JPH11510299A

JPH11510299A - セキュリティ機能付クレジット・カード

Info

Publication number: JPH11510299A
Application number: JP9508489A
Authority: JP
Inventors: ボース，レネ，ジュニアー
Original assignee: マグネティック・プロダクツ・インターナショナル・コーポレーション
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1999-09-07
Also published as: EP0843861A4; US5650606A; EP0843861A1; KR19990036269A; WO1997006504A1; AU6642196A; CA2228615A1

Abstract

(57)【要約】磁気ストライプ・カード読み取り装置のための新規な書き込み／読み取りヘッドは、挿入型有価カード装置の、読み取りヘッド及び書き込みヘッド間に必要な密接空間を可能にしつつ、しかも、書き込みヘッドのギャップに発生する書き込み磁界から読み取りヘッドの磁気的分離（１２２）を可能にする、磁気抵抗読み取り素子（１３５）を含む。読み取りヘッドに第２の磁気抵抗素子（１３６）を使用することによって、カードの変造または偽造の可能性を排除するセキュリティ・システムの実施が可能となる。したがって、比較的信頼性が高い高額な有価カードの発行が可能となり、一般的には、同一信頼性の磁気ストライプ・カードの発行が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】セキュリティ機能付クレジット・カード発明の技術分野本発明は、一般的に、磁気ストライプ・カード上におけるデータ書き込み及び読み取り装置に関し、特に、カードを使用する毎にカードの書き換えを必要とする磁気ストライプ・カードに関するものである。発明の背景有価カード(value card)または減分（減数）カード(decrement card)は、世界的に普及し使用されている。これらのカードは、電話機、販売機、公衆輸送設備及び高速道路料金所において使用するために、カード発行代理店から個々の人々が購入する。これらは、例えば、ワシントンＤ．Ｃ．の地下鉄システムにおいて使用されている。カードの初期値は、個人がカードに支払う購入価格によって決定される。有価カードを通じての商品やサービスへのアクセスは機械的に行われ、該カードを受け入れ、読み取り、確認する。トランザクションの完了時に、機械は新しいカード・データを書き換える（及び読み取り確認する）ことによって、カードの値から価格を差し引き、カードの所有者がカードを抜き取るプロセスに移行する。所有者は、その金額を使い果たすまで、そのカードの使用を継続することができる。しかしながら、現在の有価カードは、容易に偽造したり変造することができるため、安全面において欠けるものである。その結果、有価カードの分野における磁気ストライプ・カードの使用は低い金額（即ち、１００ドル未満）に限定されており、使用可能金額(finantial exposure)が限られている。かかるカードを高い額面金額のトランザクションに使用できるようにするには、一層の高いセキュリティ（安全度）が要求される。発明の概要本発明によれば、セルフ・クロッキングの新規な読み取り／書き込みヘッドの読み取り／書き込み精度を利用し、偽造やカードの変造を防止するセキュリティを実行する、セキュリティ・システムが提供される。このシステムは、カードを使用する毎に、新しいセキュリティ番号を発生するように動作する。更に、このシステムは、故意にジッタを発生させ、それに続いて一意のセキュリティ番号を読み取るように動作するアルゴリズムを採用する。この新規な読み取り／書き込みヘッドは、１つまたは２つの磁気抵抗読み取りヘッドと１つの書き込みヘッドから成る。書き込みヘッドは、ギャップ及びコイルを含む。電流をコイルに供給すると、書き込みヘッドは周辺磁界(fringing ma gnetic field)を発生し、電流の方向に応じてある方向に、結合された磁気ストライプ・カードの磁気ストライプを磁化させる。こうして、カードがヘッド・ギャップを通過する際、プログラムされた一連の電流反転(current reversal)により、二進数の１及び０の集合でエンコードされたデータを表すストライプ上に、磁化反転(flux reversal)を発生する。この点については十分に理解されよう。書き込みプロセスでは、磁気抵抗読み取りヘッドは感知信号を出力し、カードの速度または加速度には無関係に、結合された磁気ストライプ上に書き込まれた磁化反転の位置を正確に突き止める。一実施例では、この読み取り／書き込みヘッドは、透磁性の高い物質の矩形プレートを備え、その一方側に磁気抵抗読み取りヘッドが配置されている。書き込みヘッドは、このプレートの他方側に配置されている。このプレート材料の高い相対透磁率（１００，０００以上）は、読み取りエレメントを、書き込みギャップで発生する強い磁界から分離するように作用する。書き込みヘッド及び読み取りヘッドが非常に接近して位置し、しかもかかるヘッド間の固有の高クロス・フィード(cross-feed)を回避する読み取り／書き込みヘッド構造は、従来技術の考えからの大きな飛躍であると見なされよう。この構造は、磁気ストライプ上におけるデータ書き込み及び読み取り手段の低価格化及び信頼性向上を可能とし、有価カードと共に使用するには十分に低価格なものである。有価カードと共に、この構造は、理想的な手動装置(hand drawn devi ce)の実現を可能とし、カードの挿入時に読み取りを行い、カードを除去する際にカードに書き込みを行いその正確性を確認する高価格のモータ・ドライブ及びエンコーダは不要となる。他の実施例では、２枚の磁気抵抗フィルムが読み取り動作に使用される。この他に類を見ない読み取り／書き込みヘッドは、単純なセキュリティ・システムの実施を可能とし、磁気ストライプ・カードの変造または偽造を防止する。Ｒene Ｂaus に対して１９８６年１２月に発行された米国特許第４，６２８，１９５号には、磁気ストライプ上に固有のジッタ・パターンのエンコード・データを使用し、特定の磁気ストライプ・カードを識別する、磁気ストライプ・カードの安全性を改善する方法が開示されている。本発明の他の態様によれば、このヘッドの独特な読み取り／書き込み構造は、故意に一意のジッタ・パターンを誘発し、後にカードを使用する毎に一意のセキュリティ番号を発生し読み取ることによって、カード偽造やカード変造を総合的に防止するシステムを可能にする。このセキュリティ・システムは、ジッタ・パターンを制御するアルゴリズムを用い、トランザクションが発生する毎に暗号を格納する中央記憶部を備えている。図面の簡単な説明図１は、磁気ストライプを有する有価カードに共通して使用されている挿入カード・リーダの概略図である。図２、図３、及び図４はそれぞれ、本発明の原理による読み取り／書き込みヘッドの拡大図であり、磁気抵抗素子のレイアウト、ヘッドの断面、及び書き込みヘッドのレイアウトの図である。図５及び図６は、図２、図３、及び図４の読み取り／書き込みヘッドの平面図及び断面図であり、書き込みヘッド上の適所にカバーを配置している図である。図８及び図９は、図２、図３、及び図４の読み取り／書き込みヘッドの一部の概略図、及び、状態変化時が出力におけるトランザクションによって決定される、読み取りヘッドの出力、該出力のデジタル形態、及び書き込み電流の波形図である。図１０は、単一の磁気抵抗読み取りヘッドを使用した、図２、図３、及び図４の読み取り／書き込みヘッドの動作のための電子回路のブロック図である。図１１は、読み取りヘッドに２つの磁気抵抗素子を用いた、本発明の他の実施例の分解図である。図１２及び図１３は、図１１の読み取り／書き込みヘッドの一部の概略図、並びに、その中の書き込みヘッドの書き込みクロック・タイミングを示す波形、及び該タイミングを決定する２つの磁気抵抗素子からの２種類のデジタル波形である。図１４は、２つの磁気抵抗素子を有する読み取りヘッドを用いた、図１１の実施例のための電子回路のブロック図である。図１５、図１６、及び図１７は、図１１の実施例の書き込み、読み取り及びデコードの論理図である。図１８、図１９、及び図２０は、図１１の実施例の、書き込み、読み取り及びデコード論理図であって、カード偽造やカード変造を防止するために使用する埋め込みセキュリティ番号を発生するための図である。図２１、図２２、及び図２３は、本発明の原理にしたがって、セキュリティ・コードを発生し確認する方法のブロック図である。本発明の代表的実施例の詳細な説明図１は、フレーム１１に固着され、図の左からカード１２を挿入するように配置された挿入型の読み取り装置１０を示す。本発明の原理によるセルフ・クロッキング・ヘッド(self-clocking head)１４が設けられており、該ヘッドは、磁気ストライプ（図示せず）が読み取り装置（リーダ）に挿入される際及び読み取り装置から除去される際に、該磁気ストライプに結合する。カードは挿入時に読み取りが行われると共に、引き抜き時に書き込み及び読み取り確認が行われる。セルフ・クロッキング電子回路はブロック１５で示されている。図２、図３、及び図４は、本発明の原理による読み取り／書き込みヘッドの拡大図を示す。このヘッドの主要な構造は矩形プレート２２であり、該矩形プレートは実際には、幅約０．１１０インチ、高さ約０．３００インチ、厚さ約０．００２インチである。このプレートは、ｍｕ金属または超合金のような高透磁性材料で構成されている。図に示すように、磁気抵抗読み取りヘッド２３がプレート２２の一方側に位置し、プレートの他方側には書き込みヘッドが位置する。このプレート材料は比較的高い相対透磁率（＞１００，０００）であり、プレート構造の低リラクタンスの幾何学的形状と結合し、書き込みヘッドのギャップに発生する強い磁界から、読み取り素子（群）を分離する。ここに記載した物理的寸法及び材料は、ＡＮＳＩ及びＩＳＯ規格に準拠した磁気ストライプ・カード上の読み取り及び書き込みに適するように選択したものである。本発明の原理を採用する他の規格や用途では、異なるヘッド寸法や、読み取り素子及び書き込み素子間の空間を必要とする場合もある。書き込みヘッド及び読み取りヘッド構造を形成する種々の層は、真空スパッタリング、電気メッキ化学蒸着、イオン・エッチング、及びフォトレジスト・リソグラフィのような公知技術を用いて、一括製造することが可能である。これらは、大規模集積回路チップや、ディスク及びテープ用高密度磁気抵抗デジタル・ヘッドを生産するために開発された技術と同一である。図３及び図４の書き込みヘッド２４は、ギャップ３０、書き込みコイル３１、及び、図５及び図６にも示されており、書き込みギャップ磁束経路を完成する高透磁性カバー３２を備えている。ギャップには、プレート２２の上端上に被着した銅層が充填されている。ギャップは、プレート２２の最上部とカバー３２とによって形成される。図３の二酸化シリコン層３５により、コイル３１（及びその２本のリード）がプレート２２から絶縁される。図２の読み取りヘッドは、銅のコネクタ４３，４４，及び４５を備えた第１及び第２磁気抵抗素子４０及び４１を含む。薄い酸化シリコン層４６（図３参照）により、磁気抵抗素子及びコネクタ４３，４４及び４５がプレート２２から絶縁されている。一方の磁気抵抗素子（即ち、素子４０）のみが、カード・ストライプの磁界の影響を受ける。素子４１は、カードからの距離が比較的大きいこと、及びプレート２２に近接しており磁束が素子４１に到達する前にストライプの磁束と短絡することによって、ストライプの磁界から分離されている。素子４１の目的は、素子４０及び４１に同等に影響を与える共通モードの外部ノイズを最少に抑えることである。以下に（図１０との関連において）説明するが、磁気抵抗（ＭＲ）素子４０及び４１は、共通モード・ノイズを相殺するブリッジ回路の要素を形成する。図３において、カバー３２は、種々の層（ＭＲ素子及び銅導体を含む）が完成した後に、プレート２２に取り付けられる別個のものとして示されている。カバー３２は、ｍｕ金属またはその他のいずれかの軟磁性体材料で多層構造に形成され、これらが一体結合されて、図示の断面形状を形成している。磁気ヘッド製造のための公知の技術を用いて、プレートと共にカバーを一括処理し、一括製造が完了するまで、個々のヘッドを互いから分離させないようにする。図５及び図６は、真空スパッタリングの使用によって基板上に被着したカバーを示す。実際には、用途によって、即ち、主に磁気ストライプの耐磨耗要件や保磁力によって、カバーの製造方法が選択される。接合型(bonded)カバーにより、材料の選択の幅が広がることになる。図７は、図３のヘッドの分解図であり、セルフ・クロッキング・ヘッドの種々の要素の相対的な位置関係を示す。基板２２の左側には、２つのＭＲ読み取り素子４０及び４１、それらの３つの銅リード（線）４３，４４，及び４５、ならびに二酸化シリコン絶縁層４６が配置されている。右側には、銅製のギャップ・スペーサ３０、二酸化シリコン層３５、書き込みコイル３１、読み取りコイル・リード、及びカバー・プレート３２が配置されている。書き込みギャップの後縁とＭＲヘッド４０及び４１の面との間の距離は、理想的には、カード上に記録するビット長の半分として与えられる。以下の説明から明らかであろうが、この条件は、説明の目的のために提示するのであり、この寸法を±１パーセントの理想的な許容度に保持する必要はない。図８及び図９は、第１実施例のセルフ・クロッキング書き込みを表すものであり、書き込み素子及び読み取り素子の概略図（明確化のため同一の拡大率で描かれていない）を示すと共に、磁気抵抗素子（ＭＲ）４０の出力、デジタル化出力、及び書き込み電流をそれぞれ示す。デジタル化出力は、書き込み電流方向の変化タイミングを制御する。図示のように、磁気ストライプ（ストリップ）８０を有するカードは、図８においては、右から左に移動する。明確化のため、波形は一定のカード速度の場合を想定して描かれている。未使用カード（エンコード・データを全く含んでいないもの）上では、単一の磁化反転が、光検出器（図示せず）によるカード先端の感知によって、カード上に書き込まれる。この動作は、磁気ストライプ・カード読み取り装置において共通するものである。書き込み電流波形に示すように、この時点をｔ１とする。カード速度によって異なる時間間隔の後、この磁化反転により、時点ｔ２においてＭＲ素子４０の出力にパルスが生成される。この時点で、書き込み電流が方向を変化させ、第２の磁化反転がカード上に書き込まれる。一方、第２の磁化反転により第３の磁化反転が書き込まれ、このようにして、カード・ストライプが完全にヘッドを通過するまで続けられる。こうして、カード・トラックは、その長さ方向に沿って、等間隔の磁化反転によって覆われる。間隔の長さは、書き込みギャップの後縁面とＭＲ４０素子の面との間の距離に正確に等しい。この長さは、エンコード・データのビット・セグメント長の１／２となるように選択されている。以上のように、図５及び図６の構成が、速度や加速度には無関係に、磁気ストライプ・カード上に正確な間隔で磁化反転の書き込みが可能となる。既にエンコードされたデータを含み、これを書き換えなければならないカード上では、該カード上の初期磁化遷移が、先に説明した書き込みプロセスを構成するように作用する。一旦書き込みプロセスが開始すると、ヘッドは以前にエンコードされたデータを消去する。先に引用したＩＳＯ及びＡＮＳＩ規格によって指定されているいわゆるＡiken 即ちバイフェーズ・コードは、中間に磁化反転があるビット・セグメントによって「１」を表し、中間に磁化反転がないビット・セグメントによって「０」を表す。したがって、上記説明した磁化反転は、一連の「１」を表す。図８及び図９の方式を用いて「０」を書き込むには、以下の方法で得られる時間予測を必要とする。図９において、ｔ５及びｔ７の間に書き込み電流によって「０」を書き込むこととする。ｔ５はＭＲ読み取りヘッドを作動させる磁化反転によって正確に定義されるが、かかる時間判定は、ｔ７において書き込み電流に必要とされる変化には得られない。以下で説明する書き込み電子ロジックは、電流の変化が必要とされるｔ７の値を判定することによって、ｔ６における電流変化を抑制する。これを行うには、時間間隔（ｔ６−ｔ５）を測定し、ｔ７＝ｔ６＋（ｔ６−ｔ５）を計算する。かかる予測計算は、マイクロプロセッサによって実行することができ、あるいは、最大使用可能カード速度でカードに記録されるビット・レートの、例えば、１００倍高いカウント周波数を用いて、例えば、ＰＡＬチップをカウンタとしてプログラムすることによって実行することができる。５０インチ／秒のカード速度では、２ＭＨｚのカウント周波数で、２１０ビット／インチ記録密度に対して、公称セグメント長の１パーセントの精度で、ｔ７が得られる。先に引用したＡＮＳＩ及びＩＳＯ規格によって、ジッタが定義されている。ジッタとは、ビット・セグメントのその公称値からのずれをパーセントで表すものである。磁気ストライプ・カード上において２１０または７５（ビット／インチ：ｂｐｉ）トラックの場合、最大許容ジッタは１０パーセントである。５０インチ／秒の速度で移動するカード上で２１０ｂｐｉの場合、カード加速度が１，０００，０００インチ／秒²で、発生するカード・ジッタは１パーセントとなることがわかる。毎秒１０インチの場合、ジッタを１パーセントにするには、４２，０００インチ／秒²の加速度が必要となる。驚くべきことに、これらの値に近い加速度が、市販の手動カード・エンコーダ及びモータ駆動カード・エンコーダにおいて得られている。しかしながら、その設計の詳細を注意深く研究することにより、カードの加速度は先に引用した値に減少するであろう。結論として、本発明の第１の実施例は、引用した規格の許容値を十分に満足するジッタを有するカードのエンコードが可能である。図８では、ギャップの後縁とＭＲ面との間の指定距離は、０．５００００ビット長±１パーセント（２１０ｂｐｉでは±２３マイクロインチとなる）と指定されている。かかる密接した許容度は微小電子部品の製造では一般的ではないが、この場合、例えば、０．０２０インチ±１０パーセント（±２００マイクロインチ）より狭い間隔を保持する必要はない。しかしながら、ジッタに対する１パーセントの許容度は、電子回路における時間カウントの調節（例えば、ソフトウエアの切替）によって達成可能である。この調節は、最終組立の間に行われ、より大きな間隔の許容幅によって許されるばらつきを補償する。図１０は、セルフ・クロッキング・ヘッドの第１の実施例と共に用いられる電子回路のブロック図である。ＭＲ読み取りヘッド４０は、カードの磁化遷移を感知する能動素子である。これとＭＲ４１がブリッジ回路の一方側を形成し、ブリッジ回路は、調節可能なトリム・ポテンショメータ１００をさらに含んでいる。先に述べたように、能動素子及び非能動素子の使用によって、共通モードのノイズ（電源、周囲の機器、地球の磁界の影響等による）を除去する。低振幅信号を検出するブリッジの利点は公知であり、これ以上の詳細説明はここでは不要であろう。ブリッジの出力は増幅器１０１によって増幅され、ピーク検出器１０２によってピークが検出され、書き込み回路を制御するタイマ回路１０３に供給される。書き込み回路はブロック１０５で表されている。マイクロプロセッサ・コントローラ１０６が、単純処理作業(housekeeping chore)を実行し、ホスト・コンピュータ１０７と通信し、新しい書き込みデータを書き込みデータ・レジスタ１０８に供給し、読み取ったデータをデコードする。図１０のブロック図は、殆どの用途に対して適合可能である。単一ヘッド・ギャップを使用した磁気ストライプ・カードの速度に依存しないデコード処理用電子回路及びマイクロプロセッサのアルゴリズムは、当業界ではありふれたものであり、ここで説明する必要はないことを述べておく。図１に概略的に示した有価カード挿入読み取り／エンコーダについて説明する。カードは挿入時に読み取られ、除去されるときに書き換えが行われかつ読み取り確認が行われる。その途中で、カード上のデータはＭＲ読み取りヘッドによって読み取られ、読み取りヘッドからの信号は電子的にデコードされ、ホストに送られる。なおホストとは、トランザクションの制御を行う、電話機または販売機（あるいはその他の装置）内にある埋め込み型コンピュータである。データが有効であると判定された場合、ホストはそのトランザクションを許可し、トランザクションを実行する適切なコマンドを与え、カード上に書き込む新しいデータを送信する。カードを引き抜くとき、新しいデータが書き込まれかつ読み取られて確認される。カードを引き抜く際の読み取り確認において、何らかの理由でカード上にエラーが検出された場合について、説明する。典型的に、有価カード読み取り装置は表示装置を内蔵しており、第２または第３の適正なエンコードを行う試行のためにカードを挿入し直すようにユーザに指示する。かかる試行が全てうまくいかなかった場合、端末は、不良で今や使用不可能となっているユーザのカードに残っている残高を表す、印刷した受け取りをユーザに提示する。この受け取りは不良カードと共にユーザに再検討させることができる。この処置が存在するものの、顧客にとっては不便であり、カード発行者にとってはコスト高である。かかるカード・システムが成功するためには、読み取り／書き込みエラー率を、１パーセント以下の小数より小さくしなければならない。本発明のセルフ・クロッキング・ヘッドの第１の実施例は、既存の装置と比較して、読み取り／書き込みの信頼性を大幅に改善するものである。セルフ・クロッキング・ヘッドは、ＭＲ感知素子を用い、従来の磁気ヘッドに見られる磁化応答の変化率の代わりに、カードの磁化に応答する。したがって、ＭＲヘッドは、書き込み電流の立ち上がり時間が磁化反転の時間の約１／１０であると仮定すると、書き込みヘッドからの高磁界に対する感度は約１／１０となり低くなる。加えて、ＭＲヘッドは、磁歪係数が０となるように構成することができる。従来のヘッドは極めてマイクロフォン的(microphonic)である。最後に、ブリッジ回路に２つのＭＲ素子を使用することにより、外部磁界ノイズが低減することを注記しておく。端的に言えば、ＭＲヘッドは、従来のヘッドに比較して、信号対ノイズ比が格段に高い。図１１は、本発明の第２の実施例の分解図であり、先に述べた対（ＭＲ４０及び４１）と同一の第２のＭＲ対が、書き込み面から正確に１／２ビット長だけ分離された（読み取り）面に追加されていることを除いて、第１の実施例と同様である。先と同様、読み取り面は、書き込みギャップの後縁から１／２ビット長だけ離れている。図１１は、図７のプレート２２に対応するプレート１２２を示している。このプレートは、図で見てプレートの右側の書き込み面を、プレートの左側の磁歪( ＭＲ：magnetostrictive)読み取り面から分離する。書き込み面は酸化シリコン層１２３、リード１２５を備えた書き込みコイル１２４、カバー１２６、及び単位ギャップ(unit gap)１２８から成る。読み取り面は、２つのＭＲヘッド１３０及び１３１から成り、各々関連するＭＲヘッドを有し、図７の実施例の場合と同様に、共通モード・ノイズを低減する。ＭＲ素子は、図１１では１３５及び１３６で示されており、それぞれ読み取りコイル・リード１３７及び１３８が関連付けられている。また、読み取りヘッドは、図示のように、ＭＲ素子（面）の間、ならびに素子１３５及び面１２２の間に配置された、酸化シリコン（電気絶縁）層を含んでいる。第２の実施例の目的は、偽造防止を図ると共に、カード変造を防止することである。高い精度でジッタ・パターンの書き込み及び読み取りが可能である。このために、セキュリティ・コードを発生し、カード上に内蔵される通常のデジタル情報内に埋め込むことができる。有価カード即ち減分カードは、発行されるときに、１つ以上のセキュリティ・コードを含む。カードを用いて商品を購入したりやサービスの提供を受ける毎に、セキュリティ・コードを用いてカードの有効性を確認する。トランザクションの完了時に、新しいセキュリティ・コードがカード上に書き込まれる。図１２及び図１３は、書き込みギャップ、２つのＭＲヘッド１３５及び１３６、これら１３５及び１３６からのアナログ及びデジタル波形、ならびに書き込みクロックをそれぞれ示す。カード上に「０」のビットを書き込むために第１実施例で用いた時間予測は、もはや必要としない。１３５及び１３６からのデジタル波形を組み合わせることにより、あらゆる二進の「１」及び「０」のシーケンスについても、時間領域において正確に書き込み電流の遷移を突き止めるために必要な全ての状態変化を含む書き込みクロックが発生される。これが意味するのは、図１１の実施例は、あらゆるカード速度または加速度でも、低ジッタ・データを書き込むことができ、例えカードが一時的に停止しても、適正なデータが書き込まれるということである。この特徴により、書き込み及び読み取りの信頼性が大幅に向上する。先に述べたように、図１１に示す初期遷移（所期変化）は、カードの前縁を感知する光検出器またはカード上に予め存在する磁化変化によって得ることができる。カード上に予め存在する他の磁化変化は、カードを更新する際に、上書きされ、これによって消去される。図１４は、２つのＭＲ読み取りヘッド１３５及び１３６を含む、図１１の実施例のための電子回路のブロック図である。図１１に示すように、これらのヘッドは各々、共通モード・ノイズを相殺するために用いられた関連する素子（付番せず）を有する。これらの素子は、図示のようにブリッジ内に組み込まれ、各々調整用ポテンショメータ１５０及び１５１を備えている。ブリッジからの出力は、それぞれ増幅器１５２及び１５３に接続されている。一方、増幅器の出力は、ピーク検出器１５４及び１５５の入力に接続されている。両方のピーク検出器の出力は、タイマ１５６の入力に接続されている。タイマ１５６の出力は、読み取りデコーダ１５７に（ライン１５８を通じて）接続されていると共に、マイクロプロセッサ・コントローラ１５９に（ライン１６０を通じて）接続されている。読み取りデコーダ１５７の出力も、データ・ライン１６１及びストローブ・ライン１６２を通じて、マイクロプロセッサ１５９に接続されている。タイマ１５６の出力（ライン１６０）も、書き込みデータ・レジスタ１６５に接続されている。マイクロプロセッサ１５９から出力された書き込みデータは、レジスタ１６５への第２入力に接続される。レジスタ１６５の出力は、書き込み回路１６６への入力に接続され、その出力が書き込みヘッド１６７を駆動する。マイクロプロセッサ１５９の他の出力は、レジスタ１６５への入力に接続されていると共に、書き込みイネーブル・ライン１７０を通じて書き込み回路１６６に接続されている。次に、図１１、図１２、図１３及び図１４の実施例を用いて、カードの読み取り及び書き込み動作について検討する。２つのＭＲヘッドからの信号は、書き込みクロックを発生するために用いられると共に、カードからデータを再生するために用いられる。双方の機能は同時に行わなければならない。加えて、図からわかるように、セキュリティ番号を発生し互いに比較しなければならず、これらの全てが、マイクロプロセッサに大きな負担を強いることになる。あるいは、図１４に示すように、書き込み及び読み取りデコード処理は、単純な論理回路で行い、マイクロプロセッサは、ホストとの通信、セキュリティ番号の発生及び比較、書き込みデータ・レジスタへのデータのロード、及び書き込みネーブル機能１７０の制御のような他のタスクのために、自由にしておく。図１４において、能動ＭＲ素子からの信号は別個に増幅され、ピーク検出が行われ、次いでタイマ１５６に供給される。タイマ１５６はこれらの信号を結合し、書き込みクロックを発生する。一方、書き込みクロックは既に格納されているデータを、データ・レジスタ１５６から出力させる。これらのデータは、書き込み回路１６６及び書き込みヘッド１６７によってカード上に書き込まれ、カード上において、書き込みクロックとほぼ同期して磁化反転が発生する。２つのピーク検出信号（１５４及び１５５から）は、読み取りデコーダ１５７にも渡され、読み取りデコーダ１５７がこれらの信号をデコードし、ストローブ・ライン１６１及び１６２上にそれぞれデータ・ストリームを発生する。これらのデータはマイクロプロセッサに供給され、マイクロプロセッサは読みとったデータの内容及び埋め込まれているセキュリティ・コードを分析し、双方の精度を確認する。図１５、図１６及び図１７はそれぞれ、書き込み、読み取り、及びデコード論理図であり、書き込みクロックの発生方法、ならびに図１１の２つのＭＲ読み取りヘッド１３５及び１３６からの読み取り信号のデコード方法について示している。（図１４の１５２及び１５３からの）増幅ヘッド信号は、デジタル波形２００及び２０１に（図１４のピーク検出器１５４及び１５５によって）変換される。図１５の書き込みクロックは、ピーク検出器の出力のどちらかにおいて発生する状態変化によって発生する。読み取りデータをデコードするためには、まず「排他的論理和」機能を波形２００及び２０１に対して実行し、図１７の波形２０３を生成する。第２に、書き込みクロックを反転して波形２０５を得る。第３に、「ＡＮＤ」機能を波形２０３及び２０５に対して実行し、「１」に対しては高、「０」に対しては低のデータ・ストリームを得る。書き込みクロック間隔の１／２の時間だけ書き込みクロックをシフトすることによって、データ・ストローブ２０７を得る。以上のように、本発明の第２の実施例は、カードの加速度には完全に無関係に、ＡＮＳＩ及びＩＳＯの磁気ストライプ・カード上において信頼性の高い読み取り及び書き込みを行うことができる。第２の実施例は第１の実施例よりも信頼性が高い（そして、フールプルーフ性も高い）ので、額面金額の大きい有価カード及び減分カード上で動作し、エラーを許容できないシステムに採用すべきであろう。しかしながら、その真の価値は、セキュリティ・システム、即ち、カードの偽造や変造を防止するシステムを実施可能とする点にある。この特徴について次に説明する。図１８、図１９及び図２０は、書き込み、読み取り及びデコード読み取りの波形論理図であり、カード上に２箇所のランダムな位置にビット・エッジ・シフトを故意に導入し、セキュリティ番号を構成する、データ領域内の全情報のサブセットである１及び０のシーケンスの開始及び終点にマークを付けることによって、カード上にセキュリティ番号を発生する方法を示している。図１８、図１９及び図２０の波形図は、図１４の実施例に関係する。この例では、開始マークは、例えば、図１８の下部の波形に示すように、（ビット・セグメント長の）５パーセント左へのビット・シフトであると仮定する。終点マークは、５パーセント右へのビット・シフトである。それらの間には、初期セキュリティ番号(ＩＳＮ:in itial security number)を構成する二進番号「１００１０１」がある。これと同じ二進番号が、カード上の書き込むべきデータ領域のどこかに存在し、これに同様にマークを付け、最終セキュリティ番号（ＦＳＮ：final security number）と呼ぶことにする。後続の読み取りプロセスの間にカードが有効であることを確定するためには、データからＩＳＮ番号及びＦＳＮ番号を抽出し、比較する。これらが一致しない場合、またはいずれかが失われている場合、カードは無効と宣言される。ホスト・コンピュータ（図１４参照）は、対応するユーザＩＤと共にＩＳＮ番号及びＦＳＮ番号を格納するメモリ、及び現番号を格納値と照合する比較器を含んでいる。セキュリティ番号は、あらゆる長さとすることができ、カード上のいずれの位置から開始することができ、その桁は、データ領域内の連続桁から得る必要はない。このような柔軟性が与えられているので、通常の２１０ＢＰＩエンコード・ストライプにおいて典型的に６００ビット以上を含むデータ領域内で、２つの適切な一致番号を発見可能ことは、実際に確実となる。図１４のマイクロプロセッサ１５９には、データ領域を分析し、セキュリティ番号を選択し、書き込み機能ビット・シフトを実施しそれらの位置に印を付けるアルゴリズムが装備されている。本発明の第２の実施例に固有な精度の高いクロッキング方式のために、信頼性高くセキュリティ番号を発生し比較する方法には、多様なものが多数にある。上述の方法はその１つに過ぎない。疑いもなく、セルフ・クロッキング・ヘッドの個々の商業的用途では、安全性を最大に高めるために、かかるセキュリティ番号を発生する際、それ自体の独特の方法を採用するであろう。クレジット・カードの偽造に使用可能な技法の１つに、スキミング(skimming) と呼ばれるものがある。これは、単純な読み取り／書き込み装置の使用を伴い、有効なカードからブランク・カードにデータをコピーする。この装置は、カード・スロットを含み、このスロットの一方側に書き込みヘッド、他方側に読み取りヘッドを備えている。双方のカードは一緒に固定保持され、スロットに通される。有効なカードからのデータが読み取られ、恐らくジッタ・パターンを含む、元のカードの特性全てを保存しているブランク・カードに転送される。有価カードまたは減分カードの場合、スキミングは重大な問題である。偽造者は有効なカードを１枚買い、望むだけコピーを作成する。これらのコピーは各々元のカードと同じ設備で使用可能である。更に、偽造者はこれを刑罰を受けずに行う。発行された各カード上でのトランザクション全てを格納する中央データベースがなければ、カード発行代理店は、偽造されていることにすら気が付かない。本発明にしたがって記載したセキュリティ・システムの場合に、何がスキミングを防止するのであろうか。この質問に対する答えは次の通りである。１．一般的に、スキミングが元のジッタ・パターンを正確に保存しているというのは正しくない。スキミング・プロセスは、それ自体のジッタを導入し、それは典型的に５パーセントを超えることが、経験的に証明されている。これは、カード・ストライプの不完全性、カード動作の加速度に対する読み取り及び書き込み回路の応答時間、書き込み対読み取りのクロスフィード(write to read crossfeed)及びその他のノイズ、不正確なヘッドの接触、及びカード発行者がカードの最初の位置にエンコードする際に使用する装置とは全く異なる、スキミング装置に用いられている読み取り及び書き込みヘッドの物理的特性によるものである。偽造者が、本発明のセキュリティ・システムを無効にするのに必要なジッタ・パターンの精度を有するコピー・カードを製造する能力及び知識を有することはあり得ない。２．本発明のＭＲ薄膜読み取りヘッド、書き込みギャップの一方側（後縁）に設けた有限極（即ち、記録される半波長未満）の使用によって、カード上に書き込まれる磁化パターンに非対称的な歪みを故意に混入させているために、偽造者の困難は更に増大する。この固有の歪みを有するカードをコピーしようとしても、元のジッタ・パターンを再生することはできないであろう。図１９及び図２０は、これまでに論じてきた書き込まれたセキュリティ・コードの読み取り確認を示す。図１９は、ヘッド１３５及び１３６からのデジタル（読み取り）出力を示す。図２０は、ヘッド１３５及び１３６からの排他的論理和の波形２２０、書き込みクロック状態変化２２１、データ（２２０と２２１との「ＡＮＤ」）２２２、及びストローブ２２３を示す。図２１及び図２２は、それぞれ、本発明の一態様にしたがって、セキュリティ・コードを発生し確認する方法のブロック図である。図２１に示すように、ブロック２３０で表したホスト・コンピュータは、ブロック２３１に示すように、各発行されたカードのカード・データ領域に格納を行う。データ領域は、６３０ビット、即ち１０５バイトの６ビット英数字を収容する。データ領域には２回現れる文字が少なくとも１つ存在する。ホストは、ブロック２３２に示すように、使用中のカードのデータ領域を検索し、データ領域に現れる２つの同等な文字を選択する。この文字をＭ及びＮと呼ぶ。これらはデータ領域における文字の連続順序を表す整数である。使用中のカードは、図１８に示したように、書き込みクロックを入力する。ブロック２３３及び２３４に示すように、書き込みクロックは、ビット長をカード速度で除算し０．０５倍したものに等しい時間シフトだけ遅延している。ブロック２３６に示すように、ホストはカード上にデータを書き込み、図１８に示したように、Ｍ番目及びＮ番目のバイトを、それらの初期磁化反転の各々における５％遅延によって、フラグを付ける。コード確認方法は、図２２のブロック図によって表されている。図２２のブロック２４０に示すように、使用中のカードが読み取られる。ここで読み取られたデータは、図１５〜図２０との関連において論じたように、デコードされる。デコード処理は、ブロック２４１で表されている。デコード・データを検索し、図２０（の２２０）に示したように、５％ジッタ遷移マーカを探し出す。存在した場合、Ｍ番目のビット及びＮ番目のビットを格納する。この検索及び格納処理は、ブロック２４３によって表されている。ブロック２４３に示すように、ホストは、ＭがＮに等しいか否か、及び双方が存在するか否かについて判定を行う。「ＮＯ」の場合、エラーが指示される（ライン２４４）。また、ブロック２４９に示すように、ホストはパリティ・チェックも行い、読み取ったデータをホスト・コンピュータに送る。減分カード（または有価カード）の読み取り／書き込み装置の動作についてのブロック図を図２３に示す。この図２３は、ブロック２５０及び２５１によって、減分カード読み取り装置と販売機のホストとの双方の動作をそれぞれ表すものである。動作は、ブロック２５３に示すように、カードの挿入によって開始する。ブロック２５４及び２５５に示すように、カードが読み取られ、カード上のデータがデコードされ格納される。ブロック２５７及び２５８に示すように、デコードされたデータのパリティをチェックし、正しくない場合、「再読み取り」指示がオンになる。パリティが正しい場合、ブロック２５９に示すように、セキュリティ番号をチェックする。セキュリティ番号が正しくない場合、ブロック２６０に示すように、「再読み取り」指示がオンとなる。パリティ及びセキュリティ番号の双方が正しい場合、ブロック２６２に示すように、カード・データはホストに送られ、ブロック２６３に示すように、ホストはカード上に十分な資金があるかについてチェックを行う。「ＮＯ」の場合、ブロック２６４に表すように、必要な資金が不足していることを指示する。十分な資金がある場合、ブロック２６５に示すようにサービスが提供され、ブロック２６６に示すように、サービスの費用を差し引き、カード・データの再計算を行う。ブロック２６９に示すように、新しいカード・データは、読み取り／書き込み装置に送られる。格納されているデータが分析され、２つの６ビット・セキュリティ番号を見つけ出し、データ領域内で各番号の位置を突き止めるビット・カウントを判定する。この分析は、ブロック２７０に示されている。また、ブロック２７１に示すように、読み取られたデータは書き込みデータと比較され、２７２に示すように、このデータが真であるか否かについて判定を行う。「ＹＥＳ」の場合、スタンバイ・モードが指示される。「ＮＯ」の場合、ブロック２７３に示すように、再挿入（挿入し直し）の注意と共に、カード・エラーが示される。ブロック２７４及び２７５に示すように、２回または３回カード書き換えをしようとして成功しなかった場合、払い戻し証書(refund boucher)が印刷される。同時に、ブロック２７０におけるカード・データの分析に続いて、エラーが指示された場合カードの除去を指示し（ブロック２７７）、更に、カードに書き込みを行い、カード・データの読み取り確認を行い（ブロック２７８）、読み取りデータを書き込みデータと比較する（ブロック２７１）。以上本発明を有価カードに関して説明したが、その使用によって得られる独特な読み取り／書き込みヘッド及びセキュリティ・システムは、一般的な手で押し込む磁気ストライプ・カードの使用にも同様に適用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ１１Ｂ 20/10 Ｇ１１Ｂ 20/10 Ｈ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．セルフ・クロッキング・ユニット及び読み取りヘッドの組み合わせを含む磁気カードの手動読み取り装置において、前記読み取りヘッドは、第１及び第２の側部並びに縁部を有し、かつ厚さが約半ビット長である高透磁性プレートと、前記第１の側部に前記縁で接続された磁気書き込みヘッドと、前記第２の側部の前記縁部上にある少なくとも第１の磁気抵抗素子読み取りヘッドとからなり、前記読み取りヘッド及び前記磁気抵抗素子は、前記高透磁性プレートによって、約半ビット長だけ分離されるように配置されていることを特徴とする読み取り装置。２．請求項１記載の読み取り装置において、該装置は更に、前記書き込み及び読み取りヘッド間の実際の間隔とそれらの間の所望の半ビット間隔との差を補償する回路を含むことを特徴とする読み取り装置。３．請求項１記載の読み取り装置において、該装置は更に、前記第２の側部上の前記縁部に第２の磁気抵抗素子読み取りヘッドを含み、前記第１及び第２の磁気抵抗素子は、前記高透磁性プレートによって、前記書き込みヘッドから約半ビット長離れて配置されていることを特徴とする読み取り装置。４．請求項３記載の読み取り装置において、該装置は更に、前記第１及び第２の磁気抵抗素子読み取りヘッドとそれぞれ電気的に直列な第１及び第２の共通モード磁気抵抗素子を含み、前記書き込みヘッド並びに前記第１及び第２読み取りヘッドの各々は、約半ビット間隔だけ離間されていることを特徴とする読み取り装置。５．請求項３記載の読み取り装置において、該装置は更に、前記第１及び第２の読み取りヘッドとそれぞれ電気的に直列な第１及び第２の共通モード磁気抵抗素子を含むことを特徴とする読み取り装置。６．請求項３記載の読み取り装置において、該装置は更に、結合された磁気ストライプをエンコードするために、書き込みヘッドを制御して、前記ストライプに書き込まれるエンコード・データにエンコード・ジッタ・パターンを混入させる制御回路を含むことを特徴とする読み取り装置。７．請求項４記載の読み取り装置において、ユーザの識別に関連する符号化ジッタ・パターンを格納する中央記憶装置との組み合わせによって、トランザクションの間にユーザ・カードが発生するコードを、前記中央記憶装置に前記カード・ユーザに対して格納されたコードと比較すると共に、制御回路を制御することを特徴とする読み取り装置。