智能卡(SmartCard)是指在一张给定大小的塑料卡片上面封装了芯片,用于存储和处理数据。所以智能卡在国内又称卡。
IC卡的概念是70年代提出的,法国BULL公司首创IC卡产品,并将这项技术应用到金融,交通,医疗,身份证明等多个方面。IC卡的核心是芯片,一般用3μm以下半导体技术制造。IC卡具有写入数据和存储数据的能力。IC卡可存储其中的内容根据需要可以有条件的供外部读取,或供内部信息处理和校验用。
IC卡分类
根据其中的集成的不同,IC卡可以分为以下三类:
1.卡:卡中的集成电路为EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)。它仅有数据存储能力,没有数据处理能力。
2.逻辑加密卡:卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM在对卡中的数据进行操作前,必须验证每个卡的操作密码。密码的验证是由卡中的芯片完成,而不是由读卡终端完成。卡中有一个错误计数器,如果连续三次验证密码失败,则卡中数据被自动锁死,该卡不能再使用。
3.CPU卡:卡中的集成电路包括CPU(中央处理器)、EEPROM、RAM(随机存储器)以及固化在ROM(只读存储器)中的COS(片内操作系统)。其唯一的工作方式为”用户方式”,分为通用型和专用型两种。专用形是指其中的CPU为专用的、保密的,与通用型的主要差别在于其有很好的物理保护措施。智能卡的发展方向是保密的专用型。
如按卡与外界的数据传送形式来分,IC卡可分为接触型和非接触型两种。当前广泛使用的接触型IC卡,在这种卡的左上角有印制版,上面有8个触点可与外部接触.非接触型IC卡的集成电路不向外引出触点,因此它除了有上述IC卡的电路外,还带有射频收发电路及其相关电路(非接触IC卡也分为存储器卡,逻辑加密卡及CPU卡)。
按应用领域来分,IC卡分为金融卡和非金融卡两种.金融卡又有信用卡和现金卡,信用卡主要由银行发行和管理,持卡人用它作为消费时的收付工具;现金卡作为电子钱包使用。非金融卡应用于各种事物和安全管理场所。
存储器卡上的信息与磁卡上的信息一样,很容易读出,也能修改,所以其安全性也是有问题,一般用在对安全要求不太高的场合,如健康卡等。存储器卡的容量一般在1KB到16KB之间。我们日常家用的水、电、煤气卡、饭卡等也是这种卡,其实要有读写卡机很容易破解。
逻辑加密卡一般在卡内存放密码,仅当外界输入的密码与卡内所存密码相符时,才允许使用该卡.因此与存储器比较提高了安全性.目前的逻辑加密卡存储容量还不够大,在某些应用领域,其安全性也不能满足要求,部分银行卡是这种卡。
CPU卡中一般有ROM、RAM和EEPROM三种存储器。ROM中存放的是程序,程序是为IC卡的CPU专门设计的,用它来解释读写器送来的命令。IC卡应用系统根据应用需要由读写器送一系列命令到IC卡,通过改变命令的内容和命令的顺序就可以满足不同的需要,因此有较高的灵活性。同时因为CPU有计算功能,存储容量又大,可以进行比较复杂的加密/解密运算,极大提高了安全性,EEPROM主要用来存放一些应用数据,其容量比逻辑加密卡大,可实现一卡多用。我们用的ATM卡、卫星接收解密卡都是这种卡。
IC卡与外界的接触端子都是统一的,因为IS07816国际标准已经都规定好了。
IC卡生产
智能卡包括三个部分:塑料基片(有或没有磁条)、接触面、集成电路
1.半导体厂家将大的硅片切成小块,一个六英寸直径的硅片可以造出上千个芯片。
2.对小硅片进行光刻以产生必要的电路,并将她封装在黑色的集成电路模块中。
3.将集成电路的输入输出端连结到大的接触面上,便于今后读写器的操作。
4.最后,把造好的模块嵌入到卡上。
IC卡内部芯片类型
一般IC卡所使用的主要芯片分为通用芯片和专用芯片两大类。所谓通用芯片,就是普通的集成电路芯片,如美国ATMEL公司的AT24C01两线串行链接协议存储芯片。其出厂时就有两种供货形式,一是封装成集成电路直接提供给最终用户使用,二是以裸芯片的形式提供给IC卡生产厂商封装成IC卡。裸芯片几乎没有安全性设计,也不完全符合目前IC卡的国际标准,但因其开发使用简单、价格便宜,比较适合于初期的对安全性要求不高的IC卡应用。所谓专用芯片, 就是专为IC卡而设计、制造的芯片,如荷兰Philips公司的2032/2042芯片。这种芯片符合目前IC卡的ISO国际标准、具有较高的安全性。
IC卡所使用的专用芯片一般分为存储器芯片和芯片两大类。存储卡使用存储器芯片作为卡芯,智能卡则使用微处理器芯片作为卡芯。
IC卡经常使用的存储器芯片种类及特性见下表。
存储器类型 | 功能 |
ROM(Read Olny Memory) | 只读存储器,一次写入后不可更改或删除。一般由芯片制造商进行掩膜写入信息,价格便宜,适合于大量的应用 |
RAM(Random Aess Memory) | 随机存取存储器,掉电后信息丢失,卡片上需。一般和其它种类的存储器共同使用,作为信息处理时的临时存储 |
PROM(Programmable) | 一次编程多次读出存储器,可由用户编写写入应用信息,价格较便宜.适合于较大量的应用 |
EPROM(Erasable PROM) | 可在紫外线擦除之后写入信息。目前,在IC卡中已经很少应用 |
EEPROM(Eleonically EPROM) | 电可擦除、写入存储器。目前,在IC卡上应用得最多 |
IC卡经常使用盼微控制器芯片的种类及特性见下表
类型 | 功 能 | 举例 |
带加密运算的微控制器 (MPU+CAU) | 逻辑控制、管理功能、加密、解密等运算功能 | 飞利浦公司的83C852等 |
不带加密运算的微控制器 (MPU) | 逻辑控制、管理等功能 | 日立公司的H8系列等 |
IC卡使用的IC芯片以带有安全逻辑的存储器芯片和带有加密运算的微控制器芯片最为普遍,两种芯片的典型逻辑结构见右图。
考虑到IC卡和计算机的紧密相关性及低技术用于IC卡上的可靠性等问题,目前市场上推出的IC卡用芯片还没有低电压芯片。由于低电压、低功耗芯片非常适合于IC卡应用,随着半导体技术的发展和IC卡应用领域的逐步扩大,低电压芯片必将成为IC卡的主要芯片。例如,美国MOTOROLA公司将开发工作电压可小于2V的IC卡用芯片。
由于IC卡的应用要求有较高的安全性,用于IC卡的芯片要比普通芯片具有较多在安全方面的考虑。例如,防止用扫描高频电子显微镜对存储器进行读取,防止用户再次激活测试功能等。此外,用于IC卡的芯片还具有较高的抗干扰能力。
目前,国际上许多较有影响的IC芯片制造商致力于IC卡用芯片的制造,主要公司有:美国TI、Catalyst、MOTOROLA、ATMEL等;日本NEC、OKI、Toshiba、Hitachi等;欧洲Philips、Siemens、SGS等。