mini|Chipkarte zur sicheren Benutzerauthentifizierung an einem Computer. Ein Feld mit 8 Goldkontakten, angeordnet in 2 vertikalen Spalten.
Chipkarte, oft auch als Schlüsselkarte, Smartcard oder Integrated Circuit Card (ICC) bezeichnet, ist eine spezielle Kunststoffkarte mit eingebautem integrierten Schaltkreis (Chip), der eine Hardware-Logik, nichtflüchtige EPROM oder EEPROM-Speicher und einen Mikroprozessor enthält. Chipkarten werden durch spezielle Kartenlesegeräte angesteuert.Definition Chipkarte. Abgerufen am 16. Februar 2015. Sie werden weltweit in sicherheitskritischen Anwendungen für die fälschungssichere Identitätsfeststellung von Personen und Berechtigungsnachweise eingesetzt, u. a. bei Zahlungsverfahren, Mobiltelefonen (als SIM-Karte) und Ausweissystemen.
Geschichte mini|Prototyp der Chipkarte von Roland Moreno mit einem 2 Kilobit PROM-Speicher aus dem Jahr 1975. 20 Kontaktstreifen am linken Kartenrand, 2 Nachbarpaare elektrisch überbrückt, also 18 getrennt nutzbare Kontakte. mini|Erste Chipkarte von Giesecke & Devrient mit intelligentem Speicherchip von Siemens aus dem Jahr 1979. 8 Kontakte in 2 Spalten. In der Geschichte der Chipkarte prägten drei Erfinder mit ihren Patenten die Entwicklung der Chipkarte in der heutigen Form. Am 6. Februar 1967 meldete der deutsche Ingenieur Helmut Gröttrup mit DE1574074 einen „nachahmungssicheren Identifizierungsschalter“ als Kontrollschaltung auf Basis eines monolithisch integrierten Halbleiters an, der sehr kompakt aufgebaut ist und keinerlei Leitungen nach außen besitzt. Gemäß dieser Erfindung sind die Informationen aufgrund der ebenfalls geprüften Abmessungen „nicht durch diskrete Bauelemente nachahmbar“. Die Identifikationsdaten können durch integrierte Zähler dynamisch so variiert werden, dass der zugrunde liegende Schlüssel nicht durch einfaches Auslesen kopierbar ist und daher im Chip verborgen bleibt. Gleichzeitig meldete Gröttrup mit DE1574075 die kontaktlose Übertragung an. Das Deutsche Patent- und Markenamt (DPMA) benennt diese beiden Erfindungen als die maßgebliche Basis der Chipkarte.
Am 13. September 1968 meldeten Jürgen Dethloff und Helmut GröttrupJürgen Dethloff, Erfindergalerie des Deutschen Patent- und MarkenamtesNorbert Pötzl, Alles auf eine Karte, Spiegel Online, 13. September 2018 darauf basierend in Österreich das Patent „Identifizierungsschalter“ an und in einer gleichlautenden Nachanmeldung DE1945777A am 10. September 1969 in Deutschland und in weiteren Ländern. Das Patent wurde in Österreich am 15. Mai 1970 als AT287366B erteilt. Die Erteilung in den USA erfolgte am 8. Februar 1972 als Patent US3641316A und am 18. Juli 1972 als Patent US3678250A. Deutschland erteilte das Patent DE1945777C3 am 1. April 1982. Dabei reduzierte sich der Patentschutz weitgehend auf die Inhalte der Patentanmeldungen DE1574074 und DE1574075 vom 2. Februar 1967 von Helmut Gröttrup, der damit als maßgeblicher Erfinder der Chipkarte gilt. In den USA erhielt Vernon Schatz 1977 ein Patent für Chipkarten als Speichermedium, nicht unähnlich der Funktion eines heutigen USB-Sticks.Computer Pioneer Award für Vernon Schatz
Ein weiterer Erfinder ist der Franzose Roland Moreno,Phil Davison, Roland Moreno: Inventor who missed out on global recognition for his computer chip smart card, The Independent, 4. Mai 2012 der sein erstes Patent dazu im März 1974 anmeldete. Dieses beschreibt den gesicherten Zugriff auf ein in einem Halbleiterchip gespeichertes Guthaben mittels einer benutzerspezifischen „vertraulichen Identifikationsnummer“ (PIN) sowie Maßnahmen zur Verhinderung der Manipulation des Speichers. Moreno gelang in Frankreich ein Durchbruch, als France Télécom 1984 die Chipkarte für das Telefonieren einführte. Moreno erhielt 1996 mit Dethloff den Technologiepreis der Eduard-Rhein-Stiftung für die Erfindung der Chipkarte.
Im Jahr 1979 fertigte Giesecke+Devrient die weltweit erste Chipkarte im Labor mit den Abmessungen im Scheckkartenformat ID-1 gemäß ISO/IEC 7810, das später mit ISO 7816-2 auch für Chipkarten festgelegt wurde. Der Halbleiterchip für diese Speicherchipkarte auf Basis der EEPROM-Technologie wurde von Siemens geliefert. Anfangs war die Fläche mit den Kontakten im linken oberen Bereich angeordnet, um das Biegemoment und damit die Belastung des Chips zu minimieren. Diese Position wurde später geändert, um die Funktion der Magnetspur zu gewährleisten, die aus Kompatibilitätsgründen in vielen Anwendungsfällen beibehalten werden musste, z. B. für die Eurocheque-Karte.
Der Begriff „Chipkarte“ wurde in der deutschen Öffentlichkeit erstmals im August 1981 in einem Nachruf auf Helmut Gröttrup verwendet.
Anlässlich des 50. Jahrestags der Nachanmeldung DE1945777A erschien in Deutschland eine Briefmarke, die auf den weltumspannenden Siegeszug der Chipkartentechnik anspielt und das Datum der deutschen Nachanmeldung am 10. September 1969 und das Ausgabedatum der Briefmarke am 5. September 2019 zeigt.
Klassifikation Chipkarten können nach unterschiedlichen Kriterien unterschieden werden. Die eingängigste ist die Unterscheidung zwischen Speicherchipkarten mit einfacher Logik und Prozessorchipkarten mit eigenem Karten-Betriebssystem und kryptografischen Fähigkeiten.
Diese Einteilung ging lange konform mit der Einteilung in synchrone Karten (Speicherchipkarten; Protokolle: 2wire, 3wire …) und asynchrone Karten (Prozessorchipkarten; Protokolle: T=0, T=1). Mittlerweile gibt es auch Secure Memory Cards mit erweiterten Sicherheitsmerkmalen (DES oder AES-Verschlüsselung) und Speicher-Chipkarten, die über asynchrone Protokolle funktionieren (GemClub Memo) und dadurch sehr einfach über das PC/SC-System in eigene Applikationen zu integrieren sind.
Chipkarten werden zudem über die Schnittstelle nach außen unterschieden. Neben den üblichen kontaktbehafteten Chipkarten gibt es Transponderkarten, die als kontaktlose Chipkarten ausschließlich über RFID- oder NFC-Schnittstelle kommunizieren, z. B. die Mifare- oder Legic-Karten. Dual Interface Karten, wie Chipkarten für den Zahlungsverkehr und viele Ausweissysteme, können über beide Schnittstellen angesprochen werden.
Speicherchipkarten mini|Blockschaltbild einer Speicherchipkarte Speicherchipkarten wurden ab 1974 von Roland Moreno in Zusammenarbeit mit Honeywell-Bull unter Nutzung von EPROM-Technologie in Frankreich entwickelt. In Deutschland begann die Entwicklung ab 1978 durch Helmut Gröttrup und Giesecke+Devrient in Zusammenarbeit mit Siemens unter Nutzung der flexibleren EEPROM-Technologie. Der erste öffentliche Einsatz von Speicherchipkarten erfolgte in einem Feldversuch französischer Banken für Bank- und Telefonanwendungen ab 1982.
Die einfachen Chipkarten bestehen aus einer Logik und einem Speicher, der ausgelesen oder beschrieben werden kann, z. B. die Krankenversichertenkarte oder die Telefonkarte. Über die I/O-Schnittstelle der Logik ist es unter Verwendung von Verfahren zur Authentifizierung möglich, auf den Speicherinhalt zuzugreifen und ggf. zu verändern. Verwendung finden Speicherkarten dort, wo es nur auf die Speicherung der Daten ankommt, nicht aber auf das Abwickeln komplexer Vorgänge mit hohen Sicherheitsanforderungen.
Abhängig von dem verwendeten Chip können die Daten durch PINs oder Passwörter vor dem Auslesen oder der Veränderung durch Unbefugte geschützt werden.
Prozessorchipkarten mini|Blockschaltbild einer Prozessorchipkarte Die ersten Prozessorchipkarten mit flexiblem Anwendungsprofil für erhöhte Sicherheitsanforderungen wurden durch Siemens in Zusammenarbeit mit Giesecke+Devrient und der Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung (GMD) entwickelt und als „Siemens Computer Card“ 1987 auf der Computermesse Cebit vorgestellt. Erstmals wurden sie ab 1988 als Zugangsberechtigung für das deutsche C-Netz eingesetzt und wurden damit Vorläufer der SIM-Karte.
Prozessorchipkarten verfügen über einen Mikroprozessor, der ausschließlich den lesenden oder schreibenden Zugriff auf die gespeicherten Daten erlaubt. Der Mikroprozessor (bestehend aus CPU, RAM, ROM) schützt die Daten auf der Karte über kryptographische Verfahren vor Verfälschung. Die Möglichkeit, auf diesen Mikroprozessoren anwendungsspezifische Programme laufen zu lassen, bietet viele Vorteile im Vergleich zu Speicherkarten, z. B. bei multi-funktionalen Chipkarten, die als Zahlungsmittel verwendet werden (als Bankkarte und GeldKarte) oder wichtige Daten (z. B. SIM-Karten für Mobiltelefone) enthalten. Chipkarten dienen auch als Zugangsberechtigungssystem im Bezahlfernsehen, als Ausweis für Zutrittskontrollen oder für die Zwei-Faktor-Authentisierung beim Einloggen in IT-Systeme. Sie bieten Sicherheitsdienste wie Authentifizierung, Verschlüsselung, digitale Signaturen (siehe auch Signaturkarte) usw. an, die in einer vertrauenswürdigen Umgebung genutzt werden können. Da die privaten Schlüssel auf der Chipkarte gespeichert sind und diese nicht verlassen, ist das Erspähen des Schlüssels nicht möglich, weswegen eine Signaturerzeugung auf der Chipkarte sehr sicher ist.
Prozessorchipkarten verwenden je herstellerspezifische Betriebssysteme. Bereits bei der Herstellung können Teile des Karten-Betriebssystems (Card Operating System, COS) und Grundfunktionen von Anwendungen in den ROM-Speicher des Chips irreversibel eingebrannt werden.
Prozessorchipkarten lassen sich in zwei Kategorien aufteilen: Chipkarten mit einem festen Befehlssatz können nur vom Hersteller des Betriebssystems angepasst werden und sind am meisten verbreitet. Sie implementieren in der Regel Kommandos gemäß dem ISO7816 Standard (ISO7816-4 und folgende). Beispiele sind CardOS, MTCOS, MULTOS, SECCOS, STARCOS, Sicrypt und TCOS mit unterschiedlichen Anwendungsschwerpunkten. Frei programmierbare Chipkarten können über eine Entwicklungsumgebung um eigene Befehle bzw. Kommandos erweitert werden. Sie folgen teilweise ebenfalls dem ISO7816 Standard. Für die Ausführung proprietärer Kommandos implementieren sie eine virtuelle Maschine wie die Java-Karte (z. B. JCOP) oder basieren auf einer Programmiersprache (z. B. BasicCard). Frei programmierbare Chipkarten unterliegen Exportbeschränkungen.
Aufbau mini|Nahaufnahme vom Chipmodul von der Rückseite aus. Der Mikroprozessor ist das braune Rechteck in Bildmitte
Der wichtigste Bestandteil der Chipkarte ist der integrierte Schaltkreis, der die Fähigkeiten und somit das Anwendungsgebiet der Chipkarte bestimmt.
Der Chip wird vom Chipkartenmodul geschützt, so dass der Chip normalerweise von außen nicht sichtbar ist. Das Modul stellt auch die Verbindung zur Außenwelt dar, die typischen Goldkontakte des Chipkartenmoduls werden oft fälschlicherweise als Chip bezeichnet. Obwohl ein gebräuchlicher Chipkarten-Chip zur Kommunikation nur fünf Kontakte braucht, haben Chipkartenmodule immer, bestimmt durch die Größe des eingebauten Chips, sechs oder acht Kontakte, allerdings nur um den ISO-Normen zu entsprechen.
Letztendlich wird das Modul inklusive Chip in eine Karte eingebaut. Dazu wird in eine bereits bedruckte Karte eine Kavität gefräst und das Modul eingeklebt.
Viele Chipkarten, insbesondere für den Mobilfunk, haben eine eindeutige ICC-ID bzw. ICCID. Diese ist 19- oder 20-stellig, darunter eine Prüfziffer, je nach Hersteller.
Formate mini|Chipkarten-Kontaktzone mit unterschiedlichem Layout. Das abgeschrägte Eck der SIM-Karten ist rechts unten abgebildet. mini|Anschlussbelegung der Pins mit einer zusätzlichen Kontaktfläche in der Mitte (Abmessungen ca. 9,23 mm × 9,62 mm) Die Kartenabmessungen sind nach ISO 7816 standardisiert und gemäß dieser Norm in drei verschiedenen Größen verfügbar:
ID-1: Das größte und am weitesten verbreitete Format (85,60 mm × 53,98 mm) wird bei Debitkarten, Telefonkarten, dem EU-Führerschein oder der Krankenversicherungskarte verwendet. Man spricht auch vom Scheckkarten-Format. ID-00: Das mittlere Format (66 mm × 33 mm) hat bisher keine größere Anwendung gefunden.