Karten personalisieren – Welche Technik steckt dahinter (Teil 2)

Sie sind aus unserem täglichen Leben kaum noch weg zu denken. Überall finden sie Verwendung in Form von EC-Karten, Dauerkarten für Schwimmbäder oder Studentenausweisen: Plastikkarten mit integriertem Mikrochip. Sie speichern unsere wichtigsten Personalien und machen sie bei Bedarf abrufbar.

Doch wie funktioniert diese Technologie und wie lassen sich solche Karten herstellen?

In einem älteren Blogbeitrag beschäftigten wir uns bereits mit den Äußerlichkeiten und diversen Druckverfahren. Nun wollen wir in das Innere von Smartcards schauen und somit einen kleinen Einblick in die industrielle Produktion dieser geben. Der Einfachheit halber wollen wir uns zunächst mit der älteren und unkomplizierteren Form der kontaktbehafteten Chipkarten beschäftigen.

Da in der industriellen Massenproduktion eine schnelle Aushärtezeit gewünscht wird, werden heute hauptsächlich (bei ca. 90% aller Karten) UV-härtende Vergussmassen benutzt. Damit eine Durchhärtung erfolgen kann müssen die Vergussmassen lichtdurchlässig sein. Alternativ werden thermisch härtende Vergussmassen eingesetzt, diese müssen nicht lichtdurchlässig sein, sind aber mit bis zu 3 Minuten Aushärtezeit für eine Massenproduktion deutlich zu langsam und es bildet sich im ausgehärteten Zustand eine relativ spröde Masse. Mit modernen UV-härtenden Vergussmassen benötigt man dagegen nur etwa 30 bis 40 Sekunden zum Aushärten, was den Anforderungen der Chipmodulhersteller schon eher entspricht. Mit modernen Vergussmaschinen, welche auf LED – Technik, anstatt UV-Entladungslampen setzen, was zu einer noch schnelleren Aushärtezeit und sehr geringen Anlaufzeit führt, schafft man Durchsätze von bis zu 40.000 Modulen/Stunde.

Je nach Anwendung verwendet man unterschiedliche Chips. Sie werden unterschieden nach der Art des Datenspeichers, des Rechners und der Schnittstelle zu den Lesegeräten.

Die einfachste Form einer Chipkarte sind die Speicherchipkarten. Sie bestehen in der Regel aus nichts weiter als einem nicht flüchtigen Speicher, einer speziellen Logik und einem Interface zur Ein-und Ausgabe der Daten.

Als Speicher verwendet man in der Regel einen EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), dies sind Speicherzellen welche elektrisch programmiert und gelöscht werden können und ihren Speicherinhalt auch nach Abschalten des Stromes behalten. Früher verwendete man auch EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory), welche ähnlich funktionieren, allerdings nur mit Hilfe von UV-Strahlung gelöscht werden können, was eine Änderung der Programmierung (z.B. bei Wechsel des Wohnsitzes) sehr schwierig macht.

Mikrocontrollerchipkarten beinhalten einen Mikrocontroller, welcher wie ein kompletter Rechner aufgebaut ist und über verschiedene Speicherarten und einen zentralen Prozessor (CPU) verfügt.

CPU = Central Processing Unit

Wie der Name schon sagt ist die CPU, die zentrale Recheneinheit eines Mikrocontrollers, sie kann die zu speichernden oder auszugebenden Daten nach vorgegeben Regeln berechnen, ordnen und kontrollieren. So bieten Mikrocontrollerkarten eine deutlich größere Funktionalität und eine erhöhte Sicherheit gegenüber Manipulationen als einfache Speicherkarten.

Neben den obengenannten enthalten Mikrocontroller noch weitere Formen Speicherarten:

ROM = Read Only Memory

ROMs haben einen festen Inhalt, der nicht verändert werden kann, ihr Inhalt wird im Herstellungsprozess des Chips vorgegeben und kann nicht verändert werden (z.B. das BIOS bei PC’s war ursprünglich auf einem ROM, heute verwendet man aber oft EEPROMs).

RAM = Random Access Memory

RAMs sind flüchtige Speicher, die elektrisch umprogrammiert werden können, und dienen während des Betriebs als Arbeitsspeicher.

In modernen Chipkarten, ist durch RFID–Technologie (Radiofrequenzidentifikation) auch kontaktloses Auslesen ermöglicht. Bei aktuellen Kreditkarten ist durch Kombination beider Technologien (Dual-Interface-Karte), sowohl kontaktloses, als auch kontaktbehaftetes Bezahlen möglich. Durch moderne Fertigungsmechanismen ist die Unterbringung der gesamten Elektronik (bei kontaktlosen Chipkarten inklusive Schnittstelle, in Form einer Antenne) auf dünnen Folien, sogenannten RFID – Inlays (auch Smart Label genannt) möglich. Integrierte Mikrocontrollerchips können durch Schaltungen mit einem zentralen Mikroprozessorchip (ähnlich dem inneren Aufbau eines PCs) ersetzt werden, um für anspruchsvolle Anwendungen höhere Rechengeschwindigkeiten zu erreichen. Speziell um gesendete und empfangene Daten zu verschlüsseln werden auch Coprozessoren eingesetzt um die CPU zu entlasten.

Telefonwertkarten sind in der Regel Speicherchipkarten mit einer Sicherheitslogik. Erste Telefonkarten, welche in Frankreich zum Einsatz kamen, hatten EPROM – Speicher, die bei Benutzung nach und nach entwertet wurden.

EC – Karten sind standardmäßig mit einem Magnetstreifen ausgestattet. Dieser speichert jedoch lediglich statische Informationen, bietet somit keine sicheren Identifikationsmöglichkeiten und kann auch sehr leicht kopiert werden. Seit dem Jahr 2000 werden daher die neu ausgegebenen Karten mit einem zusätzlichen Chip ausgestattet. Dieser Chip kann dem Lesegerät im Gegensatz zu einem Magnetstreifen Anfragen beatworten und so beispielsweise die Zahlung durch eine PIN schützen. Die Daten welche auf dem Chip gespeichert sind, können nicht komplett ausgelesen werden, somit ist der Chip auch deutlich sicherer vor eventuellem Kopieren. Seit 2011 ist in Deutschland zwingend der Chip für das Electronic Cash zu nutzen.

Die bis 2014 eingesetzten deutschen Krankenversicherungskarten, beinhalteten nur die für die Arztabrechnung relevanten Patientendaten, berechtigten somit zum Arztbesuch und enthielten einen einfachen Speicherchip. Die seit 01. Januar 2015 endgültig eingeführten elektronischen Gesundheitskarten, enthalten einen Mikrocontroller und ermöglichen über die Arztabrechnung hinaus hin weitere Funktionen. Sie enthalten zusätzliche Informationen wie die Krankheitsgeschichte, Blutgruppe, Allergien und sonstige Notfallinformationen.

GSM (Global System for Mobile Communication) ist die Bezeichnung für das in Europa und einigen asiatischen und afrikanischen Ländern verbreitete standardisierte Mobilfunknetz. GSM – Standards legen zur Identifikation des Teilnehmers gegenüber dem Netz einen „Suscriber Identify Chipmodule“ (SIM) in Form einer Mikrocontrollerkarte fest. Im SIM sind die die notwendige Intelligenz für die Identifikation des Teilnehmers, sowie je nach Typ diverse zusätzliche Hilfsfunktionen untergebracht.

Wenn Sie sich für weitere Technologien im Bereich Kartensysteme und Chipmodule interessieren, können Sie uns jeder Zeit gern kontaktieren!