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Achtung, ein Teil der hier gezeigten Experimente ist nicht unbedingt ernst gemeint und teilweise lebensgefährlich, ich rate vom nachmachen bestimmter Experimente ab und hafte weder für etwaige Personenschäden oder Schäden die durch das nachmachen eines der hier gezeigten Experimente entstehen könnten.
The Lab - Magnetkarten

Magnetkarten:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Von allen Kartentypen die wir heutzutage gewohnt sind ist die Magnetstreifenkarte wohl die ursprünglichste Form der Maschinenlesbaren Karte. Es ist überliefert 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 vergrößern 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 gefärbt. Die Farbe rührt vom verwnedeten Metalloxid her. Interessanterweise gibt es zwei Sorten von Magnetkarten. Die sogenannten HiCo und LoCo Karten. HiCo steht für High Coercitivity. Diese Karten sind sehr stark magnetisiert (Mit 2750 bis 4000 Oersted) Man verwendet HiCo Karten sehr gerne wenn der Magnetstreifen später nicht mehr verändert werden muss. HiCo Karten sind auf Grund ihrer starken Magnetisierung auch sehr resistent gegenüber Störeinflüssen. Dann gibt es da noch die etwas empfindlicheren LoCo Karten. LoCo steht für Low Coercitivity (ca. 300 Oersted). Diese Karten sind nur sehr schwach magnetisiert, lassen sich dafür aber leichter beschreiben. Man verwendet solche Karten wenn sich der Inhalt des Magnetstreifen öfter ändert, 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 kapazität 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 vergrößern 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 Lesegeräte liefern in der Regel auf zwei getrennten Leitungen Takt und Daten als TTL-Pegel. Doch wie kommt der Takt auf die Karte? Mit einer zusätzlichen Spur? Nein, viel einfacher: Man schreibt ein frequenzmoduliertes Signal, also ein Signal dessen Polarität sich ständig im Takt der Daten ändert auf die Karte. Je nach dem wie schnell man hintereinander die Polarität 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 Polaritätswechsel kodiert ist. Das ein Wechsel stattgefunden hat erkennt man übrigens an einer kurzen Spannungsspitze am Lesekopf, da ja nach dem Induktionsgesetz nur ein sich änderndes 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 übrigens sehr anschaulich was beim lesen passiert. Unten finden wir die aufgebrachte Magnetisierung, darüber das am Lesekopf anliegende Signal und ganz oben das dekodierte Datensignal.

Sicherheitsprobleme:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern 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 überprüfen. Das Problem ist schnell erkannt: Der Magnetstreifen kann ohne weiteres von jedem gelesen werden. Er ist wie eine elektronische Prägungszone bzw. Beschriftung auf der Karte. Man kann einen Magnetstreifen nicht vor unberechtigtem Lesen schützen. Man könnte ihn verschlüsseln, 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. Für 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 zusätzlich noch eine PIN erforderlich aber selbst die kann ausgespäht 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 würde, denn jeder veraltete Geldautomat in jeder Kleinstadt Europas müsste ausgetauscht oder zumindest aufgerüstet werden. Man findet auch bei den Zugangskontrollen zu sensieblen Bereichen häufig noch Magnetstreifenkartensysteme. Zum Beispiel an Flughäfen. Natürlich kann man argumentieren das Magnetstreifenkarten wie Schlüssel sind die an Mitarbeiter ausgegeben werden und das auch Schlüssel kopiert werden können. Allerdings sind Magnetkarten viel leichter und auch unbemerkter zu kopieren als Schlüssel 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:
Klicken Sie auf das Bild um es zu vergrößern Hier habe ich noch ein einige weiterführende Links zum Thema herausgesucht. Für die Durststrecke durch die graue Theorie empfehle ich die beiden verlinkten Fernsehbeiträge aus dem Dossier Chaoique des Chaos Computer Club anzusehen.

heise.de/ct/... - ct-Artikel zum Thema
de.wikipedia.org/... - Magnetkarten
de.wikipedia.org/... - ISO 7810
chaosradio.ccc.de/... - Frontal21: Flughafensicherheit
chaosradio.ccc.de/... - Akte06: Betrug mit EC-Karten

(c)2001-2015 Philipp Maier, Hohen Neuendorf