专利名称：利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于移动终端进行刷卡的技术领域，特别是涉及利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法和装置。
背景技术：
随着移动电话的普及，移动支付(主要为手机支付)的业务需求非常迫切。移动支付的各种应用中，其中现场小额支付的方便性受到用户的欢迎。移动小额支付(一般使用电子钱包的标准)的基本要求是使用方便而且 安全。现场小额支付的方便性要求之一是能够非常快捷地完成支付操作，比如地铁的使用中，由于人流密度大，要求O. 3秒内实现扣除(或返还)地铁车费的操作，快捷地完成支付操作也方便乘客进出闸，以避免地铁闸机口累积大量乘客，从而节约乘客的时间。现场小额支付的安全性要求之一是用户只有将支付卡(或移动电话)靠近pos机安全距离以内(比如IOcm以内)时才可以扣除费用，同时用户能够及时知晓消费数额，并且能够事后随时查询消费记录清单，以避免乱收费问题。目前使用13. 56MHzRFID方案的公交卡已经广泛应用于地铁公交等，但也暴露出安全性问题，比如，公交支付中，已经有报道某些私人承包的公交线路中，存在售票员超额收费问题。由于目前的公交卡上无法显示收费金额，也无法查询消费清单，而其他查询方法太麻烦。因而售票员利用大部分乘客从来不看或看不清乘车费用的缺陷，进行超额收费，甚至故意将计价器显示器遮挡后，再超额收费。而普及的移动电话有液晶显示屏和键盘，能够随时查看支付清单，因而，未来借助移动电话实现的小额支付可以做到更加安全。目前已经有很多种在移动电话上实现的移动刷卡方案。主要为13.56MHz的方案和RF_sim(Radio Frequency Sim)方案。这两种方案都是基于电磁场强度随着与发射源的距离增加而减小的规律来确定和限制移动刷卡距离，基本上有两种方法。一是根据测得的电磁场强度换算为刷卡距离；二是只有在足够强的电磁场强度下才能实现移动支付，当电磁场强度不够强时，卡片不能获得足够的能量，不能工作，这样也能实现移动刷卡距离的限制。因此，对于基于电磁场强度确定和限制移动刷卡距离的方法，欺骗者或者攻击者可以通过增加中继放大器的方法，使得接收方误认为电磁场信号足够强、距离足够近，从而达到在安全距离之外就能刷卡的目的。当然，如果对所有小额支付的操作，增加必须通过手机上的确认操作，才能完成刷卡的功能，就可以保证刷卡的安全性，但同时却失去了刷卡的方便性。确认操作一般用在大额支付等安全要求较高而方便性要求较低的场合。发明内容本发明所要解决的技术问题在于避免欺骗者或攻击者在安全距离之外能实现刷卡从而保证刷卡安全，同时又能保证使用方便的利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法和装置。本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现提出一种利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法，包括以下步骤，①设置于移动终端内的多界面集成电路卡借助无线电发送数据信息；②读卡装置接收数据信息后，借助超声波将接收数据信息和/或者加工处理后的数据信息发送出去；加工处理是指对接收数据信息进行运算后得到另一与原有数据相关的数据信息的过程，加工处理包括数据信息的加密运算处理、计算数据信息的校验码、计算数据信息的纠错码、计算数据信息的散列函数值和/或计算数据信息的报文鉴别码(MAC)。③所述多界面集成电路卡收到所述读卡装置发送的超声波信号后，解调解码出其中的数据信息，并比较收到的数据信息与发出的数据信息是否相符；④如果多界面集成电路卡收到的数据信息与发出的数据信息相符，则计算接收到超声波信号的时刻与发送无线电数据的时刻之间的时间差值，并将该时间差值换算为多界面集成电路卡与读卡装置之间的距离；⑤多界面集成电路卡将计算得到的多界面集成电路卡与读卡装置之间的距离与设定的安全距离比较，如果多界面集成电路卡与读卡装置之间的距离小于设定的安全距离，则允许刷卡。步骤⑤中进行刷卡之前，多界面集成电路卡(I)测量自身加速度，识别用户刷卡确认动作，如果多界面集成电路卡(I)没有识别出用户刷卡确认动作，禁止刷卡。·或者提出一种利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法，包括步骤①读卡装置借助超声波发送数据信息；②设置于移动终端内的多界面集成电路卡收到超声波信息后，解调解码出其中数据信息，并将该数据信息和/或者加工处理后的数据信息借助无线电发送给读卡装置(2);加工处理是指对接收数据信息进行运算后得到另一与原有数据相关的数据信息的过程，力口工处理包括数据信息的加密运算处理、计算数据信息的校验码、计算数据信息的纠错码、计算数据信息的散列函数值和/或计算数据信息的报文鉴别码(MAC)。③读卡装置收到多界面集成电路卡发送的无线电信息后，读卡装置比较其中的数据信息与发送出去的数据信息是否相符；④如果读卡装置收到的数据信息与发出的数据信息相符，则计算接收到无线电信息的时刻和发送超声波信息的时刻之间的时间差值，并将该时间差值换算为多界面集成电路卡与读卡装置之间的距离；⑤读卡装置将计算得到的多界面集成电路卡与读卡装置之间的距离与设定的安全距离比较，如果多界面集成电路卡与读卡装置之间的距离小于设定的安全距离，则允许刷卡。步骤⑤中进行刷卡之前，多界面集成电路卡(I)测量自身加速度，识别用户刷卡确认动作，如果多界面集成电路卡(I)没有识别出用户刷卡确认动作，多界面集成电路卡(I)拒绝完成后面的刷卡操作。设计一种读卡装置，包括读卡装置控制器、无线电收发处理模块、超声波发射模块以及读卡机接口电路；所述无线电收发处理模块与读卡装置控制器连接，与外部多界面集成电路卡之间进行双向无线电通讯；超声波发射模块与读卡装置控制器连接，进行超声波的产生、编码、调制、驱动和发射；读卡机接口电路与读卡装置控制器连接，读卡机接口电路实现读卡装置与外部读卡机主电路之间的通讯。超声波发射模块由超声波电信号产生模块和超声波发送器组成。超声波电信号产生模块与超声波发送器连接，超声波电信号产生模块产生需要的超声波电信号，超声波电信号驱动超声波发送器生成超声波发射到空气中。超声波发送器主要由压电陶瓷、磁致伸缩材料或者压电聚合物组成。
设计一种多界面集成电路卡，包括控制电路、有线接口、无线电收发处理模块、超声波接收模块和刷卡功能模块；有线接口与控制电路连接，多界面集成电路卡通过有线接口与外部的移动终端连接；无线电收发处理模块与控制电路连接，负责与外部读卡装置进行双向无线电数据信息交换；超声波接收模块与控制电路连接，接收外部读卡装置发射的超声波信号，并从接收到的超声波信号中得到读卡装置发出的数据信息，根据超声波传播时间值计算得到多界面集成电路卡和读卡装置之间的距离；刷卡功能模块与控制电路连接，在控制电路的控制下与外部读卡装置和移动终端配合共同完成刷卡操作。超声波接收模块由超声波传感器和超声波接收处理电路组成。超声波传感器与超声波接收处理电路连接，将超声波信号变换为超声波电信号送给超声波接收处理电路处理。超声波接收处理电路处理超声波传感器送过来的超声波电信号，解调解码其中的数据信息；根据超声波传播时间值计算得到多界面集成电路卡和读卡装置之间的距离。所述的多界面集成电路卡，还包括可选的加速度测量处理模块，其与控制电路连 接，加速度测量处理模块又包括加速度传感器和处理电路。加速度测量处理模块接收处理自身的加速度变化信息，从而识别出特定的运动动作。超声波传感器由压电晶体、压电陶瓷、压磁材料、MEMS(Micro Electro MechanicalSystems)、压电半导体、压电高聚物、压电复合材料或者其他现有技术中能够将超声波变换为电信号的传感器材料组成。压电高聚物包括以下材料聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、亚乙烯基二氰共聚物、聚脲。同现有技术相比较，本发明的技术效果在于可以避免利用电磁场强度随距离变化的原理来测量距离时容易被欺骗和攻击的问题，使用本发明实现的刷卡操作，例如移动支付或者门禁刷卡，即使在有欺骗和攻击的情况下，仍然可以做到只有在设定的安全距离内才能刷卡；同时又能保证刷卡的方便性。
图I是本发明利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法所用刷卡系统结构示意图；图2是本发明多界面集成电路卡的结构方框示意图；图3是本发明读卡装置的结构方框示意图；图4是本发明利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法一种实施方式的流程示意图；图5是本发明利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法另一种实施方式的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。几个名词的定义如下集成电路卡卡片内封装有集成电路，用以存储和处理数据的电子产品。本文所述的集成电路卡包含以下产品SD卡(Secure Digital Memory Card)、MMC卡(MultiMediaCard)、记忆棒(Memory Stick)、 SM 卡(SmartMedia)、 SIM 卡(SubscriberIdentity Module)、USIM 卡(Universal Subscriber Identity Module)、UIM 卡(UserIdentity Model)。多界面集成电路卡与外界进行信息与能量交换的界面有多个，3个及3个以上界面的集成电路卡。主要界面是有线接口、无线电界面、超声波接收界面、加速度接收界面。移动终端重量较轻、可以从电池供电、不用电缆与其他电子设备连接就可以使用的电子设备。本文所述的移动终端包含以下电子设备MP3播放器、掌上游戏机、GPS、PDA (Personal Digital Assistant)、数码相机、电子词典、手持收款机等。刷卡刷卡是集成电路卡与读卡装置的通讯和数据信息的交换过程，以及该过程中集成电路卡内数据信息的创建、存储、修改、读取、校验、比较、处理。本文所述的刷卡包含电子支付刷卡和门禁刷卡以及卡的身份识别认证过程。超声波在空气中的传播速度恒定(约330米每秒)，远远小于无线电波的传播速度，比较适合用于近距离的测量。超声波传播时间与传播距离成正比，通过测量超声波从读卡装置传播到移动终端上的多界面集成电路卡的时间，从而能够计算得到两者间的距离。如果距离太远就禁止刷卡功能，这样就能保证移动终端用户刷卡的安全性和读卡机用户的·刷卡安全性。使用欺骗攻击的手段，只能将传播时间延长，不能够将传播时间变短，故无法在安全距离之外进行欺骗性刷卡。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为对于消费者用户，可以使用一移动终端，再加上本发明中的多界面集成电路卡即可实现比较安全的刷卡功能。用户需要使用刷卡功能时，只需要将移动终端(比如手机)中原有的集成电路卡(比如sim卡)，更换为多界面集成电路卡(多界面sim卡)即可。对于消费服务提供者，只需要提供安装有本发明所述读卡装置的读卡机(比如地铁公司的pos机)即可。所述多界面集成电路卡可以测量与读卡装置的距离，如果距离太远就禁止刷卡，从而保证移动终端用户刷卡的安全性。读卡机中的读卡装置可以测量与多界面集成电路卡的距离，如果距离太远就禁止刷卡，从而保证读卡机用户刷卡的安全性。多界面集成电路卡(比如多界面sim卡)本身不属于移动终端，多界面集成电路卡除了可以安装于移动终端(比如手机)内使用外，也可以安装于其他非移动终端(比如USB读卡器)内使用。如图I所示，刷卡系统主要包括多界面集成电路卡I、读卡装置2、移动终端3和读卡机主电路6,其中读卡装置2和读卡机主电路6组成读卡机5。多界面集成电路卡I与移动终端3以多根金属导线和多个连接触点相连接，即多界面集成电路卡I借助有线接口和移动终端3连接。多界面集成电路卡I与移动终端3可以通过有线接口进行数据信息的通讯，移动终端3可以通过有线接口提供给多界面集成电路卡I工作所需的电源。一般使用情况下，使用者手持移动终端3主动运动，此时，多界面集成电路卡I也跟着一起运动。具有加速度测量处理模块的多界面集成电路卡I可以测量自身的加速度变化，从而可以识别使用者的特定动作。该特定动作可以用于使用者对刷卡操作的确认。加速度测量处理模块是多界面集成电路卡的可选模块，不是必须模块。读卡机5由读卡装置2和读卡机主电路6组成,读卡装置2和读卡机主电路6之间有信号和电源连接，一般情况下，读卡机主电路6供给读卡装置2的工作电源。读卡装置2与读卡机主电路6进行刷卡等信息数据的交换。刷卡时，读卡装置2与多界面集成电路卡I通过无线接口与多界面集成电路卡I进行信息数据的交换，也进行相互之间距离的测量。读卡装置2与多界面集成电路卡I之间有两种无线接口 第一种是双向通讯的无线电通讯接口，另一种是单向的超声波信号接口。超声波信号从读卡装置2发出，由多界面集成电路卡I接收。读卡装置2和多界面集成电路卡I通过测量超声波信号从读卡装置2传播到多界面集成电路卡I的延时时间来判断与对方之间的距离。如图2所示，所述多界面集成电路卡I包括控制电路15、有线接口 11、无线电收发处理模块12、超声波接收模块13、可选的加速度测量处理模块14和刷卡功能模块16。控制电路15能够实现常规集成电路卡的各种功能。常规集成电路卡包括SD卡(Secure Digital Memory Card)、MMC 卡(MultiMediaCard)、记忆棒(Memory Stick)、SM 卡(SmartMedia)、SIM 卡(Subscriber Identity Module)、USIM 卡(Universal SubscriberIdentity Module)和 UIM 卡(User Identity Model)。控制电路 15 分别与有线接口 11、无线电收发处理模块12、超声波接收模块13、可选的加速度测量处理模块14和刷卡功能模 块16连接。控制电路15含有CPU和存储器以及软件程序。有线接口 11与控制电路15连接，多界面集成电路卡I通过有线接口 11与外部的移动终端连接。有线接口 11由多根导线和多个触点组成，负责与外部的移动终端进行数据信息交换，并可以给多界面集成电路卡I提供工作电源。其中有线通讯的方法可以使用现有各种成熟的有线通讯方法技术，也可以根据应用需要自行定义和改进，比如可以使用IS07816标准中的方法和协议。无线电收发处理模块12与控制电路15连接，负责与外部读卡装置进行双向无线电数据信息交换。无线电收发处理模块12由天线和处理电路组成，其电路中有一部分集成在集成电路内。其中无线电通讯的方法技术即调制解调、编解码以及通讯协议等，可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法技术，也可以根据应用需要自行定义和改进方法。其中天线技术可以使用各种已有成熟天线技术，也可以根据天线技术的不断发展使用最新天线技术。超声波接收模块13与控制电路15连接。超声波接收模块13由超声波传感器131和超声波接收处理电路132组成，能够接收外界读卡装置发射的超声波信号，并可以从接收到的超声波信号中得到读卡装置发出的数据信息，并测量超声波从读卡装置传播到多界面集成电路卡I的时亥IJ，将接收到超声波的时刻减去超声波发射的时刻得到超声波传播时间，从而通过换算传播时间值得到两者间的距离。传播时间换算为距离的功能由超声波接收模块13的软件完成。超声波传感器131由压电晶体、压电陶瓷、压磁材料、MEMS(Micro Electro MechanicalSystems)、压电半导体、压电高聚物、压电复合材料或者其他现有技术中能够将超声波变换为电信号的传感器材料组成。压电高聚物包括以下材料聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、亚乙烯基二氰共聚物和聚脲。超声波传感器131接收超声波并将超声波转换为超声波电信号，将超声波电信号送给超声波接收处理电路132。超声波转换为超声波电信号后，后续处理按照电信号的方法来处理，其中超声波信号携带的数据信息的解调解码方法可以使用在无线电通讯中已经成熟应用的各种方法，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法。可选的加速度测量处理模块14，与控制电路15连接。加速度测量处理模块14由加速度传感器和处理电路组成，能够测量多界面集成电路卡I的加速度，通过对加速度变化特征的提取，从而可以判断用户特定动作。该特定动作可以用于用户对刷卡操作的确认。加速度测量处理模块14是多界面集成电路卡I的可选模块，不是必须模块。
刷卡功能模块16与控制电路15连接。刷卡功能模块16主要是一个软件模块，由集成电 路卡内的cpu和存储器等组成，在cpu及程序的控制下通过各界面与外部读卡装置和移动终端配合共同完成刷卡操作。如图3所示，本发明中的读卡装置2包括读卡装置控制器21、无线电收发处理模块22、超声波发射模块23以及读卡机接口电路24。读卡机接口电路24与读卡装置控制器21和外部的读卡机主电路6连接，读卡机接口电路24实现读卡装置2与读卡机主电路6的通讯，还提供给读卡装置2的工作电源。读卡装置控制器21与无线电收发处理模块22、超声波发射模块23以及读卡机接口电路24连接。读卡装置控制器21内含CPU存储器以及软件等模块。读卡装置控制器21在cpu和软件的控制下完成控制、操作、通讯和刷卡等各种功能。无线电收发处理模块22与读卡装置控制器21连接，主要完成与外部多界面集成电路卡I之间的双向无线电通讯功能。无线电收发处理模块22主要由天线和无线电电路组成，还包括部分软件模块。其中无线电通讯的方法可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法技术，也可以根据应用需要自行定义和改进方法，但该方法必须与多界面集成电路卡I的方法相符。超声波发射模块23与读卡装置控制器21连接，主要完成超声波的产生、编码、调制、驱动和发射。超声波发射模块23主要由超声波电信号产生模块231和超声波发送器232组成，超声波发送器232主要由压电陶瓷、磁致伸缩材料或者压电聚合物组成。其中超声波信号携带的数据信息的调制编码方法可以使用在无线电通讯中已经成熟应用的各种方法，也可以根据应用需要自行定义和改进方法，但该方法必须与多界面集成电路卡I的解调解码方法相符。在设定的安全距离内刷卡操作前，必须能够不被欺骗地进行距离测量，可以使用下述两种方法测量读卡装置2和多界面集成电路卡I之间的距离。多界面集成电路卡I测量与读卡装置2之间距离的方法I :如图4所示，多界面集成电路卡I使用无线电收发处理模块12发送一串数据信息到读卡装置2，读卡装置2的无线电收发处理模块22收到该数据信息后，使用该数据信息和或者该数据信息加工处理后的数据信息调制编码到超声波上，将超声波从超声波发射模块23发射出去。数据加工处理是指对数据信息进行运算后得到另一与原有数据相关的数据信息的过程，比如数据信息的加密运算处理、计算数据信息的校验码、计算数据信息的纠错码、计算数据信息的散列函数值、计算数据信息的报文鉴别码(MAC)等。超声波经过它们之间的空气传播到多界面集成电路卡I。无线电的速度为光速，无线电从多界面集成电路卡I传播到读卡装置2的时间远远小于超声波经过空气的传播时间，该传播时间可以忽略。如果无线电传播时间或者无线电信号的处理时间不能忽略，换算距离时可以预先扣除这些时间。多界面集成电路卡I的超声波接收模块13收到超声波信号后，解调解码出其中的数据信息，如果该数据与其发出去的数据信息相符，就进一步根据收到超声波的延时时间换算为与读卡装置2的距离d。如果该数据与其发出去的数据不相符，则判定距离为无效距离，可以拒绝刷卡。如果数据比较结果相符，多界面集成电路卡I将距离d与预先设定的安全距离比较，如果距离d大于设定的安全距离拒绝刷卡，如果距离d小于设定的安全距离，执行后面的刷卡流程。读卡装置2测量与多界面集成电路卡I之间距离的方法2 :如图5所示，读卡装置2使用某一数据信息调制编码到超声波上并通过超声波发射模块23发送出去，多界面集成电路卡I的超声波接收模块13收到经过空气传播过来的超声波后，解调解码出数据信息，将解出数据信息和/或者加工处理后的数据信息通过无线电收发处理模块12发送给读卡装置2，读卡装置2的无线电收发处理模块22收到返回的信号后与发送出去的数据信息进行比对。看是否相符，如果相符，则进一步根据返回数据的延时时间换算为与多界面集成电路卡I的距离。否则数据如果不相符，则判定距离无效，拒绝刷卡。如果数据比较结果相符，读卡装置2将距离d与预先设定的安全距离比较，如果距离d大于设定的的安全距离拒绝刷卡，如果距离d小于设定的的安全距离，执行后面的刷卡流程。以上两种距离测量及刷卡方法，只是较好的实现方法，本发明并不排斥其他方法，但不管使用何种方法，都需要读卡装置2发射超声波，多界面集成电路卡I接收超声波，并且通过测量超声波从读卡装置2传播到多界面集成电路卡I的时间，再把时间换算为距离的方法来测定两 者间的距离。实际上距离测量方法可以有无限多种，例如还可以使用下列两种方法多界面集成电路卡I测量与读卡装置2之间距离的方法3 :读卡装置2将同一个数据信息在同一时刻从超声波发射模块23和无线电收发处理模块22发送出去，多界面集成电路卡I从超声波接收模块13和无线电收发处理模块12收到这两个数据信息后，比较超生波信号比无线电信号到达的延迟时间长度，将该时间长度乘以超声波的速度，得到读卡装置2的距离。读卡装置2测量与多界面集成电路卡I之间距离的方法4 :先使用方法3，多界面集成电路卡I得到读卡装置2的距离后，将该距离数值通过无线电传送给读卡装置2。距离测量方法3和方法4以及其他方法可以在不怕攻击欺骗的情况下使用。在方法3中，如果读卡装置2不诚实，提前或延后发送超声波，多界面集成电路卡I测得的距离就会不等于实际距离。实施例I，门禁应用如图I所示，公司门禁的读卡机由读卡机主电路6和读卡装置2组成，读卡机5内有与公司电脑考勤管理系统连接的软硬件。移动终端为员工的手机。员工手机中的多界面集成电路卡I是具有SIM卡功能的多界面集成电路卡I，该多界面集成电路卡I内的刷卡功能模块16含有考勤刷卡软件以及员工身份信息。由于考勤门禁的安全性要求不是特别高，所以不需要持卡人的确认操作，因此该类型应用的多界面集成电路卡I内可以不需要可选的加速度测量处理模块14，即使多界面集成电路卡I内有可选的加速度测量处理模块14也可以不需要使用。其刷卡操作过程为读卡装置2的超声波发射模块23不断发射含有数据信息的超声波信号进行寻卡，该数据信息含有无线电信号的频率、调制方式、协议、读卡装置身份和认证码等信息。同时读卡装置2的无线电收发处理模块22处于接收状态，等待多界面集成电路卡I发出的无线电信号。当员工需要进出公司大门时，员工手持手机靠近读卡装置，手机内的多界面集成电路卡I的超声波接收模块13接收到有效的超声波信号后，将其中的数据信息解调解码出来，获得无线电通讯的频率、调制方式、协议、读卡装置身份和认证码等信息，并判断该读卡装置身份是否为本卡片支持的读卡装置。如果是，则使用正确的频率信道将认证码通过无线电发送给读卡装置2。读卡装置2收到认证码后，首先比较是否为自己发送出去的，如果不是，读卡装置2不做应答，继续发射超声波信号寻卡。如果是自己发送出去的，则根据延时时间计算多界面集成电路卡I的距离d，如果距离d是在预先设定的安全距离范围之内，则通过无线电信号应答该卡片，然后读卡装置2和多界面集成电路卡I通过无线电通讯，建立连接、读取员工的身份、并通过考勤管理系统比对是否为合法身份，如果是，打开大门放行，并作通行记录。实施例2，商场信用卡刷卡如图I所示,商场信用卡的读卡机由读卡机主电路6和读卡装置2组成,读卡机5内有与银行账户管理系统连接的软硬件。移动终端3为用户的手机。用户手机中的多界面集成电路卡I是具有SIM卡功能的多界面集成电路卡I，该多界面集成电路卡I内的刷卡功能模块16含有信用卡帐户刷卡软件以及信用卡身份认证信息。由于信用卡的安全性要求特别高而刷卡速度要求不是太高，所以需要持卡人的确认操作，因此该类型应用的多界面集成电路卡I内需要可选的加速度测量处理模块14。其刷卡操作过程为收银员操作读卡机5，启动信用卡操作，读卡机5中的读卡装置2启动寻卡，读卡装置2的超声波发射模块23不断发射含有数据信息的超声波信号进行寻卡，该数据信息可以含有无线电信号的频率、 调制方式、协议、读卡装置身份和认证码等信息。同时读卡装置2的无线电收发处理模块22处于接收状态，等待多界面集成电路卡I发出的无线电信号。当用户手持手机靠近读卡装置，手机内的多界面集成电路卡I接收到有效的超声波信号后，将其中的数据信息解析出来，获得无线电通讯的频率、调制方式、协议、读卡装置身份和认证码等信息，并判断该读卡装置是否为本卡片支持的读卡装置。如果是，则使用正确的频率信道将认证码以及距离确认码通过无线电发送给读卡装置2，然后等待接收超声波信号。读卡装置2收到认证码后，首先比较是否为自己发送出去的，如果不是，读卡装置2不做应答，继续发射超声波信号寻卡。如果是，则将距离确认码调制到超声波信号中，通过超声波发射模块23发射出去。多界面集成电路卡I的超声波接收模块13收到超声波信号后，解析出其中的距离确认码，如果距离确认码不相符，拒绝刷卡，结束卡片的刷卡操作。如果距离确认码相符，则根据收到距离确认码的延时时间换算为与读卡装置2之间的距离d，然后多界面集成电路卡I判断距离d是否超出预先设定的安全距离的范围，如果超出范围，拒绝刷卡。如果在允许刷卡的范围内，启动付款操作流程。付款操作流程中，多界面集成电路卡I和读卡装置2之间使用无线电信号进行通讯，进行身份认证等操作。在身份认证中，读卡机与银行账户管理系统连接，由银行账户管理系统进一步确认卡片身份的合法性。在身份等信息确认后，进入扣费流程，在扣费流程中，多界面集成电路卡I启动加速度测量处理模块14的工作，等待用户的特定确认动作。加速度测量处理模块14在规定的时间内收到用户有效的确认动作后，继续执行完成整个扣费流程，否则拒绝扣费，结束整个刷卡操作。已经有很多业已成熟的身份认证等加解密安全算法和协议，此处不再赘述。
权利要求
1.一种利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法，其特征在于包括以下步骤， ①设置于移动终端内的多界面集成电路卡(I)借助无线电发送数据信息； ②读卡装置(2)接收数据信息后，借助超声波将接收的数据信息和/或者加工处理后的数据信息发送出去；所述加工处理包括数据信息的加密运算处理、计算数据信息的校验码、计算数据信息的纠错码、计算数据信息的散列函数值和/或计算数据信息的报文鉴别码(MAC)； ③所述多界面集成电路卡(I)收到所述读卡装置(2)发送的超声波信号后，解调解码出其中的数据信息，并比较收到的数据信息与发出的数据信息是否相符； ④如果多界面集成电路卡(I)收到的数据信息与发出的数据信息相符，则计算接收到超声波信号的时刻与发送无线电信号的时刻之间的时间差值，并将该时间差值换算为多界面集成电路卡(I)与读卡装置(2)之间的距离； ⑤多界面集成电路卡(I)将计算得到的多界面集成电路卡(I)与读卡装置(2)之间的距离与设定的安全距离比较，如果多界面集成电路卡(I)与读卡装置(2)之间的距离小于设定的安全距离，则允许刷卡。
2.如权利要求I所述的利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法，其特征在于步骤⑤中进行刷卡之前，多界面集成电路卡(I)测量自身加速度，识别用户刷卡确认动作，如果多界面集成电路卡(I)没有识别出用户刷卡确认动作，禁止刷卡。
3.一种利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法，其特征在于，包括步骤 ①读卡装置(2)借助超声波发送数据信息； ②设置于移动终端内的多界面集成电路卡(I)收到超声波信息后，解调解码出其中的数据信息，并将该数据信息和/或加工处理后的数据信息借助无线电发送给读卡装置(2);加工处理包括数据信息的加密运算处理、计算数据信息的校验码、计算数据信息的纠错码、计算数据信息的散列函数值和/或计算数据信息的报文鉴别码(MAC)。
③读卡装置(2)收到多界面集成电路卡(I)发送的无线电信息后，读卡装置(2)比较其中的数据信息与发送出去的数据信息是否相符； ④如果读卡装置(2)收到的数据信息与发出的数据信息相符，则计算接收到无线电信息的时刻和发送超声波信息的时刻之间的时间差值，并将该时间差值换算为多界面集成电路卡(I)与读卡装置(2)之间的距离； ⑤读卡装置(2)将计算得到的多界面集成电路卡与读卡装置(2)之间的距离与设定的安全距离比较，如果多界面集成电路卡(I)与读卡装置(2)之间的距离小于设定的安全距离，则允许刷卡。
4.如权利要求3所述的利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法，其特征在于步骤⑤中进行刷卡之前，多界面集成电路卡(I)测量自身加速度，识别用户刷卡确认动作，如果多界面集成电路卡(I)没有识别出用户刷卡确认动作，多界面集成电路卡(I)拒绝完成后面的刷卡操作。
5.一种读卡装置，包括读卡装置控制器(21)、无线电收发处理模块(22)、超声波发射模块(23)以及读卡机接口电路(24)；所述无线电收发处理模块(22)与读卡装置控制器(21)连接，与外部多界面集成电路卡(I)之间进行双向无线电通讯； 超声波发射模块(23)与读卡装置控制器(21)连接，进行超声波的产生、编码、调制、驱动和发射；超声波发射模块(23)由超声波电信号产生模块(231)和超声波发送器(232)组成，超声波电信号产生模块(231)与超声波发送器(232)连接，超声波电信号产生模块(231)产生需要的超声波电信号，超声波电信号驱动超声波发送器(232)生成超声波发射到空气中； 读卡机接口电路(24)与读卡装置控制器(21)连接，读卡机接口电路(24)实现读卡装置与外部读卡机主电路之间的通讯。
6.如权利要求5所述的读卡装置，其特征在于所述超声波发送器(232)由压电陶瓷将超声波电信号变换为超声波。
7.一种多界面集成电路卡，包括控制电路(15)、有线接口(11)、无线电收发处理模块(12)、超声波接收模块(13)和刷卡功能模块(16)； 有线接口(11)与控制电路(15)连接，多界面集成电路卡(I)通过有线接口(11)与外部的移动终端连接； 无线电收发处理模块(12)与控制电路(15)连接，负责与外部读卡装置进行双向无线电数据信息交换； 超声波接收模块(13)与控制电路(15)连接，接收外部读卡装置发射的超声波信号，并从接收到的超声波信号中得到读卡装置(2)发出的数据信息，根据超声波传播时间值计算得到多界面集成电路卡(I)和读卡装置(2)之间的距离；超声波接收模块(13)由超声波传感器(131)和超声波接收处理电路(132)组成，超声波传感器(131)与超声波接收处理电路(132)连接，将超声波信号变换为超声波电信号送给超声波接收处理电路(132)处理，超声波接收处理电路(132)处理超声波传感器(131)送过来的超声波电信号，解调解码其中的数据信息；根据超声波传播时间值计算得到多界面集成电路卡(I)和读卡装置(2)之间的距离。
刷卡功能模块(16)与控制电路(15)连接,在控制电路(15)的控制下与外部读卡装置和移动终端配合共同完成刷卡操作。
8.如权利要求7所述的多界面集成电路卡，其特征在于所述超声波传感器(131)由微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems)将超声波变换为超声波电信号。
9.如权利要求7所述的多界面集成电路卡，其特征在于还包括与控制电路(15)连接的加速度测量处理模块(14)，加速度测量处理模块(14)又包括加速度传感器和处理电路。
全文摘要
本发明涉及一种利用超声波确定在设定的安全距离内的移动终端刷卡方法和装置，包括读卡装置(2)发送超声波信息，多界面集成电路卡接收超声波信息，并且借助超声波信息或无线电信息进行身份确认，身份确认后，计算接收到超声波信号的时刻与发送无线电信息的时刻之间的时间差值，并将该时间差值换算为多界面集成电路卡(1)与读卡装置(2)之间的距离；将计算得到的多界面集成电路卡(1)与读卡装置(2)之间的距离与设定的安全距离比较，如果二者之间的距离小于设定的安全距离，则允许刷卡。本发明的技术效果在于可以避免利用电磁场强度随距离变化的原理来测量距离时容易被欺骗和攻击的问题，能保证在安全距离范围内才能刷卡，同时又能保证刷卡的方便性。
文档编号G07F7/08GK102810145SQ201110143639
公开日2012年12月5日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者罗魏熙 申请人:罗魏熙