(57)【要約】  本発明は、悪意のある攻撃に対する近距離非接触型無線通信システム（ＲＦＩＤ等）の保護方法に関する。この方法は、リーダー側から見た開始時点ｔ０に関して測定される継続期間Ｔの選択値に関する情報のやり取りをリーダーおよびカード間で行うことと、この継続期間Ｔの値の情報をカードによって復号することと、時点ｔ’０＋Ｔに対して時間的に設定されたリターン信号をカードによって送信することであって、ｔ’０は、リーダーから受信した信号の伝搬または処理の遅延を考慮に入れた、カードから見た場合の開始時点である送信と、リーダーによってリターン信号を検出することと、開始時点ｔ０に対するリターン信号の時間的設定を決定することと、検出されたリターン信号の時間的設定が、所定の許容誤差を有する時点ｔ０＋Ｔと等しくない場合に、リーダーによってダイアログを中断することとを含む。リターン信号は、疑似ランダム系列である。
2013516098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触型カードリーダーとカードとの通信の保護方法であり、前記リーダー側から見た開始時点ｔ０に関して測定される継続期間Ｔの選択値に関する情報のやり取りを前記リーダーおよび前記カード間で行うことと、この継続期間Ｔの値の情報を前記カードによって復号することと、時点ｔ’０＋Ｔに対して時間的に設定されたリターン信号を前記カードによって送信することであって、ｔ’０は、前記リーダーから受信した信号の伝搬または処理の遅延を考慮に入れた、前記カードから見た場合の前記開始時点である送信と、前記リーダーによって前記リターン信号を検出することと、前記開始時点ｔ０に対する前記リターン信号の時間的設定を決定することと、前記検出されたリターン信号の前記時間的設定が、所定の許容誤差（−ｄＴ１、ｄＴ２）を有する理論上の前記リターン信号の到着時点と等しくない場合に、前記リーダーによってダイアログを中断することと、を含む非接触型カードリーダーとカードとの通信の保護方法において、前記リターン信号は、前記リーダーには知られている疑似ランダム系列であることと、前記時点ｔ０＋Ｔに対する前記リターン信号の到着時点の決定が、前記リターン信号と、前記時点ｔ０＋Ｔに対して時間的にオフセットされる疑似ランダム系列との最大時間的相関関係のサーチを含み、最大の相関関係を提供する前記系列の時間的オフセットが、前記リターン信号の前記到着時点を定義することとを特徴とする方法。
【請求項２】
前記リーダーおよび前記カードが、乱数から生成される同一の疑似ランダム系列の生成器を有することと、前記乱数は、相関関係の前記サーチを目的として前記カードおよび前記リーダーが同一の疑似ランダム系列を確立するために、前記リーダーによって前記カードへと送信されることとを特徴とする、請求項１に記載の保護方法。
【請求項３】
前記リーダーが、前記カードへとコマンドを送信し、同じ秘密鍵アルゴリズムを用いて前記リーダーおよび前記カードの両方において前記継続期間Ｔの計算に使用される乱数の送信を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記時点ｔ０は、前記カードの応答待ち時間前に前記リーダーによって送信されたコマンドにおける、最後の変調遷移であることを特徴とする、請求項１または２に記載の保護方法。
【請求項５】
前記時点ｔ０は、前記リーダーによってランダムに生成された値を有する時間間隔Ｔ’をあけて、前記リーダーによって送信されたコマンドの終了に続く同期信号によって定義されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の保護方法。
【請求項６】
前記情報Ｔは、暗号化形態で前記カードへと前記リーダーによって送信され、前記カードは、対応する復号手段を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の保護方法。
【請求項７】
前記情報Ｔは、１つ１つのダイアログ系列ごとに前記リーダーによって変更されることを特徴とする、請求項６に記載の保護方法。
【請求項８】
前記カードからの前記リターン信号が、通信に使用される搬送波周波数を変調することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の保護方法。
【請求項９】
前記リーダーと前記カードとのやり取りに使用される前記変調が、副搬送波振幅変調であることと、副搬送波変調に対して容易に区別されることが可能な前記搬送波周波数の直接振幅変調の形態で、前記リターン信号が送信されることとを特徴とする、請求項８に記載の保護方法。
【請求項１０】
前記カードから前記リーダーへの前記リターン信号が、前記カード自身によって送信された電磁場の変調であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の保護方法。
【請求項１１】
前記カードリーダーが、車両に搭載され、前記車両を開ける、および／または始動させることを制御することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、悪意のある侵入に対する非接触型通信システムの保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で言う非接触型通信システムとは、識別、アクセス認証、支払い等の手段として使用される、非常に短い距離の通信システム（通常、数十センチメートル、または数メートル）である。
【０００３】
我々は、規格によって定義されたＲＦＩＤ（無線自動識別）システムに主に焦点を合わせるが、本発明は、より広義には、ＮＦＣ（近距離無線通信）電話等の他の規格によって定義される、他の類似の通信システムを含む。ＲＦＩＤシステムは、基本的には、例えば保護された場所へのアクセスを認証するための物またはそのような物を携行する人を識別するために使用される；これらのシステムは、比較的受動的であるが、リーダーによって供給される呼びかけ又はコマンド信号を解析する手段と、バッジからリーダーへの応答手段とを備えたリーダーおよびバッジを含む；応用には、アクセスバッジ、乗車カード、および標識ラベルの他、電子パスポートおよび非接触型銀行カードさえもある；ＮＦＣ電話は、基本的に、現金自動預け払い機での支払いの補助機能を備えた携帯電話である；通常、特別のリーダーを備えた売り手の敷地内の製品またはサービスの自動販売機またはチェックアウトレジ付近にこれらが配置されている場合は、銀行預金口座からの引き出しによる支払い手段としての使用を意図したものである。
【０００４】
これらのシステムは全て、非接触型リーダーと、カード、バッジ、ラベル、携帯電話等であり得る物理的形状とは無関係に、以下において「カード」と呼ばれる可動要素との間の、高周波信号を介した空中での通信に基づくものである。
【０００５】
送信は、ほとんどの場合、無線周波数磁場を介したものであり、リーダーの一部を形成する誘導アンテナ（数巻のシングルコイル）およびカードの一部を形成する誘導アンテナを使用する。
【０００６】
これらのシステムにおいて、リーダーは、一般的に、コマンド信号を構成するように通信プロトコルに従って変調された無線周波数搬送波を送信する；誘導アンテナを有する非接触型カードの場合の一般的な搬送波周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、振幅または位相または周波数に関して変調され、以下においては、これは、１３．５６ＭＨｚの周波数の振幅変調であることを前提とする。次に、リーダーは応答を待つ；リーダーに近い地理的領域にカードが存在し、かつコマンド信号がそこからの応答に関与する場合には、カードが応答し、情報をリーダーに送り返す。この応答は、単純なデジタル識別の送信でもよく、あるいは、より複雑なものでもよい。
【０００７】
カードは、自立電源が欠けている場合があり、この場合、応答の送信を可能にする電力は、近距離通信の応用例（数十センチメートルまで）の場合、カードのアンテナを介して、リーダーのアンテナによって生成された無線周波数磁場によって誘導的に与えられる。
【０００８】
リーダーの誘導アンテナは、好ましくは、信号送信アンテナおよびカードからの応答によって誘導された電磁場の変調を検出するための受信アンテナの両方として機能する。カードからの応答は、通常、そのアンテナの負荷変調の形態で確立され、このアンテナに接続されたリーダーの回路に見られるように、これは、電磁場の変調をもたらし、次に、リーダーのアンテナのインピーダンス変化を誘発する；検出と、その後の応答解析とを可能にするのは、このインピーダンス変化である。
【０００９】
ほとんどの場合、リーダーによって送信されたコマンド信号の後には、リーダーが非変調無線周波数搬送波を送信する期間である待ち時間と、次に、リーダーが非変調搬送波周波数を送信し続ける期間であるカードからの応答時間とが続くが、これは、インピーダンスを変調するカードからの応答である。
【００１０】
これらのシステムにおいて運ばれるデータは、リーダーの周囲の環境で空中を通過するので、攻撃を受けやすい。これらは、交換されるデータの収集、またはリーダーとのダイアログにおいて正規カード以外のカードの代用さえ目的とした悪意のある攻撃に脅かされる可能性がある。
【００１１】
以下「リレーアタック」と呼ばれる特定のタイプの攻撃では、悪意のある人物が、所有者の知識を持たずに、別のカード（違法または偽造カード）および別のリーダー（違法または偽造リーダー）を介して、非直接的に、非接触型リーダー（正規リーダー）に正規カードとの通信を行わせようとする。従って、場合によっては、たとえ正規カードが近くに存在しない場合であっても、悪意のある通信が、非直接的に正規リーダーと確立されることが可能であり、偽造リーダーおよび偽造カードが遠隔のリレーを確立する。
【００１２】
現在の非接触型装置の欠点の１つは、それらが常にアクティブな状態にあるということである；それらを無効にするオフボタンは存在しない。従って、所有者の知識なしに、それらを起動することが可能である。正規カード付近に存在する偽造リーダーは、そのカードを起動することができる。従って、カード保有者が承諾を与えることなく、機密保護商取引が非直接的に認証され得る。
【００１３】
リーダーおよびカード間の商取引の暗号化は、リレーアタックを防げず、その理由は、リレーアタックにおいて、偽造リーダーおよび偽造カードは、暗号化された情報を透過的に渡す；それらが、暗号化されたメッセージの内容を理解する必要はなく、単純にそれらを復号することなく送信する；正規リーダーが、非直接的であるが、正規カードと実際に通信を行っているからである。
【００１４】
実際には、以下の状況が考えられる：偽造リーダーが、正規カードに非常に近く接近することによって、コマンド信号を正規カードに送信する；例えば人混みの中では、人々は互いに接近している；正規カードの応答は、偽造リーダーによって正規リーダーの近くに配置された偽造カードに送られ、このカードは、これらの応答を正規リーダーに再送信する；従って、正規リーダーは、その前に正規カードがあると信じる；同様に、正規リーダーのコマンドが、偽造カードによって偽造リーダーに送信される。この通信全体が傍受される。偽造カードと偽造リーダーとの接続は、有線または無線で行われ得る。偽造カードがただ単に信号の増幅および再送信を行うだけでなく、送信前に信号を適切な伝送プロトコル（ＧＳＭ（登録商標）またはインターネットプロトコル）へと復元するために、復調および再変調（必ずしも暗号解読ではない）を行う手段を備えるという条件ではあるが、通信は、携帯電話を介して、またはインターネットを介して行われ得る。次に、それを防止する暗号化手段なしに、遠い距離から攻撃が行われ得る。
【００１５】
これらの攻撃を避けるために、以下の方法が考案されている：
−超広帯域（ＵＷＢ）無線伝送を用いて、カードとリーダーとの距離を測定する；この目的は、正規カードがリーダーの近くにあることを検証することである;通信の第１段階は、通常の認証段階である；第２段階は、問い掛けと応答との遅延を測定し、それが長すぎないことを検証するための非常に高速な問い掛けと応答とのやり取りを含む（長すぎるのは、おそらく介在するリレーが存在する証拠である）；この解決法により、ＲＦＩＤシステム、および特にＲＦＩＤカードが非常に複雑なものとなる；
−別の方法では、送信器によるリクエストの送信の終了と、カードによる応答の開始との間の時間を測定する；これにより、信号周期の約半分の精度で時間を測定することが可能となる；しかしながら、カード応答の時点は、通信プロトコルにおいて必ずしも常に正確に設定されるとは限らず、そのため、不確実性のマージンを大きくとる必要がある；
−使用していない時は、ユーザーによって意図的に無効化される手段をカードに設けることができる；特に、あらゆる通信を阻止するファラデー箱構造の財布に通常保存されるカードに対して設けることが可能である；
−他の解決法は、自動車のドアを開けるための鍵に関連して提案されてきたが、これらの解決法は、ほとんどのＲＦＩＤシステムに適用することができない。
【００１６】
自動車泥棒に対する防御システムもまた、特許公報欧州特許第１，２７１，４２０号明細書に提案されており、このシステムでは、応答する前に観察されるべき待ち時間に、カードリーダーがカード情報を送信する；カードは、この情報を受信し、この時間が終了してからのみ応答する；リーダーは、それ自体が設定したタイムスロット内に応答が到着することを検証する。
【００１７】
本発明は、この時間情報の送信を検出しようとする試みに対するセキュリティーを向上させ、かつカードからの応答の到着時点の測定精度を向上させることによって、このタイプのシステムを向上させることを提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従って、本発明は、単純かつ効果的で、不正に回避することが困難な、悪意のある攻撃に対する近距離非接触型無線通信システム（ＲＦＩＤ等）の保護方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
従って、本発明によれば、非接触型カードリーダーとカードとの通信を保護するための方法が提供され、この方法は、
−リーダー側から見た開始時点ｔ０に関して測定される継続期間Ｔの選択値に関する情報のやり取りをリーダーおよびカード間で行うことと、
−この継続期間Ｔの値の情報をカードによって復号することと、
−時点ｔ’０＋Ｔに対して時間的に設定されたリターン信号をカードによって送信することであって、ｔ’０は、リーダーから受信した信号の伝搬または処理の遅延を考慮に入れた、カードから見た場合の開始時点である送信と、
−リーダーによってリターン信号を検出することと、
−時点ｔ０＋Ｔに対するリターン信号の到着時点を決定することと、
−検出されたリターン信号の到着時点が、所定の許容誤差（−ｄＴ１、ｄＴ２）を有する理論上のリターン信号の到着時点と等しくない場合に、リーダーによってダイアログを中断することとを含み、
この方法は、リターン信号がリーダーには知られている疑似ランダム系列であることと、時点ｔ０＋Ｔに対するリターン信号の到着時点の決定が、リターン信号と、時点ｔ０＋Ｔに対して時間的にオフセットされる疑似ランダム系列との最大時間的相関関係のサーチを含み、最大の相関関係を提供する系列の時間的オフセットが、リターン信号の到着時点を定義することとを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、リーダーおよびカードは、乱数から生成される同一の疑似ランダム系列の生成器を有し、この乱数は、相関関係のサーチを目的としてカードおよびリーダーが同一の疑似ランダム系列を確立するために、リーダーによってカードへと送信される。
【００２１】
リーダーおよびカード間のやり取りは、好ましくは、リーダーによるカードへの継続期間Ｔに関する情報の送信であるが、カードからリーダーへ行われることも可能である。
【００２２】
時点ｔ０を定義する基準は、リーダーおよびカードによって先験的に知られている；例えば、リーダーにとっては、それは単純に、リーダーが情報Ｔをカードに送信するコマンドの終了であり、この終了は、このコマンドを定義する変調における最後のバイナリ遷移である。カードにとっては、それは同じ事であるが、伝搬および復調による僅かな時間的オフセットを有する。しかしながら、リーダーによって送信され、かつカードによって認識される特定の同期信号、例えば同期パルスによって、時点ｔ０の基準が定義されることが好ましい；最善の状況は、この同期信号が、ランダムな時間間隔の後にリーダーによって送信されることである。
【００２３】
継続期間Ｔの情報は、好ましくは、海賊行為に対するセキュリティーを向上させるために、暗号化形態で送信される。これは、好ましくは、１つ１つのダイアログ系列ごとにリーダーによって変更される。
【００２４】
このため、リーダーとカードとの交換プロトコルは、好ましくは、リーダーによってカードに送信されたコマンドを含み、同じ秘密鍵アルゴリズムを用いてリーダーおよびカードの両方において継続期間Ｔを計算するために使用される乱数の送信を含む；次に、ランダム時間の終了時に、リーダー側から見た継続期間Ｔの開始時間ｔ０を定義する同期パルスのリーダーによる送信を含む。
【００２５】
時点ｔ０＋Ｔにおいて（または、極めてすぐ後に）リーダーによって予期されるカードからの応答は、リーダーには知られている疑似ランダム変調系列の送信である；リーダーは、時点ｔ０＋Ｔに対して設定された同一の疑似ランダム系列を生成することが可能であり、それによって、この系列と、カードから受信した疑似ランダム系列との時間的関連付けと、相関ピークが存在する時点ｔｒの決定と、ｔｒと、カードからの応答が予期される理論上の時点との差が許容誤差内であるか否かの判定とが行われる。
【００２６】
リーダーおよびカードにおける同一の疑似ランダム系列の生成は、リーダーおよびカードにおける同一の生成器に基づいて行われ、これは、好ましくは、生成器によって送信される系列を一義的に定義する特定のコードを使用する。このコードは、前もって、リーダーによってカードへ、あるいはその逆に、好ましくは、カードによって復号可能な暗号化形態で送信される。継続期間Ｔの計算に使用するためにリーダーによって送信された乱数は、リーダーおよびカードの両方において、この乱数を用いてリーダーおよびカードによって共有される、秘密鍵アルゴリズムを用いた疑似ランダム系列の決定にも使用できる。
【００２７】
特に有利なある応用例では、カードリーダーが車両に搭載され、車両を開ける、および／または始動させることを制御する。
【００２８】
本発明の他の特徴および利点は、以下に続く、添付の図面を参照して行われる詳細な説明を読めば明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】リレーアタックの一般原理を示す。
【図２】リーダーおよびカード間の通信において、リレーアタックに対してカードをより上手く保護する目的で、本発明に従って使用される時間図を示す。
【図３】受信された疑似ランダム系列が、時間的にオフセットされる同一の系列と関連付けられる際に検出された相関ピークを示す。
【図４】リーダーによって送信されたコマンドの終了と、カードへの同期パルスとの遅延Ｔ’を有する交換プロトコルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
簡潔さのために、非接触型カードおよびリーダーは、以下の周知の原理に基づき機能すると仮定する：リーダーおよびカードは、それぞれ誘導アンテナを所有し、リーダーは、自身のアンテナからカードのアンテナへと情報を送信するために、搬送波周波数を変調することができる；カードは、負荷変調と、従って、自身の誘導アンテナのインピーダンス変調とを生成することが可能である；この変調は、リーダーのアンテナのインピーダンス変調の形態で伝えられる；およびリーダーは、この変調を検出することができる。しかしながら、本発明は、たとえ通信の根底にある物理的原理が異なっていても、使用可能である。リーダーとカードとのダイアログプロトコルの過程において、変調は、好ましくは、副搬送波周波数の振幅変調である。
【００３１】
カードリーダーと非接触型カードとの通常のダイアログプロトコルは、原理的には、リーダーによってカードへと送られるコマンドごとに繰り返される以下の４つの段階を含む：
１．副搬送波周波数の振幅変調の形態でのコマンドの送信時間；
２．リーダーが非変調搬送波周波数を送信する期間、およびカードがリーダーから受信したコマンドを復号する期間であるリーダーの待ち時間；
３．リーダーによって観察されるインピーダンスへと伝えられる、例えば、カードアンテナのインピーダンス変調の形態でのカードによる応答時間；
４．リーダーがカードから受信した応答を復号する期間であるカードの待ち時間。
【００３２】
カードからリーダーへの変調は、通常、搬送波周波数の副搬送波周波数の振幅変調である。リーダーからカードへは、通常、それらは搬送波の振幅変調である。
【００３３】
１３．５６ＭＨｚの搬送波周波数が頻繁に使用される。８４７．５ｋＨｚの副搬送波を使用してもよい。
【００３４】
本発明は、他の任意のタイプの変調と共に適用可能である。カードがアクティブな状態にある場合（例えば、ＮＦＣ携帯電話）、カードからリーダーへのやり取り（特に、カードからのリターン信号）は、カード自体によって送信された電磁場の変調によって構成され得る。
【００３５】
図１は、そこにあるのは偽造カードであることに反して、正規カードが面前にあるとカードリーダーに信じ込ませることを目的としたリレーアタックの原理を示す。
【００３６】
（正規）リーダー１０は、それ自身の誘導アンテナ１２と共に象徴的に示されている。正規カード２０は、それ自身の誘導アンテナ２２と共に示されている。リレーアタックは、それ自身の誘導アンテナ３２を有する偽造カード３０と、それ自身の誘導アンテナ４２を有する偽造リーダー４０との組み合わせによって行われる。正規リーダー１０は、偽造カード３０によって捕捉されるコマンドを送信する；これは、それらのコマンドを、有線または無線によって偽造リーダー４０へと伝える；偽造リーダー４０は、不正に正規カードに近づけられ、正規リーダーからそれへとコマンドを送信する；次に、正規カードが応答する；応答は、偽造リーダーから偽造カードへ、および偽造カードから偽造リーダーへと再送信される。
【００３７】
その結果、正規リーダーは、面前に正規カードがあると信じる。
【００３８】
本発明によれば、ある特定のコマンドの過程において、または各コマンドの１つの要素として、カードが時点ｔ０からカウントを行わなければならない継続期間Ｔの間、正規リーダーはカードと情報のやり取りを行う。このやり取りは、好ましくは、リーダーからカードに対して行われるが、その反対も可能である。時点ｔ０は、システムにおいて予め定義され得る、すなわち、リーダーは、時間ｔ０において情報を送信する必要はない。しかしながら、継続期間Ｔの値は、リーダー（またはカード）によってランダムに定義され得る。時点ｔ０は、カードの応答待ち時間前の、送信されたコマンドの終了時点であり得、これは、コマンドを定義する変調の最後のバイナリ遷移であり得る；カードは、この最後の遷移から時間Ｔをカウントしなければならないことを知っている。しかしながら、時点ｔ０が、コマンドの終了後にリーダーによって送信される特定の同期パルスによって定義される時点であることがより好ましいということが、後に理解されるであろう。
【００３９】
継続期間Ｔは、好ましくは、リーダーの待ち時間（上記に定義した時間２）の継続期間よりも短いが、これは、以下に説明するように必須のものではない。
【００４０】
継続期間Ｔの情報は、時間の単位で表されたバイナリデジタル値の形態または搬送波周波数の周期数で表されたデジタル値Ｎの形態のどちらか一方で、あるいは、暗号化形態で、すなわち、実際には、秘密鍵アルゴリズムを用いてカードにおける継続期間を計算するために使用される数を送信するという形態で送信される。
【００４１】
カードは、時点ｔ０を検出するが、リーダーから見た時間ｔ０と、それに対応するカードによる時間ｔ’０との間には、カードにおける伝搬遅延（短い距離を考慮して非常に短い）および復調遅延により、僅かなオフセットが存在する。カードは、時点ｔ’０から継続期間Ｔをカウントするカウンターを始動させる、および時間ｔ’０＋Ｔにおいて、リーダーが認識可能なリターン信号を送信するように構成されている。カウントは、搬送波周波数の周期をカウントする、例えば、ゼロを通る通過をカウントすることによって行われてもよい。カウントは、時間Ｔの前に復号を完了することを条件に、カードが値Ｔを復号し終える前に開始され得る。
【００４２】
時間Ｔは、リーダーによって送信されたコマンドまたは情報を定義するコードにおいて、連続する２つのバイナリ遷移（同じ方向のもの）を分離する可能性の高い継続期間を十分に上回るように選択される。これにより、カードが、リーダーによって送信されたコマンドの終了時間の時点ｔ０を正確に定義することが可能となる。例えば、コマンドフレームの終了が、バイナリ変調の立ち上がりエッジ（ただし、これは立ち下りエッジである場合もある）に一致する場合に、以下の手順を用いることが可能である：各遷移において、時間Ｔをカウントするカウンターがゼロにリセットされ、カウントを再び始めることができる。従って、時間のカウントは、変調が継続する間は、Ｔまで達することは不可能である。最後の遷移のみが、カウンターが完全な継続期間Ｔをカウントすることを可能にする。
【００４３】
従って、リーダーが送信したコマンドの終了をカードが目撃する時点である時間ｔ’０から、カードは時間Ｔをカウントする。カードとリーダーとが極めて近接していると仮定し、かつカードによるバイナリ遷移の検出に必要な時間が非常に短いと仮定すると、時間ｔ’０は、実質的に、時間ｔ０に等しい。ｔ０とｔ’０との差は、搬送波周波数の１つまたは２つの周期と等しいかもしれない。
【００４４】
時間ｔ’０＋Ｔにおいて、カードは、例えば、リーダーとカードとの通常のダイアログが副搬送波周波数の変調の形態であるのに対して、搬送波周波数の振幅変調であることからリーダーが簡単に認識可能なリターン信号を送信する。ここでは、リターン信号は、カードによって送信され、リーダーによって予期される疑似ランダム系列である。
【００４５】
リーダーによって行われる検証は、実際に予期された時点である時点ｔｒ、すなわち、全体的に時点ｔ０＋Ｔにおいて、または、圧縮できない送信時間の場合は、信号の伝搬および受信を考慮して時点ｔｒ０＝ｔ０＋Ｔ＋Δｔにおいて、リターン信号が到着することを検証することにある。ｔｒとｔｒ０との最大許容誤差は、システムにおいて予め決定されている。この差は、ｔｒ０の前と後ろにそれぞれ位置する２つの継続期間−ｄＴ１および＋ｄＴ２に分割することが可能で、これは、以下において、ｄＴ＝ｄＴ１＋ｄＴ２と共に考慮されるものである；しかしながら、もう１つの方法として、リターンパルスがｔｒ０より以前に到着する見込みがないと見なされる場合には、これは、ｔｒ０の後に位置する単一の時間間隔ｄＴの形態でカウントされてもよい。値ｄＴ１およびｄＴ２は、好ましくは、搬送波周波数の１つまたは２つ、あるいは３つもの周期（１３．５６ＭＨｚの周波数の場合、１周期は、７３ナノ秒に等しい）であり得る。
【００４６】
リターン信号が、差ｄＴ内、すなわち、ｔｒ０−ｄＴ１とｔｒ０＋ｄＴ２との間の時点ｔｒに位置する場合、パルスは、正規カードから生じていると見なされる。この間隔にパルスが位置していなければ、リレーアタックの容疑者であり得るカードから生じていると見なされる。許容誤差ｄＴ１およびｄＴ２は、同一でもよいし、同一でなくてもよい。
【００４７】
後で、疑似ランダム系列によって構成されるリターン信号の到着を表す時点ｔｒの決定に戻るものとする。この決定は、リターン信号（疑似ランダム系列）と、リーダーにおいて生成された同一の疑似ランダム系列との時間的相関関係によって行われる。
【００４８】
リーダーがこの手段によってリレーアタックを検出すると、リーダーは、通信を中断する、または正規カードの不正使用の試みを無効にするための適切な対策を講じる。
【００４９】
図２は、リーダーによってカードに送信されたコマンドの終了によって開始時点ｔ０が定義される場合における、今しがた説明した動作を図式的に要約したタイミング図である。開始時間ｔ０は、カードによって認識可能で、コマンドの終了後のランダム時間Ｔ’の終了時に送信される同期パルスによって定義され得ることが、後に理解されるであろう。
【００５０】
１行目は、リーダーによるコマンドの送信を表し、コマンドの後には、リーダーが非変調搬送波を送信する期間である待ち時間（図面においては、変調信号が高レベルを維持しているという事実によって表されている）が続く。コマンドは、時間ｔ０において終了する。次に、リーダーは、まずカードからのリターンパルスを待ち、次に、コマンドへの応答を待つ。ここでは、リーダーによる変調は、搬送波の振幅変調である。コマンドは、時間Ｔに関する情報を、このような情報が以前のコマンド中に送信されており、今回のコマンドに対してもまだ有効でない限り、含んでいる。
【００５１】
２行目は、カードによって復調される時の、リーダーから生じた信号を表す。リーダーと同じ変調を単純に示したが、僅かに遅延している、すなわち、ｔ０の後の時点ｔ’０において終了している。
【００５２】
３行目は、受信した変調の正の遷移ごとに、カードのカウンターにおいて始動されるカウントを表し、継続期間Ｔの真のカウントは、時間ｔ’０においてのみ開始される。なぜなら、事前に、各正の遷移において、カウントが再初期化されるからである。Ｔの値は、受信したコマンド、または以前に受信したコマンドからカードによって復号されている。カウントは、直線のスロープによって象徴的に示されている。
【００５３】
４行目は、送信されたコマンドの終了（ｔ０）において、リーダーにおいて始動されるカウントを表す。カウントは、各正の遷移において開始され、各正の遷移において再初期化されてもよく（カードの場合のように）、あるいは、リーダーは（カードとは異なり）、自身が送信しているコマンドがいつ終了するかを知っているので、時間ｔ０においてのみカウントを開始してもよい。
【００５４】
５行目は、時間ｔ’０＋Ｔにおいて開始するリターン信号を構成する変調のカードによる送信を表す。リターン信号は、疑似ランダム系列である。リターン信号の後に、点線でさらに図示されるのは、リーダーからのコマンドに対するカードからの応答である変調である。これらの変調は、好ましくは、カードの誘導アンテナのインピーダンスの変調であるが、好ましくは、疑似ランダム系列に関しては、搬送波周波数の変調であり、コマンドに対するカードからの真の応答に関しては、副搬送波変調である。
【００５５】
６行目は、時点ｔｒにおいて開始する疑似ランダム系列と、カードから生じる後続の副搬送波変調（点線）とを含む、リーダーによって受信および復調された信号を表す。
【００５６】
リターン信号が、ｔ０＋Ｔ−ｄＴ１とｔ０＋Ｔ＋ｄＴ２との時間間隔、すなわち、ｔ０＋Ｔに近い理論上の受信時間ｔｒ０前後の時間間隔内に到着しない場合は、リレーアタックが存在する可能性があると見なされ、少なくとも重要データの送信に関しては、カードとの通信が中断される。
【００５７】
本発明による方法においては、リレーアタックに対する部分免疫は、一部のリレーアタックが、ｔ０＋Ｔ−ｄＴ１とｔ０＋Ｔ＋ｄＴ２との間に位置するタイムスロットにおいて、リーダーがカードからのリターン信号を受信することを阻止する追加の反応時間を導入するという事実から生じるものである。
【００５８】
追加の免疫は、継続期間Ｔの情報が経時的に変化する場合、特に、この情報がランダムまたは疑似ランダム信号から決定される場合に得られる。そして、追加の免疫は、正規カードのみが復号できる暗号化を用いて暗号化形態で、情報Ｔがカードに送信される場合にさらに得られる。その上、暗号化は単純なものでよい：例えば、リーダーおよびカードが共通の暗号化キーを所有する場合、リーダーは、キーとＴの値との排他的論理和の結果をカードに送信できる；この結果は、キーを用いてカードによって非常に簡単に復号され得る。
【００５９】
カードによって時間ｔ’０＋Ｔに送信されたリターン信号は、時間ｔ’０＋Ｔに開始する疑似ランダム変調系列である。リーダーは、この系列を検出し、同一のランダム系列との最適な相関関係のサーチを行う。相関関係は、好ましくはデジタルである、すなわち、カードによって受信された系列は、デジタル化され、相関関係のサーチは、互いに同一であるが、時間的に次第にオフセットされる様々なデジタル系列によって、デジタル化された系列を乗算することによって行われる。最適な相関関係のサーチは、カードから受信した系列と最も高い相関関係の積を生み出す系列の時間的位置ｔｒの決定にある。この時間的位置ｔｒは、例えば、疑似ランダム系列の開始に関して参照される；これは、時間ｔ０＋Ｔと比較され、ｔｒが、ｔ０＋Ｔ−ｄＴ１とｔ０＋Ｔ＋ｄＴ２との間（ｄＴ１およびｄＴ２は、許容誤差である）であれば正常と見なされる。そうでない場合は、リーダーは、カードがリレーアタックの容疑者であり得ると見なし、通信の通常動作を中断する。
【００６０】
疑似ランダム系列の時間的相関関係は、高精度の時間測定を提供する。系列は、鋭く容易に検出可能な相関ピークを生じさせることが可能なＭ系列であり得る。
【００６１】
図３は、一例として、受信された疑似ランダム系列が、時間的にオフセットされる同一の系列と関連付けられる際に検出され得る相関ピーク（縦座標は任意の単位）を示す。相関ピークの幅は、系列中に存在する最短パルスの継続期間と等しい。ピークの頂点の正確な位置の決定は、この継続期間よりもかなり高い精度で行われる。変調を搬送波周波数に適用する場合、継続期間は、７３ナノ秒であり得、カードからの戻りの検出精度は、７３ナノ秒よりもかなり良い。
【００６２】
リーダーの疑似ランダム系列に適用される時間的オフセットは、横座標に示されており、オフセット系列と受信信号との相関信号の振幅は、縦座標に示されている。
【００６３】
相関には、計算時間がかかるが、たとえ相関結果およびダイアログを継続しないという決定が、リーダーによってカードへとコマンドを送信する１つまたは複数の系列の後に得られたとしても、ダイアログの中断は、重要なやり取り（セキュリティーの観点から）が生じる前であれば効果的である。
【００６４】
カードによる疑似ランダム系列の送信は、この疑似ランダム系列による変調が、搬送波の変調であり、かつ副搬送波の変調と混同されなければ、たとえリーダーとのカードのダイアログ中であっても、相関を向上させるために、連続する数個の系列に対してさらに繰り返すことができる。
【００６５】
追加のセキュリティーが、コマンドコードと送信された系列との間に１対１の関係を有する数ビットから成るコードによって制御可能な同一の疑似ランダム系列の生成器をリーダーおよびカードに設けることによって、導入され得る。この数ビットから成るコードは、暗号化形態でカードへと送信され（継続期間Ｔの情報と同時に）、それによって、後者が同一の系列を確立する。カードによって送信された系列が、リーダーが予期したものではない場合、十分に顕著な相関ピークは見つけられない。この目的のためにリーダーによって送信されたコードは、リーダーおよびカードにおいて、同じ選択アルゴリズムに基づく疑似ランダム系列の選択のみならず、リーダーおよびカードによって同じ計算アルゴリズムに基づいて計算される待ち継続時間Ｔの選択にも使用され得る。これらのアルゴリズムは、リーダーによって明確に送信された乱数（上記のバイナリコード）の使用と、リーダーおよびカードに知られている秘密鍵とに基づくものである。アルゴリズムの機能は一義的である、すなわち、あるコードは、１つの継続期間Ｔおよび１つの疑似ランダム系列に至る。
【００６６】
図４は、さらなる改良を表し、これによれば、継続期間Ｔのカウントの開始時点ｔ０は、リーダーによってカードに送信されたコマンド送信の終了ではなく、リーダーによってランダムに生成される継続期間Ｔ’によって、コマンドのこの終了から分離された時点である。継続期間Ｔ’は、時点ｔ０においてリーダーによる同期パルスの送信で終了する；従って、時点ｔ０は、リーダーによってランダムに決定されるので、問い掛け毎に可変である；カードは、このパルスを待ち、同期パルスを受け取る時点ｔ’０において、継続期間Ｔのカウントを開始する。リーダーは、図２を参照して既に説明したように、時点ｔ０において同じカウントを開始する。その他の点に関しては、動作は、図２と同じである。
【００６７】
このランダム時間Ｔ’により、攻撃者が時点ｔ０を予測し、リーダーが同期信号を送信する直前にそれを行う（これにより、リレーが導入する遅延を攻撃者が補償することが可能となる）ことを防止することが可能となる。
【００６８】
以下にプロトコル全体を要約すると、このように導入された追加のセキュリティーと共に、我々は以下のステップを有する：
リーダーは、リーダーのある場所に存在し得るカードにコマンドまたはリクエストを送信する。このコマンドにおいて、リーダーは、コマンド毎に異なるようにランダムに生成された任意数Ａを送信する。
【００６９】
カードは、コマンドを受信し、それを復号する。カードは、具体的には、数Ａを復号する。
【００７０】
リーダーおよびカードは、同じ秘密鍵アルゴリズムｋを用いて継続期間Ｔを計算するために、同じ数Ａを使用する；それらは、異なる可能な系列の中から、ある特定の疑似ランダム系列Ｓを決定するためにも、この数を使用する。
【００７１】
同時に、リーダーは、同期パルスの送信前の遅延の継続期間である、継続期間Ｔ’を表す数をランダムに生成する。リーダーは、この数をカードに送信しない。
【００７２】
次に、リーダーは、カードに送信されたコマンドの終了後に継続期間Ｔ’をカウントし、この継続期間Ｔ’の終わりである時点ｔ０において、短い同期パルスを送信する。この時点から、リーダーは、以前に計算された継続期間Ｔのカウントを開始する。
【００７３】
同期パルスを待っているカードは、時点ｔ’０においてこのパルスを受信および認識する；この時点において、カードは、以前に計算した継続期間Ｔのカウントを開始する。
【００７４】
時点ｔ０＋Ｔにおいて、リーダーは、カードが送信しなければならないものと同じ疑似ランダム系列を送信する。リーダーによって生成された系列は、次に、基準時点ｔ０＋Ｔに設定される。
【００７５】
時点ｔ’０＋Ｔにおいて、カードは、リターン信号を構成する疑似ランダム系列を送信する。
【００７６】
リーダーは、カードから系列を受信し、それを高時間分解能（この系列の戻りの時点の決定に望まれる精度に対応する分解能）でサンプリングする。
【００７７】
リーダーは、合成された系列および受信された系列を時間的に関連付ける、すなわち、受信された系列との最大相関を得るために、どの時間間隔に対して、時間ｔ０＋Ｔに設定された、合成された系列をオフセットするべきかを決定するためにサーチを行う。これは、リーダーが、時間ｔ０＋Ｔに対して次第にオフセットされる一連の時系列を生成し、これらの系列の内のどれが、受信した系列と最も良い相関を生み出すかを決定するためにリーダーがサーチを行うと言うことと同じである。
【００７８】
この相関サーチにより、リターン信号の受信の時点と見なされる時間ｔｒが与えられる。
【００７９】
この時間は、カードからの予期された応答の理論上の時点ｔｒ０と比較される。ｔｒとｔｒ０との差の値に従って、応答は、本物であると見なされ、そうでない場合は、リレーアタックの容疑者であると見なされる。最初のケースでは、カードとのダイアログを継続し得る。２番目のケースでは、リーダーがカードとのさらなるやり取りを禁止する。時点ｔｒ０は、リーダーがカードからの理論上の応答が非常に高速であると仮定する場合には、時点ｔ０＋Ｔであり得る。そうでなければ、これは、ｔｒ＋Ｔ０より僅かに後のｔｒ＋Ｔ０＋ΔＴの時点である。
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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