IC卡读卡器

IC卡读卡器 1.1非接触式IC卡简介 智能卡的名称来源于英文名词“Smart card”，又称集成电路卡，即IC卡(Integrated Circuit Card)。它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外形与覆盖磁条的磁卡相似。 IC卡的概念是70年代初提出来的，法国布尔(BULL)公司于1976年首先创造出IC卡产品，并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份证明等多个行业，它将徽电子技术和计算机技术结合在一起，提高了人们生活和工作的现代化程度。在此后的十几年间，除法国的布尔公司之外，世界上先后有Motorola、TI、Thomson、Hitachi、OKI、Toshiba、Sharp、Atmel、Gemplus、Schlumberger、Philips等十几家公司相继投入了智能卡芯片和卡片成品的开发与生产，形成了一个世界性的新兴技术产业[1]。 当前，用于信息处理的卡片种类繁多，而且基本上都采用了较新的技术，IC卡脱颖而出的原因在于它对于磁卡、PET卡、光卡和凸字卡等其它种类的卡具有一下突出的特点[1]: ? 存储容量大，其内部有RAM、ROM、EPROM、EEPROM等存储器，存储容量可以达到几兆甚至十几兆字节; ? 体积小、重量轻，抗干扰能力强，便于携带; ? 安全性高。IC卡从硬件和软件等几个方面实施其安全策略，可以控制卡内不同区域的存取特性。存储器本身具有控制密码，非法试图对之解密则卡片自毁，即不可进行读写; ? 对网络的要求不高。IC卡极高的安全可靠性使其在应用中对计算机网 络的实时性、敏感性要求低，有利于在网络质量不高的环境中应用。 正是由于这些特点，使得IC卡从诞生至今虽然只有短短数年，但其市场却遍布世界各地。在全球智能卡蓬勃发展之际，中国于1993年提出了“金卡工程”。金卡工程是以电子货币应用为重点的各类卡基应用系统工程，是为了实现电子货币大范围流通的跨部门、跨地区和跨世纪的系统工程。在“金卡工程”提出至今10年来，我国IC卡应用发展迅猛，累计发卡约6亿张，据不完全统计，仅2000年一年，我国发行使用各类IC卡约2.3亿张左右。IC卡目前已在商贸、交通、 电信、医疗、卫生保健、社会保险、金融、税务、工商、公安、组织机构代码和城市公共事业管理等许多领域得到广泛应用，并取得了初步的社会和经济效益。它对提高现代化管理水平和人民的生活质量，推动整个社会信息化 进程具有重要作用。本课题正是在这种环境下提出的。 1.1.1 IC卡的分类 IC卡可以按照多种方法进行分类，根据卡中所镶嵌的集成电路的不同可以分成以下三类[1]: ? 存储器卡卡中的集成电路有EEPROM; ? 逻辑加密卡卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM; ? CPU卡卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EEPROM、RAM以及固化在卡 ROM中的片内操作系统COS(chip operating system)。 严格意义讲，只有CPU卡才是真正的智能卡。 按照应用领域来分，IC卡分为金融卡和非金融卡，金融卡又有信用卡和现金卡等。按照卡与外界数据传送的方式来分，IC卡分为接触式IC和非接触式IC卡，当前广泛使用的是接触式IC卡，但是非接触式IC卡是将来IC卡发展的方向。还有一种双界面IC卡，其既可以接触式使用也可以非接触式使用，是未来IC卡发展的方向之一。 1.1.2 非接触式IC卡 1.1.2.1 非接触式IC卡的特点 非接触式IC卡无机械触点，通过无线方式与读写设备进行通讯，与接触式IC卡相比具有一下特点[2][3]: 1) 操作快捷 卡与读卡器之间为无线通讯，使用时无需插拔卡及固定方向。操作时，卡可以放在钱包、衣服口袋或公文包中无需拿出，大大提高了使用速度。同时，由于卡与读卡器进行通讯时的载波频率较高，卡内芯片可以工作在较高的系统时钟 下，使二者的通信速率很高。 2) 高抗干扰性 非接触式Ic卡具有防冲突，在多张卡片同时进入读卡器工作范围时能够防止卡片之间出现数据干扰，允许多张卡片同时操作。 3) 配合具体应用具有多种工作距离 非接触式IC卡中既有作用距离为几米、可用于高速公路收费系统中的远距离卡，又有作用距离为几厘米、可用于电子钱包的近距离卡，使得系 统配置灵活多样。 4) 高可靠性 非接触式IC卡与读卡器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障，同时无需担心由于触点损坏或脱落而导致卡片失效，提高了应用的可靠性及设备和卡的寿命。而且由于无线电波不会受尘土、潮气和震动的干扰，使得非接触式IC卡可应用在恶劣的环境。同时，由于读卡器可以置于障碍物的后面而不影响它与卡的通讯，可以防止在接触式IC卡的使用中对读卡器进行恶意破坏现象的出现。 5) 可适合于多种应用 非接触式IC卡的存储结构的特点使其可以一卡多用，能用于不同的系统，用户可以根据不同的应用设置不同的密码和访问条件。 6) 高安全性 非接触式IC卡的序列号是唯一的，制造商在产品出厂前将此序列号固化于卡内芯片中，不可再更改，使用时非接触式IC卡于读卡器要进行三次相互认证，而且通讯过程中所有的数据都加密，卡内各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。 1.1.2.2 非接触式IC卡的种类 非接触式IC卡的种类繁多，按照卡内集成电路的不同可分为: ? 存储器卡,卡中的集成电路具有加密逻辑和EEPROM; ? CPU卡,卡中的集成电路包括中央处理器、EEPROM、随机存储器RAM以 及固化在只读存储器ROM中的片内操作系统COS，有的卡内芯片还 集成 了密码运算协处理器CAU以提高安全性和工作速度。 按照工作频率可分为: ? 低频卡,卡与读卡器间通信使用的频段为低频段，如125KHz; ? 高频卡,卡与读卡器间通信使用的频段为高频段，如13.56MHz 915MHz、 2.45GHz等。 按照工作距离可分为: ? 近距离卡,卡与读卡器的有效作用距离为几十厘米; ? 远距离卡,卡与读卡器的有效作用距离为几米。 按照卡内芯片的供电方式可分为: ? 有源卡,卡内带电池; ? 无源卡,卡内为设备，工作时由读写设备通过无线方式供电。 1.1.2.3 非接触式IC卡的关键技术 非接触式IC卡的工作特点使其在设计和制造过程中存在一些技术难点集中在芯片制造和卡片封装上，这些关键技术[2][3]是: 1) 射频技术 非接触式IC卡是射频技术和IC卡技术相结合的产物，非接触IC卡的射频技术有以下特殊要求: ? 由于IC卡的尺寸限制，使大部分非接触式IC卡的内部不带电池 需要由读写设备通过无线方式供电，经过卡内的稳压电路产生 片工作所需的直流电压。 ? 由于IC卡的尺寸限制，使得卡内天线需要特殊设计。 由于允许多卡同时操作，要求卡内射频部分具有高抗干扰性， 内设有“防冲突”电路以解决多张卡片互相干扰的问题。 2) 低功耗技术 对于卡内有电池和无电池的非接触式IC卡来说降低芯片功耗提高卡片寿命和保证一定的工作距离都非常重要。卡内芯片一般采低压低功耗CMOS工艺制造，并在电路设计中采用“休眠模式”技术以降低功耗。 3) 封装技术 由于非接触式IC卡中需要封装天线、芯片和片外电容等部件为确保卡片的大小、厚度、柔韧性，需要特殊的封装技术。 4) 安全技术 非接触式IC卡以卡用芯片的物理安全技术、卡片制造的安全技术和卡的通讯安全技术这三个方面的内容构成其强大的安全技术。 ? 卡用芯片的物理安全技术,通过设置高/低电压器、低频时钟探 测器、熔丝、存储器物理保护层、存储器逻辑保护、金属化结构等防止对芯片存储器和其他逻辑电路的分析，并防止再测试功能。 ? 卡片制造的安全技术,将荧光安全图象印刷、微线条、激光雕刻签 名和图象、安全背景图象等技术用于IC卡塑封面的印制和防伪识伪。 ? 卡的通讯安全技术,通过三次相互认证、传输数据加密、设置存储 区密码和访问条件、每个芯片设置唯一序列号以及在芯片运送过程中设置传输代码防止对数据的非法截取分析、对存储区的非法访问和对芯片的非法个人化。 1.1.2.4 非接触式IC卡的发展趋势 随着非接触式IC卡的广泛应用，这种技术得到了迅速的发展，从目前看来，非接触式IC卡主要有以下几个发展趋势[2][3]: 1) 大容量 社会对“一卡多用”的迫切需求使得目前非接触式IC卡内8K,16K的存储容量远远不能满足要求。将来用户携带的一张IC卡内可以有多个分区，用作电子钱包、电子车票、身份证和护照等电子个人身份识别、电子医疗档案、工作证、保险证以及电话付费等许多领域，这必将促使卡内存储器的容量向更大的方向发展。除了目前已经广泛使用的EEPROM存储器，国外一些公司也开发了一些新的存储器技术，比如Flash，技术和铁电技术，铁电存储器(FeRAM)有望成为未来IC卡行业使用的主要存储器。 2) 更强的处理能力 IC卡在各个领域的广泛应用对其处理能力提出了更高的要求，提高处 理能力的方法有两种，一是借助于具有扩展寻址模式的先进指令组，它能提高翻译机和编译器的效率;二是向更高的具有32位数据通路的MCU发展，技术的进步还可以使内部时钟频率从5MHz增加到10MHz。 3) 高安全性 高安全性是IC卡最大的特点之一，但IC卡的发展使得用户对其安全性提出了更高的要求。这一方面体现在使用更加复杂的加密方式令破译更加困难，另一方面体现在提高卡内微处理器的速度及增加RAM的容量使得加密过程更加短暂，以便节省用户时间。这要求未来的智能卡使用更强计算能力的处理器来支持，这不仅对于支持嵌入式固件特别重要，而且对 于确保其应用程序在一个安全的环境中装载和运行也及其重要，具有512位或1024位的公开密钥计算能力的加密协处理器将能满足更高的安全性要求。 4) 低功耗 无论非接触式IC卡的内部带不带电池，卡内芯片的低压低功耗设计都是非常重要。对于有源非接触式IC卡可以延长电池的使用时间，即延长卡的使用寿命;对于无源非接触式IC卡可以增加卡的工作距离。 5) 远距离 由于远距离卡在使用速度和方便性上都超过了近距离卡，使其成为非接触式IC卡发展的必然趋势。 6) 发展复合式IC卡 复合式卡也成为双界面卡，既有触点也有天线，所以既能提供接触式使用，又能提供非接触式使用，使用更加灵活方便。现在很多国际大公司都开发成功了双界面IC卡，并已投入使用。