WO1999028862A1 - Elektronisches schaltelement zur sperrung von elektronischen teilen in einem elektronischen system, wie chipkarte, sowie eine solche chipkarte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronisches Schaltelement (S) in einer Chipkarte oder in einem elektronischen System, bestehend aus einem oder mehreren Chip(s) (9) und/oder elektrischen Bauelementen, wobei das Schaltelement (S) mit vier Eingängen (E1, G1, E2, G2) und zwei Ausgängen (E3, G3) aufgebaut ist, an denen eine weitere Komponente (T), Chipteil (T), angeschlossen ist, und das Schaltelement (S) per Spannung ansteuerbare Schalter enthält. Das Schaltelement stellt eine 'Firewall-Schaltung' für die Trennung von Chipteilen in Chipkarten aber auch in anderen Arten von elektronischen Systemen dar.

Description

Elektronisches Schaltelement zur Sperrung von elektronischen Teilen in einem elektronischen System, wie Chipkarte sowie eine solche Chipkarte

Technisches Gebiet: Die Erfindung betrifft ein elektronisches Schaltelement S in einem elektronischen System, wie Chipkarte, bestehend aus einem oder mehreren Chip(s) und/oder elektrischen Bauelementen, wobei das Schaltelement S mit wenigstens vier Eingängen El, Gl, E2, G2 und zwei Ausgängen E3, G3 aufgebaut ist, an denen eine weitere Komponente T, Chipteil T, angeschlossen ist, und das Schaltelement S mittels Spannung ansteuerbare Schalter enthält sowie eine Chipkarte mit einem derartigen elektronischen Schaltelement S, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 11.

Problemstellung: In elektronischen Schaltkreisen, wie sie auch in Chipkarten eingesetzt werden, tritt zunehmend das Problem auf, Teile der Schaltkreise elektrisch von ihrer Umgebung zu trennen, um sie derart vor unerwünschten Zugriffen zu schützen. Bei diesen Schaltkreisen sollen Zugriffe auf bestimmte Speicherdaten wie eine Anzahl von Geldeinheiten aber auch persönliche Daten (Blutgruppe, Kontonummern...) verhindert werden.

Stand der Technik:

Eine Schaltung, welche den Abgriff und die Auswertung der anliegenden

Spannungen darstellt, ist in der DE 39 35 364 beschrieben. Aus der EP 0 534 559 ist eine Chipkarte bekannt geworden, bei der die funktionale Trennung eines Chips in zwei Modi beschrieben ist. Der erste Modus soll das Lesen eines Speichers aus einer größeren Distanz ermöglichen; in einem zweiten Modus geschieht das Lesen in einer standardisierten Weise. Aus der DE 195 31 372 ist eine Karte bekannt geworden, die einen nicht unterteilten Speicher in Abhängigkeit von einem Schaltmittel 9 schaltet. Das Schaltmittel soll nur vom Mikroprozessor angesteuert werden, eine Ansteuerung durch die Spule soll hingegen nicht möglich sein.

Technische Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit der Nutzung von Chipkarten und elektronischen Systemen zu erhöhen, indem Chipteile oder Systemkomponenten dem elektrischen Zugriff entzogen oder bereitgestellt werden sollen. Der Zweck der Erfindung ist darin zu sehen, eine elektrische Trennung von Chipteilen als Grundmaßnahme der Sicherung von Daten und Informationen sicherzustellen. Die Auslösung, nämlich Aktivierung/Deaktivierung, einer elektrischen Trennung von Chipteilen kann logisch oder physikalisch ausgelöst werden. Ein Chipteil in einem elektronischen System ist bei einem logischen Zugriff in demjenigen physikalischen Zustand, der einen Zugriff erlaubt. Als anschauliches Beispiel dient eine Feuertür, die physikalisch einen ersten Raum von einem zweiten trennt, solange ein Riegel in der Tür durch eine Temperaturdifferenz physikalisch gesperrt ist und geöffnet ist bei vermin- derter Temperaturdifferenz. Diese Feuertür kann mit einem passenden Schlüssel, wie Schlüsselcode, PIN-Code an einem elektronischen Bauteil etc., nicht geöffnet werden. Ohne physikalisch gesperrten Riegel - physikalischer Zustand - könnte bei richtigem Code auch im Brandfall geöffnet werden. Statt von Feuertür wird in Fachkreisen der Informationstechnik der englische Begriff "Firewall" verwendet, womit sich beim Nutzer eines per "Firewall" gesicherten Chipteils, z.B. in einer Karte, die Assoziation einstellt, es handele sich um einen irgendwie gearteten physikalischen, mechanischen Schutz von Chipteilen. Trotz des verwendeten Begriffes "Firewall" reichen häufig informelle, logische, Maßnahmen, wie Eingeben von Code, eingeschleuste Virenprogramme, zufälliges Entdecken der PIN-Nummer, aus, um die Sicherung zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:

Erfindungsgemäß sind bei einem elektronischen Schaltelement S der eingangs genannten Gattung die folgenden Merkmale gegeben: 1. eine erste Spannungsquelle USl ist mit den beiden Polen Ul, Gl an die Eingänge El, Gl und eine zweite, elektrisch und räumlich getrennte Spannungsquelle US2 mit den beiden Polen U2, G2 an die Eingänge E2, G2 anschließbar; 2. wobei mit Hilfe des Schaltelementes S bei ausschließlichem Anliegen der Spannungsquelle USl in einem ersten Fall die Eingänge El, Gl mit den Ausgängen E3, G3 oder bei ausschließlichem Anliegen der Spannungsquelle US2 in einem zweiten Fall die Eingänge E2, G2 mit den Ausgängen E3, G3 für den elektrischen Ladungstransport verbunden sind; 3. wobei bei gleichzeitigem Anliegen der Spannungsquellen USl und US2 ausschließlich ein Fall dominant den anderen Fall für den Ladungstransport schließt; 4. womit die an der weiteren Komponente T anliegende Spannung allein durch Anlegen oder Abklemmen der dominanten Spannung erhalten bleibt oder verändert wird. Die Erfindung zeigt einen vorteilhaften Weg auf, die Sicherheit von elektronischen Systemen, wie insbesondere Chipkarten, Chips, Personal Computern aber auch von vielen Gegenständen des täglichen Lebens mit Chips, auf physikalischer Basis zu erhöhen.

Elektronische Schaltkreise sind in miniaturisierter Form in Chipkarten aber auch in Geräten/Teilen des täglichen Lebens, z.B. Personalcomputer, enthalten. Die Erfindung ist mithin in Chipkarten aber auch in weiteren Geräten/Systemen verwendbar. Chipkarten können sowohl über galvanisch ausgeführte Kontaktanschlüsse 10 als auch über kontaktfreie Anschlüsse, ausgeführt als kontaktfreie Übertragungselemente 7 wie Spulen, Antennen, Kondensatorplatten, zum Energie- und/oder Datenaustausch verfügen. Es können aber auch in der Chipkarte, dem elektronischen System, zusätzliche Spannungsquellen für die Datensicherung vorhanden sein. Ein elektronisches Schaltelement S in einem Chipteil enthält vier Eingängen E1,G1,E2,G2 und zwei Ausgängen E3,G3 (siehe Figuren 1,2,3). Schaltelement S enthält per elektrischem Feld gesteuerte Schaltelemente Sl, S2, S3, S4. Die Chipkarte, elektronisches System, verfügt über eine Spannungsquelle USl mit den beiden Polen Ul, Gl und eine zweite, elektrisch und räumlich getrennte Spannungs- quelle US2 mit den beiden Polen U2, G2. Es kann sich um externe Spannungsquellen, wie Batterien, als auch um interne Spannungen von Gleichrichtern handeln. Es können auch Spannungsquellen sein, die über Schalter oder physikalische Sensoren (siehe Schriften DE 195 30 823, DE 42 05 827, DE 42 05 556) angeschlossen werden. In der Chipkarte oder in dem elektronischen System soll mindestens eine Komponente T, wie Chipteil T, enthalten sein, die mit dem Ausgang E3, G3 des Schaltelementes S elektrisch verbunden ist. Es wird eine erste Spannungsquelle USl mit den beiden Polen U1,G1 an die Eingänge E1,G1 und eine zweite, elektrisch und räumlich getrennte Spannungsquelle US2 mit den beiden Polen U2,G2 an die Eingänge E2,G2 angeschlossen. Mit Hilfe eines Schaltelementes S werden bei ausschließlichem Anliegen von USl in einem ersten Fall die Eingänge E1,G1 mit den Ausgängen E3,G3 oder bei ausschließlichem Anliegen von US2 in einem zweiten Fall die Eingänge E2,G2 mit den Ausgängen E3,G3 für den elektrischen Ladungstransport verbunden.

Von Bedeutung ist der Fall, in dem gleichzeitig USl und US2 anliegen. Es soll ausschließlich ein Fall (eine anliegende Spannung) dominant den anderen Fall für den Ladungstransport schließen. Mittels der für den Ladungs- transport geöffneten Schalter ist die Komponente T mit der Spannung verbunden, die durch Anlegen oder Abklemmen der dominanten Spannung erhalten bleibt oder verändert wird. Mit Hilfe dieser Spannungsdominanz ist eindeutig geregelt, wie T elektrisch mit weiteren Komponenten verbunden oder gesperrt ist. Figur 1 stellt eine Ausführungsform des beschriebenen Schaltelementes 1 dar. Es ist ersichtlich, dass Sl die Verbindung zwischen El und E3 steuert und S3 die zwischen Gl und G3. S2 steuert die Verbindung zwischen E2 und E3 und S4 die zwischen G2 und G3. Es ist genau ein Schaltelement für jeden Verbindungsweg zwischen den beiden Eingängen und dem Ausgang vorhanden. Ein Element T ist alternativ mit der jeweils anliegenden Spannung verbunden. Bei zwei gleichzeitig anliegenden Spannungen dominiert z.B. die Spannung an E2,G2. Die Wahrheitstabelle, Tabelle 1, enthält weitere Ein/ Ausgangsrelationen eines Schaltelementes S. Das Schaltelement S kann auch so ausgeführt sein, dass umgepolte Spannungsquellen am Eingang und Ausgang möglich sind (z.B. Fälle Nr. 3 und 5) in der Tabelle 1.

Funktioniert beispielsweise eine Chipkarte in einem ersten Fall als Kontaktkarte in einem zweiten Fall als kontaktfreie Karte, ist je nach Herkunft der Versorgungsspannung bei Einsatz von S ein Elektronikteil oder der komplette Chip der Karte an die eine oder die andere Spannung angeklemmt. Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass mit einer solchen Schaltung nicht der Teil 2.1.2 der DE 39 35 364 zu ersetzen wäre, da die Information an dem Ausgang E3 in beiden Fällen gleich wäre. Der Chip in der Karte hätte keine Information über den Betrieb der Karte, nämlich die Herkunft der Spannung, vorliegen. Auch die EP 0 534 559 führt nicht aus, mit welchem Schaltelement bei Anliegen von zwei Spannungen eine Dominanz gehandhabt wird.

Ein besonderer Fall liegt vor (siehe Figur 1), wenn das Schaltelement S in einer Ruhestellung ohne Anschluß einer Spannung an den Eingängen eine erste Verbindung für den elektrischen Ladungstransport zwischen E1,G1 und E3, G3 geöffnet hält und eine zweite zwischen E2,G2 und E3,G3 geschlossen hält oder die erste Verbindung geschlossen und die zweite geöffnet hält. Mit dieser Ausführungsform einer Schaltanordnung kann bestimmt werden, dass über die jeweils geöffnete Verbindung keine Störungen auf T übertraten werden.

Es sind in Schaltelement S vier per Spannung ansteuerbare Schalter Sl, S2, S3, S4 vorhanden. Sl steuert die Verbindung zwischen El und E3 und S3 die zwischen Gl und G3. S2 steuert die Verbindung zwischen E2 und E3 und S4 die zwischen G2 und G3. Mit dieser Ausführungsform ist bestimmt, dass jede Verbindung zwischen Eingang und Ausgang an S genau über einen Schalter verfügt. Schaltelement S kann auf vielfache Weise und weiteren Schaltern mit den beschriebenen Funktionen erfüllt werden.

Vorteilhaft enthält Schaltelement S mindestens einen fünften Schalter S5 zusätzlich zu den vier vorhandenen. Sl, S2, S3, S4 sperren in Ruhestellung den Transport elektrischer Ladung zwischen Eingang und Ausgang von S.

Durch die Sperrung ist T in Ruhestellung elektrisch von der Umwelt getrennt. Die dominierende Spannungsquelle steuert Schalter S5 derart, dass die Schalter S1,S2 für den Ladungstransport zwischen nicht dominierender Spannungsquelle am Eingang und dem Ausgang von S gesperrt ist. Eine Ausführungsform ist gemäß Figur 2 beschrieben. Die beiden Bauteile S1,S3 sind so ausgeführt, dass bei Anlegen einer Spannung mit den beiden Polen Ul, Gl an El, Gl per elektrischem Feld von USl in ihnen ein Transport elektrischer Ladung ermöglicht wird. S5 soll in Ruhestellung, d.h. ohne Anliegen eines Feldes durch seine Dotierung eine solche elektrische Vorprägung haben, dass er geschlossen (leitend) ist. Die Steuerspannung liegt an einem Eingang, der zumeist Gate genannt wird und hochohmig von den anderen Eingängen getrennt ist. Sl, S2, S3 und S4 sollen ohne Feldeinfluss im Ruhezustand gesperrt (nicht leitend) sein und erst bei Feldeinfluss geschlossen (leitend) werden. Wird eine erste Spannung an einer Schaltung gemäß Figur 2 angelegt, wird eine erste elektrische Verbindung El mit E3, Gl mit G3 für beide Pole dieser Spannungsquelle geschaltet. Die Potentiale U1,G1 sind sowohl auf der Eingangsseite wie auch auf der Ausgangsseite von Schaltelement S elektrisch identisch. Wird zusätzlich eine Spannung U2,G2 an E2, G2, angelegt, wird diese zusätzlich an die Ansteueranschlüsse des Schalters S5 gelegt, womit die Ansteueranschlüsse von einer Spannung getrennt sind, womit Sl und S3 gesperrt werden, während S2,S4 Leitfähigkeit werde. Es ist mit Anlegen von US2 die Verbindung El zu E3, Gl zu G3 unterbrochen worden und es ist die Verbindung E2 zu E3, G2 zu G3 geschaltet worden. Es sind nun die Punkte U2, G2 sowohl auf der Eingangsseite wie auch auf der Ausgangsseite von Schaltelement S elektrisch identisch. Für den Fachmann kann das Schaltelement S auf vielfache Weise mit unterschiedlichen Schaltstellungen der Schalter Sl, S3, S2, S4 und S5 aufgebaut werden. In Schaltelement S sollen die Schaltteile S2, S4 nicht vorhanden oder für Ladungstransport nicht ansteuerbar sein, womit auch keine Verbindung von E2, G2 zu E3, G3 besteht. In Figur 1 wären die Verbindungsleitungen von S2 zu E3 und von S4 zu G3 nicht mehr vorhanden. Bei Anlegen von US2 an die Steueranschlüsse Sl, S3 sollen diese den elektrischen Ladungstransport sperren. Während der Zeitdauer des Anliegens von US2 an E2 sind die elektrischen Verbindungen zwischen El, E2 und E3, Gl, G2 und G3 getrennt. Mit diesem Schaltelement S kann in einfachster Weise ein Chipteil T mit seinen Anschlüssen von seiner elektrischen Umgebung getrennt werden. Wird die Spannung US2 durch ein physikalisches Ereignis, wie Temperatur, manuellem Schalter ausgelöst, ist die Komponente T solange getrennt, wie die physikalische Bedingung für US2 anhält. Ein solcher Schalter kann als "Firewall-Schalter" bezeichnet werden. Die Komponente T liegt nicht mehr in dem physikalischen Zustand vor, der Voraussetzung für eine logische Verbindung ist.

Chipteil T kann über Adressleitungen G (AI bis An) aktiviert oder deaktiviert werden. Die Adressleitungen werden durch ein oder mehrere Schaltelemente S elektrisch getrennt oder geöffnet. Adressleitungen dienen zur Ansprache von Bauelementen oder Komponenten in elektronischen Systemen, die über einen Bus für Daten und/oder Adressleitungen für die Auswahl (elektronische Aktivierung, Deaktivierung eines Bauteiles) von Komponenten verfügen.

Vorteilhaft besteht Chipteil T aus einer Kombination von Speicherteilen Ml, M2, wobei Ml, M2 auch unterschiedliche Speichercharakteristik haben. Dynamische Speicher benötigen ein ständig wiederkehrendes Auffrischungssignal um ihre Information zu speichern, währen EEPROM's keines benötigen. Auch unveränderliche Festwertspeicher können mit Ml, M2 charakterisiert sein. Die einzelnen Speicherzellen in Ml, M2 sind über Adressleitungen AI bis An zu aktivieren bzw. zu deaktivieren (siehe Figur 3). Die einzelnen Zellen von Speichern werden durch die Belegung dieser Adressleitungen mit Spannung kodiert, wobei die Gruppe der Adressleitungen GL aus AI bis An den Speicher Ml und Gruppe GH aus AI bis An den Speicher M2 getrennt aktivieren oder deaktivieren sollen. Schaltelemente S der zuvor beschriebenen Art können die eine oder/und andere Gruppe GH, GL der Adressleitungen elektrisch trennen und elektrisch anschließen, sofern an ihren Eingängen die entsprechenden Spannungen - physikalischen Bedingungen - vorliegen. Derart sind die Speicherteile Ml, M2 in Chipkarten in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen unterschiedlich ansprechbar oder von ihrer elektrischen Umgebung trennbar. So kann eine Chipkarte bei gleichzeitigem Kontaktbetrieb und kontaktfreiem Betrieb bestimmte Speicherteile und/oder Speicherbereiche unterschiedlich aktivieren oder deaktivieren. Da zukünftig, wie Nutzen der JAVA- Programmiersprache in Chipkarten und elektronischen Systemen, verstärkt Programme in Karten geladen werden, verhindert die Erfindung Mißbrauch über unbemerkten Eingriff in die Karte. Mit einem Schaltelement S wird es ermöglicht, dass Programme in Speicher nur geladen werden, wenn eine physikalische Bedingung erfüllt ist, die Karte in einem Gerät steckt und z.B. ein Sensor oder ein zusätzlicher Eingang eine erste Spannung erzeugt, die an dem Schaltelement S anliegen muß, damit die Verbindung zum Speicherteil hergestellt werden kann. Es kann auch ein auf der Karte vorhandenes Kontaktelement mit einer Spannung versehen werden.

Wie vorstehend beschrieben, können die Spannungen USl oder US2 durch Spulen oder über Kontakte in die Karte eingespeist werden, es ist aber auch möglich, zusätzlich auf der Karte Sensoren einzusetzen, welche Spannungsquellen aktivieren. Auch können von Hand zu betätigende Schalter oder jede andere Erzeugung eines Signals verwendet werden, wobei das Signal oder eine vom Signal gesteuerte Spannungsquelle als eine der beiden Spannungen USl, US2 genutzt werden kann (siehe DE 39 35 364). Je nach Schaltungsaufbau des Schaltelementes S im Chip einer Karte kann die derart erzeugt Spannung die Funktionen ausfüllen, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind. Ein einem Kartennutzer zugängliches Schaltelement ist in der DE 42 05 556 beschrieben. Dies Schaltelement kann genutzt werden, um die Trennung der Verbindungs- leitungen hervorzurufen oder eine bestehende Trennung aufzuheben, zu überbrücken. Derart ist eine willentliche Aktion eines Nutzers erforderlich, die die eingebaute Sicherung aktiviert oder deaktiviert. Ein von einem Kartennutzer zugängliches Sensorelement ist in der EP 562 292 beschrieben. Es können gemäß dortigem Anspruch physikalische, chemische, biologische Informationen genutzt werden. Dies Sensorelement kann genutzt werden, um die Trennung der Verbindungsleitungen hervorzurufen oder eine bestehende Trennung aufzuheben, zu überbrücken. Es kann auch ein Signal genutzt werden, welches durch den Stereoeffekt gemäß DE 43 27 334 die Nähe der Karte zu einem Terminal anzeigt. Soll eine Karte Teile enthalten, die je nach Betriebsart über Spulen zur Fernübertragung oder Spulen zur Nahübertragung ihre Daten erhält, kann gemäß DE 43 27 334 ein Signal erzeugt werden, welches USl, US2 aktiviert. Werden die getrennten Bezugspotentiale G2, Gl miteinander verbunden, kann ein Eingangsanschluß eingespart werden. In diesem Falle besteht keine komplette Trennung für ein Teil 9, da das Bezugspotential Gl, G2 elektrisch identisch ist. Für viele Fälle ist diese Trennung ausreichend, sofern nicht über diese ungetrennten Leitungen auf den geschützten Chip zugegriffen werden kann. Liegt eine Spule in beliebiger räumlicher Lage in einem elektromagnetischen Wechselfeld, wird je nach Lage der Spule zu den Feldvektoren mehr oder weniger Energie aus dem Wechselfeld entnommen, die Polung der Gleichspannung, die Richtung des Stromflusses, nach einem Gleichrichter bleibt jedoch gleichgerichtet. Eine derart genutzte Spule kann zwei getrennte Bezugseingänge für Gl oder G2 überflüssig machen.

Vorteilhaft stehen die erste und/oder die zweite Spannungsquelle mit unterschiedlicher Leistungsbelastung für eine elektrische Leistungsabgabe zur Verfügung. Es ist erforderlich, dass die geringste zur Verfügung stehende Quellenbelastung ausreicht, um die per Spannung steuerbaren Schalter zu schließen und/oder zu öffnen. Es ist mit dieser Vorgabe gewährleistet, dass auch Signalquellen mit geringster elektrischer Leistungsabgabe für die Ansteuerung der Schalter Sl, .. Sn ausreichen. Wird eine größere Leistung zur Versorgung von T benötigt, kann dieser über ansteuerbare Schalter aus einer weiteren Spannungsquelle, die als Leistungsquelle zur Verfügung steht, gewonnen werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen: Figur 1 die Teile eines erfindungsgemäßen Schaltelementes S mit vier gesteuerten Schaltern Figur 2 ein erfindungsgemäßes Schaltelement S mit fünf gesteuerten

Schaltern und Figur 3 a, b eine Chipkarte mit erfindungsgemäßen Schaltelement S in zwei Funktionsweisen.

Figur 1 stellt Teile eines Schaltelementes S dar. Das Schaltelement enthält vier mit elektrischem Feld gesteuerten Schalter Sl, S3 und S2, S4. Es sind Eingänge El, Gl mit Ausgängen E3, G3 verbunden; auf die Wahrheitstabelle für Eingänge und Ausgänge wird verwiesen. Die Schalter können als FET- Transistoren, MOSFET, vorliegen und in Ruhestellung ohne USl an El, Gl, ohne Feldanschluss, für elektrischen Ladungstransport sperrend oder leitend sein. Sl, S3 sollen in Ruhestellung leitend sein und werden durch die Verbindung zum Eingang E2 bei Anlegen einer Spannung US2 gesperrt, womit El, Gl von E3, G3 getrennt werden. Gleichzeitig mit dem Anlegen von US2 an E2, G2 werden die in Ruhestellung sperrenden S2, S4 leitend und verbinden die Ausgänge E3, G3 mit E2, G2. T ist mithin in einem Fall an die beiden Pole von USl und im anderen an die von US2 angelegt.

Figur 2 stellt Teile eines Schaltelementes S dar. Das Schaltelement enthält die fünf per elektrischem Feld gesteuerten Schalter Sl, S3 und S2, S4 sowie S5. Die Schalter können als FET- Transistoren (MOSFET) vorliegen und in Ruhestellung ohne US1,US2 an El, E2 (ohne Feldanschluss) für elektrischen Ladungstransport sperrend oder leitend sein. Sl, S3, S2 und S4 sollen in Ruhestellung geöffnet sein und werden erst durch Anlegen einer Spannung USl, US2 an den Eingang El, E2 geschlossen. Gleichzeitig mit dem Anlegen von US2 an E2, G2 wird der in Ruhestellung leitende S5 geöffnet und trennt den Eingang El von den Schaltern Sl, S3, die somit nicht mehr geschlossen werden können, solange US2 anliegt. T ist mithin ausschließlich an die beiden Pole von USl oder an die von US2 angelegt.

Die Figuren 3 a und b stellen eine Chipkarte 1 dar, die in zwei Funktions- weisen im oberen Teil a und unteren Teil b gezeigt wird. Beide Teile enthalten Kontaktanschlüsse 10, kontaktfreie Anschlüsse 7 und einen Chip 9. Die kontaktfreien Anschlüsse können aus einer Spule oder aus mehreren Spulen 7 für induktive Kopplung bestehen, es können aber auch Elemente für kapazitive, optische, akustische oder sonstige physikalisch auswertbare Über- tragungsverfahren vorgesehen sein. Bei einer kapazitiven Übertragung bestehen die Elemente 7 beispielsweise aus Kondensatorplatten; Kombinationen zwischen verschiedenartigen Übertragungselementen sind nicht ausgeschlossen. Die Zeichnungsteile 2, 8 stellen die Einkopplung von Energie und Daten zwischen den Teilen 10,7 und dem Chip 9 dar. Es handelt sich bei 2,8 um elektrische Verbindungsleitungen, die physikalisch aktiv sind, wenn Energie und/oder Daten, Signale, Informationen, von ihnen übertragen werden. An den Kontaktleitungen liegen beispielsweise Gleichspannungen und wechselnde digitale Spannungen für Daten und Clocksignale an, wie sie in der Norm ISO 7816 beschrieben sind. An den kontaktfreien Leitungen liegen analoge Spannungen an, wie sie in der Norm ISO 10536 oder ISO 14443 beschrieben sind. Chip 9 enthält einen Mikrokontroller μC 3 in bekannter und vielfach in Chipkarten eingesetzter Weise, ferner einen Speicher, der aus dem Primärspeicher Ml und dem Sekundärspeicher M2 zusammengesetzt ist. Speicher benötigen aus physikalischen Gründen für die Aufgabe der Speicherung von Daten Raum, womit durch die Aufteilung in Ml, M2 zwei räumlich getrennte Speicherteile vorhanden sind. Die Teile Ml, M2 können auf verschiedenste Art räumlich getrennt sein, beispielsweise wie schwarze und weiße Schachfelder auf einem Schachbrett räumlich getrennt sind. Die Verbindungsleitungen zwischen Mikrokontroller 3 und Speicher 4,5 sind mit G gekennzeichnet und haben die Numerierung AI... An im oberen Teil der Zeichnung. Im unteren Teil sind die AI... An aufgeteilt in die Gruppe GH, oben, und GL, unten. Die Gruppe GH ist durch das Schaltelement S getrennt.

Im oberen Teil Figur 3a sind die Verbindungsleitungen 8 als physikalisch inaktiv gekennzeichnet, d.h. es wird keine Energie und es werden keine Daten über diese Leitungen übertragen. Spannungen können von diesen Leitungen nicht in der bekannten Weise abgegriffen werden. Die Leitungen 2 sind als physikalisch aktiv gekennzeichnet, d.h. es können Spannungen abgegriffen werden. Eine Schaltung, welche den Abgriff und die Auswertung der anliegenden Spannungen darstellt, ist in der DE 39 35 364 beschrieben. Wird, wie in der Zeichnung angegeben, ausschließlich Spannung über Leitungen 2 zugeführt, ist sowohl Primärspeicher Ml als auch Sekundärspeicher M2 im Zu- griff, d.h. die einzelnen Speicherzellen der Speicherteile Ml, M2 können gelesen und/oder verändert werden. Per Kontaktfunktion ist die Karte mit ihren Sicherheitsmerkmalen identisch mit im Markt befindlichen Karten, der gesamte Speicher ist im Zugriff und wird durch logische Maßnahmen geschützt.

Wird mit Beginn einer Zeitspanne Δt Teil 7 aktiviert, liegt gemäß Figur 3b an 8 die Spannung USl, wie es im unteren Teil von Figur 3 dargestellt ist. Mit Auftreten von USl an 8 wird die Leitungsgruppe GH als Teil der Leitungen G elektrisch und/oder mechanisch durch Schaltelement S abgetrennt, und es ist ausschließlich der Primärspeicher Ml über die Leitungsteile GL ansprechbar/ verbunden. Damit ist der Zugriff auf den Sekundärspeicher M2 während der Zeit Δt der Aktivierung der Spulen unterbrochen.

In der Wahrheitstabelle werden die einzelnen Eingänge mit El, Gl, E2, G2 der Eingangsseite und E3, G3 der Ausgangsseite zugeordnet. Mit / ist symbolisiert, dass keine Spannung anliegt. Es werden gemäß den Beschreibungen zu den Ansprüchen die einzelnen Fälle für den Fachmann erkenntlich dargestellt. Beispielsweise liegt in Fall Nr. 6 an beiden Eingangsanschlüssen eine erste und zweite Spannung. Es wird am Ausgang E3 der U2-Pol erscheinen und das Bezugspotential G2 an G3. Es ist die zweite Spannung dominierend. Mit E3- Invertiert ist der Schaltungsfall angegeben, in dem die Schalter genau die entgegengesetzten Pole von den Eingängen zu den Ausgängen durchschalten.

In Abgrenzung zu den eingangs genannten Patentdokumenten, EP 0 534 559 und DE 195 31 372 fehlt beiden dortigen Gegenständen die Angabe von zwei benötigten Spannungsquelle mit jeweils zwei Polen Ul, G2 und U2, G2. Es fehlen somit die Schalter Sl, S3, S2, S4, es fehlt ein Schaltelement S mit den angegebenen Ein/Ausgängen, es fehlt T, welches in der angegebenen Weise sowohl mit seinem Bezugspotential, wie auch mit seinem Versorgungspotential an Anschlüsse E3, G3 gelegt wird, wobei an E3, G3 selbsttätig die Spannung gemäß Beschreibung erscheint, die am Eingang eines Schaltelementes S liegt. Es fehlen Merkmale wie räumlich getrennte Teile eines Speichers, es fehlen Verbindungsleitungen zum Speicher, welche in eine Teilmenge unter- teilbar sind, es fehlt die Angabe wie die Teilmenge der Verbindungsleitungen physikalisch getrennt oder elektrisch gesperrt werden können, und es fehlt die Angabe eines die Sperrung per Spannung verursachenden Ereignisses, welches in der energetischen Aktivierung der kontaktfreien Übertragungselemente in der hier vorliegenden Patentbeschreibung angegeben ist. Die möglichen Schaltfunktionen von Schaltelement S sind in der nachfolgenden Wahrheitstabelle enthalten.

Tabelle 1: Wahrheitstabelle für ein Schaltelement S.

Gewerbliche Anwendbarkeit: Die Erfindung ist dort gewerblich anwendbar, wo ein unbemerkter Eingriff bzw. ein Mißbrauch in ein elektronisches Schaltelement, wie insbesondere Chipkarte für Bank- und Zahlungsgeschäfte oder Kontrollberechtigungen oder Computer, verhindert werden muß.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisches Schaltelement S in einem elektronischen System, wie Chipkarte, bestehend aus einem oder mehreren Chip(s) (9) und/oder elektrischen Bauelementen, wobei das Schaltelement S mit vier Eingängen El, Gl, E2, G2 und zwei Ausgängen E3,G3 aufgebaut ist, an denen eine weitere Komponente T, wie Chipteil T, angeschlossen ist, und das Schaltelement S per Spannung ansteuerbare Schalter enthält, dadurch gekennzeichnet, dass 1. eine erste Spannungsquelle USl mit den beiden Polen Ul, Gl an die

Eingänge El, Gl des Schaltelements S und eine zweite, elektrisch und räumlich getrennte Spannungsquelle US2 mit den beiden Polen U2, G2 an die Eingänge E2, G2 des Schaltelements S anschließbar ist,

2. wobei mit Hilfe des Schaltelements S bei ausschließlichem Anliegen von USl in einem ersten Fall die Eingänge El, Gl mit den Ausgängen E3, G3 oder bei ausschließlichem Anliegen von US2 in einem zweiten Fall die Eingänge E2, G2 mit den Ausgängen E3, G3 für den elektrischen Ladungstransport verbunden sind,

3. wobei bei gleichzeitigem Anliegen der Spannungsquellen USl und US2 ausschließlich ein Fall dominant den anderen Fall für den Ladungstransport schließt,

4. womit die an der weitere Komponente T anliegende Spannung allein durch Anlegen oder Abklemmen der dominanten Spannung erhalten bleibt oder verändert wird.

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement S in einer Ruhestellung ohne Anschluß einer Spannung an den Eingängen eine erste Verbindung für den elektrischen Ladungstransport zwischen El, Gl und E3, G3 geöffnet hält und eine zweite Verbindung zwischen E2, G2 und E3, G3 geschlossen hält oder die erste

Verbindung geschlossen und die zweite Verbindung geöffnet hält.

3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

1. in Schaltelement S vier per Spannung ansteuerbare Schalter Sl, S2, S3, S4 vorhanden sind,

2. wobei der Schalter Sl die Verbindung zwischen El und E3 steuert und der Schalter S3 die Verbindung zwischen Gl und G3,

3. wobei der Schalter S2 die Verbindung zwischen E2 und E3 steuert und der Schalter S4 die Verbindung zwischen G2 und G3.

4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass 1. das Schaltelement S mindestens einen fünften Schalter S5 zusätzlich zu den vier vorhandenen Schaltern Sl, S2, S3, S4 enthält,

2. wobei die Schalter Sl, S2, S3, S4 in Ruhestellung den Transport elektrischer Ladung sperren,

3. womit die Komponente T in Ruhestellung elektrisch von der Umwelt getrennt ist,

4. wobei die dominierende Spannungsquelle den Schalter S5 steuert,

5. wobei der Schalter S5 die Schalter Sl, S2 für Ladungstransport für die nicht dominierende Spannungsquelle sperrt.

5. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

1. im elektronischen Schaltelement S die Schalter S2, S4 nicht, die Schalter Sl, S3, S5 vorhanden sind,

2. womit zwischen den Anschlüssen E2, G2 und E3, G3 keine Verbindung für den Transport elektrischer Ladung besteht,

3. wobei bei Anliegen der dominanten Spannung die Schalter Sl, S3 mittels des Schalters S5 für den elektrischen Ladungstransport von El nach E3 und Gl nach G3 sperren,

4. womit bei Anliegen der dominanten Spannung sämtliche elektrischen Verbindungen zwischen der Komponente T und seiner Umwelt unterbrochen sind.

6. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1. die Komponente T über Adressleitungen G (AI bis An) aktiviert oder deaktiviert wird,

2. wobei die Adressleitungen G (AI bis An) durch ein oder mehrere Schaltelemente S elektrisch getrennt oder geöffnet werden können.

7. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die Komponente T aus einer Kombination von Speicherteilen Ml, M2 besteht,

2. wobei die einzelnen Speicherzellen in den Speicherteilen Ml, M2 über Adressleitungen G (AI bis An) aktiviert oder deaktiviert werden,

3. wobei die Gruppe der Adressleitungen GL aus AI bis An den Speicher Ml und die Gruppe GH aus AI bis An den Speicher M2 getrennt aktivieren oder deaktivieren,

4. wobei die eine oder/und andere Gruppe GH, GL der Adressleitungen durch ein oder mehrere Schaltelemente S elektrisch getrennt oder geöffnet werden.

8. Schaltele ent nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste oder die zweite Spannung in einer Chipkarte von einem Sensor, einem von Hand zu betätigenden Schalter, dem Stereoeffekt oder einem anderen eine Spannung auslösenden Effekt erzeugt wird.

9. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Bezugspunkte Gl, G2 miteinander verbunden sind.

10. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

1. die erste und/oder die zweite Spannungsquelle mit unterschiedlicher

Leistungsbelastung für eine elektrische Leistungsabgabe zur Verfügung steht/stehen, 2. wobei die geringste zur Verfügung stehende Quellenbelastung ausreicht, um die per Spannung steuerbaren Schalter zu schließen und/oder zu öffnen.

11. Chipkarte mit einem oder mehreren Chip(s) (9) und/oder weiteren elektrischen Komponenten sowie mit einem elektronischen Schaltelement S, welches wenigstens mit vier Eingängen El, Gl, E2, G2 und zwei Ausgängen E3, G3 aufgebaut ist, an denen eine weitere Komponente T, Chipteil T, angeschlossen ist, und das Schaltelement S per Spannung ansteuerbare Schalter enthält, dadurch gekennzeichnet, dass

1. eine erste Spannungsquelle USl mit den beiden Polen Ul, Gl an die Eingänge El, Gl und eine zweite, elektrisch und räumlich getrennte

Spannungsquelle US2 mit den beiden Polen U2, G2 an die Eingänge E2, G2 anschließbar ist,

2. wobei mit Hilfe des Schaltelementes S bei ausschließlichem Anliegen von USl in einem ersten Fall die Eingänge El, Gl mit den Ausgängen E3, G3 oder bei ausschließlichem Anliegen von US2 in einem zweiten Fall die Eingänge E2, G2 mit den Ausgängen E3, G3 für den elektrischen Ladungstransport verbunden sind,

3. wobei bei gleichzeitigem Anliegen von USl und US2 ausschließlich ein Fall dominant den anderen Fall für den Ladungstransport schließt,

4. womit die an der weitere Komponente T anliegende Spannung allein durch Anlegen oder Abklemmen der dominanten Spannung erhalten bleibt oder verändert wird.

12. Chipkarte gemäß Anspruch 11 in Verbindung mit einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 10.