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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(RolandMoreno)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，InternationalStandardizationOrganization)与国际电工委员会(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”(SmartCard)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(IntelligentCard)、微电路卡(MicrocircuitCard)、微芯片卡(MicrochipCard)等。国际标准化组织使用术语ICC(IntegratedCircuitCard)，即“集成电路卡”来涵盖所有在一个符合ISOID1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85.6mm×53.98mm×0.76mm，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；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ISO7811-4和ISO7811-5规定的磁条位置(磁道1，2，3)集成电路芯片位置签名条ISO7811-3规定的冲压凸印字符位置第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FlashMemory)；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ISO/IEC7816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(TransportCard)的取用；支持ISO/IEC7816国际标准。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(ChipOperationSystem,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BL7432/74422Kb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(2～8KBEEPROM、256BRAM、10～12KBROM)及与之配套、适用于不同应用的多种COS(适用于交通、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/IEC7816标准的多个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卡外观卡触点第1章智 能 卡 概 述图1.3非接触式IC卡外观内嵌芯片天线线圈第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1Mb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4Mb空间；采用地址数据多路复用，则可达32Mb寻址空间。与串行通信卡一样，它也有存储型(1Mb、2Mb、4Mb、8Mb、32Mb容量)、逻辑加密型(1Mb、2Mb容量)和CPU型(1/4Mb、1/2Mb、1Mb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1.1.3IC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、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1.1IC卡与磁卡的比较性能IC卡磁卡抗机械损伤好差抗电磁干扰是磁卡的10倍差抗静电好差抗辐射好差防潮防污好差存储容量已达4Mb小于几百字节数据保存期限100年1～2年使用寿命10万次几千次卡的价格较高低作业模式脱机/非实时联机脱机实时联机网络要求较低低高对主机的要求较低低高系统投资中等低高卡的复制与伪造很难容易读写安全措施读写保护、数据加密保护无使用保护个人密码、卡与读写器双向认证个人密码第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读写器卡PC机主计算机第1章智 能 卡 概 述1)智能卡(ICC，ICCard)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，InterFaceDevice)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IC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、回收四个阶段。(1)制造阶段：包括芯片、卡及设备的制造。(2)发行阶段：指生成相应应用目的的卡，并提供给持卡人的过程。(3)使用阶段：持卡人用卡及相关部门对之监督管理的过程。(4)回收阶段：对损坏卡、过期卡、解约卡等的回收处理过程。第1章智 能 卡 概 述图1.5智能卡的生存周期卡系统设备制造商②①③⑤⑥⑦④芯片及资料设备卡应用开发商应用系统卡芯片资料，开发仿真设备卡芯片制造商卡发行部门系统方案卡应用部门芯片及资料卡制造商卡卡最终用户卡回收芯片制造卡及设备制造卡应用系统开发及卡的发行卡的使用回