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第2章接触式IC卡技术第2章接触式IC卡技术2.1实训1：接触式存储器卡与逻辑加密卡的存储结构2.2接触式IC卡的基本物理特性2.3接触式IC卡的芯片技术2.4典型存储器卡2.5实训2：接触式存储器卡的操作控制2.6典型逻辑加密卡2.7实训3：接触式逻辑加密卡的操作控制2.8接触式IC卡接口技术思考题第2章接触式IC卡技术2.1实训1：接触式存储器卡与逻辑加密卡的存储结构1．实训目的(1)建立对接触式IC卡的感性认识。(2)理解和掌握接触式存储器卡的访问方式和典型存储结构。(3)理解和掌握接触式逻辑加密卡的访问方式和典型存储结构。第2章接触式IC卡技术2．实训设备与器件(1)实训设备：通用接触式IC卡读写器，586电脑，通用接触式IC卡读写器DEMO软件(使用方法参见厂商提供的使用手册)。(2)实训器件：AT24C01卡、SLE4442卡、AT88SC1604卡(白卡，实验室准备)，IC卡电话卡(已发行，自备)。第2章接触式IC卡技术3．实训步骤与要求1)通用接触式IC卡读写器及DEMO软件的安装(1)按系统提示安装通用接触式IC卡读写器DEMO软件。(2)按标志连接通用接触式IC卡读写器的电源线及串口线，注意电源+5V与地不可接反。2)使用DEMO软件访问AT24C01卡(1)按使用手册的说明操作演示软件，对通用接触式IC卡读写器进行建立连接操作。(2)将AT24C01卡插入读写器卡座，选择卡型(自动识别卡型或选择AT24C01卡)，进入卡操作界面。(3)对AT24C01卡进行读/写/擦除操作，记录操作结果及操作条件。第2章接触式IC卡技术3)使用DEMO软件访问自备的IC卡电话卡(1)将IC卡电话卡插入读写器卡座，选择自动识别卡型，记录卡型。(2)进入卡操作界面对电话卡进行读/写/擦除操作，在表2.1中记录操作结果及操作条件。表2.1电话卡存储结构记录表区域名字段内容字节地址字节数读/写/擦除条件第2章接触式IC卡技术4)使用DEMO软件访问SLE4442卡(1)将SLE4442卡插入读写器卡座，选择卡型，进入卡操作界面。(2)对SLE4442卡进行读/写/擦除操作，在表2.2中记录操作结果及操作条件。表2.2SLE4442卡存储结构记录表区域名字段内容字节地址字节数读/写/擦除条件第2章接触式IC卡技术5)使用DEMO软件访问AT88SC1604卡(1)将AT88SC1604卡插入读写器卡座，选择卡型，进入卡操作界面。(2)对AT88SC1604卡进行读/写/擦除操作，在表2.3中记录操作结果及操作条件。表2.3AT88SC1604卡存储结构记录表区域名字段内容字节地址字节数读/写/擦除条件第2章接触式IC卡技术4．实训总结与分析(1)AT24C01卡的操作界面如图2.1所示。可以看到，AT24C01的存储容量为1Kb(128B)，存储结构为128×8b。可以按字节操作，所有字节的读/写/擦除均可任意进行。这种卡被称为存储器卡。存储器卡的详细内容参见2.3节。第2章接触式IC卡技术(2)IC电话卡的操作界面如图2.2所示。DEMO软件自动识别该卡为SLE4406卡。可以看到，这种卡的存储容量为104b(13B)，其中仅后5个字节为用户区，可按位操作。用户区可任意读、任意写(由1变为0称为写)，但只能按字节借位擦除(由0变为1称为擦除)。当用户区全为0时，卡将作废。SLE4406卡是一种按位操作的逻辑加密卡，它以一次性的计数方式操作，因此这种卡也称为计数卡(TokenMemoryCard)，其详细介绍参见2.6.1节。第2章接触式IC卡技术图2.1AT24C01卡的操作界面第2章接触式IC卡技术图2.2IC电话卡的操作界面第2章接触式IC卡技术(3)SLE4442卡的操作界面如图2.3所示。图2.3SLE4442卡的操作界面第2章接触式IC卡技术通过操作我们发现，SLE4442卡具有2Kb(256B)的存储容量，它采用多存储器结构，包括三个存储器：256×8b的EEPROM型主存储器，32×1b的PROM型保护存储器和4×8b的EEPROM型加密存储器。主存储器可重复擦除使用，按字节操作，并分为保护数据区和应用数据区，读出均不受限制，但保护数据区的擦除和写入受保护存储器熔丝状态的保护，而应用数据区的擦除和写入则受加密存储器中的密码及密码计数器保护。SLE4442卡是一种按字节操作的多存储器逻辑加密卡。第2章接触式IC卡技术(4)AT88SC1604卡的操作界面如图2.4所示。通过操作我们发现，AT88SC1604卡的存储容量为16384b(2048B)。它采用单存储器多逻辑分区结构，主存储器除划分了特定的标志数据区和控制数据区之外，还将应用数据区分成四个完全隔离的子区，并在每个子区中配备了各自的读、写控制标志和写入/擦除密码以及密码输入错误计数器等逻辑控制。AT88SC1604卡是一种按字节操作的大容量逻辑加密卡。第2章接触式IC卡技术5．思考(1)若要构成一个接触式IC卡门禁系统，应采用哪一种卡，为什么？与传统的锁加钥匙的方式相比较，由接触式IC卡及其读写器构成的接触式IC卡门禁系统有何优胜之处？(2)分别说明AT24C01A、SLE4442和AT88SC1604的安全性是由哪些环节保证的？第2章接触式IC卡技术图2.4AT88SC1604卡的操作界面第2章接触式IC卡技术2.2接触式IC卡的基本物理特性所谓接触式IC卡，就是在使用时，通过有形的金属电极触点将卡的集成电路与外部接口设备直接接触连接，提供集成电路工作的电源并进行数据交换的IC卡。其特点是在卡的表面有符合ISO/IEC7816标准的多个金属触点。第2章接触式IC卡技术2.2.1接触式IC卡的基本构成图2.5接触式IC卡外形图电极膜片塑料基片0.76mm85.6mm53.98mm第2章接触式IC卡技术图2.6接触式IC卡内部结构剖视图0.76mm塑料基片半导体芯片芯片信号引线电极膜片封口胶芯片封装树脂第2章接触式IC卡技术在图2.6中，其各组成部分说明如下：(1)半导体芯片：它是IC卡的核心部分。一般采用0.38～0.8μm的HCMOS或NMOS工艺制造的超大规模集成电路。在半导体芯片中包括存储器、译码电路、接口驱动电路、逻辑加密控制电路，甚至微处理器单元(CPU)等各种功能电路。其外形大小约为2mm×1mm×0.3mm。第2章接触式IC卡技术(2)电极膜片：它是作为半导体芯片各输入/输出信号引脚与外部设备接触连接的导电体，它实际是一种精密的印刷电路板(PCB)。其基底为一层绝缘材料，(一般为环氧树脂玻璃或聚酰亚胺薄膜)。在基底的绝缘材料上沉积一层铜合金，并在其外端表面镀金，以提高其导电性能和防氧化能力。电极膜片的外形大小约为：长9.62～13.65mm，宽9.32～11.56mm。电极膜片的外形一般为矩形或椭圆形。这种形状上的差异主要是为了改善卡片的抗扭曲方面的机械特性。电极膜片上共有多个芯片电极，每个电极的中心位置和最小面积是有规定的。但各电极表面分隔形状没有规定。第2章接触式IC卡技术图2.7接触式IC卡模块C1M2.2第2章接触式IC卡技术(3)塑料基片：它是半导体芯片和电极膜片的载体。根据各生产厂家制卡工艺设备的要求，一般采用PVC(聚氯乙烯)、PET和ABS塑料材料。目前在国内所使用或封装生产的IC卡，基片材料大都使用PVC材料。但随着制卡技术不断发展和对工业环保的要求，PVC材料的使用将会逐渐受到一定的限制。因而目前国外的一些制卡厂商已逐渐将IC卡的基片材料转向改用PET或ABS材料。塑料基片的大小，对于满足国际标准——识别卡的ID-1型的尺寸是85.6mm(长)×53.98mm(宽)×0.75mm(厚)。应该说明，由半导体芯片和电极膜片封装而成的IC卡模块(WireBodedModule，如图2.7所示)就可以实现IC卡的基本功能。第2章接触式IC卡技术2.2.2接触式IC卡的触点尺寸和位置符合国际标准的IC卡的物理特性主要由国际标准ISO7810、ISO7811-1/2/3/4、ISO7812、ISO7813和ISO/IEC7816-1等定义。其主要特性指标包括几何尺寸、抗X射线能力、触点与卡基表面的误差、电阻(触点)、抗电磁干扰、抗磁场干扰、抗静电能力、热耗、抗弯曲特性以及抗扭曲特性等。上述物理特性及其检测方法参见相关国际标准。接触式IC卡有8个触点，即集成电路引脚，从C1到C8，如图2.8所示。国际标准ISO/IEC7816-2对接触式集成电路卡的触点尺寸和芯片位置以及功能作了具体的规定。第2章接触式IC卡技术图2.8接触式IC卡的触点位置C1C2C3C4C5C6C7C810.25max12.25min17.87max19.87min19.23max20.93min21.77max23.47min24.31max26.01min26.85max28.55min左边沿塑料基片上边沿第2章接触式IC卡技术IC卡的电极膜片(即8个触点)既可安排在塑料基片的正面，也可安排在反面。触点之间的排列顺序必须按图2.8所示排列。各触点在卡基平面的几何尺寸、位置均以卡触点的接触面的左边沿和上边沿为基准边。其触点的尺寸及位置如图2.8所示。在ISO/IEC7816-2中对每个触点的几何形状和最大面积虽然没有规定，但却规定了每个触点表面积的内切矩形面积不得小于2mm×1.7mm。各触点之间应相互隔离。而相邻两个触点之间的最大距离为0.84mm。8个触点所占最大面积没有规定，但规定最小面积不小于9.62mm(长)×9.32mm(宽)的矩形平面。第2章接触式IC卡技术表2.4接触式IC卡的触点功能触点编号功能触点编号功能C1VCC(电源电压)C5GND(地)C2RST(复位信号)C6VPP(编程电压)C3CLK(时钟)C7I/O(数据输入/输出端)C4ISO/IECJTC1/SC17保留使用C8ISO/IECJTC1/SC17保留使用第2章接触式IC卡技术2.3接触式IC卡的芯片技术2.3.1存储器卡1．存储器卡的逻辑结构图2.9存储器卡的逻辑结构图串行链接通信接口无芯片安全保护措施，无安全控制逻辑EEPROM存储器触点第2章接触式IC卡技术2．存储器卡的特点(1)卡内嵌入的芯片多为通用EEPROM(或FlashMemory)。(2)无安全控制逻辑，可对片内信息不受限制地任意存取。(3)卡片制造中也很少采取安全保护措施。(4)不完全符合或支持ISO/IEC7816国际协议，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(SPI协议)。第2章接触式IC卡技术3．存储器卡的主要应用场合存储器卡功能简单，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，因此多用于某些简单的、内部信息无需保密或不允许加密(如急救卡)的场合。4．存储器卡的代表产品存储器卡的代表产品为美国Atmel公司的EEPROM卡AT24系列2线串行芯片和AT93系列3线串行系列，FlashMemory卡AT45D系列(2～8Mb，SPI协议)。第2章接触式IC卡技术表2.5EEPROM存储器卡芯片AT24C系列01A020408163264128256容量/Kb1248163264128256内存组织形式128×8256×8512×81024×8256×82048×88192×816384×832786×8页面写入方式/B8816161632326464通信协议ISO/IEC7816-3同步协议，双线串行接口工作频率1MHz(5V)，1MHz(2.7V)，400kHz(1.8V)工作电压5V，最低可至1.8VICC电流读：1mA，写：3mA工作温度0～70℃写/擦除次数大于1000000次数据保护100年应用领域数据存储第2章接触式IC卡技术2.3.2逻辑加密卡1．逻辑加密卡的逻辑结构图2.10逻辑加密卡的逻辑结构图具有芯片安全保护措施触点PROMROMEEPROM等存储器安全及控制逻辑通信接口第2章接触式IC卡技术2．逻辑加密卡的特点(1)具有