从文件中读取数据的方法、阅读器、文件以及电子系统

摘要

本发明涉及一种借助阅读器(102)从文件(104)中读取数据(120)的方法。该方法中，通过阅读器形成传送器(110)的初级端；文件具有存储数据的电子存储器(118)、从存储器中读取数据的处理器工具(114)以及至少一个由处理器工具所控制的电子消耗设备(128、130、132)；通过文件形成传送器的次级端；处理器工具和至少一个电子消耗设备耦合到次级端以提供能量；该方法包括如下步骤：在初级端施加初级端电压(U)，以便在次级端耦合进能量；通过处理器工具控制至少一个电子消耗设备，从而形成随时间而变化的次级端负荷，初级端以此被调制；通过阅读器，对初级端的调制进行评估，以输出根据评估结果而决定是否读取数据的读取命令。

说明书

背景技术

EP 1 891 607 B1公开了一种从电子设备中读取数据站的方法。其 电子设备是文件的组成部分，并且包含一个分配表，其中文件的各个数 据对象都分配了一个基本访问控制(BAC)和/或外部访问控制(EAC) 协议，这取决于相关的数据对象所属的防护等级。WO 2007/141338 A2 也公开了一种此类方法。

属于同一个申请人、但申请时尚未公开的DE 10 2009 055 28中， 公开了利用阅读器读取文件的方法，其中，文件设置为用于执行第一和 第二密码协议，而且取决于阅读器，文件从中选择一个密码协议。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的从文件中读取数据的方法、阅读 器、文件及电子系统。

本发明的独立权利要求提供了实现上述发明目的的技术方案，而从 属权利要求则给出了本发明的某些优选实施方式。

一方面，本发明涉及一种在阅读器的辅助下从文件中读取数据的方 法。

本发明中，文件可以是纸制文件和/或塑胶制文件，特别是有价文件 或者安全文件，例如证明文件，特别是旅行护照、身份证、签证或者是 驾照、机动车证、汽车出厂执照、公司证明、健康卡或者其它ID文件、 IC卡、支付工具特别是银行票据、银行卡或者信用卡，以及货运单或者 其它的权利证明。

本发明中，文件具有一个非接触式通讯接口，例如无线射频识别 (RFID)接口或者近场通讯(NFC)接口。通讯接口除了用于在阅读 器和文件之间建立信息传递外，还将感应能量耦合进文件中，以便为文 件提供能量。此处，如果文件位于阅读器的有效范围内，阅读器就构成 了传送器(变换器，Uebertrager)的初级端(一次侧，Primaerseite)， 文件则构成了传送器的次级端(二次侧，Sekundaerseite)。

根据本发明一具体实施方式，阅读器和文件都有发送线圈和接收线 圈，它们互相耦合，使得通过所形成的传送器，一方面可以从阅读器将 能量感应耦合到文件中，另一方面也可以通过感应耦合的发送线圈和接 收线圈而在阅读器和文件之间建立数据通讯。

给初级端施加初级端的电压，例如通过阅读器的发送线圈和接收线 圈，电能就会耦合进次级端，也就是文件，使得文件的处理器得到电压 并被激活，从而开始执行程序指令。之后，处理器最少控制一个电子消 耗设备，从而实现随时间改变的次级端的负荷。

由于电磁耦合发送线圈和接收线圈，这种随时间改变的次级端的负 荷也会对初级端产生反作用，特别是会对初级端的电压、初级端的电流 或者初级端的共振行为产生反作用，也就是说，通过由初级端所形成的 复杂的阻抗，通过由随时间改变的次级端的负荷而产生调整(调制)。 该调制由阅读器来评估，并根据评估的结果，决定是否进行读取数据。

根据本发明一具体实施方式，根据随时间而改变的次级端负荷，来 调制初级端的电压，从而形成文件的安全标志。为了检验这种安全标志， 则通过阅读器来验证，初级端电压是否满足预定标准的要求，该初级端 电压是被根据随时间而改变的次级端负荷所调制的。预定标准可以是特 定的调制样式和/或是阅读器所接收到的关于调制的特定信息。另一种 方案或者可以作为补充的是，阅读器根据初级端电压的调制，来识别文 件的类型，和/或基于调制所接收到的信息而推导出读取数据所需要的 密码钥匙。

根据本发明一具体实施方式，初级端电压的频率大于1MHz，特别 是13.56MHz.。例如，文件和阅读器设置为执行无线射频识别(RFID) 或者近场通讯(NFC)方法，以产生非接触式通讯通道。

根据本发明一具体实施方式，阅读器在第一时间段生成高频载波， 即使阅读器没有通过载波给文件发送消息。阅读器通过载波和感应耦合 给文件提供能量，使得文件的处理器可以执行程序指令，处理器则根据 相应的预定控制顺序来控制文件的至少一个消耗设备。

由此，在第一时间段内接入初级端电压，并根据随时间而改变的次 级端负荷来影响初级端电压的调制。在对调制评估后，只要评估结果满 足预定的标准，就在第二时间段内，根据无线射频识别(RFID)或者 近场通讯(NFC)方法，在阅读器和文件之间建立双向通讯联系。特别 地，阅读器根据无线射频识别(RFID)或者近场通讯(NFC)方法通过 载波向文件发送读取命令。

根据本发明一具体实施方式，控制顺序是指文件的各种消耗设备的 开关顺序。例如，消耗设备可以是一个或者多个显示设备、生物测量传 感器、触摸屏和/或触摸板、温度传感器、运动传感器、照相机等。

根据本发明一具体实施方式，负荷是如此变化的，多张图片依序在 文件的显示设备上播放，就会关闭不同的图片，导致显示设备的功率消 耗不同。如果图片的亮度值不一样，发射型显示设备在这一点上就尤为 突出。文件的处理器相应地控制显示设备，一张接一张地依序显示多张 图片，次级端的负荷发生变化，对初级端就会相应地进行调制，特别是 对初级端的电压、电流或者共振行为进行调制，也就是在初级端形成了 复杂的阻抗。

另一方面，本发明还涉及一种阅读器，其在初级端具有发送载波、 以将能量耦合进文件的工具，并由此形成次级端；还具有基于次级端负 荷的变化情况来评估载波调制工具、以及根据调制的评估结果从文件的 电子存储器中读取储存数据的工具。

再一方面，本发明还涉及一种文件，其具有储存数据的电子存储器、 从存储器中读取数据的处理器工具、至少一个由处理器工具控制的电子 消耗设备以及用于耦合载波的非接触式通讯接口；其中，处理器工具和 至少一个消耗设备与通讯接口耦合，并通过其供应能量；其中，处理器 工具设置为根据预定的控制顺序来控制至少一个电子消耗设备，以改变 由至少一个消耗设备所形成的负荷。负荷的变化在读取前就得到文件的 许可。

又一方面，本发明涉及一种电子系统，其包括至少一个根据本发明 所设计的阅读器和至少一个根据本发明所设计的文件。该电子系统也可 以包含很多不同文件类型的根据本发明所设计的文件，其中，根据类型 随时间而改变的次级端负荷会产生不同的调制模式，以便于阅读器识别 文件类型。

根据本发明一具体实施方式，电压调制的评估是通过分析初级端电 压振幅进程和/或相位进程而实现的。这可以通过解调而实现，例如借 助阅读器的包络线接收器而实现。另一种方案或者是作为补充的是，阅 读器借助快速傅里叶变换(FFT)或者离散傅里叶变换(DFT)，通过 构建初级端电压的谱图，而实现对初级端电压调制的评估。另外，包络 线的电压进程可以通过滤波器、特别是低通滤波器和/或高通滤波器来 捕捉。然后，谱图或者包络线可以与参照谱图或者参照包络线进行比对， 以验证是否满足预定的标准。例如，如果阅读器得到的谱图/包络线与 参照谱图/参照包络线足够一致，则文件的相关安全标志就视为有效。

下面借助附图，来详细地描述本发明的优选实施方式。其中：

附图说明

图1a是根据本发明所设计的阅读器、文件和电子系统的一种具体 实施方式的方框图；

图1b是根据本发明所设计的阅读器、文件和电子系统的另一种具 体实施方式的方框图；

图1c是测量的初级端电压的包络线与参照包络线的比较；

图2是根据本发明方法的一种具体实施方式的流程图；

图3是根据本发明所设计系统的另一种具体实施方式的方框图；

图4是根据本发明方法的另一种具体实施方式的流程图。

具体实施方式

在下面的具体实施方式中，相应元件采用相同的附图标记。

图1a显示了电子系统100，其具有一个阅读器102和一个文件104。 阅读器102具有线圈106，文件具有线圈108。如果文件104放置在阅 读器102的有效范围内，线圈106和线圈108就会电磁耦合。线圈106 和线圈108耦合之后，就会形成传送器110，其不仅将电能从阅读器102 感应耦合到文件104中，也可用于消息传递，例如采用无线射频识别 (RFID)或者近场通讯(NFC)方法。

文件104具有一个电子电路112，例如其可以是以半导体芯片为基 础的集成电路，或者是聚合物印刷电路。电子电路112具有一个处理器 114，用于执行程序指令，特别是执行程序指令116，以界定控制顺序。 另外，电子电路112还具有一个电子存储器118，其中储存了至少一个 数据对象120。数据对象120可以是文件104所有者的私人数据，也可 以是颁发文件104的官方机构的数据，或者是其它信息。

电子电路112与线圈108并联，使得只要电能从阅读器102耦合进 线圈108，电子电路112就可以使用电压。同样，线圈108还可以并联 有文件104的一个或者多个消耗设备，此处的具体实施方式中有消耗设 备122、124和126。消耗设备通过开关128、130及132由处理器114 来控制。例如，开关128、130及132是可控制的半导体开关，特别是 晶体管，借助这些开关，处理器114通过执行程序指令116而决定开、 关消耗设备。

通过阅读器102将电压U接入线圈106，例如频率为1MHz或者更 高的高频电压，特别是13.56MHz。由此将产生载波，通过它将电能感 应耦合进线圈108。

阅读器102具有一个评估单元134，用于评估电压U的调制，它是 在控制顺序和由此所产生的负荷在次级端的变化的基础上获得的。例 如，通过评估单元134的快速傅里叶变换(FFT)或者离散傅里叶变换 (DFT)计算出调制电压U的谱图，并将其与参考谱图进行对比。另外， 评估单元134可以捕捉电压U的包络线电压进程，并与参照包络线进行 对比(参考图c)。如果两个谱图和/或包络线相互足够一致，则控制顺 序116和受控的消耗设备所给出的文件的安全标志有效。

根据本发明一具体实施方式，可以为此设置必需的条件或者足够的 条件，由阅读器102的逻辑组件136来执行读取协议，以读取数据对象 120。此处，逻辑组件136生成读取指令，通过传送器110传送给文件 104，并在此处由处理器114进行处理。处理器114从存储器118中读 取数据对象120，并针对阅读指令生成回复，通过回复将数据对象120 通过传送器110传送给阅读器102。

例如，消耗设备122、124和126可以是显示设备、温度传感器、 运动传感器、指纹传感器和照相机，用来进行生物数据扫描。

根据本发明一具体实施方式，整合在文件中的显示设备可以是双稳 态显示设备、电泳显示器、电色显示器、液晶(LCD)显示器、LED显 示器特别是无机LED显示器或者有机LED显示器(OLED)、转动元 件显示器、指针显示器(Balkenzeige)、光致发光消除显示器或者是基 于电润湿效应的显示器或者混合显示器。显示设备可以是点阵显示器， 特别是发射型点阵显示器。

评估单元134和逻辑组件136可以由阅读器102的一个或者多个微 处理器和相应的程序模块和/或逻辑电路组成。相应地，控制顺序同样 的执行也可以全部或者部分由程序控制和/或通过固定的接线逻辑来实 现。

图1b显示了一种具体实施方式，其中，消耗设备122、124和126 通过一个端口直接与处理器112连接。然后通过处理器114和线圈108 的电压量度器之间的消耗设备来接入电压，如图1b所示。在这个具体 实施方式中可以取消独立开关128、130和132，因为处理器114可以在 与消耗设备122、124和126连接的输出位置在内部控制电压。

图1c显示了参照包络线164，它保存在阅读器102中，例如保存在 评估单元134中(参考图1a和图1b的具体实施方式)。阅读器可以配 置一个包络线接收器，它与线圈106耦合，以计算电压U时间进程的包 络线166，如图1c中虚线部分所示。如果实际包络线166的线路与参考 线164十分接近，则视为满足预定标准的要求，例如视为文件的安全标 志有效或者是分配到参考曲线164的文件类型可识别。

图2是相应的流程图。第200步，阅读器102通过接入高频电压U 发送载波，通过载波将电能耦合接入文件104。由此将电压接入电子电 路112，由于接入的电压电路112中的振荡器开始振动，在其基础上由 处理器114执行程序指令116(第202步)。在执行程序指令116的基 础上，消耗设备122、124和126按照时间的顺序受到控制，以改变文 件104对阅读器102所形成的次级端负荷。例如，开关128、130和132 按照程序指令116所预定的顺序依次关闭并依次打开。通过随时间而变 化的次级端负荷，根据评估单元134的评估，调制电压U的振幅和/或 极(第204步)。如果对电压U的调制符合预定的标准(第206步)， 阅读器102通过逻辑组件136来执行读取协议。这样，阅读器102就通 过传送器向文件104发送读取指令，以读取数据对象120(第210步)。 反之则在第208步中断。

图3显示了根据本发明所设计的电子系统100的另一具体实施方 式。在该具体实施方式中，阅读器102配置了处理器138，用于执行程 序指令140、142和144。

程序指令140执行第一密码协议I的与阅读器102相关的步骤。反 之，程序指令142招执行第二密码协议II的与阅读器102相关的步骤。 另外，处理器138用于执行程序指令144，它主要是用于选择阅读器102 支持的密码协议，也就是这里所说的协议I或者II。

另外，阅读器102具有一个接收器146，用于解调电压U。例如接 收器146通过解调电压U得到一条信息，并将该信息传输给处理器138， 通过程序指令144计算协议。

另外，阅读器102具有一个光学传感器148，例如配置扫描仪用来 读取机器判读区(MRZ)。另外，阅读器102可以具有一个安全令牌或 者通过IC卡阅读器读取安全令牌(例如IC卡150)。IC卡150中可以 储存密码钥匙，用于执行阅读器102支持的协议，例如私人密码P和公 开密钥基础架构(PKI)基础上的证书Z，它包含属于私人密码钥匙P 的公共密码钥匙O以及具有读取权的特性。

另外，文件104.1和文件104.2都属于电子系统100，其结构类似， 但是文件类型不同。

文件104.1的处理器114.1用于执行程序指令116.1，程序指令116.1 执行第一文件类型的第一控制顺序I。相反地，文件104.2的处理器114.2 用于执行程序指令116.2，程序指令116.2执行第二文件类型的第二控制 顺序II。

例如，控制顺序I和II在开关顺序上是不同的，它们分别可以控制 开关128.1、130.1和132.1以及开关128.2、130.2和132.2。例如，开关 128.1、130.1和132.1在这个顺序中根据控制顺序I依次连接。反之， 开关128.2、130.2和132.2则在这个顺序中根据控制顺序II依次连接。

另外，文件类型也可以在数量、类型和消耗设备122.1,124.1,126.1 或者.122.2,124.2和126.2的负荷大小上有所差异。特别地，消耗设备可 以具有不同的现实或者虚拟的份额，也就是感应或者电容的份额。

另外，处理器114.1用于执行程序指令154.1，通过它来执行密码协 议I中与文件104.1相关的步骤。与之相反的是，处理器114.2用于执 行程序指令154.2，通过它来执行密码协议II中与文件104.2相关的步 骤。文件104.1和104.2的存储器118.1和118.2中可以储存不同的数据 对象120.1和120.2。

另外，文件104.2具有机器判读区(MRZ)，例如是国际民用航空 组织(ICAO)规定的机器判读区(MRZ)，但是是光学可读取的印刷 形式156。

此处所介绍的具体实施方式中，协议I是以迪菲-赫尔曼 (Diffe-Hellman)密码协议为基础的密码，例如信息技术安全联帮局所规 定的PACE协议。相应地，阅读器118具有一个接口，特别是键盘158， 用于输入密码(PW)。

与之相反的是，协议II此处执行基本访问控制协议，也执行外部访 问控制协议，特别是国际民用航空组织(ICAO)规定的协议。因此程 序指令154.2包含程序指令160，用于执行基本访问控制协议中关于文 件104.2的相关步骤，还包含程序指令162，用于执行外部访问控制协 议中关于文件104.2的相关步骤。

相应地，对于阅读器102，其程序指令140则执行协议I中与阅读 器102相关的步骤，例如PACE协议。其程序指令142则基本访问控制 协议和外部访问控制协议中与阅读器102相关的步骤。

如果文件104.1放置在阅读器102的有效范围内，通过接入初级端 电压U而产生的载波将电能耦合接入文件104.1，并开始执行程序指令 116.1。这样，开关128.1、130.1和132.1则按照控制顺序I所规定的顺 序关闭和打开。这样就会产生随时间变化的次级端负荷，从而导致相应 的对电压U的调制。针对文件类型I对电压U所特定的调制为阅读器 102指出，文件104.1是第一文件类型的文件。此处，电压U通过接收 器146进行解调，使得阅读器102接收到确定的模式，其通过执行程序 指令144而进行评估。例如，接收到的模式与文件I和II的参照模式进 行对比，如果接收到的模式与第一文件类型的参照模式一致，则选择执 行程序指令140。

接下来就开始执行程序指令140和154.1，以执行协议I。此处，用 户必须通过键盘158输入密码。成功执行协议I后，就可以从存储器118.1 中读取数据对象120.1，并由文件104.1发送给阅读器102。

如果文件104.1处于阅读器102的有效范围内，文件104.2也与以 上描述相似。在控制顺序II的基础上，阅读器102接收到另一个模式， 它用来识别协议II。在阅读器102的光学传感器148的辅助下，可以读 取机器判读区(MRZ)，也就是印刷体156，从中可以推导出对称密码 钥匙。

阅读器102将对称密码钥匙发送给文件104.2，并通过执行程序指 令160与参考值进行对比。如果接收到的对称密码钥匙与参考值一致， 接下来就通过执行程序指令162来执行EAC。此处，阅读器必须在IC 卡150的辅助下对文件104.2进行认证，例如根据质询-响应协议进行认 证。除此之外，阅读器102将证书Z发送给文件104.2，通过执行程序 指令162可以检测，阅读器102是否具有读取数据对象120.2所必须的 权限。如果成功执行了EAC，就可以从存储器118.2中读取数据对象 120.2，并将其发送给阅读器102。

在此所提到的具体实施方式中，其最大的优势在于，通过控制顺序 I和II不仅仅只是给出了安全标志，而同样也可以在不需要发送命令或 者其它的数据的情况下，让阅读器102识别各种文件类型，对此只要接 入电压U来发送载波。识别了各种文件类型后，在阅读器102和文件之 间就可以执行特定的通讯。特别地，通过阅读器102可以读取很多不同 的文件类型。

图4显示了本发明方法的另一具体实施方式的流程图：第300步， 阅读器发射载波。如果根据本发明所设计的文件放置在阅读器的有效范 围内，文件的处理器就开始执行预定的控制顺序。这样，就会产生随时 剪而变化的次级端负荷。

通过这种时间的变化，初级端电压U就被第一信息调制，其在第 304步中通过解调而由阅读器接收这个信息。另外，通过阅读器的光学 传感器(参考图3所介绍的具体实施方式中的阅读器的光学传感器148) 读取第二信息，例如文件的机器判读区(MRZ)。

第308步，开始执行密码协议，其中，第一和第二信息用于执行密 码协议。例如，第一信息和第二信息链接，执行位元XOR运算程序或 者用另外的方式方法互相组合。由此所得到的信息可以例如推导出一个 对称的密码钥匙，用来执行密码协议。对称密码钥匙由阅读器发送给文 件，并在那里与参考值进行对比。如果不一致，则不能成功执行密码协 议(第310步)，并在第312步中断。反之，文件向阅读器发送信号， 表示成功执行了密码协议。接下来阅读器就可以读取保存在文件的存储 器中的数据。

由此可以继续扩展到BAC，不仅仅只是从机器判读区(MRZ)光 学读取信息，而另外还要在随时间负荷变化的基础上从文件接收信息。 这些信息结合在一起，形成继续执行协议的依据。因为要求强制光学读 取机器判读区(MRZ)，在这个扩展的基础上BAC达到它的原始功能， 同时还可以保证，除了读取机器判读区(MRZ)外，也可以在调制负荷 的基础上接收第一信息。

附图标记清单

100电子系统

102阅读器

104文件

106线圈

108线圈

110传送器

112电子电路

114处理器

116程序指令

118电子存储器

120数据对象

122消耗设备

124消耗设备

126消耗设备

128开关

130开关

132开关

134评估单元

136逻辑组件

138处理器

140程序指令

142程序指令

144程序指令

146接收器

148光学传感器

150芯片卡

152芯片卡-阅读器

154程序指令

156印刷字样

158键盘

160程序指令

170程序指令