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Der Artikel erschien 1997 in den DPMA-Erfinderaktivitäten.

Chipkarten

Dipl.-Ing. Horst Weißenberger

Der Beitrag gibt einen kurzen Überblick auf die verschiedenen Typen von Chipkarten, zeigt deren rasante Entwicklung und Verbreitung und geht auf die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und den Sicherheitsaspekt von Chipkarten ein.

Nach den Magnetstreifenkarten haben die Chipkarten in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Bereits die Bezeichnung weist auf den wesentlichen Unterschied zur Magnetstreifenkarte hin - die in der Karte integrierten elektrischen Bauteile (Chips). Mit dem Sammelbegriff Chipkarte werden verschiedene Ausführungsformen von Kartentypen bezeichnet. Weitere gängige Bezeichnungen sind die Begriffe Smartcard und Supersmartcard/Superchipkarte. Die DE 3811831A1 zeigt eine dieser Karten (Figur 1), die neben einer Anzeigeeinheit 13 noch eine Tastatur 12 aufweist, die beispielsweise der Eingabe eines kartenspezifischen Berechtigungscodes oder auch als Eingabetastatur, bei vorhandener Taschenrechnerfunktion, dient.

Eine weitere spezielle Form der Chipkarte stellt die SIM-Karte dar, die sich von dieser lediglich in ihren äußeren Abmessungen unterscheidet. Sie ist wesentlich kleiner als die Chipkarte, wobei allerdings die Größe des Kontaktfeldes unverändert bleibt. Dies ermöglicht es, dass die SIM-Karte mittels eines Adapters im Kreditkartenformat auch in einem Gerät verwendet werden kann, welches für die größere Chipkarte konzipiert ist. Eine solche SIM-Karte 2 mit zugehörigem Adapter 1 ist in der DE 4419073A1 dargestellt (Figur 2).

Üblicherweise findet die SIM-Karte ihren Einsatz bei Mobiltelefonen. Aufgrund der geringen Abmessungen verfügen SIM-Karten weder über eine Tastatur noch über eine Anzeigeeinheit.

Bei den Chipkarten ist als eines der Hauptunterscheidungs-Merkmale anzusehen, ob es sich um eine Karte des kontaktbehafteten oder des kontaktlosen Typs handelt. Bei dem kontaktbehafteten Typ erfolgt die Energie- und Informationsübertragung über eine Kontaktanordnung; Beispiele hierfür sind die derzeit verwendeten Telefon- oder Geldkarten. Im Gegensatz hierzu erfolgt die Energie- und Informationsübertragung bei dem kontaktlosen Typ mittels, induktiver oder kapazitiver Kopplung oder mittels Strahlungs-Kopplung.

In der DE 4212808C2 zeigt die Fig. 3 die Anordnung einer Spule 62 auf einer Chipkarte zur induktiven Informations- und Energieübertragung.
In der DE 4017420C1 zeigt die Figur 4 eine Chipkarte bei der die Informations- und Energieübertragung mittels Strahlungs-Kopplung, d.h. über IR-Sender 20,120 und IR-Empfänger 30,130 bzw. über Blitzlicht 142 und Solarzelle 42, erfolgt.
Was die Informations- und Energieübertragung angeht, so gibt es auch Chipkarten, die hiervon Mischformen aufweisen, z.B. wird die Energie induktiv übertragen, während die Informationsübertragung mittels Strahlungsenergie erfolgt.

Als weiteres Unterscheidungskriterium dienen die entsprechend der späteren Funktion der Karte verwendeten Einheiten, wie z.B. die verwendeten Speicherbausteine RAM, ROM, PROM, EPROM oder EEPROM, die Steuereinheit und eventuell eine zusätzlich vorhandene Anzeige und Tastatur. In Abhängigkeit von dem verwendeten Speicherbaustein müssen Chipkarten eine interne Stromversorgung aufweisen. Chipkarten können ferner für beide Kopplungsarten - kontaktbehaftet oder kontaktlos - ausgebildet sein. Eine solche Chipkarte mit den verschiedenen Möglichkeiten - 3,4,5,16 oder 17 - ist in der DE 19530823A1 (Figur 5) dargestellt.

Einige Daten zur Entwicklung und Verbreitung der Chipkarte

• 1970 Beginn der Entwicklung der Chipkarte und erste Patente (z.B. als Erfinder Roland Moreno (DE 2560689C2) und Jürgen Dethloff (DE 2760485C2)).
• 1978 Feldversuch im französischen Bankenbereich mit Chipkarten.
• 1983 Beginn der Erprobung von Kartentelefonen bei der Deutschen Bundespost.
• 1984 Einführung einer Telefonkarte durch die französische Post.
• 1985 Vorstellung der ersten Chipkarte mit einem Prozessor.
• 1986 Einführung der ersten kontaktlosen Chipkarte für den Einsatz in Kartentelefonen. In Japan wird ein erster Feldversuch für Superchipkarten (Supersmartcard - mit Display und Tastatur) durchgeführt.
• 1987 In Frankreich sind ca. 25 Millionen Telefonkarten und 6 Millionen Bankkarten im Einsatz.
• 1989 Die französische Post verkauft 40 Millionen Telefonkarten, und von der Deutschen Bundespost sind bereits 10000 öffentliche Kartentelefone in Betrieb genommen worden.
• 1991 In Deutschland werden pro Monat mehr als 600000 Telefonkarten verkauft.
• 1997 In Deutschland wird bei den Geldinstituten ab Januar die intelligente Chipkarte - als Geldkarte - eingeführt.

Anwendungsgebiete für die Chipkarte

Die Chipkarte hat in der Vielfältigkeit ihrer Anwendungen einen immer größeren Raum in unserem täglichen Leben eingenommen. Sie kommt über die ursprüngliche Verwendung als Telefonkarte hinaus inzwischen z.B. auch als Patientenkarte, als Geldkarte, als Kundenkarte, als Zugangsberechtigungskarte sowohl für Gebäude als auch für Pay-TV- Programme oder als Flugticket bzw. Bordkarte zum Einsatz. Viele weitere Anwendungen sind denkbar bzw. sind bereits entwickelt, wie z. B. der manipulationssichere Tachograph mit fahrerbezogener Chipkarte.

Über die Art der Chipkarte, die zum Einsatz kommt - kontaktlos oder kontaktbehaftet - entscheidet der spezielle Anwendungsfall mit seiner bestimmten Anwendungsumgebung. Dies kann zum einen eine Frage der zu erwartenden Anzahl von Lese- und Schreibzyklen d.h. Kontaktabnutzung bzw. Fehler durch längere Nichtbenutzung oder auch eine Frage der Verschmutzung des Einsatzortes oder der Benutzungshäufigkeit der Lesestation sein.

Anwendungssicherheit von Chipkarten

Die Sicherheit von Chipkarten mit Mikroprozessor beruht im Wesentlichen darauf, dass sie eine eingebaute - Sicherheitslogik, neben dem Prozessor einen auf dem Chip befindlichen Speicher, aufweisen. Dieser Aufbau unterscheidet die Chipkarte von einer passiven Karte, bei der auf den Karteninhalt z.B. im Magnetstreifen durch die aktive Lese-/ Schreibeinheit zugegriffen wird. Die Verwendung des karteninternen Prozessors, der selbst Teile des Datenaustausches zwischen Chipkarte und Lesegerät bewirkt bzw. durch Eingriff in die Daten beeinflusst, machen die Chipkarte selbst zu einem aktiven Teilnehmer am Datenaustausch. Damit einher geht auch eine Erhöhung des Sicherheitsstandards. Die höchste Stufe in der Hierarchie der Chipkarten nimmt die Chipkarte mit Prozessor und Speicher ein, bei der kryptographische Algorithmen zur Erhöhung des Schutzes eingesetzt werden.

Des Weiteren lässt sich die Identität des Benutzers beispielsweise durch sein Wissen d.h. die Eingabe einer PIN oder durch die Erfassung seiner biometrischer Eigenheiten wie z.B. Handform, Handflächenmuster, Geometrie der Iris, Stimmfrequenzspektrum u.s.w. feststellen. In der DE 19648767A1 zeigt die Fig. 6, wie mittels der auf der Chipkarte vorhandene Sensoren die Fingerabdrücke von Daumen D und Zeigefinger Z erfasst werden. Die nächste Figur zeigt eine Chipkarte mit Sensoren S zur Erfassung der Struktur der Netzhaut. Bei diesem Gerät blickt der Benutzer durch ein Loch L auf der Chipkarte in eine auf dem Schreib -/Lesegerät angeordnete Lichtquelle LQ. Die optischen Sensoren S auf der dem Benutzer zugewandten Seite der Chipkarte erfassen dann die Struktur der Netzhaut (Figur 7).

Zukünftige Entwicklung

Aus heutiger Sicht ist auch in Zukunft ist mit einem weiteren Anwachsen der Anwendungsmöglichkeiten von Chipkarten zu rechnen, was zu weiteren positiven Impulsen für den Chipkartenmarkt führen wird.

Literatur:

A. Beutelspacher, A. Kersten, A. Pfau, Chipkarte als Sicherheitswerkzeug, Springer-Verlag 1991, S. 5 und 6, ISBN 3-540-54140-3.

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Fig. 1: nach DE 3811831A1
 

Fig. 2: nach DE 4419073A1
 

Fig. 3: nach DE 4212808C2
 

Fig. 4: nach DE 4017420C1
 

Fig. 5: nach DE 19530823A1
 

Fig. 6: nach DE 19648767A1
 

Fig. 7: nach DE 19648767A1

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