專利名稱：由終端進行的對電磁終端-應(yīng)答器耦合的認(rèn)證的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子系統(tǒng)，更具體地說，涉及使用電磁應(yīng)答器(即，可以由讀取和 /或?qū)懭虢K端無接觸并且無線地詢問的應(yīng)答器)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
很多通信系統(tǒng)基于終端所產(chǎn)生的電磁場的調(diào)制。它們的范圍從最簡單的用作防竊 設(shè)備的電子標(biāo)簽到其中用于與終端進行通信的應(yīng)答器(應(yīng)答器處于該終端的場中)配備有 計算功能(例如電子錢包)或數(shù)據(jù)處理功能的更復(fù)雜的系統(tǒng)。電磁應(yīng)答器系統(tǒng)基于在應(yīng)答器側(cè)和在終端側(cè)使用包括形成天線的繞組的振蕩電 路。這類電路旨在當(dāng)應(yīng)答器進入終端的場時通過近磁場耦合。終端和應(yīng)答器的振蕩電路通 常被調(diào)諧到與終端的振蕩電路的激勵頻率對應(yīng)的同一頻率。在多數(shù)情況下，應(yīng)答器沒有自主電源，而從終端的天線所輻射出的高頻場中提取 它們的電路所需的電源。當(dāng)應(yīng)答器必須與終端進行通信時，應(yīng)答器在接受數(shù)據(jù)交換之前可能必須對終端進 行認(rèn)證。例如，在應(yīng)答器用作支付工具(其為記賬貨幣或記賬單位)的應(yīng)用中，其可以保存 對于特定終端的支付。根據(jù)另一示例，與電子設(shè)備(例如個人數(shù)字助理或蜂窩電話)關(guān)聯(lián) 的芯片卡類型的應(yīng)答器通過與其它電子設(shè)備(例如膝上型計算機或臺式計算機)進行通信 來識別或者認(rèn)證用戶。對應(yīng)地，終端在將特定數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)答器之前可能必須對該應(yīng)答器進行認(rèn)證。當(dāng)前，認(rèn)證處理使用加密算法以及終端與應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)交換。這樣的處理需 要相當(dāng)多的功率和時間的計算。此外，任何加密處理或多或少地對目的在于發(fā)現(xiàn)認(rèn)證的秘 密從而入侵系統(tǒng)的攻擊是敏感的。

發(fā)明內(nèi)容
期望一種應(yīng)答器，該應(yīng)答器能夠在其必須向必須與之進行通信的終端傳送數(shù)據(jù)之 前對該終端進行認(rèn)證，并且期望所述終端也能夠?qū)λ鰬?yīng)答器進行認(rèn)證。還期望認(rèn)證處理獨立于任何加密方式。還期望具有快速、需較小功率以及較少量計算的認(rèn)證處理。為了實現(xiàn)這些目的中的全部或一部分以及其它目的，本發(fā)明提供一種由產(chǎn)生磁場 的終端對位于該場中的應(yīng)答器進行認(rèn)證的方法，其中將由所述終端針對所述應(yīng)答器的電阻負(fù)載的第一值所測得的與所述終端的振蕩 電路中的電流相關(guān)的第一數(shù)據(jù)傳送到所述應(yīng)答器；由所述應(yīng)答器針對所述電阻負(fù)載的第二值估計對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)，并且將該對應(yīng)的 第二數(shù)據(jù)傳送到所述終端；以及將所述第二數(shù)據(jù)與由所述終端針對所述電阻負(fù)載的第二值所測得的對應(yīng)的第三 數(shù)據(jù)進行比較。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述應(yīng)答器基于針對所述電阻負(fù)載的第一值以及第二電阻 負(fù)載值分別測得的所述第一數(shù)據(jù)以及與所述應(yīng)答器的振蕩電路所產(chǎn)生的直流電壓的電平 相關(guān)的第四數(shù)據(jù)估計所述第二數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述數(shù)據(jù)是在沒有應(yīng)答器處于所述終端的場中時所述終端 的振蕩電路中的電流與具有電阻負(fù)載的值的情況下該同一電流的比率。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在缺少認(rèn)證的情況下，所述終端故意發(fā)送不正確的數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供一種用于對產(chǎn)生磁場的終端以及出現(xiàn)在該終端的場中的應(yīng)答器進 行認(rèn)證的方法，其中由所述終端對所述應(yīng)答器進行認(rèn)證；以及為了對該終端進行認(rèn)證，所述應(yīng)答器利用所述第一和第四數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述應(yīng)答器基于所述第一和第四數(shù)據(jù)估計所述終端的振蕩 電路中的電流的值之間的比率，以及將該比率與所述第一數(shù)據(jù)進行比較。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述應(yīng)答器基于所述第一和第四數(shù)據(jù)估計所述電壓的值， 以及將該估計值與所測得的值進行比較。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在缺少由應(yīng)答器進行的認(rèn)證的情況下，所述應(yīng)答器故意發(fā) 送不正確的數(shù)據(jù)本發(fā)明還提供一種電磁應(yīng)答器，包括振蕩電路，其在整流電路的上游，所述整流電路能夠當(dāng)應(yīng)答器處于終端的磁場中 時提供直流電壓；以及至少一個處理單元，能夠?qū)崿F(xiàn)所述認(rèn)證方法。本發(fā)明還提供一種能夠產(chǎn)生用于應(yīng)答器的電磁場的終端，該終端包括能夠?qū)崿F(xiàn)所 述認(rèn)證方法的裝置。下面將結(jié)合附圖在以下對特定實施例的非限制性描述中詳細(xì)討論本發(fā)明的前述 目的、特征和優(yōu)點。


圖1是作為示例的、本發(fā)明適用的類型的應(yīng)答器系統(tǒng)的非常簡化的表示；圖2是電磁應(yīng)答器通信系統(tǒng)的終端和應(yīng)答器的簡化框圖；圖3是示出由應(yīng)答器進行的終端認(rèn)證的方法的實施例的功能框圖；圖4示出圖3的實施例的變型；以及圖5是能夠?qū)K端進行認(rèn)證的應(yīng)答器的實施例的框圖。
具體實施例方式在不同附圖中，以相同標(biāo)號來表示相同元件。為了簡明，僅示出和描述對于理解本 發(fā)明有用的那些步驟和元件。特別地，沒有詳述應(yīng)答器與終端之間的通信的編碼和調(diào)制，本 發(fā)明與任何通常的通信兼容。此外，除了由應(yīng)答器進行認(rèn)證之外，可以由終端或該應(yīng)答器實 現(xiàn)的其它功能也沒有詳述，本文中本發(fā)明還與終端或應(yīng)答器的任何通常的功能兼容。圖1是電磁應(yīng)答器通信系統(tǒng)的框圖。終端1 (TERMINAL)能夠在近場(例如，根據(jù) 近場通信協(xié)議NFC)中與遠距元件(即應(yīng)答器(TRANS))進行通信。
終端可以采用不同的形式，例如，交通票據(jù)驗證終端、電子護照讀取器、膝上型計 算機、移動通信設(shè)備(GSM電話、PDA等)、用于啟動機動車輛的電子控制單元等。應(yīng)答器可以類似地采用不同的形式，例如，芯片卡、電子交通票據(jù)、電子護照、通信 終端(GSM電話、PDA等)、電子標(biāo)簽等。圖2非常示意性地示出終端1和應(yīng)答器2的示例。終端1包括振蕩電路，通常為串聯(lián)，由電感Ll與電容器Cl、電阻器Rl串聯(lián)形成。 在圖2的示例中，這個串聯(lián)振蕩電路連接在放大器或天線耦合器14的輸出端子12與處于 基準(zhǔn)電壓(通常是地)的端子13之間。例如，用于測量振蕩電路中電流的元件15插入在 電容元件Cl與地13之間。測量元件15屬于相位調(diào)節(jié)環(huán)，其在下文中進行描述。放大器14 接收源自調(diào)制器16(M0D)的高頻傳輸信號，調(diào)制器16例如從石英振蕩器(未示出)接收基 準(zhǔn)頻率(信號0SC)。調(diào)制器16根據(jù)需要接收源自用于控制和利用傳輸?shù)碾娐?1的信號 Tx。電路11通常設(shè)置有控制和數(shù)據(jù)處理微處理器，與不同的輸入/輸出電路(鍵盤、顯示 器、與服務(wù)器交換的元件等)和/或處理電路(未示出)進行通信。終端1的元件一般從 連接到例如電力線分布系統(tǒng)(輸電干線)或電池(例如，機動車輛或便攜式電話或計算機 的電池)的電源電路(未示出)抽取它們的操作所需的功率。調(diào)制器16將高頻載波(例 如，處于13. 56MHz)提供給串聯(lián)的振蕩電路L1-C1，該串聯(lián)的振蕩電路Ll-Cl產(chǎn)生磁場。例如，電容元件Cl是可受信號CTRL控制的可變電容元件。該元件參與天線Ll中 的電流Il相對于基準(zhǔn)信號的相位調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)是高頻信號(即與在沒有待發(fā)送數(shù)據(jù)Tx的 情況下提供給放大器14的信號對應(yīng)的載波的信號)調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)通過改變終端的振蕩電 路的電容Cl來執(zhí)行，以將天線中的電流保持為與基準(zhǔn)信號具有恒定相位關(guān)系。該基準(zhǔn)信號 例如對應(yīng)于提供給調(diào)制器14的信號0SC。信號CTRL源自電路17 (COMP)，電路17具有檢測 相對于基準(zhǔn)信號的相位間隔并且相應(yīng)地修改元件Cl的電容的功能。比較器接收關(guān)于由測 量元件15 (例如強度變換器或電阻器)檢測出的振蕩電路中的電流Il的數(shù)據(jù)MES。能夠與終端1協(xié)作的應(yīng)答器2包括振蕩電路，該振蕩電路例如為并聯(lián)，由兩個端子 21和22之間的電感L2與電容器C2并聯(lián)形成。并聯(lián)振蕩電路(稱為接收模式諧振電路) 旨在捕獲由終端1的振蕩電路Ll-Cl產(chǎn)生的磁場。電路L2-C2和Ll-Cl調(diào)諧到相同諧振頻 率(例如13. 56MHz)。端子21和22連接到整流橋23 (通常是全波整流橋)的兩個交流輸 入端子。橋23的整流輸出端子分別限定正端子24和基準(zhǔn)端子25。電容器Ca連接在端子 24與25之間，以對整流后的電壓進行平滑。所恢復(fù)的功率用于對電池(未示出)再充電。當(dāng)應(yīng)答器2處于終端1的場中時，在諧振電路L2-C2的兩端產(chǎn)生高頻電壓。該電 壓經(jīng)過橋23整流并且經(jīng)電容器Ca平滑，經(jīng)由電壓調(diào)節(jié)器26 (REG)為應(yīng)答器的電子電路提 供電源電壓。這類電路通常包括與存儲器(未示出)關(guān)聯(lián)的處理單元27 (例如微控制器 μ C)、可能已經(jīng)從終端1接收到的信號的解調(diào)器28 (DEM)、以及用于將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端的調(diào) 制器29 (MOD)。應(yīng)答器通常通過由塊20從在整流之前自端子21和22之一恢復(fù)的高頻信號 提取的時鐘(CLK)而同步。一般而言，應(yīng)答器2的所有電子電路集成在同一芯片中。為了將數(shù)據(jù)從終端1發(fā)送到應(yīng)答器，電路16根據(jù)信號Tx調(diào)制(通常以幅度調(diào)制) 載波(信號0SC)。在應(yīng)答器2—側(cè)，這些數(shù)據(jù)由解調(diào)器28基于電壓VCa解調(diào)。解調(diào)器可以 在整流橋的上游對將要解調(diào)的信號進行采樣。為了將數(shù)據(jù)從應(yīng)答器2發(fā)送到終端1，調(diào)制器29控制將應(yīng)答器電路所形成的負(fù)載
5調(diào)制(逆向調(diào)制)到由終端產(chǎn)生的磁場上的級30。該級30通常由在端子24與25之間串 聯(lián)的電子開關(guān)K30(例如晶體管)以及電阻器R30(或電容器)形成。以所謂的子載波頻率 (例如847. 5kHz)控制開關(guān)K30，該子載波頻率遠低于(通常，比率為至少10)終端1的振 蕩電路的激勵信號的頻率。當(dāng)開關(guān)K30接通時，應(yīng)答器的振蕩電路相對于電路20、26、27、28 和29所形成的負(fù)載受到額外阻尼，從而應(yīng)答器對來自高頻磁場的更多功率進行采樣。在終 端1這一側(cè)，放大器14將高頻激勵信號的幅度保持恒定。相應(yīng)地，應(yīng)答器的功率變化轉(zhuǎn)變 為天線Ll中電流的幅度和相位變化。這種變化由終端的幅度或相位解調(diào)器檢測出。在圖2 所示的實施例中，比較器17詢問相位解調(diào)器，該相位解調(diào)器也用于對源自應(yīng)答器的信號進 行解調(diào)。相應(yīng)地，比較器17對送回給電路11的信號Rx提供從應(yīng)答器接收的數(shù)據(jù)的可能的 逆向調(diào)制?？梢栽O(shè)置其它解調(diào)電路，例如利用電容器Cl兩端電壓的測量值的電路。應(yīng)答器與終端之間的編碼/解碼以及調(diào)制/解調(diào)通信存在很多變型。相位調(diào)節(jié)環(huán)的響應(yīng)時間足夠長，足以避免干擾來自應(yīng)答器的可能的逆向調(diào)制，并 且該響應(yīng)時間與應(yīng)答器在終端的場中穿過的速度相比足夠短。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠知道關(guān) 于調(diào)制頻率的靜態(tài)調(diào)節(jié)(例如，用于將數(shù)據(jù)從應(yīng)答器發(fā)送到終端的847. 5kHz逆向調(diào)制頻率 以及遠程電源載波的13. 56MHz頻率)。在文獻EP-A-0857981中描述了相位調(diào)節(jié)終端的示例。在終端側(cè)調(diào)節(jié)相位，這使得能夠利用應(yīng)答器的振蕩電路中的電流和電壓測量值， 從這些測量值中推導(dǎo)當(dāng)應(yīng)答器處于終端的場中時與應(yīng)答器耦合有關(guān)的信息。終端的振蕩電 路與應(yīng)答器的振蕩電路之間的耦合系數(shù)基本上取決于將應(yīng)答器與終端間隔的距離。耦合系 數(shù)表示為k，總是在0至1之間。該耦合系數(shù)可以由以下公式定義
Mk=7ET^，(公式 υ其中，M表示終端的振蕩電路的電感Ll與應(yīng)答器的振蕩電路的電感L2之間的互感。最佳耦合被定義為在應(yīng)答器的振蕩電路兩端的電壓\2最大的位置。該最佳耦合 表示為k。pt，可以表示如下k。M=(公式 2)
opt VLl R2其中，R2表示與應(yīng)答器的元件在其自身振蕩電路上所形成的負(fù)載等效的電阻。換 句話說，電阻R2表示應(yīng)答器2中與電容器C2和電感L2并聯(lián)的所有電路(在整流橋之前或 之后)的等效電阻。由于應(yīng)答器電路而引起的電導(dǎo)將被稱為“電阻負(fù)載”。該負(fù)載的水平由 并聯(lián)在振蕩電路兩端的電阻器R2表征。在以上公式2中，已經(jīng)忽略了電感Ll (終端天線) 的串聯(lián)電阻。為了簡化，也可以考慮，該串聯(lián)電阻的值包括在電阻器Rl的值中。公式2表示終端-應(yīng)答器耦合的簽名(signature)。對于同一應(yīng)答器以及給定的 操作條件(負(fù)載12)，最佳耦合系數(shù)根據(jù)對值Ll和Rl進行調(diào)節(jié)的終端而變化。提出利用該特征來使得應(yīng)答器能夠通過間接驗證該簽名來對終端(該應(yīng)答器處 于該終端的范圍中)進行認(rèn)證，以及類似地，使得終端能夠?qū)?yīng)答器進行認(rèn)證。為了認(rèn)證終端_應(yīng)答器耦合，利用了在其振蕩電路的電容元件C2兩端的電壓\2 的值。該電壓通過以下關(guān)系式提供
VC2 =—— ’ (公式 3)
ω C2其中，12表示應(yīng)答器的振蕩電路中的電流，并且，其中ω表示信號的相位。電流12等于
Γ Μ.ω.Il ......12 = Ζ2 ，(公式 4)
其中，Il表示終端的振蕩電路中的電流，并且，其中Ζ2表示應(yīng)答器阻抗。 應(yīng)答器的阻抗Ζ2由以下關(guān)系式提供 ζ L2、？ Zl1 = X2J +
R2.C2
,(公式5)其中，X2表示振蕩電路的阻抗的虛部(X2 = a-L2)，并且，其中R2表示與
應(yīng)答器元件在其自身振蕩電路上所形成的負(fù)載等效的電阻。換句話說，電阻R2表示應(yīng)答器 2中與電容器C2和電感L2(在整流橋之前或之后)并聯(lián)的所有電路(微處理器、逆向調(diào)制 裝置等)的等效電阻。由于應(yīng)答器電路而引起的電導(dǎo)，進而它們的消耗，將被稱為“電阻負(fù) 載”。該負(fù)載的水平由并聯(lián)在振蕩電路兩端的電阻器R2表征。此外，終端的振蕩電路中的電流Il由以下關(guān)系式給出
Vg= (公式 6)
zilSPP其中，Vg指所謂的發(fā)生器電壓，激勵終端的振蕩電路，并且，其中Zlapp表示振蕩電 路的表觀阻抗。調(diào)節(jié)終端的振蕩電路的相位能夠使得對于會關(guān)于調(diào)制頻率靜態(tài)地修改由應(yīng)答 器形成的負(fù)載的虛部的所有變化都能夠由相位調(diào)節(jié)環(huán)補償。因此，確保在靜態(tài)操作中阻抗 Zlapp的虛部為零。相應(yīng)地，阻抗Zlapp變?yōu)榈扔诒碛^電阻Rlapp (阻抗的實部)，并且可以表示 為Zlapp = Rlapp = Rl+ Z23.R2.C2 (公式 7)。在以上公式7中，已經(jīng)忽略了電感Ll (天線的端子)的串聯(lián)電阻。為了簡化，也可 以考慮將該串聯(lián)電阻的值包括在電阻Rl的值中。由于振蕩電路經(jīng)過調(diào)諧，因此可以認(rèn)為，作為第一近似，阻抗Z2的虛部X2接近于 零。結(jié)果，阻抗Z2的值可以寫為=公式 8)。通過將這種簡化代入公式4和7，并且將公式4代入公式3，則關(guān)于在應(yīng)答器的振 蕩電路兩端恢復(fù)的電壓V。2，可以獲得以下公式
νvg 佑 Rl l2 Ll (公式 9)。
--Η K --
R2 L2公式9說明，對于給定的終端(固定的Vg、Rl和Ll值)以及固定的阻抗L2(因而
7為固定的C2值)，電壓Vc2僅取決于耦合k以及由應(yīng)答器電路形成的并且與振蕩電路并聯(lián) 的電阻負(fù)載(等效于電阻器12)。應(yīng)注意，僅當(dāng)應(yīng)答器的振蕩電路L2-C2被看作設(shè)置為調(diào)諧頻率(即ω. VII^ = I )時可應(yīng)用公式9。對于給定的耦合值k，并考慮終端的振蕩電路的阻抗不變化，并且電路保持為調(diào)諧 的，則電壓Vc2的值VC2]K21與VC2]K2(1 (分別對于電阻器12的值R21和R20)之間的比率根據(jù)公 式2和9具有以下關(guān)系式 公式10示出通過將電阻器R2的值從第一值R20增加到更大的第二值R21(其等 同于減小應(yīng)答器電路在振蕩電路L2-C2上的負(fù)載)，電壓Ve2]K21將大于電壓Ve2]K2(1。反之，電 阻器R2的值減小會導(dǎo)致所恢復(fù)的電壓\2減小。終端-應(yīng)答器耦合的另一特征操作條件與終端的空載操作有關(guān)。公式6和7使得能夠?qū)憺?空載值表示當(dāng)沒有應(yīng)答器出現(xiàn)在終端的場中時終端側(cè)的電流和電壓。在這種空載 操作中，終端的振蕩電路的表觀阻抗僅取決于其組件Rl、Cl和Li。此外，由于相位調(diào)節(jié)的 原因，該阻抗的虛部總是為零。公式11變?yōu)?
(公式 12)。 對于相同的電流耦合k，公式11和12使得能夠?qū)憺?
(公式13) 公式12和13的組合提供 、2 因此，對于給定負(fù)載，電流比率提供關(guān)于最佳耦合系數(shù)(進而關(guān)于系統(tǒng)簽名)的信息。此外，當(dāng)應(yīng)答器以給定的電阻負(fù)載(例如等效于具有值R20的電阻器R2)出現(xiàn)在 終端的場中時，終端可以測量其振蕩電路Ll-Cl中電流I1]K2(I的值。當(dāng)表達了以電阻器R2的兩個值R20和R21所恢復(fù)的電壓的比率時，對于給定的耦 合k，并且組合公式10和14，獲得以下關(guān)系式
關(guān)系式
V。]R2i —1W"、…廠、
V^t λ (公式 15)
* C2]R20 KZU
R21
I空載_1
.I1]R20 )
對于R20 < R21，該關(guān)系式也可以寫為 λ R20
11 空載 _R21 , Ν
Il “ Vr21R20 (公式 16)，
11JRiO 2 _ C2]R20 VC2JR21
或者，對于R20 > R21，可以寫為 R20 1
11 空載 _ R21, 一
Tj~"γ-(公式 16’)。
A1]R20 VC2]R20 ι ^C2]R21
當(dāng)基于公式16表達比率R21/R20時，無論值R20是小于還是大于值R21，獲得以下 II,
1空載
-1
R20 H1R2I ^T=Uhl-(公式 17)
11空載 ι
I1R20 關(guān)系式17也可以表示為 Il空載_ R21
Il1R2I R20
,11
U空載
V11IRiO j
+ 1 (公式18)
提出使用空載電流之間的、在給定電阻負(fù)載(等效于具有值R20或R21的電阻器 R2)下的這些比率，以使終端對應(yīng)答器進行認(rèn)證，以及使應(yīng)答器對終端進行認(rèn)證。圖3是終端和應(yīng)答器的相互認(rèn)證的過程的實施例的功能框圖。假設(shè)事先已經(jīng)存儲并且記錄了終端的振蕩電路中的空載電流。優(yōu)選地，在終端處 于其實用環(huán)境中時執(zhí)行這種空載電流確定，以考慮到影響測量的可能的靜態(tài)干擾。根據(jù)優(yōu) 選的變型，周期性地更新空載電流的值(例如，被編程為在當(dāng)已知沒有應(yīng)答器出現(xiàn)時的系 統(tǒng)的空載時段中測量)。當(dāng)終端檢測到場中的應(yīng)答器時，該終端(例如憑借元件15)測量其振蕩電路中的 電流11(塊41，MES I1]K2(I，測量I1]K2(I)，然后計算所測得的值與空載電流之間的比率(塊 42，CALCdl㈣/I1]K2(1)MES，計算(11@/11]1；2(1) ^)。結(jié)果被發(fā)送到應(yīng)答器，應(yīng)答器存儲該結(jié) 果(塊 SZATOREai^/Il]·)^，存儲(IIfi載/11]咖)MES)。在從終端接收與電流有關(guān)的信息之前或之后，應(yīng)答器在電阻器R2為第一值R20的 情況下測量并且存儲電容器C2兩端的電壓Vc2 (塊51，MES VC2]E20,測量VC2]K2Q)。然后(塊53，R20- > R21)，應(yīng)答器修改其電阻負(fù)載，使得等效電阻器R2取值R21。 值R21例如被選擇為大于值R20。然后(塊54，MES Ve2]K21，測量Ve2]K21)，應(yīng)答器在該值R21 的情況下測量電壓Vc2，并且存儲結(jié)果。
然后，應(yīng)答器計算空載終端與具有電阻器R20的終端的電流Il的值之間的比率的 期望值(塊55，CALC(IlfiS/Il]K2Q)EVAL，計算(IlfiS/Il]K2Q)Em)，并將估計值與從終端接收到 的測量值作比較(塊 56，(IIfis/IIWmes= (II 空載/I1]K2。)eval )。在所述估計值與所述測量值不同的情況下(塊56輸出N)，這說明終端的振蕩電路 不符合簽名。如果測試56確認(rèn)所述估計值與所述測量值為相同值，則應(yīng)答器認(rèn)為終端是可信 的(塊58，0K)。否則(塊56輸出N)，應(yīng)答器啟動錯誤處理(塊59，錯誤，ERROR)。該處 理例如對應(yīng)于交易拒絕、應(yīng)答器重置、軟失敗操作(不執(zhí)行對于所操控的信息至關(guān)重要的 功能)等。還可以設(shè)置應(yīng)答器發(fā)送消息以通過故意不正確的信息(例如包括隨機數(shù)據(jù)的消 息)來誤導(dǎo)終端或者使其混淆。也可以設(shè)想各種其它處理，例如，在缺少通過密碼機制進行 的認(rèn)證的情況下通常設(shè)置的任何錯誤處理。如果認(rèn)為終端是可信的，則應(yīng)答器計算在空載狀態(tài)下以及值R21的情況下的電流 11之間的比率的估計值，并且將該估計值發(fā)送到終端(塊57，CALC (11 /11]E21) EVAL,計算
(II 空載/I1]R21)EVAL)。同時(在步驟53之后的任何時間)，應(yīng)答器通知終端應(yīng)答器已經(jīng)將其電阻負(fù)載 切換到另一值，以引起對電流Ii的新的測量。終端測量電流11(塊43，MES I1]K21，測量I1]K21)，然后計算空載電流Il與電流II」 K21的比率，并且存儲結(jié)果(塊44，CALC(IlfiS/Il]K21)MES，計算(II空載/I1]K21)腿s)。然后，終端針對應(yīng)答器所估計的值來驗證該終端已經(jīng)測得的值(塊45，(II㈣/11」 R21) MES = (IlfiS,/Il]E21)EVAL )。在二者相同的情況下(塊45輸出Y)，終端認(rèn)為應(yīng)答器是 可信的(塊46，0K)。否則，終端啟動錯誤處理(塊47，錯誤，ERROR)。與應(yīng)答器相似，可以 根據(jù)應(yīng)用設(shè)想不同的錯誤處理(例如，阻塞、故意發(fā)送不正確的信息等)。圖4局部示出圖3的變型，其中，以電阻器R2的值R21估計電壓Vc2 (塊55’， CALC (VC2]K21)Em，計算(VC2]K21)Em)以及將該估計值相對于在步驟54所測得的值作比較(塊 56，，(V咖Jeval= (VC2]E21)MES ？)來替代計算55和測試56。其余與圖3的實施例相同。圖 4的變型可以與圖3的實施例組合。相應(yīng)地，對于在調(diào)諧狀態(tài)下的系統(tǒng)和給定的終端(固定的Vg和Rl值)，可以通過 利用以兩個電阻負(fù)載(等效于電阻器R20和R21)在應(yīng)答器側(cè)獲得的電壓以及終端的振蕩 電路中的相應(yīng)電流來認(rèn)證應(yīng)答器-終端耦合。實際上，并不直接測量在應(yīng)答器的振蕩電路兩端的電壓，而是測量在整流橋23的 輸出處的電容器兩端的平滑后的電壓VCa。電壓Vca與電壓Vc2成比例。由于對電壓比率進 行估計，因此無需獲知電壓Vc2與Vca之間的比例因子。在特定實施例中，由微處理器執(zhí)行測 量。由模擬手段或優(yōu)選地通過數(shù)字方式以若干比特來執(zhí)行所測得的電壓的值的存儲，比特 的數(shù)量取決于期望的解析精度。可以按與上面所指出的順序不同的順序來執(zhí)行測試。然而，優(yōu)選地按計算復(fù)雜度 增加的順序來執(zhí)行所述測試，這使得能夠更快速地拒絕不適于應(yīng)答器的終端。此外，可以存儲不同的中間值，以在相繼的測試中重新使用，或者反之，在需要時 (on the fly)進行計算。在減小電阻器R2的值時可以考慮最小值，該最小值對應(yīng)于為應(yīng)答器電路保持足夠電源電壓的最小可接受值。該值是根據(jù)公式16’通過考慮比率R20/R2min而獲得的。Vc2fflin 表示電阻為R2min時的電壓，該公式變?yōu)?可以將值的容差或可接受范圍引入測試，以考慮到終端的可能的操作漂移，或者， 對于一類被授權(quán)的終端，以考慮到該類別的終端之間可能的可接受的偏差。因此，基于以應(yīng)答器的振蕩電路的兩個電阻值進行的兩次電壓測量，可對終端進 行認(rèn)證。此外，基于在這兩個電阻值的情況下在終端的振蕩電路中進行的兩次電流測量， 終端可以對應(yīng)答器進行認(rèn)證。這些認(rèn)證可以由終端、應(yīng)答器或二者加以利用。圖5是應(yīng)答器2的實施例的框圖，該應(yīng)答器2配備成當(dāng)其處于終端(未示出)的 場中時自動確定該終端是否被授權(quán)。圖5的表示相對于圖2的表示進行了簡化。特別地， 未示出解調(diào)、逆向調(diào)制以及用于獲得時鐘頻率的裝置。如前，應(yīng)答器2基于并聯(lián)振蕩電路L2-C2，該并聯(lián)振蕩電路L2-C2的端子21和22 連接到整流橋23的輸入端子。可以在穩(wěn)壓器26的輸出處設(shè)置測量用于處理單元的電流 Ic的元件。此外，可切換電阻電路40被設(shè)置在整流橋23的端子24與25之間。例如，并 聯(lián)連接兩個電阻器R43和R45，這兩個電阻器R43和R45分別與開關(guān)K43、K45串聯(lián)。開關(guān) K43和K45(例如MOS晶體管)目的是被開關(guān)以實現(xiàn)用于確定耦合位置的方法。處理單元 27 (PU)接收關(guān)于輸入MES上電壓Vca的信息，以實現(xiàn)上述方法。在圖5的示例中，在兩個電 阻器R43和R45被功能性連接時，電阻器R2 (應(yīng)答器電路的負(fù)載)具有值R20。所述電阻器 之一(例如電阻器R43)的斷開使得電阻R2朝向值R21增加。根據(jù)所實現(xiàn)的方法的實施例 可以設(shè)置其它連接和開關(guān)。例如，考慮到電阻器R2的兩個值之一對應(yīng)于其它應(yīng)答器電路的 電阻負(fù)載，可以使用單個可切換電阻器。根據(jù)優(yōu)選實施例，可切換電阻器對應(yīng)于用于電阻逆向調(diào)制的電阻器。例如，通過接 通逆向調(diào)制電阻器以使其在電路中起作用來執(zhí)行第一測量(在圖2的示例中開關(guān)Κ30處于 導(dǎo)通狀態(tài))。測量電壓VC2]K2(1。然后，開關(guān)K30斷開，測量電壓VC2]K21。作為變型，通過應(yīng)答器電路(通常為處理單元27)的消耗變化使得等效電阻R2增 加或減小。例如，為了減小電阻器R2的值(增加消耗)，觸發(fā)由單元27進行的計算或處理 的執(zhí)行。也可以通過因中斷某些計算而產(chǎn)生的單元27的消耗減小來使得等效電阻R2增加。 作為變型，受時鐘調(diào)節(jié)的執(zhí)行速度減慢(塊20)。從得知單元27將要執(zhí)行的不同任務(wù)的消 耗時獲知電阻R2的變化。認(rèn)證終端所需的計算非常簡單，這是因為它們的執(zhí)行時間相對于應(yīng)答器在終端前 面的位移速度(因而為耦合系數(shù)的變化速度)是可忽略的。特別是對于配備有執(zhí)行加密功 能的微控制器的應(yīng)答器也是如此，其中，這些計算量大的功能自身在可以認(rèn)為耦合不變化 的持續(xù)時間中執(zhí)行。在其它情況下，應(yīng)答器保持位于終端的接收表面上，因而耦合在更長的 時段中不變化。應(yīng)注意，如果黑客試圖截取在認(rèn)證期間交換的值，則黑客一出現(xiàn)于場中就改變終
11端和/或應(yīng)答器所見的阻抗，并且導(dǎo)致認(rèn)證失敗。應(yīng)注意，認(rèn)證通過簡單的計算和測量來執(zhí)行。以上已經(jīng)描述了具有不同變型的各種實施例。應(yīng)注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不付出 創(chuàng)造性勞動的情況下可以組合這些各種實施例以及變型的各個元素。特別地，待執(zhí)行的測 試的選擇和順序取決于應(yīng)用，例如取決于可用于執(zhí)行認(rèn)證的時間、應(yīng)答器的計算能力等。這些替換、修改以及改進方式旨在作為本公開的一部分，并且旨在包括在本發(fā)明 的精神和范圍內(nèi)。相應(yīng)地，前面的描述僅是示例性的，而非意在進行限制。本發(fā)明的范圍僅 由所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容所限定。
權(quán)利要求
一種由產(chǎn)生磁場的終端(1)對位于該場中的應(yīng)答器(2)進行認(rèn)證的方法，其中將由所述終端針對所述應(yīng)答器的電阻負(fù)載的第一值(R20)所測量(41，42)得到的與所述終端的振蕩電路(L1 C1)中的電流(I1)相關(guān)的第一數(shù)據(jù)((I1空載/I1]R20)MES)傳送到所述應(yīng)答器；由所述應(yīng)答器針對所述電阻負(fù)載(R2)的第二值(R21)估計(57)對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)((I1空載/I1]R21)EVAL)，并且將該對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)((I1空載/I1]R21)EVAL)傳送到所述終端；以及將所述第二數(shù)據(jù)與由所述終端針對所述電阻負(fù)載的第二值所測得的對應(yīng)的第三數(shù)據(jù)((I1空載/I1]R21)MES)進行比較(45)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述應(yīng)答器基于針對所述電阻負(fù)載的所述第一值 以及第二電阻負(fù)載值(R21)分別測得的所述第一數(shù)據(jù)以及與所述應(yīng)答器(2)的振蕩電路 (L2-C2)所產(chǎn)生的直流電壓的電平相關(guān)的第四數(shù)據(jù)(Ve2]K2CI，VC2]K21)估計所述第二數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)是在沒有應(yīng)答器處于所述終端的場中時 所述終端(1)的振蕩電路中的電流(Ilss)與具有電阻負(fù)載(R2)的所述值(R20，R21)的 情況下該同一電流(I1]K2Q，I1]E21)的比率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在缺少認(rèn)證的情況下，所述終端(1)故意發(fā)送不正 確的數(shù)據(jù)。
5.一種用于對產(chǎn)生磁場的終端(1)以及出現(xiàn)在終端(1)的場中的應(yīng)答器(2)進行認(rèn)證 的方法，其中所述應(yīng)答器根據(jù)權(quán)利要求1所述由所述終端進行認(rèn)證；以及為了對所述終端進行認(rèn)證，所述應(yīng)答器利用所述第一數(shù)據(jù)和第四數(shù)據(jù)(55，56;55’， 56，)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述應(yīng)答器基于所述第一數(shù)據(jù)和第四數(shù)據(jù)估計 (55)所述終端(1)的振蕩電路(Ll-Cl)中的電流的值之間的比率(ais^/Il]K2Q)Ei)，以 及將該比率與所述第一數(shù)據(jù)((Il3^Almcl)MEs)進行比較(56)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述應(yīng)答器基于所述第一數(shù)據(jù)和第四數(shù)據(jù)估計 (55’ )所述電壓的值((V。2]K21)EVAJ，以及將該估計值與所測得的值進行比較(56’)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在缺少由所述應(yīng)答器(1)進行的認(rèn)證的情況下，所 述應(yīng)答器故意發(fā)送不正確的數(shù)據(jù)。
9.一種電磁應(yīng)答器，包括振蕩電路(L2，C2)，其在整流電路(23)的上游，所述整流電路(23)能夠當(dāng)應(yīng)答器處于 終端⑴的磁場中時提供直流電壓(VJ ；以及至少一個處理單元(27)，能夠?qū)崿F(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法。
10.一種終端(1)，能夠產(chǎn)生用于應(yīng)答器(2)的電磁場，該終端(1)包括能夠?qū)崿F(xiàn)權(quán)利 要求1所述的方法的裝置。
全文摘要
一種由產(chǎn)生磁場的終端對位于該場中的應(yīng)答器進行認(rèn)證的方法，其中將由所述終端針對所述應(yīng)答器的電阻負(fù)載的第一值所測得的與所述終端的振蕩電路中的電流相關(guān)的第一數(shù)據(jù)傳送到所述應(yīng)答器；由所述應(yīng)答器針對所述電阻負(fù)載的第二值估計對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)，并且將該對應(yīng)的第二數(shù)據(jù)傳送到所述終端；以及將所述第二數(shù)據(jù)與由所述終端針對所述電阻負(fù)載的第二值所測得的對應(yīng)的第三數(shù)據(jù)進行比較。
文檔編號H04B5/00GK101931531SQ20101021271
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
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