Brevet FR2703486A1 — publié le 19941007

LECTEUR DE CARTES À MÉMOIRE MUNI D'UN DÉTECTEUR DE FRAUDE La présente invention concerne les lecteurs de cartes à mémoire (ou puce), et en particulier un dispositif de détection de l'utilisation d'une carte frauduleuse. Des appareils fonctionnant avec des cartes à puce comprennent un systeme d T introduction muni d'une fente et de palpeurs venant relier un circuit de traitement aux plots de contact de la puce d'une carte insérée dans la fente. Une possibilité de fraude consiste à simuler les fonctions d'une puce. Pour cela, un fraudeur insère dans la fente une carte factice comprenant seulement des plots de contact correspondant à ceux d'une puce ou bien comprenant une puce invalidée. Les plots de contact sont reliés par des fils ou des pistes conductrices à des circuits électroniques déportés hors du lecteur, permettant de simuler un fonctionnement de puce avantageux pour le fraudeur. Une telle fraude était auparavant particulièrement difficile à réaliser car les appareils à carte comprenaient des systèmes motorisés de réception des cartes qui escamotaient les cartes. Ces dispositifs sont en cours d'abandon car ils sont complexes et risquent de ne pas restituer une carte en cas de panne. Les systèmes actuels de réception de cartes, avec lesquels le type de fraude susmentionné est facile, comprennent une fente d'introduction de carte derrière laquelle se trouve un système de guidage de carte conçu pour qu T une partie de la carte reste apparente après insertion dans la fente. La figure 1 représente un système de détection de conducteurs frauduleux décrit dans la demande de brevet français 2 625 349. Cette demande de brevet mentionne dans sa description que ce dispositif est un perfectionnement à un dispositif de détection décrit dans la demande de brevet français 2 554 262. La figure 1 représente une plaque d'introduction 10 munie d'une fente dans laquelle a été introduite une carte à puce 12. La plaque d'introduction 10 est fixée sur une paroi d'un boîtier métallique 11 de protection du lecteur. La carte 12 comprend des plots de contact 12-1 qui, dans la position représentée, sont en contact avec des palpeurs 14 reliés à un circuit de traitement 16. Un interrupteur 18 sert à indiquer au circuit de traitement 16 que la carte 12 est dans sa position finale pour laquelle les plots 12-1 sont en contact avec les palpeurs 14. La plaque T introduction 10 est généralement une pièce moulée relativement épaisse sur laquelle sont montés des éléments en matière plastique, non représentés, de guidage de la carte 12 et de support des palpeurs 14 et de l'interrupteur 18. Le boîtier 11 est relié à la terre et sert de blindage aux circuits du lecteur qui pourraient être perturbes par des influences externes. Le circuit de traitement 16 est alimenté par une source de tension Vl dont la borne de potentiel bas est reliée à la masse. Comme cela est représenté, l'un des palpeurs 14 relie un plot 12-1 à la masse. La masse est généralement couplée à la terre par un condensateur de filtrage Cf de valeur relativement importante. Comme le représente la figure 1, une carte frauduleuse 12 comprend des conducteurs 12-2, dont un seul est représenté, tels que des pistes conductrices ou des fils électriques, reliant des plots de contact 12-1 à un circuit électronique externe 20. Pour simuler le fonctionnement d'une puce, il faut un nombre minimum de conducteurs, de T l'ordre de 2 à 5. Pour détecter la présence des conducteurs 12-2, la demande de brevet susmentionnée prévoit de disposer une électrode plate 22 en face d'une zone de la carte 12 par laquelle passent nécessairement les conducteurs 12-2. Un détecteur 24 comprend un générateur de signal alternatif 24-1 alimenté par la source V1. Le générateur 24-1 fournit un signal à un noeud flottant F qui constitue le potentiel de référence du détecteur. L'électrode 22 est reliée à T l'entrée d'un circuit redresseur 24-2 référencé par rapport au noeud F. La sortie du circuit redresseur 24-2 est fournie à T l'entrée d'un comparateur 24-3 recevant une tension de référence Vref sur une autre entrée. Le comparateur 24-3 est alimenté par une source de tension V2 dont la borne de potentiel bas est reliée au noeud flottant F. Lorsque des conducteurs frauduleux 12-2 sont présents, le signal fourni par le générateur 24-1 se reboucle par la masse en passant par le redresseur 24-2, par le couplage capacitif entre 1 électrode 22 et les conducteurs 12-2, et enfin par les palpeurs 14 dont un au moins est relié directement à la masse et les autres y sont reliés par des couplages internes au circuit de traitement 16 ou bien par des portes logiques que 1 ton commute à Il "O" (la masse) à T occasion de la détection. Le redresseur 24-2 fournit une tension au comparateur 24-3 qui, si elle est supérieure à la tension Vref, bascule le comparateur 24-3. Le comparateur 24-3 signale alors une fraude aux circuits du lecteur par l'intermédiaire d'un opto-coupleur 24-4. Idéalement, en l'absence de conducteurs 12-2, il nly a pas de couplage entre l'électrode 22 et la masse et le redresseur 24-2 ne fournit aucune tension au comparateur 24-3. Toute fois, en pratique, il existe toujours un couplage direct entre l'électrode 22 et la masse d'où la né neoessité de choisir une tension de référence Vref non nulle pour éviter des basculements intempestifs du comparateur 24-3. Pour que des lecteurs équipés de ce système fonctionnent effectivement, il a fallu réduire le plus possible le couplage parasite entre l'électrode 22 et la masse. Ceci était obtenu en éloignant ltélectrode 22 des palpeurs 14 (en la rapprochant de la plaque d T introduction 10), en réalisant la plaque 10 en un matériau isolant et en écartant, comme cela est représenté, les bords de la paroi métallique du boîtier 11 le plus possible de l'électrode 22. Les lecteurs en question sont les lecteurs fabriqués sous la dénomination PF32 par la société Schlumberger. Cette disposition entraîne ltexisten d'une zone dépourvue de blindage exposant T l'intérieur du lecteur à des influences externes. Notamment, la présence à proximité de la plaque 10 d'un objet conducteur externe au lecteur, tel que la main d'un utilisateur, peut augmenter le couplage entre l'élec- trode 22 et la paroi du boîtier 11, et donc entre l'électrode 22 et la masse puisque la paroi 11 est couplée à la masse par l'intermédiaire du condensateur de filtrage Cf. On peut alors déclencher intempestivement une détection de fraude. Ce problème peut être partiellement résolu en augmentant la tension de réfé renoue Vref, mais le détecteur devient alors moins sensible à la présence de conducteurs frauduleux 12-2 qui peuvent ne plus être détectés du tout T ils sont particulièrement fins. Un autre inconvénient de ce système est qu'il est particulièrement coûteux car il nécessite de nombreux composants discrets et notamment une alimentation flottante V2. Un objet de la présente invention est de prévoir un détecteur de conducteurs frauduleux dans un lecteur de carte à puce qui soit compatible avec l'utilisation d'une plaque d'introduction métallique. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel détecteur qui soit particulièrement économique. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit d'utiliser dans un détecteur du type de la figure 1, une plaque d'introduction métallique et d'exploiter, pour effectuer une détection, les couplages capacitifs présents entre l'élec- trode de mesure et les conducteurs frauduleux, et entre ces conducteurs et la plaque d'introduction (elle-même couplée à la masse). La présence d'une plaque métallique augmente, bien entendu, le couplage direct entre T électrode et la plaque. Toutefois, cet inconvénient est résolu par une mesure différentielle, c' est-à-dire que l'information utilisée pour une détection est la différence entre la mesure effectuée sur l'électrode et une valeur de comparaison correspondant à la capacité résultant du couplage direct. En outre, la présente invention prévoit, pour diminuer le nombre de composants discrets utilisés par le détecteur, de réaliser un grand nombre de fonctionnalités de détection à l'aide d'un micro-contrôleur effectuant également toutes les tâches classiques à effectuer dans le lecteur. La présente invention vise plus particulièrement un lecteur de cartes à mémoire comprenant une plaque d'introduction d'une carte à mémoire et un détecteur muni de moyens pour mesurer le couplage capacitif entre une électrode et un potentiel de référence. Selon l'invention, la plaque d'introduction est conductrice et couplée au potentiel de référence, et le détecteur comprend des moyens pour comparer à un seuil prédéterminé la différence entre la valeur mesurée du couplage capacitif et une valeur de comparaison correspondant au couplage entre l'électrode et le potentiel de référence en l'absence de conducteurs frauduleux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le lecteur comprend un transformateur dont le secondaire est couplé entre l'électrode et le potentiel de référence, et dont le primaire est couplé entre un générateur de signal périodique et le potentiel de référence. Des moyens sont prévus pour fournir la valeur du courant du primaire en tant que valeur du couplage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens pour mesurer le courant du primaire comprennent une résistance disposée en série avec le primaire, et un redresseur de la tension apparaissant aux bornes de la résistance. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le lecteur comprend un convertisseur analogique/numérique recevant la tension fournie par le redresseur, un commutateur pour déconnecter le secondaire du potentiel de référence et relier une capacité de comparaison entre les bornes du secondaire, et des moyens pour mémoriser en tant que valeur de comparaison la valeur fournie par le convertisseur lorsque la capacité de comparaison est reliée entre les bornes du secondaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le redresseur est un redresseur à diode. Le générateur et lesdits moyens pour comparer au seuil prédéterminé sont réalisés par programme dans un micro-contrôleur classique comprenant également le convertisseur analogique/numérique, ce microcontrôleur classique étant celui destiné à effectuer les tâches de gestion du lecteur de cartes. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente un système de détection classique de conducteurs frauduleux dans un lecteur de carte à puce, et la figure 2 représente un mode de réalisation de système de détection selon la présente invention. La figure 2 représente des mêmes éléments que la figure 1, désignés par des mêmes références. Selon l'invention, la plaque d'introduction 10 est métallique et reliée au boîtier 11, et l'électrode 22 est disposée approximativement au centre de la carte 12. Avec une telle disposition, et lorsque des conducteurs frauduleux 12-2 sont présents, il existe toujours un couplage entre l'électrode 22 et la masse par l'intermédiaire des palpeurs 14. Par contre, les inventeurs ont constaté qu'il existe aussi un couplage significatif entre 1 'électrode 22 et la masse par le chemin comprenant les conducteurs 12-2, la plaque d'introduction 10, et le condensateur de filtrage Cf ; ce couplage sera appelé "couplage utile" car, comme on le verra ci-après, c'est sur la détection de ce couplage que se base l'invention. Bien entendu, il existe un couplage capacitif direct entre l'électrode 22 et la plaque 10. L'invention prévoit de supprimer 1 'effet de ce couplage direct par une mesure différentielle. En outre, le couplage utile entre l'électrode 22 et la plaque 10 par l'intermédiaire des conducteurs 12-2 est significatif par rapport au couplage direct, et il peut être augmenté en augmentant, notamment vers l'extérieur du lecteur, la surface des parois de la fente d'introduction susceptibles de se trouver en regard d'éventuels conducteurs frauduleux 12-2. L'électrode 22 est reliée à une borne du secondaire s d'un transformateur T, l'autre borne de ce secondaire étant représentée reliée à la terre (elle pourrait aussi être reliée à la masse). Une borne du primaire p du transformateur T est reliée à un générateur 16-1 de signal périodique par 1 'intermé- diaire d'un condensateur C1. L'autre borne du primaire p du transformateur T est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance Rl. La tension aux bornes de la résistance R1, représentative du courant de primaire du transformateur T, est fournie à un circuit de mesure 26 comprenant une diode D1 reliée entre la résistance R1 et un filtre formé par un condensateur C2 et une résistance R2 disposés en parallèle entre la cathode de la diode D1 et la masse. La tension continue recueillie aux bornes du condensateur C2 est fournie à un convertisseur analogique/ numérique 16-2. De nombreux lecteurs de cartes existants possèdent un convertisseur analogique/numérique qui pourra aussi être utilisé selon l'invention. Avec cette configuration, la tension numérisée fournie par le convertisseur 16-2 est l'image de l'impédance présentée par le primaire p du transformateur T. Or, l'impédance du primaire du transformateur T correspond, à un facteur multiplicatif près, à l'impédance de la charge reliée au secondaire du transformateur T, c'est-à-dire à la capacité entre l'électrode 22 et la terre. De préférence, le rapport du nombre de spires entre le secondaire et le primaire du transformateur T est très supérieur à 1, de manière que la capacité entre l'électrode 22 et la terre soit amplifiée lorsqu'elle est ramenée au primaire. Dans ce cas, le circuit de mesure 26 n'a pas besoin d'être particulièrement sensible. En outre, grâce à cette amplification de la capacité à mesurer, la fréquence du générateur 16-1 peut être choisie basse (de l'ordre de 5 kHz), ce qui facilite sa réalisation ; alors que, dans un circuit classique tel que celui de la figure 1, il fallait utiliser une fréquence élevée (de 1 'ordre de 80 kHz) pour pouvoir détecter un courant suffisamment important dans une capacité à mesurer de valeur faible (de l'ordre de 1 pF). L'utilisation d'un transformateur T a le double avantage d'amplifier la capacité à mesurer et d'éliminer la nécessité d'utiliser une source de tension flottante pour alimenter le circuit de mesure. Le détecteur selon l'invention comprend en outre un système de mesure différentielle incluant un commutateur K qui relie une borne du secondaire s du transformateur T, soit à la terre comme cela est représenté, soit à l'autre borne du secondaire par un condensateur de comparaison C3. Le commutateur K, qui est par exemple un micro-relais, est commandé par un circuit de comnande 16-3. La valeur du condensateur de comparaison C3 est ajustée en usine de manière à obtenir sensiblement la même tension aux bornes du condensateur C2 dans les deux positions du commutateur K, aucune carte n'étant présente dans la fente. On pourrait aussi effectuer cet ajustement en présence d'une carte "légale" dans la fente. La présence ou non d'une carte légale entraîne une différence de la capacité mesurée, mais cette différence peut être négligée. Une mesure différentielle pourrait aussi être obtenue par comparaison de la tension fournie par le circuit de mesure 26 à une tension fixe pré-ajustée. Toutefois, un avantage important de placer le condensateur de comparaison C3 sur la même entrée que la capacité mesurée entre T électrode 22 et la terre, est que toute dispersion de caractéristiques des composants utilisés pour la mesure (T, D1, Roi...) est automatiquement compensée. Le détecteur selon 1'invention fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'une carte 12 est insérée dans la fente de la plaque 10, l'interrupteur 18 signale sa présence. Avant toute opération effectuée par l'intermédiaire de la carte, le commutateur K est commandé de manière à relier le condensateur de comparaison C3 entre les bornes du secondaire s du transformateur T. La tension numérisée résultante fournie par le circuit de mesure 26 est stockée dans une mémoire 16-4. Ensuite, le commutateur K est basculé de manière à relier le secondaire s du transformateur T à la terre et l'on observe la nouvelle tension fournie par le circuit 26, cette nouvelle tension correspondant maintenant à la capacité présente entre l'électrode 22 et la terre. Si aucun conducteur frauduleux n'est présent dans la fente, la nouvelle tension est voisine de la tension précé demment mémorisée et peut varier dans une petite plage selon la matière de la carte 12, l'épaisseur de la carte et des variations dimensionnelles des éléments conducteurs reliés à la terre, tels que la plaque 10. Par contre, si des conducteurs frauduleux 12-2 sont présents, même si la section de ces conducteurs est la plus faible possible, la capacité entre l'électrode 22 et la terre augmente, et la tension fournie par le circuit 26 augmente de même. Ainsi, pour détecter une fraude, la nouvelle tension fournie par le circuit 26 est comparée à la tension mémorisée, et une fraude est signalée si la nouvelle tension dépasse la tension mémorisée d'un seuil prédéterminé. Ce seuil prédéterminé peut être un seuil fixe ou bien un seuil déterminé en fonction de la tension mémorisée. La différence de tension relevée entre un cas d'absence et un cas de présence de conducteurs 12-2 est si importante, grâce à l'utilisation d'une mesure différentielle, que l'on a une grande liberté de choix du seuil (au-dessus d'un niveau de bruit maximal dû à des phénomènes parasites, et en-dessous d'un niveau correspondant à la présence de conducteurs frauduleux de section minimale). Le circuit de traitement 16 est classiquement un micro-contrôleur comprenant une unité de traitement (CPU) 16-5, une mémoire vive (RAM) qui est avantageusement la mémoire 16-4 précédemment mentionnée, une mémoire morte (ROM) 16-6 et des circuits d'interface avec l'extérieur, notamment un circuit d'interface 16-7 relié aux palpeurs 14 et à l'interrupteur 18. La mémoire ROM 16-6 contient un programme correspondant aux diverses tâches à effectuer dans un lecteur de carte, notamment aux communications à établir entre le lecteur et la puce d'une carte. Avantageusement, on choisit un micro-contrôleur 16, par exemple le micro-contrôleur fabriqué sous la dénomination 80C552 par la société Philips, qui comprend en outre le oerwer- tisseur analogique/numérique 16-2 et le générateur 16-1 nécessaires au circuit de détection selon l'invention. On réduit ainsi à un nombre minimal le nombre de composants discrets à utiliser et donc leur coût intrinsèque et leur coût de montage. Le générateur 16-1 peut aussi, étant donnée la fréquence basse à générer, être réalisé par une broche de sortie du microcontrôleur, alternativement programmée à "1" et à "O". La réalisation d'un programme permettant de mettre en oeuvre les fonctions décrites ci-dessus est à la portée de tout programmeur. De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront à 1 'homme du métier. Par exemple, on peut choisir à la place de la diode D1 un pont redresseur double alternance. REVENDICATIONS 1. Lecteur de cartes à mémoire comprenant une plaque (10) d'introduction d'une carte à mémoire (12) et un détecteur muni de moyens pour mesurer le couplage capacitif entre une électrode (22) et un potentiel de référence, caractérisé en ce que la plaque d' introduction est conductrice et couplée au potentiel de référence, et en ce que le détecteur comprend des moyens pour comparer à un seuil prédéterminé la différence entre la valeur mesurée du couplage capacitif et une valeur de comparaison (C3) correspondant au couplage entre l'électrode et le potentiel de référence en l'absence de conducteurs frauduleux. 2. Lecteur de cartes à mémoire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur (T) dont le secondaire (s) est couplé entre l'électrode (22) et le potentiel de référence, et dont le primaire (p) est couplé entre un générateur (16-1) de signal périodique et le potentiel de référence, et en ce qu'il comprend des moyens (R1, D1, C2, 16) pour fournir la valeur du courant du primaire en tant que valeur du couplage. 3. Lecteur de cartes à mémoire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer le courant du primaire (p) comprennent une résistance (R1) disposée en série avec le primaire, et un redresseur (D1) de la tension apparaissant aux bornes de la résistance. 4. Lecteur de cartes à mémoire selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur analogique/numérique (16-2) recevant la tension fournie par le redresseur (D1), un commutateur (K) pour déconnecter le secondaire (s) du potentiel de référence et relier une capacité de comparaison (C3) entre les bornes du secondaire, et des moyens (16-4) pour mémoriser en tant que valeur de comparaison la valeur fournie par le convertisseur lorsque la capacité de comparaison est reliée entre les bornes du secondaire (s). 5. Lecteur de cartes à mémoire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le redresseur est un redresseur à diode (D1), et en ce que le générateur (16-1) et lesdits moyens (16-5) pour comparer au seuil prédéterminé sont réalisés par programme dans un micro-contrôleur classique (16) comprenant également le convertisseur analogique/numérique, ce micro-contrôleur classique étant celui destiné à effectuer les tâches de gestion du lecteur de cartes.