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智能卡

日期:2013年7月5日 14:13

  1.概述

  CPU卡也称智能卡,卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元(包括随机存储器RAM、程序存储器ROM(FLASH)、用户数据存储器EEPROM)以及芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机,不仅具有数据存储功能,同时具有命令处理和数据安全保护等功能。

  CPU卡可适用于金融、保险、交通、政府行业等多个领域,具有用户空间大、读取速度快、一卡多用等特点。

  2.CPU卡的分类

  CPU卡既有接触式也有非接触式的(IC卡分类见图1)

  图1. IC卡分类

  非加密存储器卡:卡内的集成电路芯片主要是EEPROM,具有数据存储功能,不具有数据处理功能和硬件加密功能。

  逻辑加密存储器卡:在非加密存储器卡的基础上增加了加密逻辑电路,加密逻辑电路通过校验密码方式来保护卡内的数据对于外部访问是否开放,但只是低层次的安全保护,无法防范恶意性的攻击。

  ID卡:是普通射频卡。卡具有只读功能,含有唯一的64b防改写密码,其卡号在出厂时已被固化并保证在全球的唯一性,永远不能改变。其成本低,较多应用在售饭、考勤等方面。

  逻辑加密卡:卡中的IC具有逻辑加密和EEPROM。

  CPU卡:也称智能卡,卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元(包括随机存储器RAM、程序存储器ROM(FLASH)、用户数据存储器EEPROM)以及芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机,不仅具有数据存储功能,同时具有命令处理和数据安全保护等功能。

  双界面卡:是基于单芯片的、集接触式与非接触式接口为一体的智能卡,这两种接口共享同一个微处理器、操作系统和EEPROM。卡片包括一个微处理器芯片和一个与微处理器相连的天线线圈,由读写器产生的电磁场提供能量,通过射频方式实现能量供应和数据传输。

  3. 智能(CPU)卡的特点

  3.1.CPU卡的特点(与存储器卡相比较)

  (1)芯片和COS的安全技术为CPU卡提供了双重的安全保证。

  (2)自带操作系统的CPU卡对计算机网络系统要求较低,可实现脱机操作;而存储器卡必须在完善的网络环境下使用。

  (3)可实现真正意义上的一卡多应用,每个应用之间相互独立,并受控于各自的密钥管理系统。

  (4)存储容量大,可提供1K-64K字节的数据存储间。

  (5)使用寿命长,数据存储时间可达十年以上。

  3.2.CPU卡的主要功能

  身份认证——对持卡人、卡终端、和卡片三方的合法身份做认证。

  支付和结算工具——电子钱包和电子存折的支付手段,可避免携带大量现金和找零的不便,提高交易效率。

  安全保密模块——使用相应的密钥实现加密、解密以及交易处理,从而完成与用户卡之间的安全认证。

  数据载体——CPU卡可做为个人档案或重要数据的安全载体,数据可至少保存10 年以上。

  4.操作系统

  4.1概述

  COS的全称是Chip Operating System(片内操作系统),它一般是紧紧围绕着它所服务的智能卡的特点而开发的。由于不可避免地受到了智能卡内微处理器芯片的性能及内存容量的影响,COS在很大程度上不同于我们通常所能见到的微机上的操作系统(DOS、UNIX等)。

  4.2COS的特点

  首先,COS是一个专用系统而不是通用系统。即:一种COS一般都只能应用于特定的某种(或者是某些)智能卡,不同卡内的COS一般是不相同的。因为COS一般都是根据某种智能卡的特点及其应用范围而特定设计开发的,尽管它们在所实际完成的功能上可能大部分都遵循着同一个国际标准。

  其次,与那些常见的微机上的操作系统相比较而言,COS在本质上更加接近于监控程序、而不是一个通常所谓的真正意义上的操作系统。因为在当前阶段,COS所需要解决的主要还是对外部的命令如何进行处理、响应的问题,这其中一般并不涉及到共享、并发的管理及处理,而且就智能卡在目前的应用情况而言,并发和共享的工作也确实是不需要的。

  4.3COS的基本原理和主要功能

  COS在设计时一般都是紧密结合智能卡内存储器分区的情况,按照国际标准(ISO /IEC 7816系列标准)中所规定的一些功能进行设计、开发。

  COS的主要功能是控制智能卡和外界的信息交换,管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。其中,与外界进行信息交换是COS最基本的要求。在交换过程中,COS所遵循的信息交换协议目前包括两类:异步字符传输的 T=0协议以及异步分组传输的T=1协议。这两种信息交换协议的具体内容和实现机制在ISO/IEC7816—3和ISO/IEC7816—3A3标准中作了规定;而COS所应完成的管理和控制的基本功能则是在ISO/IEC7816—4标准中作出规定的。在该国际标准中,还对智能卡的数据结构以及COS的基本命令集作出了较详细的说明。

  至于ISO/IEC7816—1和2,则是对智能卡的物理参数、外形尺寸作了规定,它们与COS的关系不是很密切。

  5.CPU卡标准

  由于当前世界各国经济正在向国际化方向发展,全球化的金融服务系统纷纷建立起来,这就带来了一个卡的互操作性问题。同一张卡,在不同的国家、不同的环境下都要能够使用。要解决这个问题,只有制定一系列国际标准,使CPU卡及其接口设备制造商按照统一的标准,制造统一接口规格的产品,以保证不同国家、不同行业都采用统一的CPU卡软硬件技术规范开发应用系统,这样才能实现不同厂家生产的CPU卡之间的互换性和接口设备的共享。

  国际标准化组织从1987年开始,相继制定和颁布了CPU卡的国际标准。有关CPU卡本身的标准有:

  ● ISO 10536:识别卡-非接触式的集成电路卡。

  ● ISO 7816:识别卡-带触点的集成电路卡。

  ● ISO 7816-1:规定卡的物理特性。卡的物理特性中描述了卡应达到的防护紫外线的能力、X光照射的剂量、卡和触点的机械强度、抗电磁干扰能力等等。

  ● ISO 7816-2:规定卡的尺寸和位置。

  ● ISO 7816-3:规定卡的电信号和传输协议。传输协议包括两种:同步传输协议和异步传输协议。

  ● ISO 7816-4:规定卡的行业间交换用命令。包括:在卡与读写间传送的命令和应答信息内容;在卡中的文件、数据结构及访问方法;定义在卡中的文件和数据访问权限及安全结构。

  CPU卡片基本特性:

  ● 符合ISO 14443 TypeA和ISO 7816接口的双界面CPU 卡。

  ● 硬件DES/3DES 协处理器。

  ● 硬件RSA协处理器。

  ● 硬件真随机数发生器。

  CPU卡功能要求:

  ● 支持PBOC2.0借记贷记应用。

  ● 支持PBOC2.0基于借贷记的小额支付应用。

  ● 支持PBOC2.0非接触式IC卡支付应用(即QPBOC)。

  ● 支持PBOC2.0电子钱包的应用。

  ● 支持DDA/CDA认证。

  金融卡应用标准:

  中国金融集成电路(IC)卡规范:1998年3月中国人民银行等近十家金融单位在采用国际标准和国外先进技术的原则下,以ISO标准和Europay、Mastercard、Visa三大组织研制的EMV96为基础,结合国内CPU卡的应用实际需要,对我国金融CPU卡的基本应用作出了具体规定。

  ● ISO 9992:金融交易卡-集成电路卡与受卡接受设备之间的信息。

  ● ISO 14443:识别卡-非接触卡规范(距离10cm)。

  ● ISO 10202:金融交易卡-使用集成电路卡的金融交易系统的安全结构。

  ● EMV:支付系统的集成电路卡规范和支付系统的集成电路卡终端规范。

  ISO和其它组织还有很多标准和规范涉及到CPU卡的应用,可根据需要查阅有关的标准。

  6.CPU卡的应用领域

  (1)电表、水表、煤气表卡;

  (2)门锁卡、门禁卡;

  (3)食堂饭卡;

  (4)考勤卡、员工卡;

  (5)娱乐消费卡;

  (6)商场购物卡、优惠卡;

  (7)电话卡;

  (8)公路交通收费卡、停车收费卡;

  (9)地铁、公交车票卡;

  (10)加油卡;

  (11)信用卡、现金卡、电子钱包、储蓄卡、贷款证。

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