DE60018327T2

DE60018327T2 - Verfahren zur Sicherung einer bidirektionellen Datenübertragung mit einer Kennzeichnung und System zu dessen Durchführung

Info

Publication number: DE60018327T2
Application number: DE60018327T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Avenel
Original assignee: Valeo Securite Habitacle SAS
Current assignee: Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: EP1061211A1; EP1061211B1; ES2234539T3; DE60018327D1; FR2795263B1; FR2795263A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absicherung einer bidirektionalen Datenübertragung mit einem Identifizierer sowie ein System zu dessen Durchführung.
Ein System dieser Art enthält im allgemeinen eine Identifikationsvorrichtung mit Sendeschaltung und Empfangsschaltung, die im abgeschlossenen Raum installiert ist, und einen von einem Zugang wünschenden Benutzer mitgeführten Identifizierer, wobei ein Datenaustausch zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer vorgesehen ist, der normalerweise dann stattfindet, wenn die Entfernung zwischen Identifizierer und Identifikationsvorrichtung geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, wobei der Zugang nur dann gestattet wird, wenn die Identifikationsvorrichtung den Identifizierer authentifiziert hat.
Die Erfindung betrifft aufgrund ihrer am interessantesten erscheinenden Anwendung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein System zur Absicherung eines Zugangs zu einem Kraftfahrzeug, dessen Türen, insbesondere die Fahrgastraumtüren Schlösser enthalten, die über das Zugangssystem gesteuert werden.
Bei dieser Art von System muss der Benutzer, um Zugang zu erhalten, zunächst einen Identifikationsvorgang einleiten. Dieses Einleiten des Vorgangs kann beispielsweise mit Einwirken auf einen Steuerknopf erreicht werden, der sich an der Tür befindet, oder mittels einer Fernbedienung oder gegebenenfalls mit einem Anwesenheitssensor, der im abgeschlossenen Raum montiert ist. Allgemein ist dieses Einleiten des Identifikationsvorgangs so vorgesehen, dass es die Anwesenheit des Benutzers in der Nähe des abgeschlossenen Raums erforderlich macht, zu dem er Zugang erwünscht.
Der Identifikationsvorgang erfolgt aufgrund eines Datenaustauschs zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer, der beispielsweise aus einer Kennmarke mit elektromagnetischem Transponder besteht. Nach Auslösen des Vorgangs entsendet die im abgeschlossenen Raum montierte Identifikationsvorrichtung im allgemeinen ein Abfragesignal, das den Identifizierer aktiviert, welcher ein von der Identifikationsvorrichtung analysiertes, codiertes Signal ausgibt. Wenn das codierte Signal dem autorisierten Code entspricht, gestattet die Identifikationsvorrichtung den Zugang, indem sie beispielsweise ein oder mehrere Schlösser entriegelt. Die ausgetauschten Signale sind im allgemeinen elektromagnetische Signale.
Um die Sicherheit zu erhöhen, ist das System so ausgelegt, dass die Übertragungsweite vermindert wird und ein Identifikationsdatenaustausch zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer normalerweise nur dann stattfinden kann, wenn die Entfernung zwischen abgeschlossenem Raum und Identifizierer geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Metern.
Trotz dieser Vorkehrungen besteht bei einem solchen Zugangssystem die Gefahr, dass es über eine weitere Sende-/Empfangseinheit widerrechtlich benutzt wird, die in die Verbindung zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer zwischengeschaltet wird, wobei diese weitere Sende-/Empfangseinheit eigentlich nur als Abfangsender dient.
Beispielsweise könnten zwei gemeinschaftlich handelnde Übeltäter sich auf folgende Weise Zugang zum abgeschlossenen Raum verschaffen. Ein erster Übeltäter, der mit einem Sende-/Empfangssystem ausgestattet ist, welches sich beispielsweise in einer Umhängetasche befindet, nähert sich dem abgeschlossenen Fahrzeug, das ein autorisierter Benutzer soeben verlassen hat, während ein zweiter Übeltäter, der mit einem ähnlichen Sende-/Empfangssystem ausgestattet ist wie der erste, dem autorisierten Benutzer folgt, der den Identifizierer mit sich führt. Wenn der autorisierte Benutzer sich in ausreichender Entfernung befindet, löst der erste Übeltäter einen Identifikationsvorgang aus, indem er beispielsweise auf einen an einer Tür befindlichen Betätigungsknopf drückt. Die von der Identifikationsvorrichtung ausgegebenen Signale werden vom Sende- /Empfangssystem des ersten Übeltäters zum System des zweiten Übeltäters übertragen, das die Signale der Identifikationsvorrichtung zum Identifizierer abfängt. Letzterer antwortet sodann mit dem autorisierten Code, der über das Abfangsystem zur Identifikationsvorrichtung weitergeleitet wird, welche die Entriegelung der Schlösser steuert und dem Übeltäter Zugang ermöglicht.
Um einen solchen Missbrauch zu vermeiden, besteht das Prinzip darin, eine anormale Verzögerungszeit zu erfassen, die sich aus der Zwischenschaltung eines nicht autorisierten Abfangsenders zwischen der im Fahrzeug mitgeführten Identifikationsvorrichtung und dem vom Benutzer mitgeführten Identifizierer ergibt. Wenn jedoch für diese Messung einer anormalen Verzögerungszeit das von der Identifikationsvorrichtung ausgegebene Abfragesignal von dem zum Fahrzeug zurückgebrachten Identifizierer ohne Modulation einfach weitergeleitet wird, ist es für einen Übeltäter möglich, den Zeitpunkt zu ermitteln, wo diese Messung der anormalen Verzögerungszeit erfolgt, und das Missbrauchschutzsignal allein mit Hilfe des in der Nähe des Fahrzeugs befindlichen Sende-/Empfangssystems direkt zum Fahrzeug zurückzusenden. Mit anderen Worten kann der Übeltäter die Kommunikation mit dem Fahrzeug mit Hilfe eines einfachen Abfangsenders ohne Übertragung durch den Identifizierer kurzschließen.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren vorzuschlagen, das eine Absicherung einer bidirektionalen Datenübertrag für den Zugang zu einem abgeschlossenen Raum ermöglicht, indem ein eventueller Missbrauch durch eine Sende-/Empfangseinheit, wie etwa die oben erwähnte Einheit, verhindert wird.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, beispielsweise bei der Messung einer Verzögerungszeit den Identifizierer nicht als einfachen Abfangsender für das vom Fahrzeug ausgegebene Signal zu verwenden, damit der Übeltäter das von dem Identifizierer ausgegebene Signal erneut übertragen muss, wodurch zwangsweise eine längere Verzögerungszeit hervorgerufen wird.
Dazu ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Absicherung einer bidirektionalen Datenübertragung für den Zugang zu einem abgeschlossenen Raum, insbesondere zu einem Kraftfahrzeug, das darin besteht, zwischen einer im geschlossenen Raum installierten Identifikationsvorrichtung und einem zum Mitführen durch den Benutzer bestimmten Identifizierer einen Datenaustausch über eine Entfernung durchzuführen, wenn die Entfernung zwischen Identifizierer und Identifikationsvorrichtung geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, wobei der Zugang nur dann gestattet ist, wenn die Identifikationsvorrichtung den Identifizierer authentifiziert hat, wobei der Identifikationsvorgang das Ausgeben eines ersten codierten Identifikationssignals und zumindest eines zweiten Abfragesignals durch die Identifikationsvorrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verhindern eines Identifikationsdatenaustauschs zwischen der Identifikationsvorrichtung und einem nicht autorisierten Abfangsender ohne Übertragung durch den Identifizierer das Verfahren darin besteht, einerseits im Bereich des Identifizierers das von der Identifikationsvorrichtung stammende, vom Identifizierer empfangene, erste codierte Identifikationssignal zu Beginn des Identifikationsvorgangs zu decodieren, die Phase des von der Identifikationsvorrichtung stammenden, vom Identifizierer empfangenen zweiten Abfragesignals in Abhängigkeit vom zuvor durch Decodieren erhaltenen Identifikationscode sequentiell umzukehren, das genannte zweite Signal zur Identifikationsvorrichtung zurückzusenden, damit diese die Phasenverschiebung zwischen dem von der Identifikationsvorrichtung erzeugten zweiten Abfragesignal und dem vom Identifizierer stammenden, von der Identifikationsvorrichtung empfangenen zweiten Signal erfassen kann, und die Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die erfasste Phasenverschiebungssequenz nicht dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode entspricht. Dieser Identifikationscode kann aus einer pseudo-zufälligen Sequenz nach einem vorbestimmten Algorithmus bestehen, welche der Übeltäter nicht kennen kann. Wenn der Übeltäter nun einen einfachen Abfangsender benutzt, um direkt mit der Identifikationsvorrichtung zu kommunizieren, empfängt letztere das zweite Abfragesignal ohne Phasenumkehr, was nicht dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode entspricht, wodurch der Zugang zum Fahrzeug verhindert wird.
Vorteilhaft ist das von der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Abfragesignal ein gepulstes Schwingsignal und der Identifikationscode ein digitaler Code mit einigen Bits, beispielsweise drei Bytes, so dass die Phasenumkehr eines Impulses des zweiten Abfragesignals im Bereich des Identifizierers je nach Binärwert eines jeden Bit dieses Identifikationscodes aufeinanderfolgend aktiviert bzw. deaktiviert wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal besteht das Verfahren darin, dem von der Identifikationsvorrichtung empfangenen zweiten Abfragesignal im Bereich der Identifikationsvorrichtung eine zusätzliche Phasenverschiebung um 90° aufzuprägen und im Schritt zum Erfassen der Phasenverschiebung einen Binärwert für jeden Impuls des zweiten Signals zuzuordnen, je nachdem, ob die Phase des empfangenen zweiten Signals um etwa 90° bezüglich der Phase des erzeugten zweiten Signals vor- oder nacheilt, um zu überprüfen, ob die Sequenz der so zugeordneten Binärwerte wohl dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode entspricht.
Zum Verhindern eines Identifikationsdatenaustauschs über eine Entfernung, die über dem vorgenannten, vorbestimmten Grenzwert liegt, insbesondere durch Zwischenschaltung eines nicht autorisierten Abfangsenders zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer, besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform das Verfahren ferner darin, im Bereich der Identifikationsvorrichtung die Phase zwischen dem von der Identifikationsvorrichtung erzeugten zweiten Abfragesignal und dem vom Identifizierer stammenden, von der Identifikationsvorrichtung empfangenen zweiten Signal zu diskriminieren, das bei der Phasendiskriminierung entstandene Signal zu filtern, um ein Gleichspannungssignal auszugeben, das für die Phasenverschiebung repräsentativ ist, und die Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die Differenz zwischen der Amplitude des genannten Gleichspannungssignals und der Amplitude eines Bezugssignals einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Die Erfindung zielt auch auf ein System zum Durchführen des vorgenanten Verfahrens ab, bei dem die Identifikationsvorrichtung eine Sendeschaltung und eine Empfangsschaltung enthält und der Identifizierer einen Sender und einen Empfänger aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es im Bereich des Identifizierers ein Decodiermittel zum Decodieren des ersten codierten Identifikationssignals, ein Phasenumkehrmittel zum Umkehren der Phase zumindest eines zweiten Abfragesignals gemäß einer Sequenz, die von einer Steuerzentraleinheit in Abhängigkeit vom Identifikationscode gesteuert wird, der von dem Decodiermittel geliefert wird, und im Bereich der Identifikationsvorrichtung ein Phasenverschiebungserfassungsmittel enthält, das am Eingang zugleich das von einem Generator der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Abfragesignal und das von dem Identifizierer stammende, von der Empfangsschaltung der Identifikationsvorrichtung empfangene zweite Signal empfängt, sowie eine Verarbeitungszentraleinheit, welche die Phasenverschiebung analysieren kann, die so in Abhängigkeit von dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode erfasst wird.
Vorteilhaft erzeugt der Generator der Identifikationsvorrichtung das zweite Abfragesignal in Form eines gepulsten Schwingsignals, von dem jeder Impuls eine vorbestimmte Trägerfrequenz hat, beispielsweise in Niederfrequenz bei 125 KHz, wobei die genannten Impulse eine vorbestimmte Wiederholungsperiode beispielsweise in der Größenordnung von 8 μs haben, und der Identifikationscode ein binärer Code mit einigen Bits ist, mit einer Einheitsdauer von beispielsweise 200 μs, beispielsweise mit drei Bytes, wobei der Wert 1 bzw. 0 eines jeden Bit dazu bestimmt ist, das Phasenumkehrmittel für eine Dauer zu aktivierten bzw. zu deaktivieren, die im wesentlichen der des Bit 1 bzw. 0 entspricht.
Bei einer besonderen Ausführungsform enthält der Identifizierer einen Niederfrequenz-Empfänger mit einem Signalaufbereitungskreis, dessen Ausgang einerseits mit dem vorgenannten Decodiermittel und andererseits mit einem Eingang eines EXCLUSIVE-OR-Gate verbunden ist, welches das vorgenannte Phasenumkehrmittel bildet, wobei der andere Eingang des Gate die Bits des Identifikationscodes gemäß der Wiederholungsfrequenz der Impulse des zweiten Abfragesignals empfängt, wobei der Ausgang des Gate mit einem Hochfrequenz-Sender verbunden ist, der durch das Ausgangssignal des Gate moduliert wird.
Dabei kann zwischen dem Gate und dem Hochfrequenz-Sender des Identifizierers ein Schalter eingefügt sein, wobei der Schalter von der Steuerzentraleinheit gesteuert wird, um die Verbindung zwischen Gate und Sender während der Decodierphase des ersten Identifikationssignals zu öffnen und die Verbindung während des Empfangs und der Weiterleitung des zweiten Abfragesignals durch den Identifizierer zu schließen.
Auch kann vorgesehen sein, dass ein Phasenverschiebungsmittel zwischen einem Hochfrequenz-Empfänger der Identifikationsvorrichtung und dem Phasenverschiebungserfassungsmittel geschaltet ist, um dem vom Identifizierer stammenden, empfangenen zweiten Abfragesignal eine zusätzliche Phasenverschiebung um 90° am Eingang des Phasenverschiebungserfassungsmittels aufzuprägen, wobei letzteres aus einem D-Flipflop besteht, welches an einem weiteren Eingang das von dem Generator der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Abfragesignal empfängt, um am Ausgang für jeden Impuls des zweiten Abfragsignals einen Binärwert 1 bzw. 0 zuzuordnen, je nachdem, ob die Phase des empfangenen zweiten Abfragesignals um etwa 90° bezüglich der Phase des erzeugten zweiten Abfragesignals vor- oder nacheilt, wobei der Ausgang des genannten D-Flipflops mit der Verarbeitungszentraleinheit verbunden ist, um sie mit dem vorgenannten Identifikationscode zu vergleichen.
Zum Verhindern eines Identifikationsdatenaustauschs über eine Entfernung, die über dem vorgenannten, vorbestimmten Grenzwert liegt, insbesondere durch Zwischenschaltung eines nicht autorisierten Abfangsenders zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer, enthält vorteilhaft das System parallel zum Phasenverschiebungserfassungsmittel geschaltet einen Phasendiskriminator, der am Eingang das vom Generator der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Signal und das vom Identifizierer stammende, von der Empfangsschaltung empfangene zweite Signal empfängt, wobei ein Filtermittel am Ausgang des genannten Phasendiskriminators angeschlossen ist, um am Ausgang ein Gleichspannungssignal auszugeben, das für die Phasenverschiebung der genannten Signale repräsentativ ist, wobei das Gleichspannungssignal an die Verarbeitungszentraleinheit ausgegeben wird, welche für die Differenz zwischen der Amplitude des ausgegebenen Gleichspannungssignals und der Amplitude eines Bezugssignals empfindlich ist, um die Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Empfangsschaltung der Identifikationsvorrichtung eine Antenne enthält, die mit einem Hochfrequenz-Empfänger von beispielsweise 434 MHz verbunden ist, der einerseits an einen Eingang des vorgenannten Phasendiskriminators und andererseits an einen Eingang des vorgenannten Phasenverschiebungserfassungsmittels angeschlossen ist, und dass die Sendeschaltung der Identifikationsvorrichtung einen Niederfrequenz-Generator von beispielsweise 125 KHz enthält, der parallel an den weiteren Eingang des Phasendiskriminators, an den weiteren Eingang des Phasenverschiebungserfassungsmittels und an einen Antennenverstärker angeschlossen ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der vorgenannte Phasendiskriminator ein EXCLUSIVE-OR-Gate ist, das am Ausgang ein Signal ausgibt, dessen Gleichspannungskomponente linear in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen dem erzeugten Signal und dem empfangenen Signal über eine Halbperiode variiert. Dabei kann das vorgenannte Filtermittel ein Tiefpassfilter sein, beispielsweise mit einer Trennfrequenz im Bereich von 10 KHz.
Vorteilhaft enthält die Verarbeitungszentraleinheit einen Mikrokontroller, der mit einem AD-Wandler ausgestattet ist, um den Differenzwert zwischen ausgegebener Gleichspannung und Bezugsspannung digital zu verarbeiten und die Binärwerte des Ausgangssignals des D-Flipflops und den Identifikationscode zu vergleichen.
Dabei kann der Niederfrequenz-Generator der Identifikationsvorrichtung von der Verarbeitungszentraleinheit beispielsweise in einem Bereich von 120 – 130 KHz und mit einer Periode von etwa 1 ms vorzugsweise zufallsbedingt frequenzmoduliert werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal enthält das System ein Mittel zum Messen der Verzögerungszeit zwischen dem erzeugten Signal und dem empfangenen Signal, damit die Verarbeitungszentraleinheit die Zugangsunterbindung aufrecht hält, wenn der Messwert der Verzögerungszeit einen vorbestimmten Schwellenwert von beispielsweise einer oder zwei Wiederholungsperioden des zweiten Signals übersteigt.
Vorzugsweise besteht die Bezugsspannung, mit der die vom Filtermittel ausgegebene Gleichspannung verglichen wird, aus einem anfänglich abgespeicherten Wert, der vom System erlernt wurde.
Um den Gegenstand der Erfindung besser verständlich zu machen, wird nachfolgend eine in der beiliegenden Zeichnung dargestellte Ausführungsform beschrieben, die sich nur beispielhaft und nicht einschränkend versteht. Es zeigen:
1 ein Funktionsschema des erfindungsgemäßen Systems, und
2 ein Diagramm, das den Wert der Gleichspannung in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung darstellt.
In 1 enthält die beispielsweise in einem Fahrzeug mitgeführte Identifikationsvorrichtung einen Niederfrequenz-Spannungsgenerator V von beispielsweise 125 KHz, der am Ausgang eine Spannung V_E in Form von Impulsen liefert. Die Spannung V_E wird einerseits an einen Eingang eines EXCLUSIVE-OR-Gate 1 und an einen Eingang Ck eines sogenannten D-Flipflops 21 und andererseits an den Eingang eines Verstärkers 2 angelegt. Der Ausgang des Verstärkers 2 ist mit einer Kapazität 3 und einer Induktivität 4 in Reihe verbunden, wobei eine Anschlussklemme der Induktivität 4 mit der Masse verbunden ist. Die Induktivität 4 bildet die NF-Sendeantenne der Identifikationsvorrichtung.
Die Identifikationsvorrichtung enthält ferner eine Antenne 5, die mit dem Eingang eines Hochfrequenzempfängers 6 von beispielsweise 434 MHz verbunden ist. Der Ausgang des HF-Empfängers 6 ist mit einem Phasenverschiebungsmittel 7 in Reihe verbunden, um dem empfangenen Signal V_R eine Phasenverschiebung von 90° aufzuprägen. Der Ausgang des Phasenverschiebungsmittels 7 ist mit dem anderen Eingang des Gate 1 und mit einem weiteren Eingang Dat des D-Flipflops parallel geschaltet.
Das Gate 1 ist am Ausgang mit einem Tiefpassfilter 8 vierter Ordnung mit einer Trennfrequenz von etwa 10 KHz verbunden. Das Filter 8 ermöglicht es, am Ausgang die Gleichspannungskomponente Vcc des vom Gate 1 ausgegebenen Signals zu liefern. Die Spannung Vcc wird von einer Verarbeitungseinheit 9 empfangen, die einen Mikrokontroller enthält, welcher mit einem AD-Wandler mit 8 Bits ausgestattet ist. Die Verarbeitungseinheit 9 kann den vorgenannten NF-Generator steuern, dessen Anschlussklemme mit der Masse verbunden ist.
Die Anschlussklemmen Pr und Cl des D-Flipflops sind mit der Masse verbunden und der Ausgang Q des Flipflops 21 ist mit der Einheit 9 verbunden. Das Flipflop 21 wird nachfolgend nicht näher beschrieben, da es an sich bekannt ist.
Der beispielsweise von einer Kennmarke getragene Identifizierer enthält eine Induktivität 10, die parallel zu einer Kapazität 11 geschaltet ist und mit den beiden Eingangsklemmen eines Komparators 12 verbunden ist. Die Einheit 11, 12 bildet einen NF-Empfänger 13, der einen Weckkreis mit sehr geringem Verbrauch enthält, der eine Signalaufbereitung durchführt, um ein induziertes Signal V_I in Form von Impulsen zu liefern. Der Ausgang des Komparators 12 ist einerseits mit einem Eingang eines weiteren EXCLUSIVE-OR-Gate 22 und mit dem Eingang eines Decodiermittels 23 verbunden. Der Ausgang des Decodiermittels ist mit einer Steuerzentraleinheit 24 verbunden, die einen Schalter 25 über eine Verbindung 26 ansteuern kann und ein aus einer Sequenz von Binärwerten bestehendes Signal zu einem zweiten Eingang des Gate 22 senden kann. Das Ausgangssignal des Gate 22 ermöglicht es, einen HF-Sender 14 zu modulieren, der einer Antenne 15 des Identifizierers ein moduliertes Signal liefert, wenn der Schalter 25 geschlossen ist.
Mit dem Pfeil F1 ist die Übertragung des NF-Signals zwischen der Antenne 4 und der Antenne 10 angegeben und der Pfeil F2 stellt die Übertragung des HF-Signals zwischen der Antenne 15 und der Antenne 5 dar.
Nachfolgend wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems beschrieben.
Der Generator V erzeugt ein erstes codiertes Identifikationssignal, das aus Identifikationsbits besteht und über die Antenne 4 der Identifikationsvorrichtung ausgegeben und von der Antenne 10 des Identifizierers empfangen wird. Dieses erste codierte Identifikationssignal wird von dem Decodiermittel 23 decodiert, die zugleich der Steuerzentraleinheit 24 den Befehl gibt, das Öffnen des Schalters 25 zu steuern, um ein erneutes Aussenden dieses ersten Signals vom Identifizierer zu vermeiden. Das erste codierte Identifikationssignal wird mit einer Periode von etwa 200 μs pro Identifikationsbit ausgegeben.
Dann erzeugt der Generator V ein zweites Abfragesignal, das aus einer Spannung V_E in Form von Impulsen mit einer Trägerfrequenz von 125 KHz und einer Spitzenamplitude von 5 V bei jedem Impuls I_E besteht. In diesem Fall beträgt die Wiederholungsperiode der Impulse des zweiten Signals 8 μs. Dieses zweite Abfragesignal wird von dem Identifizierer empfangen, wobei am Ausgang seines Empfängers 13 ein gepulstes Schwingsignal V_I ausgegeben wird, dessen Hüllkurve in 1 dargestellt ist. Das Signal V_I wird am Eingang des Gate 22 empfangen, das ferner am Eingang ein Gleichspannungssignal in Form von Impulsen empfängt, die repräsentativ sind für die aufeinanderfolgenden Bits des Identifikationscodes, der zuvor über die Decodiermittel 23 erhalten wurde. Dabei hat die Steuerzentraleinheit 24 den Schalter 25 so angesteuert, dass die Verbindung zum Sender 14 geschlossen wird. Wenn bei einem Impuls I_I des Signals V_I ein Bit des Identifikationscodes bei 0 ist, gibt das Gate 22 am Ausgang den Impuls I_I aus, während dann, wenn das Bit bei 1 ist, das Gate 22 einen Impuls ausgibt, dessen Phase um 180° umgekehrt ist, und zwar für die gesamte Dauer eines Identifikationsbits, d. h. für 200 μs.
Selbstverständlich wird das zweite Abfragesignal nicht über das Decodiermittel 23 übertragen.
Das empfangene Signal V_R weist eine geringe Phasenverschiebung gegenüber dem Signal V_E beispielsweise in der Größenordnung von einigen hundert ns auf, und zwar aufgrund der Signalübertragungszeit, die sich aus der Entfernung und den elektronischen Bauteilen ergibt.
Bei fehlendem Phasenverschiebungsmittel 7 gibt das Gate 1 am Ausgang ein Signal aus, dessen Frequenz doppelt so hoch ist, d. h. in der Größenordnung von 250 KHz liegt. Das Tiefpassfilter 8 ermöglicht es, die Trägerfrequenz von 250 KHz zu eliminieren, um nur die Gleichspannungskomponente des Signals beizubehalten.
Wenn die beiden Antennen 4, 10 so positioniert sind, dass sie gleichphasig sind (d. h. mit Δφ = 0), beträgt die Spannung Vcc in etwa 0 V, wie im Diagramm in 2 angegeben ist. Bei Berücksichtigung der geringen Verzögerung aufgrund der bidirektionalen Datenübertragung F1 und F2, die in der Größenordnung von einigen hundert ns liegt, liegt die sich ergebende Spannung Vcc in der Größenordnung von einigen hundert mV. Das Gate 1 liefert nämlich ein Signal, dessen Gleichspannungskomponente zwischen 0 und 5 V variiert bei einer Phasenverschiebung Δφ zwischen 0 und 180°, wie in 2 ersichtlich ist. Es lässt sich somit eine Phasenverschiebung mit einer Genauigkeit in etwa von 5 V/180° = 28 mV/° erfassen. Da bei dem Signal V_E die Periode von 8 μs einem Wert von 360° entspricht, äußert sich eine Verzögerung in etwa von 100 ns, was 0,1 μs entspricht, in einer Phasenverschiebung von 0,1 × 360/8 = 4,5°. Somit entspricht eine geringe Verzögerung in etwa von 100 ns einer Gleichspannung Vcc gleich 4,5° × 28 mV/° = 125 mV.
Beispielhaft könnte der vorbestimmte Schwellenwert in der Größenordnung von 250 mV liegen, was einer Verzögerung von etwa 200 ns entspräche, während der Wert der Bezugsspannung bei 0 V läge.
Wenn dagegen die beiden Spulen 4, 10 gegenphasig sind, d. h. bei einer Phasenverschiebung Δφ = 180°, so liegt der Wert der Gleichspannung Vcc bei 5 V, wie in 2 ersichtlich ist.
Wenn also Vcc beispielsweise zwischen 0,25 und 4,75 V beträgt, bedeutet dies, dass die gesendeten und empfangenen Signale ungleichmäßig phasenverschoben sind, wodurch die Zugangsunterbindung zum Fahrzeug aufrechterhalten bleibt und/oder ein akustischer bzw. optischer Alarm ausgelöst wird.
Bei fehlendem Phasenverschiebungsmittel 7 wird das Flipflop 21 nicht verwendet, sondern nur das Gate 1 als Phasenverschiebungserfassungsmittel. Somit kann für jeden Impuls I_R des empfangenen Signals V_R die Verarbeitungszentraleinheit 9 dem genannten Impuls einen Binärwert gleich 0 zuordnen, wenn Vcc zwischen 0 und 1 V liegt, und dem Impuls ein Binärwert gleich 1 zuordnen, wenn die Spannung Vcc zwischen 4 und 5 V beträgt, um die Sequenz der genannten Binärwerte mit dem Identifikationscode zu vergleichen, der dem Fahrzeug bekannt ist. Somit kann das Gate 1 zugleich dazu dienen, eine Verzögerung zu erfassen und zu überprüfen, ob das Signal wohl über den Identifizierer übertragen wurde.
Selbstverständlich setzt die Erfindung voraus, dass die Empfangsantenne des Identifizierers während der Analyse des zweiten Signals nicht bezüglich der Sendeantenne umgekehrt wird, da ansonsten der Vergleich mit dem Identifikationscode verfälscht wird.
Um zu vermeiden, dass zwei mögliche Bezugsspannungswerte erhalten werden, nämlich 0 V und 5 V, je nachdem, ob die NF-Spulen gleichphasig oder gegenphasig sind, kann das Phasenverschiebungsmittel 7 hinzugefügt werden, um eine zusätzliche Phasenverschiebung um 90° einzuleiten. Somit erfasst das Gate 1 eine Phasenverschiebung unabhängig davon, ob die Spulen 4, 10 gleichphasig oder gegenphasig sind, die immer in der Größenordnung von 90° liegt, was einem Signal Vcc in etwa von 2,5 V bei einer Fehlertoleranz von 10 %, d. h. 0,25 V entspricht. Mit Hinzufügen des Phasenverschiebungsmittels 7 ist es möglich, einen einzigen Bezugsspannungswert abzuspeichern.
Wenn also ein Übeltäter einen Abfangsender zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer zwischenschaltet, könnte die gesamte Verzögerungszeit beispielsweise in der Größenordnung von 1 μs liegen, was einer zusätzlichen Phasenverschiebung von 45° zwischen dem empfangenen Signal und dem gesendeten Signal entspräche. Die resultierende Gleichspannung Vcc variiert damit um 45° × 28 mV/° = 1,25 V, was deutlich über dem Schwellenwert von 250 mV liegt.
Wenn jedoch ein Übeltäter Kenntnis über das erfindungsgemäße System erlangen sollte, könnte er versuchen, die Phasenverschiebung zu erhöhen, um sie beispielsweise von 45° auf 180° zu bringen, was die Verwendung des Abfangsenders für das System transparent machen würde. Mit anderen Worten könnte der Übeltäter in künstlicher Weise die Verzögerungszeit des empfangenen Signals so erhöhen, dass das empfangene Signal mit dem gesendeten Signal immer noch gleichphasig bzw. gegenphasig wäre.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, genügt es, die Frequenz des erzeugten Signals zufallsbedingt beispielsweise in einem Bereich von 120 bis 130 KHz und mit einer Veränderung der Frequenz beispielsweise jede Millisekunde zu variieren.
Beispielsweise wenn der Übeltäter meint, die Sendefrequenz liegt bei 125 KHz, könnte er versuchen, das Signal mit einer Verzögerungszeit von 8 μs zurückzusenden. Wenn dabei das Sendesignal in der Tat zu diesem genauen Zeitpunkt eine Frequenz von 120 KHz aufweist, was einer Periode von 8,33 μs entspricht, wird das empfangene Signal gegenüber dem gesendeten Signal mit einer Verzögerungszeit von 0,33 μs phasenverschoben, was einer Phasenverschiebung von etwa 14° und damit einer Veränderung der Gleichspannung Vc in der Größenordnung von 0,4 V entspricht, was deutlich höher ist als der Schwellenwert von 250 mV.
Wenn der Übeltäter weiß, dass die Sendefrequenz variieren kann, könnte er zunächst das von der Identifikationsvorrichtung ausgesendete Signal über eine volle Periode analysieren, um dessen Frequenz zu identifizieren, dann das Signal zur Identifikationsvorrichtung mit einer Gesamtverzögerung von zwei oder mehr Perioden zurücksenden, wodurch das System erneut für den Missbrauch transparent würde.
Um dies zu vermeiden, genügt es, ein Mittel zum Messen der Verzögerungszeit zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal hinzuzufügen. Wenn nämlich nun der Übeltäter zunächst die Frequenz des gesendeten Signals über eine Periode messen muss und es dann nach mindestens zwei Perioden zurücksenden muss, ist die sich ergebende Verzögerungszeit groß genug, um von einem relativ einfachen und kostengünstigen Verzögerungszeitmessmittel erfasst zu werden.
Bei Verwendung des Phasenverschiebungsmittels 7 kann das vorgenannte Flipflop 21 angewendet werden, um die Phasenverschiebung zwischen den Signalen an seinen Eingängen Ck und Dat zu erfassen, so dass dessen Ausgang Q ein Binärsignal ausgibt, dessen Wert gleich 1 ist, wenn der Eingang Ck um 90° bezüglich des Eingangs Dat nachteilt, und gleich 0, wenn der Eingang Ck um 90° bezüglich des Eingangs Dat voreilt. Der Ausgang Q des Flipflops 21 wird von dem Mikroprozessor der Zentraleinheit 9 analysiert, um ihn mit dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode zu vergleichen.
Schließlich ist anzumerken, dass bei Verwendung eines AD-Wandlers mit 8 Bits eine Digitalisierung des Signals Vcc mit einer Genauigkeit von 5 V/256 erhalten werden kann, d. h. etwa 19,5 mV/Bit. Da das Gate 1 eine Genauigkeit von 27 mV/° ermöglicht, wird mit dem AD-Wandler eine Genauigkeit von über 1° pro Bit erreicht.

Claims

Verfahren zur Absicherung einer bidirektionalen Datenübertragung für den Zugang zu einem abgeschlossenen Raum, insbesondere zu einem Kraftfahrzeug, das darin besteht, zwischen einer im geschlossenen Raum installierten Identifikationsvorrichtung und einem zum Mitführen durch den Benutzer bestimmten Identifizierer einen Datenaustausch über eine Entfernung durchzuführen, wenn die Entfernung zwischen Identifizierer und Identifikationsvorrichtung geringer ist als ein vorbestimmter Grenzwert, wobei der Zugang nur dann gestattet ist, wenn die Identifikationsvorrichtung den Identifizierer authentifiziert hat, wobei der Identifikationsvorgang das Ausgeben eines ersten codierten Identifikationssignals und zumindest eines zweiten Abfragesignals (V_E) durch die Identifikationsvorrichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verhindern eines Identifikationsdatenaustauschs zwischen der Identifikationsvorrichtung und einem nicht autorisierten Abfangsender ohne Übertragung durch den Identifizierer das Verfahren darin besteht, einerseits im Bereich des Identifizierers das von der Identifikationsvorrichtung stammende, vom Identifizierer empfangene, erste codierte Identifikationssignal zu Beginn des Identifikationsvorgangs zu decodieren, die Phase des von der Identifikationsvorrichtung stammenden, vom Identifizierer empfangenen zweiten Abfragesignals in Abhängigkeit vom zuvor durch Decodieren erhaltenen Identifikationscode sequentiell umzukehren, das genannte zweite Signal zur Identifikationsvorrichtung zurückzusenden, damit diese die Phasenverschiebung zwischen dem von der Identifikationsvorrichtung erzeugten zweiten Abfragesignal (V_E) und dem vom Identifizierer stammenden, von der Identifikationsvorrichtung empfangenen zweiten Signal (V_R) erfassen kann, und die Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die erfasste Phasenverschiebungssequenz nicht dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Abfragesignal (V_E) ein gepulstes Schwingsignal und der Identifikationscode ein digitaler Code mit einigen Bits, beispielsweise drei Bytes, ist, so dass die Phasenumkehr eines Impulses (I_I) des zweiten Abfragesignals (V_I) im Bereich des Identifizierers je nach Binärwert eines jeden Bit dieses Identifikationscodes aufeinanderfolgend aktiviert bzw. deaktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, dem von der Identifikationsvorrichtung empfangenen zweiten Abfragesignal (V_R) im Bereich der Identifikationsvorrichtung eine zusätzliche Phasenverschiebung um 90° aufzuprägen und im Schritt zum Erfassen der Phasenverschiebung einen Binärwert für jeden Impuls des zweiten Signals zuzuordnen, je nachdem, ob die Phase des empfangenen zweiten Signals um etwa 90° bezüglich der Phase des erzeugten zweiten Signals (V_E) vor- oder nacheilt, um zu überprüfen, ob die Sequenz der so zugeordneten Binärwerte wohl dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verhindern eines Identifikationsdatenaustauschs über eine Entfernung, die über dem vorgenannten, vorbestimmten Grenzwert liegt, insbesondere durch Zwischenschaltung eines nicht autorisierten Abfangsenders zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer, das Verfahren ferner darin besteht, im Bereich der Identifikationsvorrichtung die Phase zwischen dem von der Identifikationsvorrichtung erzeugten zweiten Abfragesignals (V_E) und dem vom Identifizierer stammenden, von der Identifikationsvorrichtung empfangenen zweiten Signal (V_R) zu diskriminieren, das bei der Phasendiskriminierung entstandene Signal zu filtern, um ein Gleichspannungssignal auszugeben, das für die Phasenverschiebung repräsentativ ist, und die Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die Differenz zwischen der Amplitude des genannten Gleichspannungssignals (Vcc) und der Amplitude eines Bezugssignals einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
System zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Identifikationsvorrichtung eine Sendeschaltung (2 – 4) mit Mitteln zum Ausgeben eines ersten codierten Identifikationssignals und zumindest eines zweiten Abfragesignals und eine Empfangsschaltung (5 – 7) enthält und der Identifizierer einen Sender (14) und einen Empfänger (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es im Bereich des Identifizierers ein Decodiermittel (23) zum Decodieren des ersten codierten Identifikationssignals, ein Phasenumkehrmittel (22) zum Umkehren der Phase zumindest eines zweiten Abfragesignals (V_I) gemäß einer Sequenz, die von einer Steuerzentraleinheit (24) in Abhängigkeit vom Identifikationscode gesteuert wird, der von dem Decodiermittel geliefert wird, und im Bereich der Identifikationsvorrichtung ein Phasenverschiebungserfassungsmittel (21) enthält, das am Eingang zugleich das von einem Generator (V) der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Abfragesignal (V_E) und das von dem Identifizierer stammende, von der Empfangsschaltung der Identifikationsvorrichtung empfangene zweite Signal (V_R) empfängt, sowie eine Verarbeitungszentraleinheit (9), welche die Phasenverschiebung analysieren kann, die so in Abhängigkeit von dem der Identifikationsvorrichtung bekannten Identifikationscode erfasst wird, wobei die Einheit Mittel enthält, um eine Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die erfasste Phasenverschiebungssequenz nicht dem Identifikationscode entspricht.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (V) der Identifikationsvorrichtung das zweite Abfragesignal (V_E) in Form eines gepulsten Schwingsignals erzeugt, von dem jeder Impuls (I_E) eine vorbestimmte Trägerfrequenz hat, beispielsweise in Niederfrequenz bei 125 KHz, wobei die genannten Impulse eine vorbestimmte Wiederholungsperiode beispielsweise in der Größenordnung von 8 μs haben, und der Identifikationscode ein binärer Code mit einigen Bits ist, mit einer Einheitsdauer von beispielsweise 200 μs, beispielsweise mit drei Bytes, wobei der Wert 1 bzw. 0 eines jeden Bit dazu bestimmt ist, das Phasenumkehrmittel (22) für eine Dauer zu aktivierten bzw. zu deaktivieren, die im wesentlichen der des Bit 1 bzw. 0 entspricht.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifizierer einen Niederfrequenz-Empfänger (13) mit einem Signalaufbereitungskreis enthält, dessen Ausgang einerseits mit dem vorgenannten Decodiermittel (23) und andererseits mit einem Eingang eines EXCLUSIVE-OR-Gate (22) verbunden ist, welches das vorgenannte Phasenumkehrmittel bildet, wobei der andere Eingang des Gate die Bits des Identifikationscodes gemäß der Wiederholungsfrequenz der Impulse (I_I) des zweiten Abfragesignals (V_I) empfängt, wobei der Ausgang des Gate mit einem Hochfrequenz-Sender (14) verbunden ist, der durch das Ausgangssignal des Gate moduliert wird.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gate (22) und dem Hochfrequenz-Sender (14) des Identifizierers ein Schalter eingefügt ist, wobei der Schalter von der Steuerzentraleinheit (24) gesteuert wird, um die Verbindung zwischen Gate und Sender während der Decodierphase des ersten Identifikationssignals zu öffnen und die Verbindung während des Empfangs und der Weiterleitung des zweiten Abfragesignals durch den Identifizierer zu schließen.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phasenverschiebungsmittel (7) zwischen einem Hochfrequenz-Empfänger (6) der Identifikationsvorrichtung und dem Phasenverschiebungserfassungsmittel (21) geschaltet ist, um dem vom Identifizierer stammenden, empfangenen zweiten Abfragesignal (V_R) eine zusätzliche Phasenverschiebung um 90° am Eingang des Phasenverschiebungserfassungsmittels aufzuprägen, wobei letzteres aus einem D-Flipflop besteht, welche an einem weiteren Eingang das von dem Generator (V) der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Abfragesignal (VE) empfängt, um am Ausgang für jeden Impuls des zweiten Abfragsignals einen Binärwert 1 bzw. 0 zuzuordnen, je nachdem, ob die Phase des empfangenen zweiten Abfragesignals (V_R) um etwa 90° bezüglich der Phase des erzeugten zweiten Abfragesignals (V_E) vor- oder nacheilt, wobei der Ausgang des genannten D-Flipflops mit der Verarbeitungszentraleinheit (9) verbunden ist, um sie mit dem vorgenannten Identifikationscode zu vergleichen.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verhindern eines Identifikationsdatenaustauschs über eine Entfernung, die über dem vorgenannten, vorbestimmten Grenzwert liegt, insbesondere durch Zwischenschaltung eines nicht autorisierten Abfangsenders zwischen Identifikationsvorrichtung und Identifizierer, das System parallel zum Phasenverschiebungserfassungsmittel (21) geschaltet einen Phasendiskriminator (1) enthält, der am Eingang das vom Generator (V) der Identifikationsvorrichtung erzeugte zweite Signal (V_E) und das vom Identifizierer stammende, von der Empfangsschaltung (5 – 7) empfangene zweite Signal (V_R) empfängt, wobei ein Filtermittel (8) am Ausgang des genannten Phasendiskriminators angeschlossen ist, um am Ausgang ein Gleichspannungssignal (Vcc) auszugeben, das für die Phasenverschiebung der genannten Signale repräsentativ ist, wobei das Gleichspannungssignal an die Verarbeitungszentraleinheit (9) ausgegeben wird, welche für die Differenz zwischen der Amplitude des ausgegebenen Gleichspannungssignals und der Amplitude eines Bezugssignals empfindlich ist, um die Zugangsunterbindung aufrechtzuerhalten, wenn die Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Empfangsschaltung (5 – 7) der Identifikationsvorrichtung eine Antenne (5) enthält, die mit einem Hochfrequenz-Empfänger (6) von beispielsweise 434 MHz verbunden ist, der einerseits an einen Eingang des vorgenannten Phasendiskriminators (1) und andererseits an einen Eingang des vorgenannten Phasenverschiebungserfassungsmittels (21) angeschlossen ist, und dass die Sendeschaltung (2 – 4) der Identifikationsvorrichtung einen Niederfrequenz-Generator (V) von beispielsweise 125 KHz enthält, der parallel an den weiteren Eingang des Phasendiskriminators, an den weiteren Eingang des Phasenverschiebungserfassungsmittels und an einen Antennenverstärker (2) angeschlossen ist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Phasendiskriminator (1) ein EXCLUSIVE-OR-Gate ist, das am Ausgang ein Signal ausgibt, dessen Gleichspannungskomponente linear in Abhängigkeit von der Phasenverschiebung zwischen dem erzeugten Signal (V_E) und dem empfangenen Signal (V_R) über eine Halbperiode variiert.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Filtermittel (8) ein Tiefpassfilter ist, beispielsweise mit einer Trennfrequenz im Bereich von 10 KHz.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungszentraleinheit (9) einen Mikrokontroller enthält, der mit einem AD-Wandler ausgestattet ist, um den Differenzwert zwischen ausgegebener Gleichspannung (Vcc) und Bezugsspannung digital zu verarbeiten und die Binärwerte des Ausgangssignals des D-Flipflops (21) und den Identifikationscode zu vergleichen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederfrequenz-Generator (V) der Identifikationsvorrichtung von der Verarbeitungszentraleinheit (9) beispielsweise in einem Bereich von 120 – 130 KHz und mit einer Periode von etwa 1 ms vorzugsweise zufallsbedingt frequenzmoduliert wird.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Mittel zum Messen der Verzögerungszeit zwischen dem erzeugten Signal und dem empfangenen Signal enthält, damit die Verarbeitungszentraleinheit (9) die Zugangsunterbindung aufrecht hält, wenn der Messwert der Verzögerungszeit einen vorbestimmten Schwellenwert von beispielsweise einer oder zwei Wiederholungsperioden des zweiten Signals übersteigt.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsspannung, mit der die vom Filtermittel (8) ausgegebene Gleichspannung (Vcc) verglichen wird, aus einem anfänglich abgespeicherten Wert besteht, der vom System erlernt wurde.