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揭開IC卡的神性面紗

★★★★★【文章導讀】:揭開IC卡的神性面紗具體內容是:智能卡(smartcard)是指在一張給定大小的塑料卡片上面封裝了集成電路芯片,用于存儲和處理數據。所以智能卡在國內又稱ic卡。ic卡的概念是70年代提出的,法國bull公司首創ic卡產品,并將這項技術應用到金融,交通,醫療…

來源: 日期:2013-11-14 15:25:53 人氣:標簽:

揭開IC卡的神性面紗

  智能卡(smartcard)是指在一張給定大小的塑料卡片上面封裝了集成電路芯片,用于存儲和處理數據。所以智能卡在國內又稱ic卡。
  
  ic卡的概念是70年代提出的,法國bull公司首創ic卡產品,并將這項技術應用到金融,交通,醫療,身份證明等多個方面。ic卡的核心是集成電路芯片,一般用3μm以下半導體技術制造。ic卡具有寫入數據和存儲數據的能力。ic卡可存儲其中的內容根據需要可以有條件的供外部讀取,或供內部信息處理和校驗用。
  
  ic卡分類
  
  根據其中的集成電路的不同,ic卡可以分為以下三類:
  
  1.存儲器卡:卡中的集成電路為eeprom(電可擦除可編程只讀存儲器)。它僅有數據存儲能力,沒有數據處理能力。
  
  2.邏輯加密卡:卡中的集成電路具有加密邏輯和eeprom在對卡中的數據進行操作前,必須驗證每個卡的操作密碼。密碼的驗證是由卡中的芯片完成,而不是由讀卡終端完成。卡中有一個錯誤計數器,如果連續三次驗證密碼失敗,則卡中數據被自動鎖死,該卡不能再使用。
  
  3.cpu卡:卡中的集成電路包括cpu(中央處理器)、eeprom、ram(隨機存儲器)以及固化在rom(只讀存儲器)中的cos(片內操作系統)。其唯一的工作方式為”用戶方式”,分為通用型和專用型兩種。專用形是指其中的cpu為專用的、保密的,與通用型的主要差別在于其有很好的物理保護措施。智能卡的發展方向是保密的專用型。
  
  如按卡與外界的數據傳送形式來分,ic卡可分為接觸型和非接觸型兩種。當前廣泛使用的接觸型ic卡,在這種卡的左上角有印制版,上面有8個觸點可與外部接觸.非接觸型ic卡的集成電路不向外引出觸點,因此它除了有上述ic卡的電路外,還帶有射頻收發電路及其相關電路(非接觸ic卡也分為存儲器卡,邏輯加密卡及cpu卡)。
  
  按應用領域來分,ic卡分為金融卡和非金融卡兩種.金融卡又有信用卡和現金卡,信用卡主要由銀行發行和管理,持卡人用它作為消費時的收付工具;現金卡作為電子錢包使用。非金融卡應用于各種事物和安全管理場所。
  
  存儲器卡上的信息與磁卡上的信息一樣,很容易讀出,也能修改,所以其安全性也是有問題,一般用在對安全要求不太高的場合,如健康卡等。存儲器卡的容量一般在1kb到16kb之間。我們日常家用的水、電、煤氣卡、飯卡等也是這種卡,其實要有讀寫卡機很容易破解。
  
  邏輯加密卡一般在卡內存放密碼,僅當外界輸入的密碼與卡內所存密碼相符時,才允許使用該卡.因此與存儲器比較提高了安全性.目前的邏輯加密卡存儲容量還不夠大,在某些應用領域,其安全性也不能滿足要求,部分銀行卡是這種卡。
  
  cpu卡中一般有rom、ram和eeprom三種存儲器。rom中存放的是程序,程序是為ic卡的cpu專門設計的,用它來解釋讀寫器送來的命令。ic卡應用系統根據應用需要由讀寫器送一系列命令到ic卡,通過改變命令的內容和命令的順序就可以滿足不同的需要,因此有較高的靈活性。同時因為cpu有計算功能,存儲容量又大,可以進行比較復雜的加密/解密運算,極大提高了安全性,eeprom主要用來存放一些應用數據,其容量比邏輯加密卡大,可實現一卡多用。我們用的atm卡、衛星接收解密卡都是這種卡。
  
  ic卡與外界的接觸端子都是統一的,因為is07816國際標準已經都規定好了。
  
  ic卡生產  
  
  智能卡包括三個部分:塑料基片(有或沒有磁條)、接觸面、集成電路
  
  1.半導體廠家將大的硅片切成小塊,一個六英寸直徑的硅片可以造出上千個芯片。
  
  2.對小硅片進行光刻以產生必要的電路,并將她封裝在黑色的集成電路模塊中。
  
  3.將集成電路的輸入輸出端連結到大的接觸面上,便于今后讀寫器的操作。
  
  4. 后,把造好的模塊嵌入到卡上。
  
  ic卡內部芯片類型
  
  一般ic卡所使用的主要芯片分為通用芯片和專用芯片兩大類。所謂通用芯片,就是普通的集成電路芯片,如美國atmel公司的at24c01兩線串行鏈接協議存儲芯片。其出廠時就有兩種供貨形式,一是封裝成集成電路直接提供給 終用戶使用,二是以裸芯片的形式提供給ic卡生產廠商封裝成ic卡。裸芯片幾乎沒有安全性設計,也不完全符合目前ic卡的國際標準,但因其開發使用簡單、價格便宜,比較適合于初期的對安全性要求不高的ic卡應用。所謂專用芯片,  就是專為ic卡而設計、制造的芯片,如荷蘭philips公司的pcb2032/2042芯片。這種芯片符合目前ic卡的iso國際標準、具有較高的安全性。
  
  ic卡所使用的專用芯片一般分為存儲器芯片和微處理器芯片兩大類。存儲卡使用存儲器芯片作為卡芯,智能卡則使用微處理器芯片作為卡芯。
  
  ic卡經常使用的存儲器芯片種類及特性見下表。

 存儲器類型功能rom(read olny memory)只讀存儲器,一次寫入后不可更改或刪除。一般由芯片制造商進行掩膜寫入信息,價格便宜,適合于大量的應用 ram(random access memory)隨機存取存儲器,掉電后信息丟失,卡片上需電源。一般和其它種類的存儲器共同使用,作為信息處理時的臨時存儲prom(programmable)一次編程多次讀出存儲器,可由用戶編寫寫入應用信息,價格較便宜.適合于較大量的應用eprom(erasable prom)可在紫外線擦除之后寫入信息。目前,在ic卡中已經很少應用eeprom(electronically eprom)電可擦除、寫入存儲器。目前,在ic卡上應用得 多

  ic卡經常使用盼微控制器芯片的種類及特性見下表

類型    功  能    舉例帶加密運算的微控制器 (mpu+cau)邏輯控制、管理功能、加密、解密等運算功能飛利浦公司的83c852等不帶加密運算的微控制器 (mpu)邏輯控制、管理等功能日立公司的h8系列等

  ic卡使用的ic芯片以帶有安全邏輯的存儲器芯片和帶有加密運算的微控制器芯片 為普遍,兩種芯片的典型邏輯結構見右圖。

邏輯結構圖
  
  考慮到ic卡和計算機的緊密相關性及低電壓技術用于ic卡上的可靠性等問題,目前市場上推出的ic卡用芯片還沒有低電壓芯片。由于低電壓、低功耗芯片非常適合于ic卡應用,隨著半導體技術的發展和ic卡應用領域的逐步擴大,低電壓芯片必將成為ic卡的主要芯片。例如,美國motorola公司將開發工作電壓可小于2v的ic卡用芯片。
  
  由于ic卡的應用要求有較高的安全性,用于ic卡的芯片要比普通芯片具有較多在安全方面的考慮。例如,防止用掃描高頻電子顯微鏡對存儲器進行讀取,防止用戶再次激活測試功能等。此外,用于ic卡的芯片還具有較高的抗干擾能力。
  
  目前,國際上許多較有影響的ic芯片制造商致力于ic卡用芯片的制造,主要公司有:美國ti、catalyst、motorola、atmel等;日本nec、oki、toshiba、hitachi等;歐洲philips、siemens、sgs等。


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