智能卡技术第1章

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1、第1章 智 能 卡 概 述 第1章 智能卡概述 1.1 智能卡基础 1.2 智能卡的用卡过程 1.3 智能卡的安全性 1.4 智能卡的国际标准 1.5 智能卡的应用概况与发展前景 思考题 第1章 智 能 卡 概 述 1.1 智能卡基础 1.1 智 能 卡 基 础 自1972年法国人罗兰莫雷诺(Roland Moreno)首先提出IC卡 的设想，1976年法国布尔(Bull)公司研制出世界第一张IC卡以来 ，IC卡技术飞速发展，已经形成一涉及全球众多著名电子巨头 的新兴技术产业。国际标准化组织(ISO，International Standardization Organization)与国际电

2、工委员会(IEC)的联合技术 委员会(JTC1)为之制定了一系列的国际标准、规范，极大地推动 了IC卡的研究和发展。目前，IC卡的应用已遍布全球。据统计 ，仅2000年，全球就发行IC卡36亿张，2003年达63亿张。 第1章 智 能 卡 概 述 1.1.1 什么是智能卡 在当今这个信息时代，“智能卡”(Smart Card)这个词在我们 的日常生活中已随处可见，然而这个词在一定意义上是模糊的 ，常常又被称为IC卡、聪明卡、灵巧卡、智慧卡(Intelligent Card)、微电路卡(Microcircuit Card)、微芯片卡(Microchip Card) 等。国际标准化组织使用术语IC

3、C(Integrated Circuit Card)，即“ 集成电路卡”来涵盖所有在一个符合ISO ID1定义的塑料卡片内 封装了一个集成电路的器件，卡的外形尺寸是85.6 mm53.98 mm0.76 mm，与银行所使用的磁卡相同。当然，也可封装为 标签、纽扣、钥匙、饰物等特殊形状，也被称为智能(IC)卡。 第1章 智 能 卡 概 述 在智能卡推出之前，从世界范围来看，磁卡已得到广泛应 用。为了从磁卡平稳过渡到智能卡，也为了兼容，通常在智能 卡上仍贴有磁条，为此，卡中封装集成电路芯片的位置受到磁 条位置的限制。图1.1为IC卡的外观图，正面左侧的小方块中封 装有集成电路芯片，其下面为签名条；

4、最下面为凸印字符，用 于压印帐单；背面上部有磁条。正面还可印刷各种文字、图案 、照片等。卡的尺寸、触点位置与用途、磁条的位置及数据格 式等均有相应的国际标准予以明确规定。 第1章 智 能 卡 概 述 图1.1 智能(IC)卡的外观 第1章 智 能 卡 概 述 1.1.2 智能卡的分类 1按镶嵌芯片的不同分类 按卡内镶嵌芯片的不同可将智能卡分为存储器卡、逻辑加 密卡和CPU卡三类。 1) 存储器卡 存储器卡卡内嵌入的芯片为存储器芯片，这些芯片多为通 用EEPROM(或Flash Memory)；无安全逻辑，可对片内信息不受 限制地任意存取；卡片制造中也很少采取安全保护措施；不完 全符合或支持IS

5、O/IEC 7816国际标准，而多采用2线串行通信协 议(I2C总线协议)或3线串行通信协议。 存储器卡功能简单，没有(或很少有)安全保护逻辑，但价 格低廉，开发使用简便，存储容量增长迅猛，因此多用于某些 内部信息无需保密或不允许加密(如急救卡)的场合。 第1章 智 能 卡 概 述 2) 逻辑加密卡 逻辑加密卡由非易失性存储器和硬件加密逻辑构成，一 般均为专门为IC卡设计的芯片，具有安全控制逻辑，安全性 能较好；同时采用ROM、PROM、EEPROM等存储技术；从 芯片制造到交货，均采取较好的安全保护措施，如运输密码 TC(Transport Card)的取用；支持ISO/IEC 7816国际

6、标准。 逻辑加密卡有一定的安全保证，多用于有一定安全要求 的场合，如保险卡、加油卡、驾驶卡、借书卡、IC卡电话、 小额电子钱包等。 第1章 智 能 卡 概 述 3) CPU卡 CPU卡也称智能卡、保密微控制器卡、加密微控制器卡(片 内带加密协处理器)，在IC卡家族中出现最晚，也最具生命力。 CPU卡的硬件构成包括CPU、存储器(含RAM、ROM、EEPROM 等)、卡与读写终端通信的I/O接口及加密运算协处理器CAU， ROM中则存放有COS(Chip Operation System, 片内操作系统)。 由于CPU卡具有很高的数据处理和计算能力以及较大的存 储容量，因此应用的灵活性、适应性较

7、强。同时，CPU卡在硬 件结构、操作系统、制作工艺上采取了多层次的安全措施，这 保证了其极强的安全防伪能力。它不仅可验证卡和持卡人的合 法性，而且可鉴别读写终端，已成为一卡多用及对数据安全保 密性特别敏感场合的最佳选择，如金融信用卡、手机SIM卡等。 第1章 智 能 卡 概 述 虽然通常将所有IC卡都称作智能卡，但严格地讲，只有 CPU卡才真正具有智能特征，也即只有CPU卡才是真正意义上 的“智能卡”。 由于工艺技术要求苛刻等因素，目前世界上仅有少数几家 著名半导体芯片制造商能设计和生产CPU卡芯片，如美国的 Motorola、Atmel，韩国的三星，德国的Siemens，法国的Bull， 荷

8、兰的Philips等。多数卡制造商均选择这几家芯片制造商的产 品，经封装并灌以自行开发的COS，而成为拥有各自注册版权 的CPU卡。 第1章 智 能 卡 概 述 国内接触式IC卡的产品现状是流行产品多为进口产品。部 分国内卡商可对进口芯片进行卡封装，甚至对CPU卡灌装自产 COS。上海、北京等实力较强地区则已自行研制多种IC卡芯片 ，如上海贝岭微电子公司的BL 7432/7442 2 Kb存储器卡/逻辑加 密卡芯片、中国华大集成电路设计中心的CIU91/92系列CPU卡 芯片(28 KB EEPROM、256 B RAM、1012 KB ROM)及与 之配套、适用于不同应用的多种COS(适用于

9、交通、医疗、保险 、管理的M-COS；针对金融、预付费、电子钱包的S-COS；专 用于组织机构信息卡的CNOS-COS；针对中国人民银行IC卡规 范的B-COS和适用于安全、灵活性要求较高领域的Z-COS等)。 清华大学、长丰、华虹、航天金卡、华旭金卡、长城计算机集 团公司等也都开展了卡用芯片及COS的研制开发。它标志着我 国已结束了单纯依赖进口芯片、模块的状况。 第1章 智 能 卡 概 述 2根据卡与外界数据交换界面的不同分类 根据卡与外界数据交换界面的不同可将智能卡分为接触式 IC卡(如图1.2所示)和非接触式IC卡(如图1.3所示)。接触式IC卡 以符合ISO/IEC 7816标准的多个

10、金属触点为卡芯片与外界的信 息传输媒介，成本低，实施相对简便；非接触式IC卡则不用触 点，而是借助无线收发传送信息，因此在前者难以胜任的交通 运输等诸多场合有较多应用。此外，还有兼备接触式和非接触 式两种接口的组合卡。 第1章 智 能 卡 概 述 图1.2 接触式IC卡外观 第1章 智 能 卡 概 述 图1.3 非接触式IC卡外观 第1章 智 能 卡 概 述 3根据应用领域的不同分类 根据应用领域的不同可将智能卡分为金融卡和非金融卡( 即银行卡和非银行卡)。金融卡又分为信用卡和现金卡。前者 用于消费支付时，可按预先设定额度透支资金，后者可用做电 子钱包和电子存折，但不得透支。而非金融卡的涉及范

11、围极广 ，实质上囊括了金融卡之外的所有领域，如门禁卡、组织代码 卡、医疗卡、保险卡、IC卡身份证、电子标签等。 第1章 智 能 卡 概 述 4根据与外界数据传输形式的不同分类 根据与外界数据传输形式的不同可将智能卡分为串行通信卡 和并行通信卡。串行通信卡即为目前最常用的卡，也是目前国际 标准中所规定的接口方式。由于采用串行方式与外界交换信息， 卡芯片引脚较少，因此易于封装和接口。但随着芯片存储容量的 增大，引发了两个问题：一是芯片面积急剧增长，给卡的封装带 来困难；二是读写时间过长，读写1 Mb的容量需要12分钟。而并 行通信卡由于采用并行通信，故无此二弊，但国际标准中尚无此 类接口标准。深圳

12、艾柯电子公司研制的P型IC卡的引脚数多达32 个，不仅速度极快，而且容量增大，采用地址数据线分离，可寻 址4 Mb空间；采用地址数据多路复用，则可达32 Mb寻址空间。 与串行通信卡一样，它也有存储型(1 Mb、2 Mb、4 Mb、8 Mb、 32 Mb容量)、逻辑加密型(1 Mb、2 Mb容量)和CPU型(1/4 Mb、 1/2 Mb、1 Mb容量)，并已在纳税申报等系统中得以应用。 第1章 智 能 卡 概 述 1.1.3 IC卡与磁卡的比较 磁卡自20世纪60年代末问世以来，就因其简单、价廉、使 用方便而在金融、邮电等领域得以广泛运用。但由于它依靠容 量有限的外露磁条存储信息，因此在保密性

13、、抗损性、可靠性 及脱机工作等方面存在诸多不足。由于美国等国已建立了基于 磁卡的强大的授权通信网络，难以抛弃已有的大量设备资源， 因此目前在金融领域仍主要采用磁卡。而欧洲各国(如法国、芬 兰等国)的IC卡应用则比较普遍，技术水平也较为领先。然而， 随着芯片技术的迅猛发展，IC卡凭借其3S(Standard、Smart、 Security，即标准、智能、安全)优势将逐步替代磁卡的趋势已 成为共识。 第1章 智 能 卡 概 述 相对于磁卡，IC卡具有以下特点： (1) 存储容量大：可存储文字、图像、声音等各种信息。 (2) 安全性高：物理层、硬件、软件三方面均采取了相应 的安全策略。 (3) 对网

14、络要求不高：其安全性决定了可以脱机/非实时联 机使用。 第1章 智 能 卡 概 述 表1.1 IC卡与磁卡的比较 第1章 智 能 卡 概 述 1.1.4 智能卡应用系统的构成要素 图1.4 标准IC卡应用系统的最基本的构成 第1章 智 能 卡 概 述 1) 智能卡(ICC，IC Card) 智能卡即由持卡人掌管，记录有持卡人的特征代码、文件 资料的便携式信息载体。 2) 接口设备(IFD，InterFace Device) 接口设备即通常所说的IC卡读写器，是卡与PC机进行信息 交换的桥梁，而且常常是IC卡的能量来源。其核心通常为工作 可靠的工业控制单片机，如Intel的51系列等。IFD与I

15、C卡间遵 循ISO/IEC国际标准的通信协议，通过自身的机械卡座或射频 (RF)、红外等无线信道，以接触或非接触方式对卡读写，并通 过RS232串行接口等以实时或非实时方式与PC机通信，实现卡 与PC机间信息的上传下送。 第1章 智 能 卡 概 述 3) PC机 PC机是系统的核心，完成信息汇总、统计、计算、处理、 报表的生成、输出和指令的发放、系统的监控管理以及卡的发行 与挂失、黑名单的建立等。 第1章 智 能 卡 概 述 4) 网络与计算机 在金融服务等相对大的系统中，网络是使前端PC机与上 级控制/授权/服务/管理中心，即中央电脑(主计算机)连接的必 备条件。其借助通信线路、设备和完善的网络通信软件，将地 理位置不同的各个子系统，有机相接为一功能完备的大系统； 主计算机则是对此大系统实施监控管理的核心，是重大决策管 理要素的源头。 综上所述，智能卡应用工程融微电子与芯片技术、单片机 应用技术、数据库管理技术、网络技术、安全技术、射频识别 技术、嵌入式操作系统以及数字印刷技术等多种高新技术于一 身，是一个综合性的高新技术产业。 第1章 智 能 卡 概 述 1.2 智能卡的用卡过程 1.2.1 智能卡的生存周期 1智能卡的生存周期 智能卡的生存周期是指智能卡从制造到失效的过程，主要 包括制造、发行、使用