Brevet FR2927495A1 — publié le 20090814

REALISATION DE TRANSACTIONS SECURISEES DE PROXIMITE A 2,4 GHZ AVEC UN DISPOSITIF TEL QU'UN TERMINAL RADIO PORTABLE La présente invention porte sur la réalisation de transactions sécurisées, de proximité et réalisées par radio sur les bandes de fréquences UHF et au-delà, en utilisant des terminaux utilisateurs existants et de faible coût, par exemple des téléphones portables dotés de fonctions de communication à la norme � Bluetooth � (marque déposée). Le contexte de la présent est le suivant : a) les transactions sécurisées de proximité peuvent maintenant être réalisées de manière simple et économique avec des équipements dits � Rfid � fonctionnant à la fréquence de 13,56 Mhz (par exemple : contrôle sélectif d'accès tel que le système dit � Navigo � (marque déposée) des transports parisiens de la RATP (marque déposée)) b) Il n'existe pas actuellement de manière simple et économique de réaliser de telles transactions avec des fréquences dans les bandes de fréquence UHF ou au delà (et notamment les bandes de fréquence à usage libre dites � ISM � telles que 868 Mhz, 902 à 928 Mhz, 2,4 Ghz), c) Il n'est donc pas actuellement possible d'utiliser un téléphone portable, muni ou non d'une option de communication à la norme Bluetooth) pour réaliser de telles transactions d) De nombreuses recherches existent pour incorporer des dispositifs dit Rfid fonctionnant dans la bande des 13,56 Mhz dans des téléphone portables pour pouvoir réaliser de telles transactions avec des téléphones portables e) une telle incorporation de dispositifs à 13,56 Mhz dans les téléphones portables ne comporte aucune difficulté technique, mais est très lourde économiquement puisque pour permettre à un grand nombre de personne de pouvoir réaliser de telles transactions, il est nécessaire de changer, ou au minimum d'adapter l'ensemble des téléphones portables utilisés par ces personnes. La présente invention a pour but de permettre la réalisation de telles transactions avec des dispositifs utilisateur (les dispositifs utilisés par les clients ou utilisateurs finaux) existant actuellement et déjà diffusés à grande échelle. A cet effet, l'invention a pour objet un système de transactions, de proximité et réalisées par radio sur les bandes de fréquence UHF et au-delà, et comprenant : a) un dispositif utilisateur (DU), manipulé par l'utilisateur (U), doté de moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LU), d'un interface utilisateur (IU), ainsi que des moyens de communication radio (RU) b) une borne radio (BR) comportant des moyens de communication radio (RR) et de moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LR) c) un canal de transmission (KR) radio bidirectionnel sur une bande de fréquences UHF et au-delà entre le dispositif utilisateur (DU) et la borne radio (BR) caractérisé en ce que la borne radio (BR) comporte en outre au moins deux antennes radio (AT1) et (AT2) reliées aux moyens de communication radio (RR) de ladite borne, lesdites au moins deux antennes étant : - disposées à des positions très proches l'une de l'autre, - aptes à fournir des signaux radio d'amplitudes significativement différentes lorsque le dispositif utilisateur (DU) est situé lui aussi très proche des au moins deux antennes radio (AT1) et (AT2), les moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LR) étant aptes à détecter le degré de proximité du dispositif utilisateur (DU) par rapport à la borne radio (BR) à partir de l'analyse des signaux électriques fournis par les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) suite à la réception des signaux radio émis par le dispositif utilisateur (DU) sur le canal de transmission (KR) Ainsi, seules les bornes (les dispositifs de proximité qui dialoguent avec les terminaux utilisateur) utilisées dans le cadre de la présente invention sont spécifiques à l'invention, et sont de coût et de facilité d'utilisation comparables aux bornes existant actuellement. On remarquera que le nombre de bornes à installer pour une application grand public (accès sélectif pour des transports, dispositif de paiement ou de micro paiement) est de l'ordre du millier ou de plusieurs dizaines de milliers pour une application grand public. Ce nombre doit être comparé au nombre de terminaux à fournir ou à adapter pour que le grand public puisse utiliser l'application : ce dernier nombre est de l'ordre du million ou de plusieurs dizaines de millions. En particulier : - le parc de téléphone mobiles existant à l'échelle mondiale est de plusieurs centaines de millions - dans les pays de l'OCDE, le taux d'équipement de la population en téléphones portables est de l'ordre de 80 %, et le pourcentage des téléphone portables équipés d'une connexion Bluetooth est croissant et déjà de l'ordre de 60 % PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en références aux figures annexées dans lesquelles : La Figure 1 montre les principaux éléments intervenant dans l'invention. La Figure 2 détaille les éléments composant le dispositif manipulé par l'utilisateur. La Figure 3 détaille les éléments composant la borne radio. La Figure 4 détaille les éléments composant la 10 partie radio de la borne radio. La Figure 5 détaille les éléments montrant l'importance de l'utilisation de plus d'une antenne dans la borne radio. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Sur les différentes figures, on a conservé les mêmes références pour désigner des éléments identiques ou similaires. La Figure 1 décrit une situation typique 20 d'utilisation de l'invention : - l'utilisateur (U) manipule un dispositif utilisateur (DU) - le dispositif utilisateur (DU) communique au moyen d'un canal de transmission (KR) bidirectionnel avec une 25 borne radio (BR) Le canal de transmission (KR) est bidirectionnel et utilise des fréquences situées dans les bandes de fréquence UHF ou au delà (et notamment les bandes de fréquence à usage libre dites � ISM � telles que 868 Mhz, 902 à 928 Mhz, 2,4 30 Ghz). La Figure 2 détaille les éléments du dispositif utilisateur (DU) . - des moyens radio (RU) - des moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LU) - un interface utilisateur (IU) A titre d'exemple de dispositif utilisateur (DU), on peut citer : - un téléphone mobile doté d'une option de communication à la norme Bluetooth et d'une machine virtuelle Java (marque déposée) - un dispositif spécialisé de type télécommande radio, communiquant dans une des bandes radio ISM entre 868 Mhz et 2,4 Ghz La Figure 3 détaille les éléments de la borne radio (BR) : - des moyens radio (RR) - des moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LR) La Figure 4 détaille les éléments clés des moyens radio (RR) de la borne radio (BR) : 20 - au moins deux antennes (AT1) et (AT2) - un émetteur récepteur radio (ERT) adapté pour gérer les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) - (de manière avantageuse) un atténuateur (TN1) et (TN2) pour chacune des au moins deux antennes (AT1) et (AT2) 25 La présence des au moins deux antennes (AT1) et (AT2) est un élément essentiel de la présente invention. Pour les aspects autres que la présence des au moins deux antennes (AT1) et (AT2) et leur gestion par l'émetteur récepteur radio (ERT), la borne radio (BR) selon l'invention 30 ne possède pas de spécificité particulière par rapport à des bornes radio selon l'état de l'art. 10 15 L'objectif de l'invention est de permettre la réalisation de transactions sécurisées, de proximité et réalisées par radio. Pour cela, les caractéristiques suivantes doivent être réunies : a) la transaction doit pouvoir être réalisée uniquement par l'utilisateur (U) désirant réaliser la transaction b) tout observateur pouvant écouter les communications sur le canal de transmission (KR) ne doit pas pouvoir obtenir d'informations lui permettant de réaliser des transactions du type de celles réalisée par l'utilisateur (U) Le point b) ci-dessus est géré par des moyens classiques : - les communications radio sur le canal de transmission (KR) sont cryptées, par exemple en utilisant l'algorithme AES 128 bits qui est mis en œuvre sur des composants ou des modules gérant des communications sur la bande de fréquence des 2,4 Ghz (par exemple : Composants Chipcon CC2420, modules Xbee - marques déposées) - les informations transmises par le dispositif utilisateur (DU) prennent en compte des aléas transmis par la borne radio (BR) pour présenter elles mêmes un caractère aléatoire Par exemple, le protocole de communication suivant permet de répondre au point b) ci-dessus : i. La borne radio (BR) envoie au dispositif utilisateur (DU) un aléa (A) dans un message crypté ii. Le dispositif utilisateur (DU) décrypte le message et récupère l'aléa (A) iii. Le dispositif utilisateur (DU) donne un caractère aléatoire à l'information (I) qu'il souhaite envoyer à la borne radio (BR) en procédant à un OU EXCLUSIF entre les données (A) et (D), ce qui génère la donnée (X) iv. Le dispositif utilisateur (DU) transmet la donnée (X) à la borne radio dans un message crypté v. La borne radio (BR) décrypte le message et récupère la donnée (X) vi. La borne radio (BR) récupère l'information (I) en 10 procédant à un OU EXCLUSIF entre la donnée (X) et (D)l'aléa (A) Le point a) ci-dessus est géré au moyen des au moins deux antennes (AT1) et (AT2) de la manière suivante : 15 - les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) sont disposées de manière très proche l'une de l'autre, typiquement à quelques centimètres l'une de l'autre, pour pouvoir être distantes de moins d'une demi longueur d'onde des fréquences utilisées sur le canal de transmission (KR) 20 - dans ces conditions elles ont vocation à recevoir un signal identique - pour pouvoir recevoir des signaux d'amplitude significativement différentes, le dispositif utilisateur (DU) doit nécessairement être très proche des au moins deux 25 antennes (AT1) et (AT2) La Figure 5 permet d'apprécier en quoi cette proximité est nécessaire pour que les signaux reçus par les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) soient d'amplitude 30 significativement différentes : a) Deux antennes (AT1) et (AT2) sont placées sur la droite (DA) et perpendiculairement à celle ci, le point (A) étant situé au milieu de (AT1) et (AT2), et l'axe (AX) est perpendiculaire à la droite (DA) b) un point (P) est situé sur la droite (DP), parallèle à la droite (DA), le point (0) étant situé à l'intersection de la droite (DP) et de l'axe (AX), la distance entre le point (A) et (AT1) ou (AT2) est égale à x c) la distance entre les points (A) et (0) est égale à D, la distance entre les points (0) et (P) est égale à x d) les angles (NP1) et (NP2) sont les angles existant entre la droite (DP) d'une part, est les droites ((P), (AT1)) et ((P), (AT2)) d'autre part e) les angles (NA1) et (NA2) sont les angles existant entre la droite (DA) d'une part, est les droites ((P), (AT1)) et ((P), (AT2)) d'autre part On remarque que les cotangentes des angles (NA1) et (NA2), les angles sous lesquels le point (P) est vu par les antennes (AT1) et (AT2), sont les suivantes : Cotg (NAl) = (X+d) / D = (X/D) + (d/D) Cotg(NA2) = (X-d) / D = (X/D) - (d/D) On rappelle que Cotg(90°) = 0, la fonction Cotg est linéaire au voisinage de 90°, et Cotg (0°) = infini. Un cas typique d'utilisation de l'invention est : d = 5 mm D = 5 cm à 20 cm On voit donc que si X est du même ordre de grandeur que D, alors les angles (NA1) et (NA2) sont très voisins, et que cela est d'autant plus vrai que D est grand. Si, au contraire, X est du même ordre de grandeur que d, alors les angles (NA1) et (NA2) sont proches de 0°. On voit que donc que si les antennes (AT1) et (AT2), sont directives, en particulier au voisinage de 0°, alors il est possible de : - bien apprécier la présence et la position P d'une source radio située à proximité des antennes (AT1) et (AT2) ou se déplaçant à proximité de ces antennes en détectant une différence dans les signaux détectés par les antennes (AT1) et (AT2), et en particulier dans l'amplitude de ces signaux - ne pas détecter de différence significative dans les signaux détectés par les antennes (AT1) et (AT2) si le point (P) est éloigné des antennes (AT1) et (AT2), par exemple d'une distance supérieure à 20 fois la distance d existant entre les antennes (AT1) et (AT2) La différence des signaux captés par les antennes (AT1) et (AT2) peut se faire de manière statique, c'est à dire avec un point (P) immobile ou se déplaçant très lentement, ou au contraire de manière dynamique avec un point (P) se déplaçant, de préférence dans l'axe (DA) qui relie les deux antennes (AT1) et (AT2). Un point (P) mobile est particulièrement avantageux car il permet de réaliser de nombreuses mesures successives et permet une meilleure appréciation de la position du point (P). Un point (P) mobile correspond pour l'utilisateur (U) à un geste particulièrement simple puis qu'il consisterait à déplacer de quelques centimètres le dispositif utilisateur (DU) au voisinage des antennes (AT1) et (AT2), geste couramment désigné par le terme � badger �. Il est par ailleurs possible d'utiliser plus de deux antennes, afin de mieux estimer la position du point (P) au voisinage des antennes. On voit aussi qu'une simulation de transaction par une source radio située loin des antennes (AT1) et (AT2) est vouée à l'échec, quelle que soit la puissance du signal radio utilisé : en effet la proximité entre le dispositif utilisateur (DU) et la borne radio (BR) est découverte par la comparaison de au moins deux signaux électriques, qui dépendent du diagramme de rayonnement des au moins deux antennes (AT1) et (AT2). Par ailleurs, les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) doivent posséder des caractéristiques très contraignantes pour être adaptées au bon fonctionnement selon l'invention : - elles doivent posséder une directivité significative - elles doivent présenter entre elles un couplage faible, malgré leur proximité, qui est typiquement inférieure à la moitié d'une longueur d'onde Dans la présente invention, on désignera par antenne pour les antennes (AT1) et (AT2) toute combinaison d'antenne, de plan de masse, d'absorbant radio électrique ou d'écran conducteur qui aboutit à obtenir des antennes (AT1) et (AT2) avec une directivité et un faible couplage entre elles adapté à la présente invention. On pourra en particulier utiliser des antennes décrites dans la demande de brevet FR 0703297000 du 09/05/07. Par ailleurs, compte tenu de la proximité du dispositif utilisateur (DU) et de la borne radio (BR), il sera avantageux de relier les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) à au moins deux atténuateurs (TN1) et (TN2) (un atténuateur relié à chaque antenne, par exemple pour atténuer la puissance par un facteur 100 ou un facteur 1.000). Cela permettra à la borne radio (BR) de fonctionner avec des signaux électriques d'un niveau usuel, et aussi de réaliser une première sélection sur les dispositifs radio avec lesquels elle peut communiquer. Un exemple de dispositif utilisateur (DU) est un téléphone portable équipé des éléments suivants : - une fonction de communication à la norme Bluetooth - une machine virtuelle Java (marque déposée) permettant d'exécuter des programmes et d'avoir accès à la fonction de communication à la norme Bluetooth - une application exécutée par la machine virtuelle Java dédiée à la gestion des communications avec la borne radio (BR), qui pourra par exemple être téléchargée REVENDICATIONS 1. Système de transactions, de proximité et réalisées par radio sur les bandes de fréquence UHF et au-delà, et comprenant : a) un dispositif utilisateur (DU), manipulé par l'utilisateur (U), doté de moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LU), d'un interface utilisateur (IU), ainsi que des moyens de communication radio (RU) b) une borne radio (BR) comportant des moyens de communication radio (RR) et de moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LR) c) un canal de transmission (KR) radio bidirectionnel sur une bande de fréquences UHF et au-delà entre le dispositif utilisateur (DU) et la borne radio (BR) caractérisé en ce que la borne radio (BR) comporte en outre au moins deux antennes radio (AT1) et (AT2) reliées aux moyens de communication radio (RR) de ladite borne, lesdites au moins deux antennes étant : - disposées à des positions très proches l'une de l'autre, - aptes à fournir des signaux radio d'amplitudes significativement différentes lorsque le dispositif utilisateur (DU) est situé lui aussi très proche des au moins deux antennes radio (AT1) et (AT2), les moyens électroniques, arithmétiques et logiques (LR) étant aptes à détecter le degré de proximité du dispositif utilisateur (DU) par rapport à la borne radio (BR) à partir de l'analyse des signaux électriques fournis par les au moins deux antennes (AT1) et (AT2) suite à la réception des signauxradio émis par le dispositif utilisateur (DU) sur le canal de transmission (KR) 2. Système selon la revendication 1 et sécurisé dans 5 lequel les communications radio sur le canal de transmission (KR) sont cryptées 3. Système selon les revendications 1 et 2 et sécurisé dans lequel les données transmises par le 10 dispositif utilisateur (DU) sur le canal de transmission (KR) présentent un caractère aléatoire pour un observateur qui serait à même d'écouter les communications radio sur le canal de transmission (KR) 15