Dynamic distributed access control systems with NFC mobile phones

Abstract

Das Thema dieser Diplomarbeit ist ein verteiltes und fexibles Zutrittskontrollsystem auf der Basis von Mobilfunkendgeräten, die mit Near Field Communication (NFC) Funktionen ausgestattet sind - "Dynamic Distributed Access Control Systems with NFC Mobile Phones" (DDACS). Ein DDACS stellt einen Evolutionsschritt in Zutrittskontrollsystemen dar, bei dem NFC fähige Mobiltelefone als Schlüssel verwendet werden. Die Schließtechnik generell ist eine sehr alte Domäne. Die Idee, Türen gegen unbefugten Zutritt mit Schlössern und Schlüsseln zu sichern, ist mindestens 4000 Jahre alt. In einer modernen Interpretation ist ein Schlüssel ein Informationsspeicher. Die Information eines Schlüssels kann durch ein Schloss ausgelesen und dahingehend interpretiert werden, ob der Schlüssel berechtigt ist, das Schloss zu sperren. Dieses grundlegende Funktionsprinzip hat sich in den letzten 4000 Jahren nicht verändert, wenngleich die verwendeten Technologien für Schlüssel und Schlösser im Laufe der Geschichte viele Innovationszyklen durchlaufen haben. Diese Diplomarbeit liefert als Einleitung in die Thematik der Schließtechnik einen Gesamtüberblick über die heute eingesetzten Technologien. Diese umfassen die Bereiche Mechanik, Elektronik, RFID/NFC, Smart Card Technologie und Kryptographie. NFC ist eine neue aufstrebende Technologie, die es Mobiltelefonen ermöglicht, mit anderen NFC und RFID Geräten zu kommunizieren. Da heutzutage sehr viele Zutrittskontrollsysteme RFID basierte Schlüssel in der Form von Zutrittskarten einsetzen, sollen in einer weiteren Entwicklungsstufe vermehrt NFC-fähige Mobiltelefone als Schlüssel verwendet werden. Mit der steigenden Anzahl von NFC Mobiltelefonen können neue Konzepte für die Verteilung von Zutrittsberechtigungen in Zutrittskontrollsystemen angewendet werden. Im Hauptteil dieser Arbeit wird eine Architektur für ein DDACS vorgestellt. Diese Architektur orientiert sich an den derzeit verfügbaren Technologien und Standards, wobei für alle Hauptkomponenten der Architektur Technologievorschläge für eine mögliche Implementierung gegeben werden. Aus Sicht der Benutzer wird bezüglich Usability ein Kompromiss zwischen Komfort und Sicherheit vorgestellt und detailliert begründet, sodass die tägliche Nutzbarkeit des Systems sicher gestellt ist. Um die Machbarkeit und Vorteile dieses neuen Zutrittskontrollsystems aufzuzeigen, werden einige konkrete Anwendungsgebiete vorgestellt, wobei ein DDACS den heute verfügbaren Zutrittskontrollsystemen hinsichtlich Usability und Security durchaus überlegen ist.<br />

The subject of this thesis "Dynamic Distributed Access Control Systems with NFC Mobile Phones" (DDACS) introduces an evolutionary step in physical security systems. Physical security is a very old domain. The concepts of using locks and keys to secure doors are at least 4000 years old. In a modern interpretation, a key is a storage media that carries information which is interpreted by a lock. The lock decides according to this information if the key is authorized to operate it. This basic concept has not changed during the last 4000 years, even when the used technologies for keys and locks have gone through several innovation steps during the history. This thesis provides an overview, which covers all areas of technologies used by access control systems. These areas are mechanics, electronics, RFID/NFC, Smart Card technology and cryptography. Near Field Communication (NFC) is an emerging new technology that enables mobile phones to communicate with RFID devices. Today many electronic access control systems use RFID technology as keys in the form of access cards. The next logical step is to use NFC enabled mobile phones as keys for locks. With the growing number of NFC mobile phones, new concepts can be applied for the distribution of access authorizations in access control systems. This thesis proposes an architecture for a DDACS which considers all the applicable stateof- the-art technologies and standards. It provides a detailed description for each component of the architecture and considers the usability of available technologies. From a user's experience point of view, a compromise is presented between comfort and security. Finally, some areas of applications are presented to show the advantage of this next generation access control system compared with existing ones.