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1、SmartCardSmartCard接触式逻辑加密卡技术电子与信息工程学院SmartCardSmartCard提 纲q 接触式逻辑加密卡存储结构与安全技术 典型卡型剖析：SLE4406卡SLE4442卡AT88SC1608卡 q 接触式逻辑加密卡的读写控制典型卡型剖析：SLE4442卡时序分析与读、写、密码校验程序SmartCardSmartCard接触式逻辑加密卡组成Security Memory CardSmartCardSmartCard逻辑加密卡特性q组成：非易失性存储器+硬件加密逻辑； q芯片：专门为IC卡设计的芯片（ASIC）； q安全性：具有安全控制逻辑，安全性能较好； q多种安
2、全措施：PIN、EC、FUSE、TC、多存储器 （ROM、PROM、EEPROM并存）、多分区存储结构 。 q通信协议：支持ISO7816国际标准。 q适用场合：有一定安全要求的场合，如IC卡电话 、网吧卡、加油卡、保险卡、驾驶卡、借书卡、 小额电子钱包等。 SmartCardSmartCard典型逻辑加密卡典型逻辑加密卡SLE4406q一次性使用，带加密逻辑，按位操作 q计数卡（Token Memory Card），以一次性的计数 方式，从写满的计数器中减“1”，直至存储单元全 减为“0”为止 q104位容量 ，最大可提供20 480计数单位 q3字节传输密码，1位发行标志保护 q常用于具有
3、定额定价的消费系统中，如公用电话 卡、预付费加油卡、停车计费卡、游乐园消费卡 等 SmartCardSmartCardSLE4406存储分布图和计数规则 q 计数规则 发行后，用户区进入计数状 态，为5位8进制计数器，但 第5位计数器只有4位可用， 因此最大计数值为20480。 说明： 计数区按位写0，按字节 借位擦除，如：11111111 00000000 擦成： 11111110 11111111 SmartCardSmartCardSLE4406操作方式q检查发行标志位是否为1，是则可以校验传输密 码q先将密码计数器-1，然后比较密码，校验正确 则密码计数器恢复，允许写入发行商代码，将
4、控制位写为0（发行）。允许初始化计数器（擦 除第2-5字节并重新写入），此操作将撕毁传输 密码并不可恢复。q一旦控制位为0，表示已发行，将不能再更改发 行商代码。第2-5字节成为5位计数器，只能写0 及借位擦除。 SmartCardSmartCardSLE4406保密特性 SmartCardSmartCard典型逻辑加密卡典型逻辑加密卡SLE4442q按字节操作，可反复应用 q多存储器结构 *位 型主存储器。 *1位 型保护存储器。 * 位 型加密存储器 q 安全性：用户密码（3字节）+密码错误计 数（3次）+PROM保护 q线串行连接协议，满足 ISO7816同步传 送协议 SmartCar
5、dSmartCardSLE4442存储结构SmartCardSmartCardSLE4442存储器分配（一）q主存储器(main memory)：EEPROM型，256B按字节操作，字节地址0255（00HFFH），所有单元可任意读取。 q主存储器可分为两个数据区： 保护数据区：00H-1FH，用户密码+熔丝保护（擦除、写当校验用户密码正确且熔丝未熔断时允许进行擦除和写 入操作，否则不允许熔丝：保护存储器中第n位（n=031）对应主存储器中第 n个字节，1未熔断，0熔断。 应用数据区 ：20H-FFH。用户密码保护（擦除、写）SmartCardSmartCardSLE4442存储器分配（二）q
6、保护存储器（protection memory)：PROM型， 32bits按位操作，位地址031每位相当于主存储器保护数据区对应字节单元的 控制熔丝（FUSE），相应位为1时该字节可擦写 ，为0时不可 q保护存储器可任意读出，但需校验密码正确方能 写入，一经写入（从1变为0）不可再擦除，可理 解为FUSE一经熔断不可再恢复。SmartCardSmartCardSLE4442存储器分配（三）q加密存储器(security memory)： EEPROM型，4B按字节操作，字节地址03 字节0：（Erroe Counter），低3位有效，可任意读、写，用户密码校验成功方可擦除。 字节1，2，3：
7、3字节 PSC（可编程加密代码）PSC校验成功前不可读，只能进行比较操作；密码“比较”成功后才可以进行读出、写入和擦除 。 SmartCardSmartCard典型逻辑加密卡典型逻辑加密卡AT88SC1608q按字节操作，可反复应用 q存储容量：16Kbits q安全性：三重密码+熔丝+读写控制位 q单存储器、多存储分区结构 标志数据区：制造商、发行商代码。 控制数据区：SC（2字节）、EC、Erase key。 应用数据区：4个、各自独立 q线串行连接协议，满足 ISO7816同步传 送协议 SmartCardSmartCardSC1一区密码SmartCardSmartCardAT88SC1
8、608存储器分配（一）标志数据区标志数据区：验证卡片真伪的重要标识 q 制造商代码区FZ （Fabrication Zone ），2B记录卡芯片生产商的特定信息（例如：生产批号、日期 、特别制定的特征代码）FUSE1熔断前，可读，可更改FUSE1熔断后，只读，不可更改 q 发行商代码区IZ （Issuer Zone ），8B用于记录卡片发行商的特定信息（例如：发行批号、日 期、地区范围编号、特定用户编号等特征代码）FUSE2熔断前，可读，可更改FUSE2熔断后，只读，不可更改 SmartCardSmartCardAT88SC1608存储器分配（二）控制数据区：控制数据区：三重密码+密码错误计数
9、 q用户密码SC（Security Code），2B用户密码错误计数SCAC（Security Code Attempts Counter ），1B （8次） q应用区密码 SC1 SC4，2B应用区密码错误计数SCAC1 SCAC4，8次 q应用区擦除密码EZ14（Erase key ），2B 应用区擦除密码错误计数EnAC （Erase key Attempts Counter ，=1,2,3,4）， 8次SmartCardSmartCardAT88SC1608存储器分配（三）应用数据区应用数据区：14，各自独立，特性相同 q存储用户的相关数据记录 。 q第1位为写保护位（P1） ；第2位
10、为读保护位（ R1），均为1有效（可读/写） 熔丝熔断前熔丝熔断后读：当R1=“1”，任何情况下可读当R1=“0”，总密码核对正确 前 ，不可读 写：总密码校验正确后，可写擦：总密码校验正确后，可擦 读：特性同熔丝前。 写：当P1=“1”，总密码核对正确，应用 区密码核对正确，则可写。当P1=“0”，任何情况下不可写。 擦：总密码核对正确，应用区密码核对 正确，擦除密码核对正确，则应用区可按字节擦除。 SmartCardSmartCard实训实训3 3 接触式逻辑加密卡读写操作接触式逻辑加密卡读写操作 准备： q确认电源正、负极，按标志正确连接接 触式IC卡读写器的电源线及串口线，注 意电源+
11、5V与地不可接反。 q打开接触式IC卡读写器读写操作软件 DEMO，确认通信正常。 q将实验白卡插入接触式IC卡读写器插卡 槽，自动测卡进入卡操作界面。 qSLE4442卡密码：FFFFFFHAT88SC1608卡密码：F0F0H或A5A5HSmartCardSmartCardSLE4442读写操作 q 读卡：记录卡密码、卡错误计数值，主存储器存储结构（ 各区域名称、地址范围、字节数）、存储内容和读出条件 。 q 写卡：对主存储器各区域进行写入/擦除操作，记录操作 结果，总结各区域写入/擦除条件。 q 密码操作：（1）修改密码：在未通过和已通过密码校验二种情况下 分别修改密码，记录操作结果，总
12、结修改密码的条件。（2）恶意猜测密码：在未通过密码校验的情况下输入错 误密码，记录此时的读卡、写卡结果。注意：注意：修改密码后必须及时还原密码为修改密码后必须及时还原密码为FFFFFFHFFFFFFH。猜测密码错误次数不得超过猜测密码错误次数不得超过2 2次！以免锁卡次！以免锁卡！SmartCardSmartCardAT88SC1608读写操作 q 读卡：在未通过和已通过密码校验二种情况下记录存储 器存储结构（各区域名称、地址范围、字节数）、存储 内容和读出条件。 q 写卡：在未通过和已通过密码校验二种情况下对存储器 各区域进行写入/擦除操作，记录操作结果，总结各区 域写入/擦除条件。 q 熔
13、丝操作：模拟熔断，对存储器各区域进行写入/擦除 操作，记录操作结果，总结熔断操作对各区域的保护作 用。注意：注意：修改密码后必须及时还原密码修改密码后必须及时还原密码。猜测密码错误次数不得超过猜测密码错误次数不得超过8 8次！以免锁卡！次！以免锁卡！只允许模拟熔断，不可熔断，否则将无法恢复。只允许模拟熔断，不可熔断，否则将无法恢复。SmartCardSmartCard任 务q设计IC卡网吧收费机 q基本要求： 1、判断是否SLE4442卡 2、读卡，根据读出的发行商标志判断是否本网吧的 卡。读出卡中余额，判断是否允许上网。 3、校验密码，密码正确为合法卡。 4、写卡，扣款后允许上网，时间到则继
14、续扣款，直 至停止上网或余额不足。 q进阶要求实现网吧收费机与PC机的通信SmartCardSmartCard硬件设计SLE4442引脚分配C1：Vcc(Supply Voltage) C2： RST(Reset) C3：CLK(Serial Clock) C4： （NC） C5：GND C6：I/O(Bidirectional serial data ,open drain) C7： （NC） C8： （NC）SmartCardSmartCardSLE4442接口电路SmartCardSmartCard软件设计SLE4442操作时序q 通信协议：2线连接协议，满足ISO7816同步传送协议
15、q 数据传输：CLK信号下降沿有效。 q 复位和复位响应(Reset and Answer-to-Reset)：上电后启动芯片，符合7816 q 命令(Command)： 命令=开始+（控制字+地址字+数据字）+附加脉冲+停止 q 操作模式（Mode）： 读数据：输出数据模式（OUTGOING DATA MODE） ： 写入、擦除、校验：处理模式（PROCESSING MODE）SmartCardSmartCardSmartCardSmartCard复位和复位响应复位和复位响应(Reset and Answer-to-Reset)(Reset and Answer-to-Reset)： SLE
16、4442上电后，读写器首先应给出复位（Reset）命令并 等待接收来自卡的复位响应ATR（Answer-To-Reset）。SmartCardSmartCard复位和复位响应 (Reset and Answer-to-Reset)q复位响应：符合 ISO78163标准的ATR 当RST为高时，送第一个时钟脉冲（脉冲0）使地址计 数器清0（复位）。 当RST线从高状态（H状态）置到低状态（L状态）时， 第一个数据位（主存储器字节0的LSB）的内容被送到 I/O上。若连续输人32个时钟脉冲（脉冲132），主存 储器中的前4个字节（4 * 8位= 32位）地址单元中的 内容被读出（复位响应）。 在第 33个时钟脉冲（脉冲32）的下降沿，IO线被置 成高阻状态（状态Z）而关闭（复位和复位响应过程结 束）SmartCardSmartCard;*;*
