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In meiner Freizeit beschÀftige ich mich viel mit Elektronik, Technik und GerÀten. Hier auf meinen Laborseiten stelle ich die Ergebnisse meine Projekte vor.

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Achtung, die hier gezeigten Experimente und Basteleien sind lebensgefĂ€hrlich und richten sich ausschließlich an Fachleute mit entsprechender Sachkenntnis. Das hier gezeigte erfordert einen sicheren Umgang mit Hochspannung, Strom, Lasern und Giftstoffen. Die Warnung ist ernst gemeint und ich hafte weder fĂŒr PersonenschĂ€den oder SachschĂ€den!
The Lab - Magnetkarten

Magnetkarten:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrĂ¶ĂŸern Von allen Kartentypen die wir heutzutage gewohnt sind ist die Magnetstreifenkarte wohl die ursprĂŒnglichste Form der Maschinenlesbaren Karte. Es ist ĂŒberliefert das 1950 die ersten Plastikkarten von Kreditunternehmen an Kunden ausgegeben worden sind. Der Magnetstreifen ist mit dem Bankenwesen groß geworden und noch heute findet sich auf allen EC und Kreditkarten ein Magnetstreifen. Doch wie funktioniert eigentlich so ein Magnetstreifen und wie sieht es mit der Sicherheit solcher Karten aus? Diesen Fragen wollen wir hier einmal auf den Grund gehen.

Ein par Details:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrĂ¶ĂŸern Die meisten Magnetstreifenkarten die man so kennt sind sogenannte ISO-Karten, genauer ISO-7810. Diese Karten haben einen Magnetstreifen im unteren Bereich der Karte einlaminiert. Der Magnetstreifen ist in etwa so breit wie ein Videoband und ist meistens schwarz oder braun gefĂ€rbt. Die Farbe rĂŒhrt vom verwnedeten Metalloxid her. Interessanterweise gibt es zwei Sorten von Magnetkarten. Die sogenannten HiCo und LoCo Karten. HiCo steht fĂŒr High Coercitivity. Diese Karten sind sehr stark magnetisiert (Mit 2750 bis 4000 Oersted) Man verwendet HiCo Karten sehr gerne wenn der Magnetstreifen spĂ€ter nicht mehr verĂ€ndert werden muss. HiCo Karten sind auf Grund ihrer starken Magnetisierung auch sehr resistent gegenĂŒber StöreinflĂŒssen. Dann gibt es da noch die etwas empfindlicheren LoCo Karten. LoCo steht fĂŒr Low Coercitivity (ca. 300 Oersted). Diese Karten sind nur sehr schwach magnetisiert, lassen sich dafĂŒr aber leichter beschreiben. Man verwendet solche Karten wenn sich der Inhalt des Magnetstreifen öfter Ă€ndert, zum Beispiel bei einer Bezahlkarte bei der das Guthaben auf der Karte gespeichert ist. Eine Magnetstreifenkarte besitzt drei Spuren auf denen Informationen gespeichert werden können. Die erst Spur hat eine kapazitĂ€t von 553 Bit (79 Zeichen, 6Bit+Parity), die zweite kann 200 Bit (40 Zeichen, 4 Bit+Parity) speichern. Die Spur 3 hat mit 535 (107 Zeichen, 4 Bit+Parity) Bit die zweithöchste Datendichte.

Wie es funktioniert:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrĂ¶ĂŸern Auf ISO-Karten werden die Daten in ganz besonderer Weise gespeichert da die Durchzugsgeschwindigkeit beim Lesen der Karten variieren kann muss auf der Karte irgendwo eine Taktinformation untergebracht werden. Industrielle LesegerĂ€te liefern in der Regel auf zwei getrennten Leitungen Takt und Daten als TTL-Pegel. Doch wie kommt der Takt auf die Karte? Mit einer zusĂ€tzlichen Spur? Nein, viel einfacher: Man schreibt ein frequenzmoduliertes Signal, also ein Signal dessen PolaritĂ€t sich stĂ€ndig im Takt der Daten Ă€ndert auf die Karte. Je nach dem wie schnell man hintereinander die PolaritĂ€t wechselt hat man entweder eine 1 oder eine 0 geschrieben. Man hat sich in der ISO-Norm darauf geeinigt das hierbei die einfache Frequenz eine 0 Kodiert und die doppelte eine 1. In der Praxis sieht das so aus: Zu Anfang jedes Magnetstreifen stehen immer einige Nullen. Jetzt beobachten wir das Signal eine Weile: Die ersten Signalwechsel bedeuten in jedem Fall 0. Mit diesem Wissen kennen wir die Frequenz. Wir schauen was passiert. Irgendwann wird im Signal die erste 1 auftauchen, diese können wir auch erkennen da sie durch zwei schnell aufeinanderfolgende PolaritĂ€tswechsel kodiert ist. Das ein Wechsel stattgefunden hat erkennt man ĂŒbrigens an einer kurzen Spannungsspitze am Lesekopf, da ja nach dem Induktionsgesetz nur ein sich Ă€nderndes Magnetfeld eine Spannung induziert. Man könnte das Ganze ein wenig mit morsen vergleichen wo die Signale auch in kurze und lange Signalperioden aufgelöst werden. Dieses Verfahren ist sehr robust da sich schnelle und langsame Signalwechsel sehr gut und in einem sehr großen Toleranzbereich auseinanderhalten lassen. Das ist auch der Grund warum es nichts ausmacht wenn man die Karte mit etwas unkonstanter Geschwindigkeit durch den Leser zieht. Das Bild rechts oben zeigt ĂŒbrigens sehr anschaulich was beim lesen passiert. Unten finden wir die aufgebrachte Magnetisierung, darĂŒber das am Lesekopf anliegende Signal und ganz oben das dekodierte Datensignal.

Sicherheitsprobleme:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrĂ¶ĂŸern Magnetkarten haben viele Vorteile, sie sind preiswert und robust. Man verwendet heute Magnetkarten in vielen Bereichen als Zugangskontrolle, Kundenkarte oder im Zahlungsverkehr. In Anbetracht der Tatsache das es sich bei Magnetkarten um eine sehr alte Technologie handelt ist es an der Zeit das Konzept auf die Anwendbarkeit in Sicherheitsrelevanten Bereichen zu ĂŒberprĂŒfen. Das Problem ist schnell erkannt: Der Magnetstreifen kann ohne weiteres von jedem gelesen werden. Er ist wie eine elektronische PrĂ€gungszone bzw. Beschriftung auf der Karte. Man kann einen Magnetstreifen nicht vor unberechtigtem Lesen schĂŒtzen. Man könnte ihn verschlĂŒsseln, aber er ist immernoch lesbar und damit auch kopierbar. In manchen Anwendungsbereichen ist dieser Mangel unerheblich, bei Kundenkarten zum Beispiel, wo der Name des Kunden auf der Karte steht damit man ihn nicht jedesmal an der Kasse eingeben muss. FĂŒr Bereiche die eine gewisse Sicherheit erfordern ist eine Magnetstreifenkarte hingegen völlig ungeeignet. Noch heute verwendet man auf EC-Karten Magnetstreifen die man ohne weiteres kopieren kann, zwar ist hier zusĂ€tzlich noch eine PIN erforderlich aber selbst die kann ausgespĂ€ht werden. Dieses Problem ist den Banken schon lange bekannt. Man scheut sich allerdings davor den Magnetstreifen abzuschaffen weil dies einen sehr hohen technischen und damit auch kostenintensiven Aufwand nach sich ziehen wĂŒrde, denn jeder veraltete Geldautomat in jeder Kleinstadt Europas mĂŒsste ausgetauscht oder zumindest aufgerĂŒstet werden. Man findet auch bei den Zugangskontrollen zu sensieblen Bereichen hĂ€ufig noch Magnetstreifenkartensysteme. Zum Beispiel an FlughĂ€fen. NatĂŒrlich kann man argumentieren das Magnetstreifenkarten wie SchlĂŒssel sind die an Mitarbeiter ausgegeben werden und das auch SchlĂŒssel kopiert werden können. Allerdings sind Magnetkarten viel leichter und auch unbemerkter zu kopieren als SchlĂŒssel aus Metall. Bei Zugangskontrollen muss immer auch mit Angriffen von Innen gerechnet werden. Deshalb brauchen gerade Zugangskontrollen cryptographisch abgesicherte Systeme bei denen die Echtheit der Karte verifiziert wird.

Links zum Thema:
Hier habe ich noch ein einige weiterfĂŒhrende Links zum Thema herausgesucht. FĂŒr die Durststrecke durch die graue Theorie empfehle ich die beiden verlinkten FernsehbeitrĂ€ge aus dem Dossier Chaoique des Chaos Computer Club anzusehen.

de.wikipedia.org/... - Magnetkarten
de.wikipedia.org/... - ISO 7810
chaosradio.ccc.de/... - Frontal21: Flughafensicherheit
chaosradio.ccc.de/... - Akte06: Betrug mit EC-Karten

Tip: Schau dir doch auch mal meine Computersammlung an!
(c)2001-2018 Philipp Maier, Hohen Neuendorf