Brevet FR3073062A1 — publié le 20190503

Procédé de gestion, par un objet portable, d'une communication sans contact avec un lecteur externe Domaine technique L'invention se rapporte de manière générale aux télécommunications, et plus précisément aux communications sans contact utilisant des technologies radio à courte distance, notamment de type NFC (Near Field - NF Communications). Elle s'applique plus particulièrement à un procédé de gestion, par un objet portable, d'une communication sans contact avec un lecteur externe. L'objet portable vise tout équipement équipé de ressources physiques et logicielles incluant un module de communication en champ proche de type passif, apte à communiquer avec des terminaux externes de lecture. Etat de la technique Les communications « NFC », basées principalement sur la norme ISO (International Standard Organisation) 14443, utilisent des technologies sans fil pour permettre un échange d'informations entre deux périphériques éloignés d'une courte distance, typiquement inférieure à dix centimètres. Ces applications sans contact peuvent être, par exemple, relatives à des transactions électroniques dans le domaine des transports publics, ou bien également des applications d'identification, de contrôle d'accès, etc. Une communication NFC est établie entre deux entités sans contact, dites entités NFC, l'une opérant en tant que carte sans contact et l'autre opérant en tant que lecteur de carte sans contact. Une telle entité NFC est composée d'un dispositif de communication en champ proche et d'une antenne associée qui lui permet de mettre en place une communication sans contact avec une autre entité NFC. L'entité NFC qui opère en tant que carte sans contact peut par exemple correspondre à une étiquette radio, en anglais « Tag NFC ». Une entité NFC qui opère en tant que lecteur de carte peut correspondre par exemple à un terminal 2 de paiement électronique ou un équipement pour valider des tickets électroniques de transport, etc. Les fonctionnalités d'une telle entité sans contact peuvent être fournies par un dispositif complexe, par exemple un terminal de téléphonie mobile, un 5 ordinateur, une tablette électronique, etc. Cependant ces terminaux mobiles sont coûteux et encombrants, réservés de ce fait à une certaine catégorie de personnes, excluant notamment les enfants. Il est souhaitable dans ce contexte de pouvoir bénéficier d'objets très simples et très compacts pouvant offrir de telles capacités. Pour ne pas être égaré par l'utilisateur tout en restant pratique 10 d'utilisation, un tel objet peut se présenter avantageusement sous forme d'un bracelet électronique ou de tout autre objet portable à porter sur le corps d'un utilisateur. Cependant, une analyse de sécurité sur ces objets révèle une absence de consentement. En effet, les solutions actuelles n'assurent pas l'identification 15 du porteur de l'émetteur. On entend ici par identification le fait de reconnaître le porteur de l'objet. On peut imaginer qu'un second utilisateur, par exemple malveillant, utilise la transaction à son propre avantage : il peut bousculer le porteur au moment où celui-ci s'approche du lecteur et profiter de la réception du signal fortuit par le lecteur pour passer la porte à la place du porteur, valider un 20 achat, etc. L'invention offre une solution ne présentant pas les inconvénients de l'état de la technique. L'invention A cet effet, selon un aspect matériel, l'invention se rapporte à un objet 25 portable apte à communiquer en champ proche avec un lecteur externe apte à fournir un champ magnétique, l'objet portable comprenant une première antenne reliée à un microcontrôleur apte à gérer la communication en champ proche avec le lecteur externe, le lecteur externe étant équipé d'une deuxième antenne dont le couplage avec la première antenne génère un courant induit dans la première antenne grâce au champ magnétique, le microcontrôleur étant 3 relié à la première antenne via une liaison électrique et une liaison pour le transport de données, caractérisé en ce que l'objet inclut en outre un interrupteur situé sur une liaison, l'interrupteur étant apte à valider ou pas, selon son état, une communication avec le lecteur. 5 La présence de l'interrupteur permet de valider ou pas une communication entre l'objet portable et le lecteur. Grâce à l'invention, un utilisateur de l'objet contrôle les communications entre l'objet et le lecteur ; quand bien même un tiers malveillant tenterait de bousculer le porteur légitime, la communication avec le lecteur ne se fera pas tant que l'interrupteur n'est pas 10 actionné. A noter que, dans le présent texte, on entend par interrupteur tout dispositif destiné à interrompre une communication entre l'objet portable et le lecteur, comme un courant électrique, des données, etc. Selon un premier mode de réalisation, l'interrupteur est placé sur la 15 liaison électrique ; dans cette configuration, une validation d'une communication entre l'objet portable et le lecteur consiste à fermer l'interrupteur sur cette liaison électrique de manière à laisser passer le courant induit et alimenter le microcontrôleur. Ce premier mode permet de n'alimenter le microcontrôleur que si une communication est validée ; le microcontrôleur n'est de ce fait pas 20 alimenté inutilement. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, qui pourra être mis en oeuvre alternativement ou cumulativement avec le précédent, l'interrupteur est placé sur la liaison pour le transport de données. Ce deuxième mode a pour avantage d'accélérer la transmission de données depuis l'objet vers 25 le lecteur externe; En effet, le microcontrôleur ayant reçu les données issues du lecteur du fait qu'il est alimenté par le courant induit ; et ayant traité ces données, est prêt, lorsque l'interrupteur est fermé, à émettre des données au lecteur. Si le premier mode et le deuxième mode sont mis en oeuvre 30 cumulativement, dans ce cas de figure, l'objet comprend au moins deux 4 interrupteurs situés sur des liaisons respectives ; un premier interrupteur situé sur la liaison pour le transport de données et un deuxième interrupteur situé sur la liaison électrique. Ces interrupteurs peuvent être actionnables isolément au moyen de deux moyens de commandes respectifs ; ils peuvent aussi être 5 actionnables au moyen d'un même moyen de commande apte à commander les deux interrupteurs simultanément. On verra dans la suite que le moyen de commande visé est quelconque ; l'exemple choisi pour illustré ce moyen de commande dans la suite de la description sera un bouton-poussoir pour simplifier l'exposé de l'invention. 10 Selon une variante de ce deuxième mode, lorsque le microcontrôleur est alimenté, le microcontrôleur vérifie l'état ouvert/fermé de l'interrupteur sur la liaison pour le transport de données; ensuite, une donnée est transmise depuis le microcontrôleur à destination du lecteur via le bus de données seulement lorsque l'interrupteur est fermé ; le microcontrôleur vérifie donc l'état de l'interrupteur 15 avant de transmettre des données. Cette variante évite au microcontrôleur de transmettre des données inutilement sur le bus de données alors que l'interrupteur, situé sur la liaison dédiée au transport de données, est ouvert. Selon un troisième mode de réalisation, qui pourra être mis en oeuvre alternativement ou cumulativement avec les précédents, l'interrupteur est 20 actionné au moyen d'un moyen de commande tel qu'un bouton-poussoir. Selon une variante de ce troisième mode, le moyen de commande comprend en outre un moyen d'authentification de l'usager de l'objet. En effet, quand bien même un tiers malveillant subtiliserait l'objet et actionnerait l'interrupteur, ce tiers ne serait pas authentifié ; l'interrupteur resterait alors 25 ouvert empêchant toute communication entre l'objet et le lecteur. Cette variante vient améliorer la sécurité. Enfin, Selon un autre mode de réalisation, qui pourra être mis en oeuvre alternativement ou cumulativement avec les précédents, le microcontrôleur, lorsqu'il est alimenté par le courant induit, émet un signal de notification 30 perceptible par un utilisateur. De cette manière, l'utilisateur est prévenu qu'une 5 communication est possible avec le lecteur externe ; et qu'une communication effective nécessite de fermer l'interrupteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 représente le contexte général d'utilisation d'un objet portable plongé dans un champ électromagnétique, apte à fournir des services NFC à son porteur. - la figure 2 représente une vue schématique des principaux composants d'un objet portatif. 10 - La figure 3 représente un vue schématique de l'objet de l'antenne et de la localisation de l'interrupteur selon un mode de réalisation. - la figure 4a est une autre vue schématique du premier mode de réalisation ; la figure 4b représente une vue autre schématique d'un second mode de réalisation. 15 - la figure 5a est une vue schématique d'échanges bidirectionnels entre l'objet et le lecteur selon le premier mode ; la figure 5b illustre une variante de ce premier mode. - la figure 6 est une vue schématique d'échanges bidirectionnels entre l'objet et le lecteur selon le deuxième mode. 20 Description détaillée de modes de réalisation illustrant l'invention La figure 1 représente le contexte général d'utilisation d'un dispositif, ou objet portable OP, apte à fournir des services NFC à son porteur (non représenté), selon l'état de l'art. Un tel service NFC est par exemple un service d'achat et de consommation de titres de transports, matérialisé par un lecteur 25 inclut dans une borne BRN. Dans le présent texte, on utilisera indifféremment le terme lecteur ou borne pour désigner le lecteur NFC. 6 Une fois que les applications et données nécessaires au bon fonctionnement du service sont chargées dans le dispositif portable, ce dernier se comporte comme une carte à puce sans contact. L'objet, ou dispositif portable OP comprend au minimum des moyens 5 de communication par champ proche de type NFC incluant classiquement une antenne NFC (AN1) et un composant NFC, appelé microcontrôleur CLF (ContactLess Frontend), capable d'assurer des communications en champ proche de type NFC, avec un lecteur externe ; En référence à la figure 2, Le microcontrôleur CLF inclut : 10 o une unité de traitement « CPU » (pour « Central Processing Unit »), destinée à charger des instructions en mémoire, à les exécuter, à effectuer des opérations ; o un ensemble de mémoires, dont une mémoire volatile RAM (pour "Random Access Memory") utilisée pour exécuter des instructions de code, 15 stocker des variables, etc. ; o une mémoire non volatile de type ROM (de l'anglais « Read Only Memory »), ou « EEPROM » (pour « Electronically Erasable Programmable Read Only Memory »), ou équivalent, destinée à contenir des informations persistantes. Dans le cas d'un service de ticketing, cette mémoire peut être 20 utilisée pour mémoriser le solde de tickets ; o un modulateur MOD destiné à adapter si nécessaire un signal numérique produit par le microprocesseur CPU en un signal électrique modulé, destiné à être transmis via l'antenne AN1. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, l'opération de modulation effectuée par le modulateur MOD est une modulation 25 d'amplitude par tout ou rien, appelée également modulation « OOK » (de l'anglais « On-Off Keying »). Ainsi, par exemple, le signal est un signal à 13,56 MHz modulé en amplitude tout ou rien. L'invention n'est cependant pas limitée à ce type de modulation. Dans un autre exemple de réalisation, la modulation est une modulation de fréquence, moins sensible aux parasites. On note que cette 30 réalisation est cependant plus coûteuse car elle nécessite plus de composants. Dans un autre exemple de réalisation, une modulation de phase est réalisée. Le 7 modulateur MOD est agencé pour mettre en oeuvre l'étape de modulation du procédé de communication décrit par la suite ; o un démodulateur DMOD, destiné à recevoir via l'antenne AN1 un deuxième signal électrique modulé et à le transformer en un deuxième signal 5 numérique destiné à être transmis à l'unité de traitement CPU. Le démodulateur DMOD est agencé pour mettre en oeuvre l'étape de démodulation du procédé décrit par la suite ; o un commutateur SWT (en anglais, « switch ») adapté pour connecter alternativement le modulateur MOD à l'antenne AN1 et le 10 démodulateur DMOD à l'antenne AN1. Dans la première position, le dispositif portatif 1 est en mode réception, le commutateur SWT connecte l'antenne AN1 au démodulateur DMOD. Sur détection du premier signal électrique modulé reçu via l'antenne AN1, la détection étant une détection de niveau analogique, le commutateur commute et connecte l'antenne AN1 au modulateur MOD. Puis le 15 commutateur SWT commute de nouveau pour connecter l'antenne AN1 au démodulateur DMOD. Le dispositif portatif est alors en mode réception jusqu'à détecter et recevoir un nouveau signal électrique modulé. o une horloge TM, optionnelle, destinée à coopérer avec le commutateur SWT pour alterner par exemple des périodes de temps 20 prédéterminées en émission et en réception lors d'une communication bidirectionnelle. Le microcontrôleur CLF est également relié à une antenne AN1, dite première antenne, adaptée pour émettre et recevoir sur la voie radio; 25 Dans l'ensemble formé par le microcontrôleur CLF et l'antenne, les éléments décrits ci-dessus sont classiquement reliés entre eux par l'intermédiaire de bus de données, de bus d'adresses, de bus de contrôles. 30 L'objet comprend en outre un support, matérialisé ici par un support de carte magnétique sur lequel sont fixés (posés, collés, etc.) l'antenne AN1 et le microcontrôleur CLF formé par le composant NFC. 8 La borne BRN est également équipée d'une antenne AN2, dite deuxième antenne, et d'un microcontrôleur (non représenté sur les figures). La figure 3 illustre une mise en oeuvre dans laquelle le composant CLF et 5 l'antenne AN1 sont collés sur une carte CRT. Sur cette figure, à des fins de simplification de l'exposé de l'invention, seule sont représentés le microcontrôleur CLF et la première antenne AN1. Dans cet exemple, le microcontrôleur CLF et l'antenne AN1 sont reliés au moyen d'une liaison pour le transport de données, typiquement un bus de 10 données référencé BD. En outre, le microcontrôleur CLF et l'antenne AN1 sont reliés au moyen d'une liaison électrique LEC pour le transport d'un courant induit I provenant de l'antenne AN1, ce courant induit étant apte à alimenter le microcontrôleur CLF comme expliqué ci-dessous. Comme il est bien connu de l'homme du métier, l'antenne AN1 de l'objet 15 OP fonctionne en interaction avec l'antenne AN2 du lecteur. Cette interaction prend la forme d'un couplage magnétique qui permet l'échange d'énergie entre les deux antennes. Elle s'appuie sur le champ magnétique H généré par le courant qui circule dans la première antenne. Rappelons que l'intensité du champ magnétique H se mesure en Ampères par mètre (A/m). L'antenne est 20 généralement constituée de plusieurs spires constituant un bobinage. Le champ magnétique H généré par le lecteur est dirigé dans un sens qui dépend du sens du courant dans la bobine de l'antenne. La direction du champ magnétique généré est orthogonale au plan des spires de la première antenne. Selon le schéma, il est également perpendiculaire au plan des spires de la deuxième 25 antenne (celle de l'objet portable) telle que présentée au lecteur. Il génère classiquement un courant électrique induit dans le composant NFC de l'objet portable. L'antenne selon cet exemple est dépourvue d'alimentation interne à l'objet portable. Le courant électrique induit permet à lui seul d'assurer la 30 communication entre la borne BRN et l'objet OP. 9 La principale difficulté d'un tel dispositif portable est que lorsque le composant est alimenté par le courant induit I, le composant CLF est programmé pour répondre automatiquement ; l'utilisateur de l'objet n'a donc aucun contrôle sur la communication entre l'objet et la borne lorsque l'objet est dans le champ 5 magnétique de la borne. L'invention propose à ce titre d'introduire dans l'objet un interrupteur apte à, selon son état (ouvert/fermé), autoriser ou non une transmission de données depuis l'objet vers le lecteur. Cet interrupteur sert au porteur légitime à donner son contentement pour la réalisation d'une transaction entre l'objet et la 10 borne. Ce consentement peut se concrétiser par un appui sur un bouton, par exemple un bouton-poussoir, et une fermeture de l'interrupteur. A noter que le bouton (ou actionneur) peut être localisé sur le même support que l'interrupteur, ou à distance de l'interrupteur. En effet, l'ensemble microcontrôleur et antenne peut être situé dans un premier équipement par 15 exemple un téléphone, une tablette ou un dispositif équivalent ; le bouton peut quant à lui être situé sur un deuxième dispositif, ou support tel qu'un bracelet, une bague, etc. Dans cette configuration, la communication à distance entre l'objet OP et le bouton se fait au moyen d'un réseau quelconque choisi en fonction de la distance entre l'objet et le bouton ; la distance entre l'objet et le 20 bouton sera souvent courte ; dans ce cas, un réseau de courte portée tel qu'une liaison Bluetooth, une liaison RFiD, etc. peut être choisi. Cet interrupteur est actionnable par un utilisateur. On verra dans la suite que pour être sûr que la personne qui appui sur l'interrupteur est la personne légitime, l'objet peut comprendre un module d'authentification apte à 25 authentifier l'utilisateur avant de décider de fermer l'interrupteur. La méthode utilisée pour authentifier est quelconque, ce peut être un code à saisir, une méthode basée sur la biométrie ou toutes autres méthodes équivalentes connues de l'homme du métier. L'interrupteur objet de l'invention peut être placé à différents endroits 30 dans le circuit de l'objet. L'interrupteur peut être localisé selon un premier mode de réalisation sur le bus de données entre le microcontrôleur et la première 10 antenne AN1 (fig. 4A), et/ou selon un deuxième mode de réalisation sur la liaison électrique qui relie la première antenne AN1 et le microcontrôleur (fig. 4B). On va décrire ces deux modes de réalisation ; on suppose que, par défaut, l'interrupteur INT est ouvert. 5 Le premier mode est décrit en référence à la figure 5a. Ce premier mode comprend plusieurs étapes (E1,j= 1 à 7) décrites ci-dessous. Dans une étape initiale E11, l'utilisateur équipé l'objet approche de la borne BRN et entre dans le champ magnétique produit par l'antenne AN2 de la borne BRN. 10 Dans une deuxième étape E12, un courant induit I est généré dans la première antenne AN1. Dans une troisième étape E13, le microcontrôleur est alimenté par le courant induit. A ce stade, le commutateur SWT connecte l'antenne AN1 au démodulateur DMOD. le microcontrôleur se place en mode réception et peut 15 recevoir des messages. Dans une quatrième étape E14, alors qu'il est alimenté, le microcontrôleur reçoit un message d'interrogation MI NT issu du lecteur BRN. Lors d'une cinquième étape E15, dans notre exemple, le microcontrôleur émet une réponse REPn plusieurs fois de suite. 20 Comme l'interrupteur INT1 est ouvert par défaut, la réponse REP n'est donc pas émise. On suppose maintenant que, à un instant 0, le porteur de l'objet appuie sur un bouton pour fermer l'interrupteur. Lors d'une sixième étape E16, l'interrupteur I NT1 se ferme ; comme la 25 réponse est émise plusieurs fois de suite, la fermeture de l'interrupteur entraîne la transmission d'une réponse REP au lecteur BRN. Plusieurs réponses peuvent 11 aussi être transmises jusqu'à réouverture de l'interrupteur INT1 lorsque l'utilisateur cesse d'appuyer sur le bouton. Lors d'une sixième étape E17, la réponse REP est reçue par le lecteur BRN. 5 A ce stade, après avoir transmis au moins une réponse, le microcontrôleur cesse d'émettre des réponses REP. Pour cela, le microcontrôleur est équipé d'un moyen de connaître l'état de l'interrupteur ; par exemple, si l'interrupteur I NT1 est ouvert, le microcontrôleur cesse d'émettre des données. Selon une variante de ce premier mode, en référence à la figure 5b, la 10 cinquième étape ET5 peut être remplacée par une étape ET5b. Dans cette variante, le microcontrôleur CLF vérifie l'état de l'interrupteur INT1 avant transmission de réponses REPn ; s'il est ouvert, lors d'une cinquième étape ET5b, le microcontrôleur suspend la transmission des réponses REPn au moins jusqu'à l'instant t1 c'est-à-dire jusqu'à l'instant de fermeture de l'interrupteur. La durée 15 de la suspension peut être limitée dans le temps. La réponse est transmise uniquement lorsque l'interrupteur I NT1 est fermé. Le deuxième mode est décrit en référence à la figure 6. Ce deuxième mode comprend plusieurs étapes (E2k, k= 1 à 6) décrites ci-dessous. Les deux premières étapes E21 et E22 sont les mêmes que pour le 20 premier mode. Comme l'interrupteur I NT2 est ouvert, le courant ne peut pas alimenter le microcontrôleur CLF. Ce dernier ne peut donc pas recevoir de données du lecteur ; le microcontrôleur ne peut donc pas à fortiori répondre au lecteur BRN. On suppose maintenant que le porteur de l'objet appuie à un instant t2 25 sur un bouton pour fermer l'interrupteur I NT2. Lors d'une troisième étape E23, le microcontrôleur est alimenté par le courant induit. A ce stade, le microcontrôleur se place en mode réception et peut 12 recevoir des messages ; sous-entendu, le commutateur connecte l'antenne au démodulateur DMOD comme expliqué ci-dessus. Dans une quatrième étape E24, alors qu'il est alimenté, l'objet OP reçoit un message d'interrogation MI NT issu du lecteur BRN. 5 Lors d'une cinquième étape E25, le microcontrôleur CLF émet une réponse REP, voire plusieurs réponses si nécessaire. Lors d'une sixième étape E26, la réponse REP est reçue par le lecteur BRN. Dans les deux modes décrits, lorsque l'objet génère un courant induit, 10 un signal de notification peut être émis pour que l'utilisateur soit informé que l'objet OP est bien dans le champ de la borne BRN. L'utilisateur, lorsqu'il reçoit ce signal de notification, peut alors appuyer sur le bouton permettant de fermer l'interrupteur s'il souhaite que l'objet portatif communique avec le lecteur. Précisons que l'interrupteur décrit dans le présent texte peut prendre 15 plusieurs formes ; l'interrupteur peut être un bouton poussoir, un interrupteur à glissière, un interrupteur rotatif, un interrupteur magnétique c'est-à-dire un interrupteur qui établit ou coupe une connexion électrique en fonction de la présence ou non d'un champ magnétique, un interrupteur thermique actionné par la température, ou tout autre interrupteur connu de l'homme du métier. 20 Enfin, précisons que cette invention peut être mise en oeuvre sur des cartes sans contact, en particulier des cartes ayant pour objet une transaction bancaire, pour lesquels un achat en dessous d'un seuil prédéfini (par exemple 20 euros) ne nécessite pas de saisi d'un code PIN. La présence d'un interrupteur sur la carte sans contact permet d'approcher la carte du lecteur tout en maintenant 25 l'interrupteur fermé par exemple en appuyant sur le bouton-poussoir dans notre exemple. D'autres REVENDICATIONS1. Objet portable (OP) apte à communiquer en champ proche avec un lecteur externe (BRN) apte à fournir un champ magnétique (H), l'objet (OP) comprenant une première antenne (AN1) reliée à un microcontrôleur (CLF) apte à gérer la communication en champ proche avec le lecteur externe (BRN), le lecteur externe étant équipé d'une deuxième antenne (AN2) dont le couplage avec la première antenne (A1) génère un courant induit (I) dans la première antenne (AN1) grâce au champ magnétique (H), le microcontrôleur (CLF) étant relié à la première antenne (AN1) via une liaison électrique (LEC) et une liaison pour le transport de données (BUS), caractérisé en ce que l'objet inclut en outre un interrupteur (INT1,INT2) situé sur une liaison, l'interrupteur étant apte à valider ou pas, selon son état, une communication avec le lecteur (BRN). 2. Objet portable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur (I NT1) est placé sur la liaison électrique (LEC). 3. Objet portable selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'interrupteur (INT2) est placé sur la liaison pour le transport de données (BUS). 4. Objet portable selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque le microcontrôleur est alimenté, le microcontrôleur vérifie l'état ouvert/fermé de l'interrupteur sur le bus de données, et en ce que la donnée est transmise depuis le microcontrôleur à destination du lecteur (BRN) via la liaison pour le transport de données (BUS) seulement lorsque l'interrupteur (INT2) est fermé. 5. Objet portable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur est actionné au moyen d'un moyen de commande. 6. Objet portable selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend en outre un moyen d'authentification de l'usager de l'objet. 13 14 7. Objet portable selon la revendication 2, caractérisé en ce que le microcontrôleur, lorsqu'il est alimenté par le courant induit, émet un signal de notification perceptible par un utilisateur.