與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信的讀取設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信的讀取設(shè)備，該讀取設(shè)備（1）包括第一天線（L0），用于生成交變磁場(chǎng)形式的讀取設(shè)備場(chǎng)。讀取設(shè)備（1）還包括一個(gè)或若干個(gè)第二天線（L1、L2），其被配置且安排為與第一天線（L0）相關(guān)，從而在讀取設(shè)備（1）與轉(zhuǎn)發(fā)器單元（其通過負(fù)載調(diào)制來生成通信信號(hào)）進(jìn)行無接觸通信時(shí)，如果轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備（1）周圍的預(yù)定區(qū)域中，則在所述一個(gè)或若干個(gè)第二天線（L1、L2）上檢測(cè)該檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變。
【專利說明】與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信的讀取設(shè)備 【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信的讀取設(shè)備，并涉及一種用于運(yùn)行 讀取設(shè)備的方法。【背景技術(shù)】[0002]在讀取設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)器單元之間的無接觸通信的框架中，通過讀取設(shè)備產(chǎn)生交變磁 場(chǎng)，通過該交變磁場(chǎng)，讀取設(shè)備可以將信息發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)器單元，或者轉(zhuǎn)發(fā)器單元可以將信息 傳送到讀取設(shè)備。對(duì)于從轉(zhuǎn)發(fā)器單元到讀取設(shè)備的信息傳送，已知的方法有無源和有源負(fù) 載調(diào)制。在無源負(fù)載調(diào)制中，進(jìn)入讀取設(shè)備場(chǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)器單元的負(fù)載被改變，由此導(dǎo)致讀取設(shè) 備場(chǎng)的調(diào)制，該調(diào)制可通過讀取設(shè)備來檢測(cè)。由此轉(zhuǎn)發(fā)器單元沒有有源發(fā)射信號(hào)。相反，在 有源負(fù)載調(diào)制中，轉(zhuǎn)發(fā)器單元產(chǎn)生其自己的調(diào)制場(chǎng)用于數(shù)據(jù)傳輸。該調(diào)制場(chǎng)在這里被配置， 從而可以通過讀取設(shè)備來評(píng)估，這和無源負(fù)載調(diào)制的情形下的其自己的場(chǎng)的調(diào)制類似。印 本W(wǎng)02006/000446A1詳細(xì)描述了有源負(fù)載調(diào)制的方法。[0003]印本DE102004057266A1描述了一種與轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行無接觸通信的通信設(shè)備，其中， 該通信設(shè)備可以以通信模式或檢測(cè)模式來運(yùn)行。在檢測(cè)模式中，捕獲所限定區(qū)域中轉(zhuǎn)發(fā)器 的存在，而在通信模式中，發(fā)射通信信號(hào)用于與轉(zhuǎn)發(fā)器通信。在檢測(cè)模式中發(fā)射的檢測(cè)信號(hào) 具有比通信模式中的通信信號(hào)更低的發(fā)送功率。[0004]文檔W003/069538A1示出了一種由轉(zhuǎn)發(fā)器致動(dòng)的開關(guān)設(shè)備。所述開關(guān)設(shè)備包括振 蕩電路，由此基于振蕩電路中的頻率改變來確定轉(zhuǎn)發(fā)器的接近。[0005]通過上述有源負(fù)載調(diào)制，讀取設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)器單元之間的通信范圍可以增加。但是， 這也帶來了攻擊的可能性，通過該攻擊，數(shù)據(jù)通過相應(yīng)較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)被長距離發(fā)送到讀 取設(shè)備，并且讀取設(shè)備受此影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]因此本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種讀取設(shè)備以及用于運(yùn)行讀取設(shè)備的方法，以此可以 識(shí)別剛才描述的攻擊。[0007]該目標(biāo)是通過如權(quán)利要求1所述的讀取設(shè)備和如權(quán)利要求16所述的用于運(yùn)行讀 取設(shè)備的方法來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的開發(fā)被限定在所附權(quán)利要求書中。[0008]根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備包括第一天線，用于生成交變磁場(chǎng)形式的讀取設(shè)備場(chǎng)，轉(zhuǎn) 發(fā)器單元由此可以基于有源或無源負(fù)載調(diào)制通過相應(yīng)的方法來通信。除了所述第一發(fā)送天 線，讀取設(shè)備還包括一個(gè)或若干個(gè)第二天線，其被配置且布置為與第一天線相關(guān)，從而在讀 取設(shè)備與轉(zhuǎn)發(fā)器單元(其通過(有源或無源)負(fù)載調(diào)制來生成通信信號(hào))進(jìn)行無接觸通信時(shí)， 如果該轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū)域中，則在(一個(gè)或若干個(gè))第二天線上捕獲 該檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變。即，在已經(jīng)與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè) 備能夠確定轉(zhuǎn)發(fā)器單元是否位于讀取設(shè)備的附近區(qū)域中。上述短語“檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變” 被廣泛地理解并且特別地還可以包括檢測(cè)信號(hào)從零值到非零值的改變，這是檢測(cè)信號(hào)測(cè)量的同義詞。根據(jù)本發(fā)明，(一個(gè)或若干個(gè))第二天線的配置不僅與其形狀相關(guān)，還與其互相之 間或讀取設(shè)備中的切換相關(guān)，由此能夠捕獲檢測(cè)信號(hào)。[0009]本發(fā)明利用了以下發(fā)現(xiàn):通過一個(gè)或若干個(gè)第二天線的合適排列，可以生成檢測(cè) 信號(hào)，由此來確定轉(zhuǎn)發(fā)器單元是否位于讀取設(shè)備附近。當(dāng)在讀取設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)器單元之間已 經(jīng)產(chǎn)生無接觸通信時(shí)，檢測(cè)信號(hào)的改變可被捕獲。如果出現(xiàn)了從預(yù)定改變偏離的檢測(cè)信號(hào) 改變，可以推斷，該通信是從布置在讀取設(shè)備遠(yuǎn)處的轉(zhuǎn)發(fā)器單元發(fā)出的，從而存在通過轉(zhuǎn)發(fā) 器基于有源負(fù)載調(diào)制以高發(fā)射功率來進(jìn)行的攻擊。[0010]依賴于檢測(cè)信號(hào)的配置，可以不同地配置檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變，由此確定讀取設(shè) 備附近的預(yù)定區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器單元的接近。優(yōu)選地，捕獲的檢測(cè)信號(hào)是相應(yīng)的電壓信號(hào)或 電流信號(hào)。在另一變體中，檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變是通過檢測(cè)信號(hào)的改變的最大值來表征的。 如果檢測(cè)信號(hào)的改變超過所述最大值，這可以被認(rèn)為是布置在讀取設(shè)備遠(yuǎn)端的轉(zhuǎn)發(fā)器單元 的攻擊。[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備優(yōu)選地是NFC讀取設(shè)備(NFC=近場(chǎng)通信)，在優(yōu)選的變體中 該讀取設(shè)備基于標(biāo)準(zhǔn)IS0/IEC14443。[0012]在根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，通過讀取設(shè)備場(chǎng)來捕獲檢測(cè)信 號(hào)的預(yù)定改變。讀取設(shè)備的該變體所具有的優(yōu)勢(shì)在于，除了用于通信的讀取設(shè)備場(chǎng)，不需要 以另一頻率或另一發(fā)送功率來發(fā)射的場(chǎng)來檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)器單元的存在。[0013]可以依賴于應(yīng)用情形通過一個(gè)或多個(gè)第二天線的相應(yīng)設(shè)計(jì)來適應(yīng)預(yù)定區(qū)域，通過 根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備來檢測(cè)在該區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器單元的存在。如印本W(wǎng)02006/000446A1 的圖1所示，針對(duì)傳統(tǒng)的讀取設(shè)備來建立能量范圍和通信范圍。能量范圍在這里是與沒有 專用能源的無源轉(zhuǎn)發(fā)器來通信的范圍，在該情形下通過讀取設(shè)備場(chǎng)來提供用于運(yùn)行轉(zhuǎn)發(fā)器 的能量。相反，通信范圍是在讀取設(shè)備與具有專用能源的有源轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行通信的情形下的 范圍，其中，讀取設(shè)備場(chǎng)不必提供任何能量來運(yùn)行轉(zhuǎn)發(fā)器。該范圍大于能量范圍。通過使用 有源負(fù)載調(diào)制，能量范圍和通信范圍被相應(yīng)地?cái)U(kuò)展。根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的預(yù)定區(qū)域(在 該區(qū)域中檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)器的存在)可以以合適的方式來適應(yīng)剛才描述的通信范圍或能量范圍。 在一個(gè)實(shí)施例中，建立預(yù)定區(qū)域，從而它對(duì)應(yīng)于在使用有源負(fù)載調(diào)制時(shí)而通常產(chǎn)生的范圍。 特別地，預(yù)定區(qū)域還可被調(diào)整，從而它對(duì)應(yīng)于讀取設(shè)備的通信范圍或能量范圍，其具有或沒 有在有源或無源轉(zhuǎn)發(fā)器單元的法向天線尺寸下的負(fù)載調(diào)制。特別地，最大法向天線尺寸在 這里是IDl卡形式的轉(zhuǎn)發(fā)器的天線尺寸，大約是4，000mm2。[0014]在優(yōu)選的變體中，預(yù)定區(qū)域(根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備在該區(qū)域中檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)器的存 在)是離讀取設(shè)備達(dá)到50cm距離的區(qū)域，在適用情況下，還是更小距離的區(qū)域，例如是離讀 取設(shè)備達(dá)到25cm距離的區(qū)域。該區(qū)域?qū)?yīng)于在使用有源負(fù)載調(diào)制時(shí)在讀取設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)器 單元之間的傳統(tǒng)通信的范圍。但是，還可以建立該范圍，從而它不會(huì)超過單純基于無源負(fù)載 調(diào)制的傳統(tǒng)通信的范圍。特別地，預(yù)定區(qū)域可以是離讀取設(shè)備達(dá)到IOcm距離或達(dá)到更小距 離的區(qū)域，優(yōu)選的是離讀取設(shè)備達(dá)到7cm距離的區(qū)域。最后提到的距離是讀取設(shè)備與IDl 卡形式的無源轉(zhuǎn)發(fā)器之間的傳統(tǒng)通信范圍。[0015]在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備被配置從而在一個(gè)或多個(gè)第二天 線上未捕獲到檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變時(shí)該讀取設(shè)備會(huì)中斷與轉(zhuǎn)發(fā)器單元的通信。以這種方式 (可以)獲得針對(duì)攻擊的有效且快速的保護(hù)，該攻擊在離讀取設(shè)備很遠(yuǎn)的距離以高發(fā)送功率來干擾轉(zhuǎn)發(fā)器。[0016]在根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的又一實(shí)施例中，第一天線被配置為第一導(dǎo)體環(huán)，并以 成對(duì)的第二導(dǎo)體環(huán)的形式來提供兩個(gè)第二天線。第二導(dǎo)體環(huán)被布置為實(shí)際上與第一導(dǎo)體環(huán) 共平面且特別地同中心(即具有相同的中心)。此外，第二導(dǎo)體環(huán)中的一個(gè)位于第一導(dǎo)體環(huán) 附近，且第二導(dǎo)體環(huán)中的另一個(gè)被布置在第一導(dǎo)體環(huán)內(nèi)部。通過第二導(dǎo)體環(huán)，由于所述讀取 設(shè)備場(chǎng)而感應(yīng)電壓，位于預(yù)定區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器單元使得導(dǎo)體環(huán)的安排失諧，這轉(zhuǎn)而對(duì)所感 應(yīng)的電壓具有影響，且由此能夠捕獲附近區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器單元。[0017]在剛才描述的實(shí)施例的優(yōu)選變體中，選擇第一和第二導(dǎo)體環(huán)的相應(yīng)直徑，從而一 個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)和第一導(dǎo)體環(huán)之間的耦合因子基本上與第一導(dǎo)體環(huán)和另一第二導(dǎo)體環(huán)之間 的耦合因子一樣大。結(jié)果，可以獲得一種安排，其中，在沒有轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)入讀取設(shè)備附近 的預(yù)定區(qū)域時(shí)，檢測(cè)信號(hào)被設(shè)置為零。相反，在預(yù)定區(qū)域中存在轉(zhuǎn)發(fā)器單元時(shí)，會(huì)出現(xiàn)從零 值的偏離。[0018]在另一實(shí)施例中，讀取設(shè)備的兩個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)被異相串聯(lián)，捕獲在讀取設(shè)備運(yùn)行 期間在該串聯(lián)中存在的電壓信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)?？商娲蝾~外地，兩個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)被同相 串聯(lián)，捕獲在讀取設(shè)備運(yùn)行期間在同相串聯(lián)的兩個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)之間的電位計(jì)上存在的電壓 信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)。在最后提到的變體中，通過設(shè)置電位計(jì)從而在讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū) 域中沒有轉(zhuǎn)發(fā)器單元時(shí)電壓信號(hào)為零，電位計(jì)可被用于實(shí)現(xiàn)零調(diào)整。[0019]在根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的另一實(shí)施例中，選擇第一和第二導(dǎo)體環(huán)的相應(yīng)直徑， 從而一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)和第一導(dǎo)體環(huán)之間的耦合因子具有與第一導(dǎo)體環(huán)和另一第二導(dǎo)體環(huán) 之間的耦合因子不同的值。通過直徑的不同選擇，可以使讀取設(shè)備對(duì)攻擊者的外部場(chǎng)更為 敏感，且由此可以更容易地捕獲通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行的攻擊。[0020]在根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的另一實(shí)施例中，第一天線再被配置為第一導(dǎo)體環(huán)，但 現(xiàn)在提供第二導(dǎo)體環(huán)形式的單個(gè)第二天線。第二導(dǎo)體環(huán)被布置為基本上與第一導(dǎo)體環(huán)共平 面，從而經(jīng)過第二導(dǎo)體環(huán)的內(nèi)表面的讀取設(shè)備場(chǎng)的磁通量在整個(gè)內(nèi)表面上抵消。在該變體 中，在第二導(dǎo)體環(huán)中沒有通過所述讀取設(shè)備場(chǎng)而感應(yīng)的電壓，即，第二導(dǎo)體環(huán)不能從第一導(dǎo) 體環(huán)接收信號(hào)。當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器現(xiàn)在進(jìn)入讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū)域，再次產(chǎn)生導(dǎo)體環(huán)安排的失諧， 其可被捕獲作為檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變。剛才描述的安排具有的優(yōu)勢(shì)在于只需要單個(gè)第二天 線來捕獲附近區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器。[0021]本發(fā)明還包括一種用于運(yùn)行讀取設(shè)備的方法，其生成交變磁場(chǎng)形式的讀取設(shè)備 場(chǎng)，如果轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū)域中，該讀取設(shè)備進(jìn)行捕獲，并且讀取設(shè)備 和轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信，該轉(zhuǎn)發(fā)器單元通過負(fù)載調(diào)制來生成通信信號(hào)。這么做，在無 接觸通信的同時(shí)，通過讀取設(shè)備來檢查轉(zhuǎn)發(fā)器單元是否位于讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū)域中。 在讀取設(shè)備檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū)域外部時(shí)，該無接觸通信被處 理為不許可的。[0022]在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述方法被用于運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備，其通過第 一天線來生成讀取設(shè)備場(chǎng)，如果轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備附近的預(yù)定區(qū)域中，在讀取設(shè)備 與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行通信期間在讀取設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)第二天線上捕獲檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改 變。[0023]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實(shí)施例中，如果無接觸通信被處理為不許可的，則讀取設(shè)備退出與轉(zhuǎn)發(fā)器的通信，和/或讀取設(shè)備將假數(shù)據(jù)發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)器單元，和/或通過 讀取設(shè)備來輸出報(bào)警，和/或通過讀取設(shè)備來避免與通信相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。例如，訪問未被啟 用，或者貨物(goods)未被發(fā)放?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0024]下面將參考附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。[0025]圖中示出了:[0026]圖1是通過有源負(fù)載調(diào)制對(duì)無接觸讀取設(shè)備進(jìn)行攻擊的示意性表示；[0027]圖2是根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的第一實(shí)施例，其用于檢測(cè)通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行 的攻擊；[0028]圖3是兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)之間的耦合因子相對(duì)于其直徑比率的改變的圖；[0029]圖4是根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的第二實(shí)施例，其用于檢測(cè)通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行 的攻擊；[0030]圖5是根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的第三實(shí)施例，其用于檢測(cè)通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行 的攻擊?！揪唧w實(shí)施方式】[0031]以下將基于讀取設(shè)備來描述本發(fā)明的實(shí)施例，該讀取設(shè)備根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS0/IEC14443 來與轉(zhuǎn)發(fā)器單元(以下也被稱為轉(zhuǎn)發(fā)器)進(jìn)行NFC通信。但是，本發(fā)明還可被用于其他標(biāo)準(zhǔn) 的NFC或近場(chǎng)通信。以下解釋的讀取設(shè)備用于檢測(cè)通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行的攻擊。如上所 解釋，在有源負(fù)載調(diào)制中，轉(zhuǎn)發(fā)器有源地發(fā)射調(diào)制的信號(hào)，該信號(hào)被讀取設(shè)備解析，這與轉(zhuǎn) 發(fā)器無源地調(diào)制的讀取設(shè)備場(chǎng)類似。在無源負(fù)載調(diào)制中，通過連接或斷開轉(zhuǎn)發(fā)器中的負(fù)載 電阻器來調(diào)制所述讀取設(shè)備場(chǎng)，而不用轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射信號(hào)。在使用有源負(fù)載調(diào)制時(shí)，存在一 個(gè)問題，可以通過特殊的轉(zhuǎn)發(fā)器以非常高的發(fā)送功率通過很長的距離將信號(hào)發(fā)送到讀取設(shè) 備，且攻擊者由此可以干擾讀取設(shè)備。圖1中示出了相應(yīng)的攻擊場(chǎng)景。[0032]圖1示出了具有相應(yīng)天線102的傳統(tǒng)讀取設(shè)備101。讀取設(shè)備通過天線102發(fā)射13.56MHz載波頻率的交變磁場(chǎng)，用于與轉(zhuǎn)發(fā)器的通信。通過合適的操作，相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)器201 位于離讀取設(shè)備幾厘米的范圍內(nèi)，并以該距離通過有源或無源負(fù)載調(diào)制來與讀取設(shè)備進(jìn)行 通信。在沒有專用能源的轉(zhuǎn)發(fā)器的無源負(fù)載調(diào)制中，通信范圍受限于所述讀取設(shè)備場(chǎng)的能 量范圍，因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)器的能源是通過讀取設(shè)備的場(chǎng)產(chǎn)生的。使用具有專用能源的轉(zhuǎn)發(fā)器，讀 取設(shè)備和轉(zhuǎn)發(fā)器之間的通信范圍大于能量范圍。在使用有源負(fù)載調(diào)制時(shí)，通信范圍可以增 力口。通過使用具有高發(fā)送功率的轉(zhuǎn)發(fā)器(在圖1中用處理單元401來表示并且與天線301 耦合)，經(jīng)過處理單元401中的相應(yīng)模仿，可以在幾米的距離外偽裝有源負(fù)載調(diào)制。箭頭P 表示為此目的而由天線301發(fā)射的信號(hào)。使用具有大約I米直徑的轉(zhuǎn)發(fā)器天線301，可以實(shí) 現(xiàn)300瓦特的最大發(fā)射功率，由此可以獲得IOm的表示范圍。根據(jù)圖1，由此可能將3-10cm 的IS014443NFC系統(tǒng)的額定讀取范圍增加超過100倍，由此從遠(yuǎn)距離向讀取設(shè)備模仿物理 存在的轉(zhuǎn)發(fā)器單元。[0033]為了能夠檢測(cè)到參考圖1所述的攻擊，根據(jù)本發(fā)明，使用以下將參考圖2到圖5來 描述的讀取設(shè)備的特殊配置。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的第一實(shí)施例，其總體上由參考符號(hào)I來指示。該讀取設(shè)備包括處理單元2，其產(chǎn)生信號(hào)以生成讀取設(shè)備的交變磁場(chǎng)，并處理所調(diào)制的讀取設(shè)備場(chǎng)的信號(hào)。傳統(tǒng)上，該處理單元還被表示為讀取器。耦合到該讀取器的是導(dǎo)體環(huán)LO形式的發(fā)送天線，通過該天線來發(fā)射讀取設(shè)備場(chǎng)。為了檢測(cè)讀取設(shè)備附近區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器單元，還提供了另外兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)LI和L2，其被布置為與導(dǎo)體環(huán)LO共平面地處于相同平面中。導(dǎo)體環(huán)LI圍繞導(dǎo)體環(huán)LO延伸，而導(dǎo)體環(huán)L2被安排在導(dǎo)體環(huán)LO內(nèi)部。導(dǎo)體環(huán)L0、L1和L2的位置還互相同中心，即，它們具有相同的中心。[0034]作為圖2的下部的相應(yīng)等價(jià)電路圖的結(jié)果，導(dǎo)體環(huán)LI和L2被切換為異相并在終端4連接到檢測(cè)單元3，由此可以檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)入讀取設(shè)備周圍的預(yù)定附近范圍，且由此，相反地，當(dāng)存在由附近范圍以外的轉(zhuǎn)發(fā)器所產(chǎn)生的有源調(diào)制場(chǎng)時(shí)，可以推斷出圖1所示的攻擊。導(dǎo)體環(huán)LO、LI和L2具有如下選擇的直徑:[0035]DL1>DL0>DL2 (I)[0036]Dli表示導(dǎo)體環(huán)LI的直徑，Dui表示導(dǎo)體環(huán)LO的直徑，且隊(duì)2表示導(dǎo)體環(huán)L2的直徑。 導(dǎo)體環(huán)LI和L2的直徑Du和隊(duì)2還被選擇從而導(dǎo)體環(huán)LI和L2兩者與第一導(dǎo)體環(huán)LO的直徑的比例是相等的，即如下:[cosy]=(2)/」/0U11[0038]這具有的結(jié)果是在導(dǎo)體環(huán)LI和LO之間與在導(dǎo)體環(huán)LO和L2之間具有相同的耦合因子k=k1(l=k2(l。耦合因子k是已知的量，其描述了兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)的磁通耦合。耦合因子越小， 用耦合因子來描述其耦合的導(dǎo)體環(huán)的直徑之間的差越大。這通過根據(jù)圖3的圖來說明。沿著該圖的橫坐標(biāo)繪制了兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)的直徑比例D1/D2，Dl總是表示兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)中較大的直徑。與此相對(duì)的縱坐標(biāo)示出了耦合因子k。耦合因子在這里位于O和I之間，最大的可能的耦合kl出現(xiàn)在直徑Dl和D2相等的時(shí)候。直徑之間的差越大，耦合因子變得越小，例如圖 3示出了直徑比例在I和2之間的耦合因子k的值。[0039]在圖2的讀取設(shè)備中，在終端4上檢測(cè)在串聯(lián)的導(dǎo)體環(huán)LI和L2上存在的電壓，該電壓是經(jīng)由導(dǎo)體環(huán)LO的讀取設(shè)備場(chǎng)而感應(yīng)的。由于上述直徑選擇和導(dǎo)體環(huán)的異相切換，感應(yīng)的交變電壓與導(dǎo)體環(huán)LI和L2中的一樣大，于是，如果在讀取設(shè)備I的范圍中沒有轉(zhuǎn)發(fā)器單元，則檢測(cè)單元3檢測(cè)到零電壓信號(hào)。考慮到在導(dǎo)體環(huán)LI和L2之間還會(huì)出現(xiàn)不可避免的額外磁耦合k21，其導(dǎo)致上述直徑比例不會(huì)準(zhǔn)確地引起零電壓，而只是非常好的近似。但是，通過直徑Du和隊(duì)2的相應(yīng)略微適應(yīng)，根據(jù)圖2的讀取設(shè)備可以被調(diào)整從而導(dǎo)體環(huán)LI和 L2感應(yīng)相等幅度的電壓，于是，如果在讀取設(shè)備的范圍中沒有轉(zhuǎn)發(fā)器單元，則檢測(cè)單元3測(cè)量到正好為零的電壓。[0040]使用圖2所示的讀取設(shè)備，現(xiàn)在可以檢測(cè)通過有源負(fù)載調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)發(fā)器單元或攻擊的存在。如上所述，在天線LO發(fā)射交變磁場(chǎng)的讀取設(shè)備的普通操作中，`在終端4出現(xiàn)近似零的輸出電壓。如果轉(zhuǎn)發(fā)器現(xiàn)在進(jìn)入到讀取設(shè)備場(chǎng)中，這促使與轉(zhuǎn)發(fā)器的額外磁耦合使得讀取設(shè)備的導(dǎo)體環(huán)的安排失諧。結(jié)果，在終端4上產(chǎn)生(恒定的)輸出電壓，這可以被清楚地測(cè)量，且由此可以推斷出直接接近讀取設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)器的存在。讀取設(shè)備在這里被配置，從而在確定從轉(zhuǎn)發(fā)器接收通信信號(hào)時(shí)，對(duì)終端上的輸出電壓進(jìn)行檢查。即，在向外的無接觸通信中，通過讀取設(shè)備來確定轉(zhuǎn)發(fā)器是否位于讀取設(shè)備的附近區(qū)域中，由此如果在附近區(qū)域中沒有檢測(cè)到轉(zhuǎn)發(fā)器，則可以推斷出通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行的攻擊。[0041]依賴于應(yīng)用情形，可以通過單獨(dú)的導(dǎo)體環(huán)的直徑或直徑比例的合適選擇來建立離讀取設(shè)備多遠(yuǎn)的距離可以檢測(cè)到附近區(qū)域中轉(zhuǎn)發(fā)器的存在。該距離被優(yōu)選地選擇，從而它位于讀取設(shè)備的傳統(tǒng)的通信范圍和能量范圍之間，該讀取設(shè)備與例如IDl芯片卡形式的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器交換數(shù)據(jù)。特別地，該距離可以對(duì)應(yīng)于如下的通信范圍，該通信范圍產(chǎn)生用于具有能源的有源轉(zhuǎn)發(fā)器、或具有有源負(fù)載調(diào)制的功能的有源轉(zhuǎn)發(fā)器。該距離還針對(duì)特定的應(yīng)用來建立，從而它不會(huì)超過讀取設(shè)備和無源轉(zhuǎn)發(fā)器之間的傳統(tǒng)通信范圍。
[0042]在檢測(cè)單元3的輔助下，由此在檢測(cè)到預(yù)定電壓電平時(shí)，確定與讀取設(shè)備通信的轉(zhuǎn)發(fā)器位于讀取設(shè)備的預(yù)定附近范圍中。如果現(xiàn)在出現(xiàn)通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行的攻擊，攻擊者通過該攻擊從外部產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，則這導(dǎo)致導(dǎo)體環(huán)LI和L2明顯不同的電壓，這與轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)入在讀取設(shè)備場(chǎng)周圍的預(yù)定附近范圍時(shí)產(chǎn)生的輸出電壓不同。這里的電壓是由攻擊者的遠(yuǎn)端發(fā)送天線引起的，其形成與導(dǎo)體環(huán)LI和L2不同的耦合因子。因此，在讀取設(shè)備外部產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體環(huán)LI和L2中感應(yīng)出明顯可檢測(cè)的場(chǎng)。于是可以通過檢測(cè)單元3來確定轉(zhuǎn)發(fā)器是否進(jìn)入了讀取設(shè)備周圍的預(yù)定區(qū)域或者是否在預(yù)定區(qū)域外部產(chǎn)生了交變磁場(chǎng)。在后一情形下，可推斷出存在未授權(quán)第三方的攻擊，因?yàn)閲L試在離讀取設(shè)備較遠(yuǎn)的距離與它進(jìn)行通信。結(jié)果，讀取設(shè)備于是可以避免與攻擊者的通信。
[0043]圖4示出了對(duì)圖2的讀取設(shè)備的調(diào)整。這里用相同的參考符號(hào)來表示相同或相應(yīng)的組件。與圖2類似，圖4的讀取設(shè)備I再次包括:導(dǎo)體環(huán)L0，其用于發(fā)射讀取設(shè)備場(chǎng)；以及導(dǎo)體環(huán)LI和L2，其被安排為與導(dǎo)體環(huán)LO共平面且同中心。在根據(jù)本發(fā)明的變體中，這里和圖2 —樣來選擇直徑，從而導(dǎo)體環(huán)LI和導(dǎo)體環(huán)LO之間的耦合因子與導(dǎo)體環(huán)LO和導(dǎo)體環(huán)L2之間的耦合因子正好一樣大。但是，與圖2的實(shí)施例相反，導(dǎo)體環(huán)LI和L2現(xiàn)在被同相串聯(lián)，如圖4的下部的等價(jià)電路圖所示。除了讀取器2和檢測(cè)單元3，還提供了安排在兩個(gè)導(dǎo)體環(huán)LI和L2之間的電位計(jì)5。通過導(dǎo)體環(huán)LI和L2的切換，可以分接負(fù)和正電壓，如果該電壓是由通過導(dǎo)體環(huán)LO產(chǎn)生的讀取設(shè)備場(chǎng)所感應(yīng)的，則其幅度大致相等。通過電位計(jì)5，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)零調(diào)整，即電壓接頭被設(shè)置，從而如果在讀取設(shè)備周圍的相應(yīng)限定預(yù)定區(qū)域中沒有轉(zhuǎn)發(fā)器，則檢測(cè)到零電壓。
[0044]與圖2的實(shí)施例類似，轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)入圖4的讀取設(shè)備周圍的預(yù)定附近區(qū)域?qū)е滤袑?dǎo)體環(huán)的安排的失諧，從而通過檢測(cè)單元3來捕獲恒定的輸出電壓。相反，由遠(yuǎn)端攻擊者通過有源負(fù)載調(diào)制從外部耦合的磁場(chǎng)在導(dǎo)體環(huán)LI和L2中感應(yīng)出明顯不同的電壓，它和在轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)入讀取設(shè)備的附近區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的恒定輸出電壓不同。于是，和圖2—樣可以確定轉(zhuǎn)發(fā)器是否位于附近區(qū)域中或者是否存在通過遠(yuǎn)端交變磁場(chǎng)進(jìn)行的攻擊。
[0045]根據(jù)圖4的讀取設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于，導(dǎo)體環(huán)LI和L2的感應(yīng)電壓不需要幅度相等，因?yàn)榭梢酝ㄟ^電位計(jì)5經(jīng)由以上述零調(diào)整來補(bǔ)償偏差。于是，在適用情況下，直徑比例還可被選擇為與上述耦合因子一樣大的情形不同。特別地，導(dǎo)體環(huán)LI和L2的直徑甚至可被故意選擇為與相等耦合因子的情形不同，使得該安排對(duì)從外部接收的交變磁場(chǎng)更為敏感。例如，導(dǎo)體環(huán)LI的直徑可被設(shè)計(jì)為大于根據(jù)上述等式(2)的規(guī)定、或者導(dǎo)體環(huán)L2的直徑可被設(shè)計(jì)為小于根據(jù)上述等式(2)的規(guī)定。
[0046]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備的第三實(shí)施例。與圖2和圖4的讀取設(shè)備類似，讀取設(shè)備再次包括讀取器2，其具有導(dǎo)體環(huán)LO形式的天線。但是，與上述實(shí)施例相反，現(xiàn)在提供了單個(gè)額外的導(dǎo)體環(huán)LI，在圖5的實(shí)施例中，其具有與導(dǎo)體環(huán)LO基本相同的直徑。[0047]在圖5中，進(jìn)一步用+H和-H以及相應(yīng)的箭頭來表示導(dǎo)體環(huán)LO內(nèi)部和外部的讀取設(shè)備場(chǎng)的磁場(chǎng)線。場(chǎng)線在導(dǎo)體環(huán)LO的內(nèi)部和外部的不同方向延伸。在圖5的讀取設(shè)備中，利用該發(fā)現(xiàn)，于是導(dǎo)體環(huán)LI被共平面地放置在導(dǎo)體環(huán)LO上，從而經(jīng)過導(dǎo)體環(huán)LI的內(nèi)表面的磁通量Φ在整個(gè)內(nèi)表面上抵消。這產(chǎn)生的結(jié)果是，如果產(chǎn)生了傳統(tǒng)的讀取設(shè)備場(chǎng)并且沒有轉(zhuǎn)發(fā)器位于讀取設(shè)備附近，則連接到導(dǎo)體環(huán)LI并且耦合到讀取器2的檢測(cè)單元3沒有接收到信號(hào)。
[0048]相反，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)入讀取設(shè)備周圍的相應(yīng)限定預(yù)定區(qū)域中并且在檢測(cè)單元3上檢測(cè)到輸出信號(hào)時(shí)，圖5的安排被失諧。當(dāng)遠(yuǎn)端攻擊者通過有源負(fù)載調(diào)制從外部耦合磁場(chǎng)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生與之不同的信號(hào)，因?yàn)樵摯艌?chǎng)主要是在導(dǎo)體環(huán)LI的內(nèi)表面上類似地產(chǎn)生的，且由此在導(dǎo)體環(huán)LI中感應(yīng)出明顯可測(cè)量的電壓，從而可以毫無疑問地檢測(cè)到通過有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行的攻擊。
[0049]作為上述描述的結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的讀取設(shè)備可以在與讀取設(shè)備通信時(shí)捕獲位于讀取設(shè)備的附近區(qū)域中的轉(zhuǎn)發(fā)器。這是由于物理上進(jìn)入讀取設(shè)備場(chǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)器導(dǎo)致讀取設(shè)備的天線安排的失諧，且由此導(dǎo)致緩慢增加的低輸出電壓，這可以被容易地觀察到。相反，來自較遠(yuǎn)距離的有源負(fù)載調(diào)制在導(dǎo)體環(huán)LI或LI和L2上引起明顯可測(cè)量的信號(hào)，這與經(jīng)典的負(fù)載調(diào)制信號(hào)不同。特別地，在導(dǎo)體環(huán)LI或LI和L2上捕獲的從讀取設(shè)備的遠(yuǎn)端產(chǎn)生的外部負(fù)載調(diào)制信號(hào)的幅度與通過導(dǎo)體環(huán)LO檢測(cè)到的信號(hào)的幅度正好一樣大。相反，直接接近導(dǎo)體環(huán)LO的無源轉(zhuǎn)發(fā)器的無源負(fù)載調(diào)制信號(hào)導(dǎo)致幅度的明顯不同。
【權(quán)利要求】
1.一種與轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信的讀取設(shè)備，該讀取設(shè)備(I)包括第一天線 (L0)，該第一天線用于生成交變磁場(chǎng)形式的讀取設(shè)備場(chǎng)，其特征在于，讀取設(shè)備(I)包括一個(gè)或若干個(gè)第二天線(L1、L2)，該一個(gè)或若干個(gè)第二天線(L1、L2) 被配置且安排為與第一天線(LO)相關(guān)，從而在讀取設(shè)備(I)與通過負(fù)載調(diào)制來生成通信信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信期間，如果該轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備(I)周圍的預(yù)定區(qū)域中，則在一個(gè)或若干個(gè)第二天線(L1、L2)上捕獲檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變。
2.如權(quán)利要求1所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所捕獲的檢測(cè)信號(hào)是電壓信號(hào)或電流信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變是通過所述檢測(cè)信號(hào)的改變的最大值來表征的。
4.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述讀取設(shè)備(I)是NFC 讀取設(shè)備，特別是基于標(biāo)準(zhǔn)IS0/IEC14443的NFC讀取設(shè)備。
5.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，通過讀取設(shè)備場(chǎng)來捕獲所述檢測(cè)信號(hào)的所述預(yù)定改變。
6.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域是離所述讀取設(shè)備(I)上至50cm或上至更小距離的區(qū)域，特別是離所述讀取設(shè)備(I)上至25cm或上至更小距離的區(qū)域。
7.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域是離所述讀取設(shè)備(I)上至IOcm或上至更小距離的區(qū)域，特別是離所述讀取設(shè)備(I)上至7cm或上至更小距離的域。
8.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述讀取設(shè)備(I)被配置為使得在所述一個(gè)或若干個(gè)第二天線(L1、L2)上未捕獲到檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變時(shí)、該讀取設(shè)備中斷與轉(zhuǎn)發(fā)器單元的通信。
9.如以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述第一天線(LO)被配置為第一導(dǎo)體環(huán)，并提供成對(duì)的第二導(dǎo)體環(huán)形式的兩個(gè)第二天線(L1、L2)，第二導(dǎo)體環(huán) (L1、L2)被安排為實(shí)際上與第一導(dǎo)體環(huán)(LO)共平面,且一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(LI)位于第一導(dǎo)體環(huán)(LO)周圍，且另一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(L2)在第一導(dǎo)體環(huán)(LO)內(nèi)部。
10.如權(quán)利要求9所述的讀取設(shè)備，其特征在于，選擇第一導(dǎo)體環(huán)和第二導(dǎo)體環(huán)(L0、 L1、L2)的相應(yīng)直徑，從而在一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(LI)和第一導(dǎo)體環(huán)(LO)之間的耦合因子實(shí)際上同在第一導(dǎo)體環(huán)(LO)和另一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(L2)之間的稱合因子一樣大。
11.如權(quán)利要求9或10所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述兩個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(L1、L2)被異相串聯(lián)連接，捕獲在讀取設(shè)備(I)運(yùn)行期間在該串聯(lián)連接上存在的電壓信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)。
12.如權(quán)利要求9到11所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述兩個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(L1、L2)被同相串聯(lián)連接，捕獲在讀取設(shè)備(I)運(yùn)行期間在同相串聯(lián)連接的兩個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(L1、L2) 之間的電位計(jì)(4)上存在的電壓信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述電位計(jì)被設(shè)置為使得在預(yù)定區(qū)域中沒有轉(zhuǎn)發(fā)器單元時(shí)所述電壓信號(hào)為零。
14.如權(quán)利要求9到13中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，選擇所述第一和第二導(dǎo)體環(huán)(L0、L1、L2)的相應(yīng)直徑，從而在一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(LI)和第一導(dǎo)體環(huán)(LO)之間的耦合因子具有與在第一導(dǎo)體環(huán)(LO)和另一個(gè)第二導(dǎo)體環(huán)(L2)之間的耦合因子不同的值。
15.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備，其特征在于，所述第一天線被配置為第一導(dǎo)體環(huán)(L0)，并提供第二導(dǎo)體環(huán)(LI)形式的第二天線，該第二導(dǎo)體環(huán)(LI)被安排為實(shí)際上與第一導(dǎo)體環(huán)(LO)共平面，使得經(jīng)過第二導(dǎo)體環(huán)(LI)的內(nèi)表面的讀取設(shè)備場(chǎng)的磁通量在整個(gè)內(nèi)表面上抵消。
16.一種用于運(yùn)行讀取設(shè)備(I)的方法，該讀取設(shè)備(I)生成交變磁場(chǎng)形式的讀取設(shè)備場(chǎng)，如果轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備(I)周圍的預(yù)定區(qū)域中，則該讀取設(shè)備(I)進(jìn)行捕獲，并且讀取設(shè)備(I)和轉(zhuǎn)發(fā)器單元進(jìn)行無接觸通信，該轉(zhuǎn)發(fā)器單元通過負(fù)載調(diào)制來生成通信信號(hào)，其特征在于在無接觸通信的同時(shí)，通過讀取設(shè)備(I)來檢查所述轉(zhuǎn)發(fā)器單元是否位于讀取設(shè)備(I)周圍的預(yù)定區(qū)域中，在讀取設(shè)備(I)檢查發(fā)現(xiàn)所述轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備(I)周圍的預(yù)定區(qū)域外部時(shí)，該無接觸通信被處理為不許可。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法被用于運(yùn)行如權(quán)利要求1到15 中的任一項(xiàng)所述的讀取設(shè)備(I )，所述讀取設(shè)備(I)經(jīng)由其第一天線(LO)生成所述讀取設(shè)備場(chǎng)，并且如果所述轉(zhuǎn)發(fā)器單元位于讀取設(shè)備(I)周圍的預(yù)定區(qū)域中，則在所述讀取設(shè)備 (O的一個(gè)或若干個(gè)第二天線(L1、L2)上捕獲檢測(cè)信號(hào)的預(yù)定改變。
18.如權(quán)利要求16或17所述的方法，其特征在于，如果所述無接觸通信被處理為不許可，則所述讀取設(shè)備(I)取消與轉(zhuǎn)發(fā)器單元的通信，和/或?qū)⒓贁?shù)據(jù)發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)器單元`，和/ 或輸出報(bào)警，和/或防止與轉(zhuǎn)發(fā)器單元的通信相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。
【文檔編號(hào)】G06K7/10GK103502998SQ201280020998
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月3日
【發(fā)明者】K.芬肯澤勒 申請(qǐng)人:德國捷德有限公司