポンダ２が端末１の磁場内にあるとき、高周波電圧が、共振回路Ｌ２−Ｃ２に生成される。整流ブリッジ２３によって整流されてコンデンサＣａによって平滑化されるこの電圧は、電圧調整器（ＲＥＧ）２６を介してトランスポンダ２の電子回路に供給電圧として与えられる。このような電子回路は、一般的には、記憶装置（図示せず）と関連付けられた処理部（例えば、マイクロコントローラμＣ、プロセッサ）２７と、端末１から受信される信号を復調する復調器（ＤＥＭ）２８と、データを端末１に送信するための変調器（ＭＯＤ）２９とを含んでいる。トランスポンダ２は、一般的には、整流前に端子２１及び端子２２の一方から回収される高周波信号から回路２０によって取り出されるクロック（ＣＬＫ）を用いて同期される。ほとんどの場合、トランスポンダ２の全ての電子回路は、同一のチップにまとめられている。

端末１からトランスポンダ２にデータを送信するために、変調器１６は、信号Ｔｘに応じて搬送波の信号（ＯＳＣ）を変調（一般に、振幅変調）する。トランスポンダ２側では、これらのデータは、電圧Ｖ_Caに基づいて復調器２８によって復調される。復調器２８は、復調されるべき信号を整流ブリッジ２３の上流側でサンプリングする。

トランスポンダ２から端末１へデータを送信するために、変調器２９は、端末１により生成される磁場内でトランスポンダの回路によって形成される負荷の変調（逆変調）段３０を制御する。この変調（逆変調）段３０は、一般的には、端子２４及び端子２５間で直列な電子スイッチＫ３０（例えば、トランジスタ）及び抵抗器Ｒ３０（又は、コンデンサ）から構成されている。スイッチＫ３０は、端末１の発振回路の励起信号の周波数より十分低い（一般的には、少なくとも１０分の１の）いわゆる副搬送波周波数（例えば、８４７．５ｋＨｚ）で制御される。スイッチＫ３０がオンのとき、トランスポンダ２が高周波磁場から大量の電力をサンプリングするように、トランスポンダ２の発振回路は、回路２０、調整器２６、処理部２７、復調器２８及び変調器２９によって形成される負荷に関して追加の減衰を受ける。端末１側では、増幅器１４は高周波励起信号の振幅を一定に維持する。その結果、トランスポンダ２の電力変動が、アンテナＬ１の電流Ｉ１の振幅及び位相変動として変換される。この変動は、端末１の振幅又は位相復調器によって検出される。図２に示された実施形態では、比較器１７は、トランスポンダ２から与えられる信号を復調するためにも用いられる位相復調器と一体化されている。従って、比較器１７は、回路１１に返す信号Ｒｘに、トランスポンダ１から受信したデータの起こり得る逆変調をもたらす。他の復調回路、例えば、コンデンサＣ１の電圧の測定を利用する回路を設けてもよい。

トランスポンダと端末との通信を符号化／復号して変調／復調するための多くの変形例が存在する。

位相調整ループの応答時間が、トランスポンダからの起こり得る逆変調の妨害を避けるために十分長く、且つトランスポンダが端末の磁場内を通過する速度と比較して十分短い。これは、変調周波数（例えば、遠隔電力供給搬送波の１３．５６ＭＨｚの周波数、及びトランスポンダから端末へデータを送信するために用いられる８４７．５ｋＨｚの逆変調周波数）に対する静的調整ということもできる。

位相調整端末の一例が、欧州特許出願公開第０８５７９８１号明細書に記載されている。

端末側で位相が調整されることにより、トランスポンダが端末の磁場内にあるとき、トランスポンダの発振回路における電流及び電圧を測定して、測定結果から、トランスポンダの結合に関する情報を導き出すことが可能になる。端末の発振回路とトランスポンダの発振回路との結合係数は、実質的には、トランスポンダと端末との距離によって決まる。ｋで示される結合係数は、常に０と１との間にある。結合係数は、次の式で定義され得る。
k = M/√(L1・L2) （式１）
尚、Ｍは、端末の発振回路のインダクタンスＬ１と、トランスポンダの発振回路のインダクタンスＬ２との相互インダクタンスを表す。

最適結合が、トランスポンダの発振回路の電圧Ｖ_C2が最大である位置にあるとして定義される。ｋ_opt で示される最適結合係数は、以下に示すように表現されてもよい。
k_opt = √(L2/L1・R1/R2) （式２）
尚、Ｒ２は、トランスポンダの発振回路と並列に設けられた構成要素によって形成される負荷の抵抗と等価な抵抗を表す。

換言すれば、抵抗Ｒ２は、コンデンサＣ２及びインダクタンスＬ２と（整流ブリッジ２３の前又は後ろで）並列に配置されたトランスポンダ２の全ての回路の抵抗と等価な抵抗を表わす。トランスポンダの回路によるコンダクタンスが、「抵抗性負荷」と呼ばれる。この負荷のレベルが、発振回路に並列な抵抗Ｒ２によって表される。式２では、インダクタンスＬ１（端末のアンテナ）の直列抵抗は無視されている。また、この直列抵抗の値が、簡素化のために、抵抗器Ｒ１の値に含まれているとみなされ得る。

式２は、端末とトランスポンダとの結合特徴を表す。同一のトランスポンダ及び所与の動作条件（負荷Ｒ２）では、最適結合係数は、インダクタンスＬ１の値及び抵抗器Ｒ１の値を調整する端末に応じて変化する。

このような特徴を利用して、トランスポンダが、前記結合特徴を間接的に確認することにより、トランスポンダが配置されている範囲内で端末を認証することが可能になり、同様に、端末がトランスポンダを認証することが可能になる。

端末及びトランスポンダの結合を認証するために、トランスポンダの発振回路の容量性素子Ｃ２の電圧Ｖ_C2が用いられる。この電圧Ｖ_C2の値は、以下の関係式により得られる。
V_C2 = I2/ω・C2 （式３）
尚、Ｉ２は、トランスポンダの発振回路の電流を表し、ωは、信号のパルスを表す。

電流Ｉ２は、以下の関係式により得られる。
I2 = M・ω・I1/Z2 （式４）
尚、Ｉ１は、端末の発振回路の電流を表し、Ｚ２は、トランスポンダのインピーダンスを表す。

トランスポンダのインピーダンスＺ２は、以下の関係式により得られる。
Z2² = X2²+(L2/R2・C2)² （式５）
尚、Ｘ２は、発振回路のインピーダンスの虚数部を表し（X2=ω・L2-1/ω・C2）、Ｒ２は、トランスポンダの発振回路と並列に設けられた構成要素によって形成される負荷の抵抗と等価な抵抗を表す。

換言すれば、抵抗Ｒ２は、コンデンサＣ２及びインダクタンスＬ２と（整流ブリッジ２３の前又は後ろで）並列に配置されたトランスポンダ２の全ての回路（マイクロプロセッサ、逆変調手段等）の抵抗と等価な抵抗を表わす。トランスポンダ２の回路によるコンダクタンス、ひいてはトランスポンダ２の回路の消費電力が、「抵抗性負荷」と呼ばれる。この負荷のレベルが、発振回路に並列な抵抗Ｒ２によって表される。

更に、端末の発振回路の電流Ｉ１は、以下の関係式により得られる。
I1 = Vg/Z1_app （式６）
尚、Ｖｇは、端末の発振回路を励起するいわゆる発電電圧を示し、Ｚ１_app は、発振回路の見掛けインピーダンスを表す。

端末の発振回路の位相を調整することにより、トランスポンダに形成される負荷の虚数部を変調周波数に関して静的に変更する傾向がある全ての変動が、この位相調整ループによって補償され得る。従って、静的動作では、見掛けインピーダンスＺ１_app の虚数部は確実にゼロである。従って、見掛けインピーダンスＺ１_app は、見掛け抵抗Ｒ１_app （インピーダンスの実数部）に等しくなり、以下に示すように表現されてもよい。
Z1_app = R1_app = R1+(k²・ω²・L1・L2²)/(Z2²・R2・C2) （式７）

式７では、インダクタンスＬ１（端末のアンテナ）の直列抵抗の値は無視されている。また、この直列抵抗の値が、簡素化のために、抵抗器Ｒ１の値に含まれているとみなされ得る。

発振回路は同調されるので、インピーダンスＺ２の虚数部Ｘ２は、第一近似としてゼロに近いとみなされ得る。その結果、インピーダンスＺ２の値は、以下の関係式により得られる。
Z2 ＝ L2/R2・C2 （式８）

この単純化した式８を式４及び式７に挿入し、式４を式３に挿入することにより、トランスポンダの発振回路で回収される電圧Ｖ_C2について、以下の式が得られる。
V_C2 = ｋ・√(L1/L2)・{Vg/(R1/R2+k²・L1/L2)} （式９）

式９は、所与の端末（発電電圧Ｖｇ、抵抗器Ｒ１及びインダクタンスＬ１の一定値）及びインダクタンスＬ２の一定値（従って、コンデンサＣ２の一定値）では、電圧Ｖ_C2は、結合係数ｋと、トランスポンダの回路によって形成されて発振回路と並列に設けられる（抵抗Ｒ２と等価な）抵抗性負荷とによってのみ決まることを示している。

式９は、トランスポンダの発振回路Ｌ２−Ｃ２が、同調周波数、すなわち、ω・√(L2・C2)=1に設定されているとみなされている場合にのみ適用可能であることに留意すべきである。

所与の結合係数ｋでは、端末の発振回路のインピーダンスが変動せず、発振回路は同調されたままであるとすると、抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ２１及び抵抗値Ｒ２０に関する電圧Ｖ_C2の夫々の値Ｖ_C2]R21及び値Ｖ_C2]R20の比率が、式２及び式９に従って、以下の式により得られる。
V_C2]R21/V_C2]R20 = {(k/k_opt]R20)²+1}/{(k/k_opt]R20)²+R20/R21} （式１０）

式１０は、抵抗Ｒ２の抵抗値を、第１の値Ｒ２０から、より大きな第２の値Ｒ２１に増加させることにより（これは、発振回路Ｌ２−Ｃ２と並列に設けられたトランスポンダの回路の負荷を減少させることを意味する）、電圧Ｖ_C2]R21が、電圧Ｖ_C2]R20より大きくなることを示している。逆に、抵抗Ｒ２の抵抗値を減少させることにより、回収される電圧Ｖ_C2は減少する。

端末及びトランスポンダの結合の別の特徴的な動作条件が、端末のオフロード動作に関連付けられている。

式６及び式７は、以下の式で表現され得る。
I1 = Vg/(R1+k²・L1/L2・R2) （式１１）

オフロード値は、トランスポンダが端末の磁場内に存在しないときにおける端末側の電流及び電圧を表す。端末のオフロード動作では、端末の発振回路の見掛けインピーダンスは、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ１及びインダクタンスＬ１のみによって決まる。更に、位相調整により、この見掛けインピーダンスの虚数部は、常にゼロである。従って、式１１は、以下の式となる。
I1_off-load = Vg/R1 （式１２）

式１１及び式１２は、同一の電流結合係数ｋに関して、以下の式により表現され得る。
k² = R1/R2・L2/L1・(I1_off-load/I1-1) （式１３）

式１２及び式１３を組み合わせることにより、以下の式が得られる。
(k/k_opt)² = I1_off-load/I1-1 （式１４）

従って、この電流の比率により、最適結合係数に関する情報、ひいては所与の負荷に対する端末及びトランスポンダの結合特徴に関する情報が得られる。

更に、トランスポンダが、（例えば、抵抗値Ｒ２０の抵抗Ｒ２に等しい）所与の抵抗性負荷で端末の磁場内に存在するとき、端末は、自身の発振回路Ｌ１−Ｃ１の電流Ｉ１_]R20の値を測定することができる。

抵抗Ｒ２の２つの抵抗値Ｒ２０及び抵抗値Ｒ２１に関して回収された電圧の比率が、所与の結合係数ｋについて表されるとき、式１０及び式１４を組み合わせることにより、次の式が得られる。
V_C2]R21/V_C2]R20 = (I1_off-load/I1_]R20)/{R20/R21+(I1_off-load/I1_]R20-1)} （式１５）

この式１５は、抵抗値Ｒ２０が抵抗値Ｒ２１より小さい場合、以下の式で表現され得る。
I1_off-load/I1_]R20 = (1-R20/R21)/(1-V_C2]R20/V_C2]R21) （式１６）

又は、抵抗値Ｒ２０が抵抗値Ｒ２１より大きい場合、式１５は、以下の式で表現され得る。
I1_off-load/I1_]R20 = (R20/R21-1)/(V_C2]R20/V_C2]R21-1) （式１６′）

比率Ｒ２１／Ｒ２０が、式１６に基づいて表されるとき、抵抗値Ｒ２０が抵抗値Ｒ２１より小さいか大きいかに無関係に、次の式が得られる。
R20/R21 = (I1_off-load/I1_]R21-1)/(I1_off-load/I1_]R20-1) （式１７）

この式１７は、以下の式のように表現されてもよい。
I1_off-load/I1_]R21 = R21/R20・(I1_off-load/I1_]R20-1)+1 （式１８）

オフロード電流に関するこれらの比率を用いることにより、（抵抗値Ｒ２０又は抵抗値Ｒ２１の抵抗Ｒ２に等しい）所与の抵抗性負荷の条件下では、端末にトランスポンダを認証させて、トランスポンダに端末を認証させることが可能になる。

図３は、端末及びトランスポンダが相互に認証する方法の実施形態を示すフローチャートである。

端末の発振回路のオフロード電流は、予め記憶されて記録されている。測定に影響を及ぼす可能性のある静的妨害を考慮して、このオフロード電流は、端末が機能的環境にある間に判断されることが好ましい。好適な変形例によれば、オフロード電流の値が、周期的に更新される（例えば、トランスポンダが存在しないことが分かっているとき、端末のオフロード状態中にオフロード電流の値が測定されるようにプログラミングされている）。

端末が、磁場内にトランスポンダを検出すると、端末は、自身の発振回路の電流Ｉ１を（例えば、測定素子１５を用いて）測定し（ステップ４１）、測定された電流Ｉ１の値とオフロード電流の値との比率を計算する（ステップ４２）。計算された比率は、トランスポンダに送信されて記憶される（ステップ５２）。

トランスポンダは、端末から電流に関する比率を受信する前又は後に、抵抗Ｒ２の第１の抵抗値Ｒ２０に関するコンデンサＣ２の電圧Ｖ_C2を測定して記憶する（ステップ５１）。

次に、トランスポンダは、抵抗Ｒ２が抵抗値Ｒ２１を有するように抵抗性負荷を変更する（ステップ５３）。抵抗値Ｒ２１は、例えば、抵抗値Ｒ２０より大きくなるように選定される。続いて、トランスポンダは、この抵抗値Ｒ２１に関する電圧Ｖ_C2を測定し（ステップ５４）、測定された電圧Ｖ_C2の値を記憶する。

その後、トランスポンダは、ステップ５２で受信した比率と、ステップ５１及びステップ５４で夫々測定された電圧Ｖ_C2の値とに基づき、オフロード状態の端末の電流Ｉ１の値と、抵抗値Ｒ２０に関する端末の電流Ｉ１の値との評価比率を計算し（ステップ５５）、計算された評価比率を端末から受信した比率と比較して、等しいか否かを判断する（ステップ５６）。

計算された評価比率が、端末から受信した比率と等しくないと判断した場合（ステップ５６の出力Ｎ）、トランスポンダは、端末の発振回路が、端末及びトランスポンダの結合特徴を順守していないと判断し、端末を認証しない（ステップ５９）。

ステップ５６により、計算された評価比率が、端末から受信した比率と等しいと判断した場合（ステップ５６の出力Ｙ）、トランスポンダは、端末を認証する（ステップ５８）。計算された評価比率が、端末から受信した比率と等しくないと判断した場合（ステップ５６の出力Ｎ）、トランスポンダは、エラー処理を開始する（ステップ５９）。このエラー処理は、例えば、トランザクション拒否、トランスポンダのリセット、（操作された情報に関する重要な機能を実行しない）フェールソフト動作等に相当する。また、トランスポンダが、意図的に間違った情報で端末を誤解又は混乱させるメッセージ、例えば、ランダムデータを含むメッセージを端末に送信してもよい。その他の様々な処理が想定されてもよい。例えば、通常、暗号化メカニズムにより認証されない場合のあらゆるエラー処理が想定されてもよい。

トランスポンダが端末を認証した場合、トランスポンダは、ステップ５２で受信した比率と、ステップ５１及びステップ５４で夫々測定された電圧Ｖ_C2の値とに基づき、オフロード状態の端末の電流Ｉ１の値と、抵抗値Ｒ２１に関する端末の電流Ｉ１の値との評価比率を計算して、端末に送信する（ステップ５７）。

同時に（又は、ステップ５３の後以降に）、トランスポンダは、抵抗性負荷を別の値（例えば、抵抗値Ｒ２１）に切替えて、新たに電流Ｉ１を測定するように端末に通知する。

端末は、抵抗値Ｒ２１に関する電流Ｉ１_]R21を新たに測定し（ステップ４３）、オフロード電流Ｉ１と抵抗値Ｒ２１に関する電流Ｉ１_]R21との比率を計算して（ステップ４４）、計算した比率を記憶する。

次に、端末は、計算した比率を、トランスポンダから送信された評価比率と比較して、等しいか否かを判断する（ステップ４５）。計算した比率が、トランスポンダから送信された評価比率と等しいと判断した場合（ステップ４５の出力Ｙ）、端末はトランスポンダを認証する（ステップ４６）。計算した比率が、トランスポンダから送信された評価比率と等しくないと判断した場合（ステップ４５の出力Ｎ）、端末は、エラー処理を開始する（ステップ４７）。トランスポンダの場合と同様に、適用例（例えば、ブロッキング、意図的に間違った情報の送信等）により、様々なエラー処理が想定され得る。

図４は、図３の変形例を部分的に示しており、計算に関するステップ５５及び比較に関するステップ５６が、ステップ５２で受信した比率と、ステップ５１及びステップ５４で夫々測定された電圧Ｖ_C2の値とに基づく、抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ２１に関する電圧Ｖ_C2の計算（ステップ５５’）と、この計算された電圧Ｖ_C2の値とステップ５４で測定された抵抗値Ｒ２１に関する電圧Ｖ_C2の値との比較（ステップ５６’）とに置き換えられている。残りの部分は、図３に示された実施形態と同一である。図４に示された変形例は、図３に示された実施形態と組み合わせられ得る。

従って、同調状態の所与の端末（発電電圧Ｖｇ及び抵抗器Ｒ１の一定値）とトランスポンダでは、トランスポンダ及び端末の結合は、トランスポンダ側で（抵抗値Ｒ２０及び抵抗値Ｒ２１に等しい）２つの抵抗性負荷に関して得られた電圧と、端末の発振回路における対応する電流とを用いることにより認証され得る。

実際には、トランスポンダの発振回路の電圧Ｖ_C2が直接測定されるわけではなく、整流ブリッジ２３の出力におけるコンデンサＣａの平滑化された電圧Ｖ_Caが測定される。電圧Ｖ_Caは、電圧Ｖ_C2に比例する。電圧比が評価されるので、電圧Ｖ_C2と電圧Ｖ_Caとの比例定数を知る必要がない。特定の実施形態では、測定は、マイクロプロセッサによって行われる。測定された電圧値が、アナログ手段により、又は、選択的な数ビット以上のディジタル処理により記憶され、該ビット数は、所望の分析精度により決まる。

上述された処理は、上述された順序と異なる順序で行われてもよい。しかし、処理が、計算の複雑さが増す順序で優先的に行われることにより、トランスポンダに適合しない端末を更に迅速に拒絶することが可能になる。

更に、様々な中間値が記憶されて、連続する処理で再利用されてもよく、又は逆に、処理中に計算されてもよい。

抵抗Ｒ２の抵抗値を減少させるために、最小値が考慮されてもよい。この最小値は、トランスポンダの回路に十分な供給電圧を維持するための最小許容値に相当する。この最小値は、式１６′に従って、比率Ｒ２０／Ｒ２ｍｉｎを考慮することによって得られる。抵抗値Ｒ２ｍｉｎに関する電圧Ｖ_C2min に注目すると、この式１６′は、以下の式になる。
I1_off-load/I1_]R20= (R20/R2min-1)/(V_C2]R20/V_C2min-1) （式１９）

端末の動作の際の起こり得るドリフトを考慮して、許容値の許容誤差又は範囲が処理に導入されてもよく、又は、認可された端末群の場合には、この端末群の間の許容可能な分散が導入されてもよい。

従って、トランスポンダの発振回路の２つの抵抗値に関して測定された２つの電圧値に基づいて、端末を認証することが可能である。

更に、端末は、前記２つの抵抗値に関して測定される自身の発振回路における２つの電流値に基づいて、トランスポンダを認証してもよい。

このような認証は、端末、トランスポンダ、又は、その両方によって利用されてもよい。

図５は、トランスポンダ２が端末（図示せず）の磁場内にあるとき、前記端末を認証するか否かを自動的に判断すべく設けられたトランスポンダ２の実施形態を示すブロック図である。図５の表示は、図２の表示と比べて簡略化されている。具体的には、復調及び逆変調の手段、並びにクロック周波数を得るための構成要素が図示されていない。

前述したように、トランスポンダ２は、その端子２１及び２２が、整流ブリッジ２３の入力端子に接続されている並列発振回路Ｌ２−Ｃ２に基づいている。処理部２７のために電流Ｉｃを測定する要素が調整器２６の出力側に設けられてもよい。更に、整流ブリッジ２３の端子２４及び端子２５間に、切替可能な抵抗性回路４０が設けられている。例えば、２つの抵抗器Ｒ４３及び抵抗器Ｒ４５が並列に接続されており、夫々の抵抗器４３、４５は、夫々のスイッチＫ４３、Ｋ４５と直列に接続されている。スイッチＫ４３及びスイッチＫ４５（例えば、ＭＯＳトランジスタ）は、結合位置を判断する方法を実施するために切り替えられる。処理部（ＰＵ、プロセッサ）２７は、入力ＭＥＳで電圧Ｖ_Caに関する情報を受取り、上述した方法を実施する。図５に示された実施形態では、両方の抵抗器Ｒ４３及び抵抗器Ｒ４５が機能的に接続されているとき、抵抗Ｒ２（トランスポンダの回路の負荷）は抵抗値Ｒ２０を示す。抵抗器Ｒ４３及び抵抗器Ｒ４５の内の一方（例えば、抵抗器Ｒ４３）の接続が切られると、抵抗Ｒ２の抵抗値が抵抗値Ｒ２１に増加する。前記方法の変形例に応じて他の接続及び切替が設定されてもよい。例えば、抵抗Ｒ２の２つの抵抗値の内の一方が、他のトランスポンダの回路の抵抗性負荷に相当するとみなして、単一の切替可能な抵抗器が用いられてもよい。

好適な実施形態によれば、切替可能な抵抗器は、抵抗性逆変調に用いられる抵抗器に相当する。例えば、逆変調抵抗器が回路で機能するように、逆変調抵抗器を切り替えること（図２に示された実施例におけるスイッチＫ３０がオンの状態）により、電圧値Ｖ_C2]R20が測定される。次に、スイッチＫ３０がオフされて、電圧値Ｖ_C2]R21が測定される。

変形例として、等価な抵抗Ｒ２の抵抗値の増加又は減少が、トランスポンダの回路、一般的には処理部２７の消費電力を変動させることによって引き起こされる。例えば、抵抗Ｒ２の抵抗値を減少させるために（消費電力を増加させるために）、処理部２７による計算又は処理の実行が開始される。等価な抵抗Ｒ２の抵抗値の増加は、ある計算の割込みによる処理部２７の消費電力の減少によって引き起こされてもよい。変形例として、クロックにより調整される実行速度が回路２０を用いて低減されてもよい。処理部２７によって実行されるべき様々なタスクに関する消費電力が分かる時点から、抵抗Ｒ２における変動も分かる。

端末を認証するために必要な計算は、計算の実行時間が、端末の前方でのトランスポンダの変位速度（ひいては結合係数の変動速度）に対して無視し得る程十分に簡単である。これは特に、マイクロコントローラを備えたトランスポンダが暗号機能を実行する場合であり、この場合、このような計算を駆使する機能自体は、結合が変化しないとみなされ得る期間中に実行される。他の場合では、トランスポンダが端末の受信面に載置されている場合、トランスポンダと端末との結合が更に長い期間変動しない。

認証中に、ハッカーが交換される値を妨害しようとした場合、磁場内に存在するトランスポンダが、端末及び／又はトランスポンダによって分かるインピーダンスを変更し、認証の失敗を引き起こす。

認証は、単純な計算及び測定によって実行されることに留意すべきである。

異なる変形例を有する様々な実施形態について説明している。当業者は、あらゆる進歩性を示すことなく、様々な実施形態及び変形例の様々な構成要素を組み合わせることができることに留意すべきである。具体的には、実行される処理の選択及び順序は、用途、例えば、認証を実行するために利用可能な時間、トランスポンダの計算容量等によって決まる。

このような変更、修正及び改良は、本開示の一部であることが意図され、また、本発明の意図及び範囲内にあることが意図されている。従って、上記の説明は、単に例示的なものであり、限定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に定義されていること、及び特許請求の範囲に対する等価物によってのみ限定される。

１ 端末
２ トランスポンダ
２３ 整流器、整流ブリッジ
２７ プロセッサ、処理部
Ｃ１ 発振回路、コンデンサ、容量性素子
Ｃ２ 発振回路、コンデンサ、容量性素子
Ｌ１ 発振回路、インダクタンス、誘導性素子
Ｌ２ 発振回路、インダクタンス、誘導性素子

Claims (10)

1. 磁場を生成する端末により、前記磁場内に存在するトランスポンダを認証する方法であって、
   前記端末は、前記トランスポンダの抵抗性負荷の第１の値に関して前記端末によって測定された前記端末の発振回路の電流に関する第１のデータを、前記トランスポンダに送信し、
   前記トランスポンダは、前記抵抗性負荷の第２の値に関して前記端末の発振回路の電流に関する第２のデータを計算し、計算された第２のデータを前記端末に送信し、
   前記端末は、前記送信された第２のデータを、前記抵抗性負荷の前記第２の値に関して前記端末によって測定された前記端末の発振回路の電流に関する第３のデータと比較し、
   前記端末は、比較結果に基づき、前記トランスポンダを認証することを特徴とする方法。
2. 前記トランスポンダは、前記第１のデータと、前記抵抗性負荷の第１の値及び第２の値に関して夫々測定された前記トランスポンダの発振回路によって生成される電圧に関する第４のデータとに基づいて、前記第２のデータを計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のデータ、第２のデータ及び第３のデータは、前記トランスポンダが前記磁場内に存在しないときの前記端末の発振回路の電流と、前記抵抗性負荷の第１の値又は第２の値に関する前記端末の発振回路の電流との比率であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記トランスポンダが認証されない場合、前記端末は、意図的に間違ったデータを前記トランスポンダに送信することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 磁場を生成する端末と、前記磁場内に存在するトランスポンダとを認証する方法であって、
   請求項１に記載の方法に基づき、前記端末が前記トランスポンダを認証し、
   前記トランスポンダは、前記第１のデータと、前記抵抗性負荷の第１の値及び第２の値に関して夫々測定された前記トランスポンダの発振回路によって生成される電圧に関する第４のデータとを用いて、前記端末を認証することを特徴とする方法。
6. 前記トランスポンダは、前記第１のデータ及び第４のデータに基づいて、前記端末の発振回路の電流の比率を計算し、
   前記トランスポンダは、前記計算された比率を、前記第１のデータと比較することを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記トランスポンダは、前記第１のデータ及び第４のデータに基づいて、前記トランスポンダの発振回路により生成される電圧を計算し、
   前記トランスポンダは、前記計算された電圧を、前記測定された電圧と比較することを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記端末が認証されない場合、前記トランスポンダは、意図的に間違ったデータを前記端末に送信することを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 電磁トランスポンダが端末の磁場内に存在するとき、直流電圧を与えられ得る整流器の上流側に設けられた発振回路と、
   請求項１に記載の方法を実施することが可能な少なくとも１つのプロセッサと
   を備えていることを特徴とする電磁トランスポンダ。
10. トランスポンダのための磁場を生成することが可能な端末であって、請求項１に記載の方法を実施することが可能な手段を備えていることを特徴とする端末。

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