Brevet FR2744822A1 — publié le 19970814

Description: L'invention concerne un système de transmission comportant une pluralité de dispositifs terminaux munis d'au moins un circuit connectable de type prépaiement dans lequel est prévue une information de prépaiement. L'invention concerne aussi un procédé de prépaiement mis en oeuvre dans le système ci-dessus. Une telle invention se rapporte plus particulièrement aux systèmes radioélectriques du type réseau GSM. Le principe fondamental de ce genre de réseau de type GSM est que tous les dispositifs ci-dessus mentionnés sont banalisés initialement. La personnalisation du dispositif au profit d'un usager se fait ensuite au moyen du circuit connectable constitué généralement par une carte à puce appelée SIM ou Micro-SIM qui, une fois insérée dans le dispositif terminal, permet l'identification et l'authentification de l'usager vis-à-vis du réseau. L'obtention d'une carte SIM se fait par un processus d'abonnement auprès d'une société de commercialisation (SCS) qui se charge de la gestion de l'abonné pour le compte de l'opérateur du réseau. Outre l'abonnement, la SCS gère également les opérations de facturation à partir des informations transmises par l'opérateur. Ces opérations de gestion sont relativement coûteuses. De plus, il existe un risque financier non négligeable, certains abonnés "omettant" de payer leur factures. Pour ces raisons, il apparaît intéressant aux opérateurs et aux SCS d'introduire un service réseau prépayé, à l'image de la télécarte en usage pour les cabines téléphoniques courantes. Une carte SIM de type prépaiement permet des communications correspondant à un montant ou à un nombre d'unités donnés. Ce concept apporte plusieurs avantages: - simplification du processus de distribution des cartes SIM, - plus d'enregistrement d'abonnement, - pas d'opération de facturation, - frais de gestion moindre, - avance de trésorerie. Les systèmes de prépaiement proposés actuellement fonctionnent sur la base d'un serveur spécifique intégré au réseau GSM. Ce serveur est initialisé avec les unités disponibles sur chaque carte SIM prépayée. Cette information est mise à jour en temps réel au fur et à mesure des communications jusqu'à ce que le solde associé à la carte SIM soit nul. Toute tentative d'établir des communications avec ce SIM est dès lors refusée par le réseau. Le rechargement est possible à condition de mettre en place un service de rechargement dans les succursales des SCS ou à domicile (télépaiement). Un tel système est commercialisé par la société ORGA en Allemagne sous le nom OPSC. Ce système connu de prépaiement basé sur un serveur présente les inconvénients suivants: - modification du réseau pour y intégrer le serveur en charge du décompte des cartes prépayées, - serveur haut de gamme (redondance pour éviter toute interruption du service), - trafic de données lié au comptage des unités des cartes SIM prépayées impliquant des extensions éventuelles du réseau pour traiter le flot supplémentaire d'informations, - nombre de cartes limité par la capacité du serveur, extension du nombre de cartes SIM prépayées impliquant des évolutions correspondantes sur les serveurs, - "roaming" (c'est-à- dire usage du réseau d'un opérateur différent de celui qui a vendu le SIM prépayé) impossible, les données de facturation n'étant pas transmises en temps réel entre le réseau hôte et l'opérateur o le SIM est domicilié. La présente invention propose un système du genre mentionné dans le préambule qui ne présente pas les inconvénients précités. Pour cela, un système du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce que les dispositifs terminaux comportent des moyens pour modifier directement ladite information de prépaiement en fonction de la communication. L'idée de l'invention consiste à gérer le prépaiement, non plus de façon centralisée par un serveur, mais de manière décentralisée directement entre le terminal et la carte SIM. La description suivante faite en regard des dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre un système conforme à l'invention. La figure 2 montre un dispositif terminal de radio portable convenant au système de la figure 1. La figure 3 montre un premier organigramme destiné à l'explication du fonctionnement du système de l'invention. La figure 4 montre un deuxième organigramme destiné à l'explication du fonctionnement du système de l'invention. La figure 5 montre un troisième organigramme destiné à l'explication du fonctionnement du système de l'invention. La figure 6 montre un quatrième organigramme destiné à l'explication du fonctionnement du système de l'invention. A la figure 1, le système montré comporte un premier dispositif terminal de radio portant la référence 1. Ce dispositif est muni d'une antenne 5 qui lui permet de recevoir et d'émettre des ondes vers une station de raccordement 8 d'un réseau radioélectrique du genre GSM. Le dispositif 1 comporte un écouteur 10, un microphone 12, un clavier 15 et un écran de visualisation 17. Les pointillés représentent un partie électronique 20 située à l'intérieur du dispositif. Selon les normes du GSM (I-ETS 300 045-1 ou ETS30), il est prévu une carte SIM de format ISO ou de format dit "plug in" ou micro SIM qui porte sur la figure 1, la référence 30. Cette carte est pourvue d'un connecteur 31 qui peut venir en contact avec un autre contact 35 faisant partie du dispositif 1. Cet autre contact 35 est montré sur la figure 2. Le système de la figure 1 comporte aussi d'autres dispositifs 36 et 37 dont la structure peut donc être semblable à celle du dispositif 1. Sur la figure 2, qui détaille la structure du dispositif 1, les éléments communs avec ceux de la figure 1 portent les mêmes références. Il détaille la structure de la partie électronique 20. Cette partie 20 comprend un ensemble d'émission 40 et un ensemble de réception 42 pour émettre et pour recevoir différentes informations usuelles dans la technique GSM, notamment celles provenant du microphone 12 et celles qui concernent l'écouteur 10. Un ensemble à microprocesseur 50 assure la gestion des éléments suivants: les parties émission et réception 40 et 42, le clavier 15 l'écran de visualisation 17 et l'échange d'informations avec le module SIM 30 via les connecteurs 35 et 31. Cet ensemble 50 comporte notamment une mémoire vive 55 de type EPROM de préférence, destinée à contenir des informations de prépaiement. Selon l'invention, on souhaite que le système permette la facturation des communications sur la carte SIM. Pour cela, un tel système doit satisfaire aux exigences suivantes: - les cartes SIM doivent être débitées pour un montant correspondant au service fourni (exactitude du calcul de taxe), - il n'est pas possible qu'un usager obtienne le service sans être débité des unités correspondantes (pas de fraude). Principes de base de l'invention: - la carte SIM est préchargée avec des unités, cette carte SIM pouvant être rechargée ou non à épuisement du solde, - le dispositif terminal a la charge du débit de la carte SIM, - la carte SIM ne peut être utilisée sur un réseau qu'à la condition qu'elle soit insérée dans un dispositif terminal capable de la débiter, - le dispositif terminal contient un processeur sécurisé qui assure l'exécution des fonctions logicielles du dispositif terminal, ainsi que le déroulement dans un environnement protégé des algorithmes nécessaires au prépaiement, - le processeur sécurisé est capable de vérifier l'intégrité du logiciel du dispositif terminal et d'en interdire le fonctionnement en cas de modification, - un protocole cryptographique permet d'établir une liaison sécurisée entre le dispositif terminal et la carte SIM, - le solde initial de la carte SIM, protégé cryptographiquement contre une éventuelle falsification, est lu par le dispositif terminal, - le dispositif terminal peut s'assurer de l'authenticité du solde de la carte SIM et interdire la communication en cas de solde insuffisant, - le dispositif terminal calcule le débit du SIM, soit sur des informations de tarification transmises par le réseau en début de communication, soit préinitialisées sous forme de tables, - les instructions de débit adressées par le dispositif terminal à la carte SIM sont protégées cryptographiquement contre une éventuelle falsification, - le débit de la carte SIM peut être contrôlé grâce au solde de la carte SIM protégé cryptographiquement contre une éventuelle falsification, - le processeur sécurisé du dispositif terminal assure lui- même la vérification cryptographique du débit effectif du SIM, - le dispositif terminal rompt la communication lorsque le solde de la carte SIM est épuisé. Les figures 3 et suivantes montrent le fonctionnement d'un tel système qui satisfait dans une bonne mesure aux exigences précitées. Ce fonctionnement est divisé en quatre phases représentées respectivement par des organigrammes montrés aux figures 3 et suivantes. Ces différents organigrammes sont composés de deux parties: - une partie TERM relative au fonctionnement du dispositif terminal 1 et - une partie SMC relative, elle, à la carte à puce 30. La phase montrée à la figure 3 commence à la case KO qui indique la mise sous tension du dispositif terminal, une première opération consiste à vérifier l'intégrité du logiciel du dispositif terminal (voir case K2). Ceci est décrit dans la demande de brevet français n 96 O1 478 déposée le 7 février 1996 au nom de la demanderesse. Si le test qui suit (case K5) indique que le logiciel a été corrompu, on va alors à la case K6 qui indique l'arrêt du dispositif terminal 1. Si le logiciel est intact, on peut alors démarrer une opération d'authentification du dispositif terminal par la carte SIM pour s'assurer que le dispositif terminal est capable de gérer le débit des unités de communication. Celle ci se fait par un mécanisme "challenge/response". Pour cela, on lance un ordre de mise en route (case K10) vers la carte SIM 30. La carte SIM se met alors en route (case LO). Après la mise sous tension du SIM, le dispositif terminal transmet ensuite, case K12, une demande de nombre aléatoire à la carte SIM. Celle-ci reçoit cette demande et fournit en réponse un nombre aléatoire As (case L2). Le dispositif terminal élabore au moyen d'un algorithme de cryptage impliquant une clé Ks et un nombre S qui est transmis à la carte SIM (case K14). La carte effectue une opération sur le nombre S reçu. Cette opération est définie par l'algorithme de cryptage, noté par Ag(Kv, S) à la case L4. Si l'algorithme implique le procédé de codage RSA, deux clés sont utilisées: Ks et Kv. Ces clés peuvent être identiques si on utilise un procédé symétrique tel que le DES. Les deux nombres AS et AS' peuvent être alors comparés par la carte, case L6. Si la comparaison indique une discordance le processus est alors stoppé (case L8). La carte est bloquée jusqu'à la prochaine mise sous tension. L'étape suivante consiste classiquement à faire authentifier le SIM par le réseau; c'est une procédure standard de la norme GSM qui utilise l'algorithme dit A3A8 (décrit dans les normes GSM), ceci est représenté à la case L10O par AgA3A8(..), et la clé Ki du SIM. Il est à noter que si l'authentification du dispositif terminal par la carte SIM ne s'est pas terminée correctement, le traitement de la reconnaissance du SIM par le réseau ne pourra pas se dérouler, et par conséquent le réseau rejettera la connexion de ce mobile incapable de débiter le SIM. Pour cela, le dispositif terminal envoie un nombre aléatoire Ar à la carte (case K18), la carte calcule alors un nombre R en fonction de l'algorithme A3A8 et de la clé Ki comme cela vient d'être dit. Ce nombre est transmis au dispositif terminal qui l'envoie dans le réseau (case K20). C'est au niveau de la station de raccordement 8, par exemple que l'on décide si le dispositif terminal est accepté ou rejeté. La phase 2 montrée à la figure 4 est une phase pour l'établissement d'une clé de session aléatoire destinée à protéger les échanges dispositif terminal-carte SIM. Le dispositif terminal génère une clé de session aléatoire Ks (case 30). Le chiffrement de cette clé est effectué avec un algorithme du type RSA par exemple, (case K32). On utilise une clé Kenc obtenir un message C qui est transmis au SIM avec une demande de génération de clé de session (case K33). La carte SIM déchiffre le message C avec l'algorithme RSA et sa clé Kdec et mémorise la clé Ks obtenue (case L20). Note: une implantation équivalente pourrait être basée sur un algorithme symétrique tel l'algorithme DES. Dans ce cas, les clés Kenc et Kdec seraient identiques. La phase 3 est la phase qui a trait à l'obtention des paramètres de communication et de là, qui doit vérifier si le solde d'unités contenu dans la carte est suffisant pour que la communication soit établie. Cette phase est explicitée à la figure 5. Après le début de communication (case L33). Le dispositif terminal, à la réception du Solde et de Ms en vérifie l'intégrité en recalculant: ml'=AlgD(Ac. Ks) à partir des valeurs Ac et Ks qu'il a lui- même établies, m2'=AlgD(Solde ml, Ks) à partir du Solde transmis par le SIM Ms'=les 4 octets de poids fort de m2'. Ceci est indiqué à la case K48. Puis à la case K50 on teste l'égalité de Ms' et Ms. Cette égalité prouve l'intégrité de la valeur du Solde reçue du SIM. Si cette égalité est fausse, alors la communication est interrompue (case K51). Ceci laisse, en effet, présager une tentative de fraude qui doit entraîner une impossibilité d'établir la communication. Puis, on calcule (case K52) l'unité de débit Db à imputer à partir des paramètres reçus selon la case K42. La comparaison de ce solde Db à la valeur de taxation minimum (case K54) permet de décider d'établir ou non la communication. Si on interrompt la communication, on va à la case K55. Si on continue, on va à la case K56 qui indique l'affectation d'une variable OSLD. Cette variable est destinée à contenir la valeur du solde provenant de la carte. Le dispositif terminal mémorise l'aléa Ad reçu du SIM pour l'utiliser dans sa prochaine demande de débit. La phase 4 dont l'organigramme est montré à la figure 6 montre le débit qui s'impute sur la carte, lors d'une communication. Cette phase se déclenche dès qu'une taxe doit être imputée case K60. Ceci est déclenché, par exemple périodiquement, par le dispositif terminal qui provoque l'imputation d'une unité de débit Db. L'opération de débit est protégée par un certificat (un MAC) explicité à la case K62. La demande de débit est alors envoyée, case K64, à la carte SIM. Là à partir de la clé Ks sélectionnée (case L50), on détermine un certificat Md' (case L51) et on le compare (case L55) avec le certificat Md transmis depuis le dispositif terminal. Si la comparaison est défavorable la carte SIM est alors mise dans un état de blocage (case L56). Si la comparaison est favorable, on passe alors à la case L60 o est indiquée l'opération de nouveau solde. Il convient de vérifier que le nouveau solde soit positif ce qui est fait à la case L62. Si le solde est négatif, on bloque la carte (case L63). Si le solde est positif aucune autre opération n'est exécutée. La carte se déclare OK (case L65), ce qui est transmis au dispositif terminal. Il est possible alors, pour le dispositif terminal, de vérifier si la carte SIM est valide ou non en testant cette déclaration (case K65). Si la carte SIM est bloquée il n'y a pas de déclaration OK, la communication est coupée (case K66). Si elle est valide, on continue le processus en effectuant la procédure Prd qui permet de récupérer la valeur du solde. La vérification de la réalité du débit est exécutée (case K70) et la variable OSLD est mise à jour case K75. Si la varification indique que le débit n'a pas été effectué, la communication est coupée (case K71). L'invention trouve d'autres applications que les réseaux de type GSM, notamment: les réseaux de téléphonie, de, transmission de données de type DCS 1800, les terminaux de téléphonie mobiles ou fixes (Publiphones), fax, terminaux de transmission de données ou d'images et aussi terminaux utilisés dans des environnements non sécurisés et non surveillés. REVENDICATIONS. 1- Système de transmission comportant une pluralité de dispositifs terminaux munis d'au moins un circuit connectable dans lequel est prévue une information de prépaiement, caractérisé en ce que les dispositifs terminaux comportent des moyens pour modifier directement ladite information de prépaiement en fonction de la communication. 2- Système selon la revendication 1 comprenant une station de raccordement rattachant des dispositifs terminaux caractérisé en ce que l'information de taxation est déterminée au niveau de ladite station de raccordement. 3- Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'information de taxation est déterminée au niveau de chaque dispositif terminal par une table contenue dans une mémoire. 4- Pocédé de prépaiement mis en oeuvre dans un système de transmission selon l'une des revendications 1 & 3 comprenant une pluralité de dispositifs terminaux dans lesquels est inséré un circuit connectable de type prépaiement contenant une information de prépaiement pour définir un certain solde et dont le fonctionnement est défini à l'aide d'un logiciel, méthode comprenant les phases suivantes: une phase de démarrage pendant laquelle: on vérifie l'intégrité du logiciel de fonctionnement du dispositif terminal, 25. on vérifie le type du circuit connectable, - une phase de transmission de clé depuis le dispositif terminal vers le circuit connectable, - une phase d'établissement de connexion pendant laquelle le solde contenu dans le circuit connectable est comparé avec une taxe minimale à imputer, - une phase de débit durant la connexion, pendant laquelle le contenu du solde est débité. - Procédé de prépaiement selon la revendication 4, caractérisé en ce que périodiquement l'information de prépaiement est débitée d'une unité de débit.