IC卡解析
閱讀：657發(fā)布時間：2012-5-23
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IC卡（IntegratedCircuitCard，集成電路卡），有些國家和地區(qū)也稱智能卡（smartcard）、智慧卡（inligentcard）、微電路卡（microcircuitcard）或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO7816標準的卡基中，做成卡片形式。IC卡讀寫器是IC卡與應用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO標準中稱之為接口設(shè)備IFD（InterfaceDevice）。IFD內(nèi)CPU通過一個接口電路與IC卡相連并進行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫器中至關(guān)重要的部分，根據(jù)實際應用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀寫芯片。非接觸式IC卡又稱射頻卡。
IC卡工作的基本原理是：射頻讀寫器向IC卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷；在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接受讀寫器的數(shù)據(jù)。
時序要求IC卡接口電路對IC卡插入與退出的識別，即卡的激活和釋放，有很嚴格的時序要求。如果不能滿足相應的要求，IC卡就不能正常進行操作；嚴重時將損壞IC卡或IC卡讀寫器。
接觸式IC卡接口標準IC卡讀寫器要能讀寫符合ISO7816標準的IC卡。IC卡接口電路作為IC卡與IFD內(nèi)的CPU進行通信的*通道，為保證通信和數(shù)據(jù)交換的安全與可靠，其產(chǎn)生的電信號必須滿足嚴格的時序要求。
（1）激活過程
為啟動對卡的操作，接口電路應按圖1所示順序激活電路：
◇RST處于L狀態(tài)；
◇根據(jù)所選擇卡的類型，對VCC加電A類或B類，
◇VPP上升為空閑狀態(tài)；
◇接口電路的I/O應置于接收狀態(tài)；
◇向IC卡的CLK提供時鐘信號（A類卡1～5MHz，B類卡1～4MHz）。
在RST處于狀態(tài)H的情況下，如果應答信號在40000個時鐘周期內(nèi)仍未開始，RST上的信號將返回到狀態(tài)L，且IC卡接口電路按照圖2所示對IC卡產(chǎn)生釋放。
在t’a時間對IC卡的CLK加時鐘信號。I/O線路應在時鐘信號加于CLK的200個時鐘周期（ta）內(nèi)被置于高阻狀態(tài)Z（ta時間在t’a之后）。時鐘加于CLK后，保持RST為狀態(tài)L至少400周期（tb）使卡復位（tb在t’a之后）。在時間t’b，RST被置于狀態(tài)H。I/O上的應答應在RST上信號上升沿之后的400~40000個時鐘周期（tc）內(nèi)開始（tc在t’b之后）。
（2）釋放過程
當信息交換結(jié)束或失敗時（例如，無卡響應或卡被移出），接口電路應按圖2所示時序釋
IC卡放電路：
◇RST應置為狀態(tài)L；
◇VPP應釋放（如果它已被激活）；
◇CLK應置為狀態(tài)L（除非時鐘已在狀態(tài)L上停止）；
◇VCC應釋放。電源電壓IC卡接口電路應能在表1規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，向IC卡提供相應穩(wěn)定的電流。時鐘信號IC卡接口電路向卡提供時鐘信號。時鐘信號的實際頻率范圍在復位應答期間，應在以下范圍內(nèi)：A類卡，時鐘應在1～5MHz；B類卡，時鐘應在1～4MHz。
◇I/O應置為狀態(tài)A（在td時間內(nèi)沒有具體定義）；
復位后，由收到的ATR（復位應答）信號中的F（時鐘頻率變換因子）和D（比特率調(diào)整因子）來確定。
時鐘信號的工作周期應為穩(wěn)定操作期間周期的40%～60%。當頻率從一個值轉(zhuǎn)換到另一個值時，應注意保證沒有比短周期的40%更短的脈沖。
這樣在驅(qū)動模塊中，只需要STructICDATAiccdata;一條語句便可定義全部的卡處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義;而ic_fops則定義了設(shè)備操作映射函數(shù)結(jié)構(gòu)。從這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)看，我們實現(xiàn)了IC卡設(shè)備的打開、讀、寫和監(jiān)控函數(shù)。
以上是以開發(fā)的硬件系統(tǒng)平臺為例的硬件控制接口操作函數(shù)之一，用于控制IC卡的復位信號置1。針對不同硬件平臺，函數(shù)內(nèi)部操作方法不盡相同。類似的其它操作函數(shù)還有：
分類智能卡屬于半導體卡。半導體卡片采用微電子技術(shù)進行信息的存儲、處理。
按照其組成結(jié)構(gòu)，智能卡可以分為一般存儲卡、加密存儲卡、CPU卡和超級智能卡。存儲器卡其內(nèi)嵌芯片相當于普通串行EEPROM存儲器，這類卡信息存儲方便，使用簡單，價
IC卡格便宜，很多場合可替代磁卡，但由于其本身不具備信息保密功能，因此，只能用于保密性要求不高的應用場合。邏輯加密卡加密存儲器卡內(nèi)嵌芯片在存儲區(qū)外增加了控制邏輯，在訪問存儲區(qū)之前需要核對密碼，只有密碼正確，才能進行存取操作，這類信息保密性較好，使用與普通存儲器卡相類似。CPU卡CPU卡內(nèi)嵌芯片相當于一個特殊類型的單片機，內(nèi)部除了帶有控制器、存儲器、時序控制邏輯等外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)。由于CPU卡有存儲容量大、處理能力強、信息存儲安全等特性。廣泛用于信息安全性要求特別高的場合。超級智能卡在卡上具有MPU和存儲器并裝有健盤、液晶顯示器和電源，有的卡上還具有指紋識別裝置等。
二、根據(jù)卡與外界數(shù)據(jù)交換的界面不同劃分為：
（1）非接觸式IC卡
該類卡與IC卡設(shè)備無電路接觸，而是通過非接觸式的讀寫技術(shù)進行讀寫（例如光或無線技術(shù)）。其內(nèi)嵌芯片除了CPU、邏輯單元、存儲單元外，增加了射頻收發(fā)電路。標準ISO10536系列闡述了對非接觸式IC卡的規(guī)定。該類卡一般用在使用頻繁、信息量相對較少、可靠性要求較高的場合。
（2）接觸式IC卡
該類卡是通過IC卡讀寫設(shè)備的觸點與IC卡的觸點接觸后進行數(shù)據(jù)的讀寫。標準ISO7816對此類卡的機械特性、電器特性等進行了嚴格的規(guī)定。
（3）雙界面卡
將接觸式IC卡與非接觸式IC卡組合到一張卡片中，操作獨立，但可以共用CPU和存儲空間。
編輯本段缺點IC卡的缺點是制造成本高。
編輯本段優(yōu)點IC卡的外形與磁卡相似，它與磁卡的區(qū)別在于數(shù)據(jù)存儲的媒體不同。磁卡是通過卡上磁
IC卡條的磁場變化來存儲信息的，而IC卡是通過嵌入卡中的電擦式可編程只讀存儲器集成電路芯片（EEPROM）來存儲數(shù)據(jù)信息的。因此，與磁卡相比較，IC卡具有以下優(yōu)點：．
①CPU卡具有數(shù)據(jù)處理能力。在與讀卡器進行數(shù)據(jù)交換時，可對數(shù)據(jù)進行加密、解密，以確保交換數(shù)據(jù)的準確可靠；而磁卡則無此功能。
②存儲容量大。磁卡的存儲容量大約在200個字符；IC卡的存儲容量根據(jù)型號不同，小的幾百個字符，大的上百萬個字符。
③安全保密性好。IC卡上的信息能夠隨意讀取、修改、擦除，但都需要密碼。
④使用壽命長。
技術(shù)內(nèi)涵IC卡核心是集成電路芯片，是利用現(xiàn)代*的微電子技術(shù)，將大規(guī)模集成電路芯片嵌在一塊小小的塑料卡片之中。其開發(fā)與制造技術(shù)比磁卡復雜得多。IC卡主要技術(shù)包括硬件技術(shù)、軟件技術(shù)及相關(guān)業(yè)務技術(shù)等。硬件技術(shù)一般包含半導體技術(shù)、基板技術(shù)、封裝技術(shù)、終端技術(shù)及其他零部件技術(shù)等；而軟件技術(shù)一般包括應用軟件技術(shù)、通信技術(shù)、安全技術(shù)及系統(tǒng)控制技術(shù)等。EEPROM技術(shù)電擦除式可編程只讀存儲器（ElectricallyErasableProgrammableReadOnlyMemory）是IC卡技術(shù)的核心。該技術(shù)使晶體管密度增大，改善了性能，增加了容量，達到在同樣面積上存儲更大數(shù)據(jù)量的目的。
作為數(shù)據(jù)或程序的存儲空間，EEPROM的數(shù)據(jù)可以至少保持10年的時間，擦寫次數(shù)達10萬次以上。EEPROM技術(shù)還提供了很大的靈活性，通過設(shè)置不可修改的標志位，能夠?qū)EPROM單元轉(zhuǎn)變成可編程只讀存儲器、只讀存儲器或不可讀的保密存儲單元。
該技術(shù)的*性使得帶有保密存儲器的IC卡得到快速發(fā)展和應用。例如，在各種收費系統(tǒng)（公用、電表、公路收費等等）及訪問控制等領(lǐng)域獲得了廣泛的應用。以EEPROM為核心的CPU卡也廣泛應用于、銀行部門、多應用卡及要求有公共密鑰算法的高安全性應用領(lǐng)域。RFID技術(shù)射頻識別RFID（RadioFrequencyIdentification）技術(shù)是一種利用電磁波進行信號傳輸
IC卡的識別方法，被識別的物體本身應具有電磁波的接收和發(fā)送裝置。RFID系統(tǒng)使用的通信頻段范圍為<135kHz或>300MHz～GHz級。
射頻識別IC卡是一種使用電磁波和非觸點來與終端通信的IC卡。使用此卡時，不需要把卡片插入到特定讀寫器插槽之中。一般來說，通信距離在幾厘米至1米范圍內(nèi)。射頻識別卡使用得較多，而且發(fā)展?jié)摿^大。
射頻識別IC卡有主動式和被動式之分。主動式卡是指卡片需要主動靠近讀卡器，用戶需要將卡在讀卡器上晃過才完成交易；被動式卡不用出示卡片，只要走過讀卡器的范圍，即可完成交易。加密技術(shù)IC卡中的CPU卡采用特殊的加密技術(shù)，不僅可以驗證信息的正確性，同時還能檢查通信雙方身份的合法性，從而保證信息傳送的安全性。這是通過IC卡中存儲的銀行密鑰與讀卡器兼黑盒子中存儲的銀行密鑰的相互校驗來實現(xiàn)的，從而保證了持卡者本身和讀卡器雙方都具有合法身份。總之，采用*的加密技術(shù)后，不僅具有高度安全性、嚴謹性，還具有靈活便捷、成本低等優(yōu)勢。
除上述技術(shù)之外，還有Java卡技術(shù)、IC卡ISO標準化技術(shù)、IC卡生物認證技術(shù)及數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)等軟、硬件新技術(shù)。
主要應用IC卡的開發(fā)、研制與應用是一項系統(tǒng)工程，涉及到計算機、通訊、網(wǎng)絡、軟件、卡的讀寫設(shè)備、應用機具等多種產(chǎn)品領(lǐng)域的多種技術(shù)學科。因此，IC卡產(chǎn)業(yè)在技術(shù)、市場及應用的競爭中迅速發(fā)展起來。IC卡已是當今電子信息產(chǎn)業(yè)的熱點產(chǎn)品之一，除了在商業(yè)、醫(yī)療、保險、交通、能源、通訊、安全管理、身份識別等非金融領(lǐng)域得到廣泛應用外，在金融領(lǐng)域的應用也日益廣泛，影響十分深遠。
IC卡雖然進入中國較晚，但在政府的大力支持下，發(fā)展迅速。1995年底，國家金卡辦為統(tǒng)籌規(guī)劃全國IC卡的應用，組織擬定了（金卡工程非銀行卡應用總體規(guī)劃）。為保證IC卡的健康發(fā)展，在*金卡辦的領(lǐng)導下，*、*部、衛(wèi)生部、國家工商管理局等各個部委紛紛制定了IC卡在本行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。IC卡在銀行系統(tǒng)的應用銀行卡大體分為兩類：信用卡和儲值卡。
信用卡，即貸記卡，有小額信貸功能，即可以小額透支。它要求持卡人有較高的信譽度，透支的錢應及時存入。
儲值卡，即借記卡，不需要建檔案，不需要擔保，不能夠透支，一般用于小額提取或消費。目前國內(nèi)各商業(yè)銀行所發(fā)放的銀行卡大多數(shù)為借記卡。
據(jù)統(tǒng)計，發(fā)達國家的現(xiàn)鈔流通量僅占流通實力的8%，基本上是信用卡及各種金
IC卡融卡主宰金融市場。而中國的現(xiàn)鈔流通量則高達25%以上，大量現(xiàn)金的“體外循環(huán)”為*現(xiàn)象的滋生和各種經(jīng)濟*提供了生存土壤，不僅擾亂了經(jīng)濟秩序，還嚴重影響社會的穩(wěn)定及人民幣的價值和信譽。電子貨幣或銀行IC卡的普遍應用，正是解決上述問題的有效辦法。
目前的銀行卡大多數(shù)仍為磁卡，在塑料卡片上有磁條和凸印字。磁條中記錄賬號和密碼等基本信息，而實際款項存儲在由網(wǎng)絡連接的銀行計算機硬盤上。用戶提取或存入的款項在不同的銀行賬戶之間進行資金往來。用戶消費的款項由銀行和商戶之間進行結(jié)轉(zhuǎn)和清算。這種磁卡在使用時需要訪問主機賬戶，因此只能在聯(lián)機處理時間內(nèi)使用，其速度和穩(wěn)定性取決于通信線路的質(zhì)量，在網(wǎng)絡達不到的場所則無法使用。
中國發(fā)展金卡的方針是“兩卡并用，磁卡過渡，發(fā)展IC卡為主”。未來的發(fā)展趨勢必將是IC卡逐步取代磁卡。
IC卡既可以由銀行獨自發(fā)行，又可以與各企事業(yè)單位合作發(fā)行聯(lián)名卡。這種聯(lián)名卡形成銀行IC卡的錢包賬戶。例如，醫(yī)療保險錢包不得消費，不得提取現(xiàn)金，只能在醫(yī)院等場所使用。當前，聯(lián)名卡主要有保險卡、財稅卡、交通卡、校園卡等多種。由于IC卡既方便又快捷，因此在發(fā)達國家已相當流行。亞特蘭大奧運會期間，大量采用IC卡電子錢包，以支付交通、通訊、稅收等費用。IC卡收費系統(tǒng)它包括電費、水費、煤氣費、通信費等各種消費資源費用的收取。該類系統(tǒng)可以提高管理效率和可靠性。通過預先收費，可以增加管理部門的可用資金，為居民提供服務，改變對資源先消費后收費的不合理狀況。對于用戶而言，IC卡收費可消除收費人員入戶的騷擾和準備現(xiàn)金零錢的煩惱；同時，還有利于用戶根據(jù)自家用電、用水、用煤氣的情況，進行計劃消費。IC卡醫(yī)療保險系統(tǒng)隨著中國醫(yī)療體制的改革，居民持保險公司發(fā)行的IC卡到醫(yī)院就醫(yī)，就醫(yī)費用將由保險公司支付。醫(yī)療IC卡除了具有醫(yī)療費用的支付功能外，卡內(nèi)還可以存儲病人的病歷。病人看病可以到不同的醫(yī)院，醫(yī)生可根據(jù)卡內(nèi)的病歷信息快速進行診斷和治療。公交管理系統(tǒng)乘客持公交管理部門發(fā)行的預先付費IC卡乘車，上車時只需在汽車門口的收費機前晃一下（主動式卡），收費機自動完成收費。這樣，能有效地減少上下車時間，加快車輛周轉(zhuǎn)速度，提高管理效益，杜絕*、假幣現(xiàn)象。
其它，還有*管理系統(tǒng)、工商管理系統(tǒng)、IC卡電子門鎖、IC卡稅務管理系統(tǒng)、高速公路收費系統(tǒng)等多種IC卡應用系統(tǒng)。
IC卡隨著半導體技術(shù)、大規(guī)模集成電路芯片的發(fā)展而產(chǎn)生，也必將隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等的高速發(fā)展而迅速發(fā)展壯大。不斷擴大IC卡的應用領(lǐng)域已成為社會發(fā)展的必然需求。
在IC產(chǎn)業(yè)市場競爭更加激烈的情況下，IC卡必然向更高層次方向發(fā)展。諸如從接觸型IC卡向非接觸型IC卡轉(zhuǎn)移，從低存儲容量的IC卡向高存儲容量發(fā)展，從單功能IC卡向多功能IC卡轉(zhuǎn)化，從單系統(tǒng)的IC卡向多系統(tǒng)IC卡轉(zhuǎn)化，由非銀行系統(tǒng)轉(zhuǎn)向銀行系統(tǒng)應用，由民用轉(zhuǎn)向軍用，由局域網(wǎng)向因特網(wǎng)遷移等。新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，IC卡品種繁多，這充分說明了IC卡的強大生命力。在未來的幾年中，IC卡將會越來越多地滲入到人們的生活中。
安全問題作為電子貨幣的IC卡，其上記錄有大量重要信息，安全性是很重要的，作為IC卡應用系統(tǒng)必須為IC卡系統(tǒng)提供合理有效的安全措施，以保證IC卡及其應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。影響IC卡及應用系統(tǒng)安全的主要方式有：使用用戶丟失或被竊的IC卡，冒充合法用戶進入應用系統(tǒng)，獲得非法利益；用偽造的或空白卡非法復制數(shù)據(jù)，進入應用系統(tǒng)；使用系統(tǒng)外的IC卡讀寫設(shè)備，對合法卡上的數(shù)據(jù)進行修改，改變操作級別等；在IC卡交易過程中，用正常卡完成身份認證后，中途變換IC卡，從而使卡上存儲的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中不一致；在IC卡讀寫操作中，對接口設(shè)備與IC卡通信時所作交換的信息流進行截聽，修改，甚至插入非法信息，以獲取非法利益，或破壞系統(tǒng)。常用的安全技術(shù)有:身份鑒別和IC卡合法性確認，報文鑒別技術(shù)，數(shù)據(jù)加密通訊技術(shù)等。這些技術(shù)采用可以保證IC卡的數(shù)據(jù)在存儲和交易過程中的完整性，有效性和真實性，從而有效地防止對IC卡進行非法讀寫和修改。總體上，IC卡的安全包括物理安全和邏輯安全兩方面：物理安全物理安全包括：IC卡本身的物理特性上的安全性，通常指對一定程度的應力、化學、電氣、靜電作用的防范能力；對外來的物理攻擊的抵抗能力，要求IC卡應能防止復制、竄改、偽造或截聽等。常采用的措施有：采用高技術(shù)和昂貴的制造工藝，使無法偽造；在制造和發(fā)行過程中，一切參數(shù)嚴格保密；制作時在存儲器外面加若干保護層，防止分析其中內(nèi)容，即很難破譯；在卡內(nèi)安裝監(jiān)控程序，以防止處理器或存儲器數(shù)據(jù)總線和地址總線的截聽。邏輯安全常用的邏輯安全措施有：存儲器分區(qū)保護，一般將IC卡中存儲器的數(shù)據(jù)分成3個基本區(qū)：公開區(qū)、工作區(qū)和保密區(qū)；用戶鑒別，用戶鑒別又叫個人身份鑒別，一般有驗證用戶個人識別PIN，生物鑒別，手寫簽名。下面只介紹生物鑒別技術(shù)中的一種———指紋識別技術(shù)：
指紋識別技術(shù)是利用指紋*、不變、不可偽造、隨身攜帶等的特點和IC卡作為個性化數(shù)據(jù)載體及大容量內(nèi)存的優(yōu)勢，既實現(xiàn)了人物合一的真實身份認證，又滿足了各種應用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)載體卡片化、脫機化的需求，是用軟硬結(jié)合方式確保信息安全可靠實用的途徑。
用IC卡保存指紋特征數(shù)據(jù)、使用人員信息、私鑰等關(guān)鍵信息、通過指紋識別認證持卡人真實身份，解決網(wǎng)絡信息安全瓶頸zui有效的手段，是對信息安全（軟件）認證、密鑰體系zui有效的補充。既是IC卡應用更高層次的系統(tǒng)創(chuàng)新，又是用戶真實身份認證領(lǐng)域的一次*。智能卡讀卡器驗證卡的有效性，后指紋身份驗證，通過雙重驗證，確保系統(tǒng)安全可靠。
可根據(jù)需要將指紋信息儲存在IC卡內(nèi)，通過輸入用戶的活體指紋信息與卡內(nèi)的指紋資料進行比對，實現(xiàn)用戶真實身份的認證及IC卡的各種應用。亦可將指紋資料儲存在計算機或網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)，通過輸入用戶的活體指紋信息與儲存的指紋信息資料進行比對，實現(xiàn)用戶真實身份的認證，具有很大的靈活性。
指紋IC卡鑒別技術(shù)可廣泛應用于網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)庫管理、電子商務與電子支付中的權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)存取、密鑰管理等。包括計算機系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、電子商務系統(tǒng)、政府、企業(yè)局域網(wǎng)系統(tǒng)中管理員的身份認證以及金融、保險、證券等行業(yè)重要系統(tǒng)及部門職員的*管理，證券交易所、信用卡用戶、保險受益人的身份認證以及安防業(yè)等應用。
IC卡的標準
1、物理特性
符合ISO7816：1987中規(guī)定的各類識別卡的物理特性和ISO7813中規(guī)定的金融交易卡的全部尺寸要求，此外還應符合標準ISO7816-1：1987規(guī)定的附加特性、機械強度和靜電測試方法。
2．觸點尺寸與位置。
應符合標準ISO7816-2：1988中的規(guī)定。
3．電信號與傳輸協(xié)議。
IC卡與接口設(shè)備之間電源及信息交換應符合ISO/IEC7816-3：1989的規(guī)定。
4．行業(yè)間交換用命令。
有相應的標準ISO/IEC7816-4：1994。但該版本尚未正式通過。
5．應用標識符的編號系統(tǒng)和注冊過程應符合標準ISO/IEC7816-5：1994中的規(guī)定。
感應式智能卡的標準有：ISO\IEC10536-1:1992、ISO\IEC10536-2:1995、ISO\IECDIS10536-3:1995、ISO14443-2等。
