Управление смарт-картами с применением персонального компьютера (стр. 2 из 3)

В процессе взаимодействия два компьютера обмениваются пакетами данных, которые создаются на основе определенного набора протоколов. Смарт-карты общаются с окружающим миром при помощи собственных пакетов данных, которые называются APDU (Application Protocol Data Units). Пакеты APDU содержат либо команду, либо ответное сообщение. Технология смарт-карт моделирует широко известный интерфейс «ведущий-ведомый» (master-slave), в котором самой смарт-карте отводится пассивная роль. Другими словами, смарт-карта всегда ждет от терминала команду APDU. Затем она выполняет указанное действие и посылает терминалу ответный пакет, подтверждающий выполнение команды. Между картой и терминалом происходит непрерывный обмен пакетами APDU, содержащими команды и ответы на них.

Микросхема в телефонной карточке имеет 8 выводов, но реально используются только 5. Наиболее простым вариантом является сборка «ридера» для подключения его к LPT-порту компьютера (рис 7).

Рис. 7

В таблице 7 приведены соответствия номеров контактов LPT порта и их обозначений.

Таблица 7

Номер контакта	Обозначение
2	D0
3	D1
4	D2
5	D3
11	BUSY
10	ACK
25	GND

Элементы схемы:

S1-S4 – выключатели, предназначенные для того, что бы при вытаскивании или вставке карты не было замыкания между контактами LPT порта.

R1 – резистор, предназначен для того, что бы светодиод VD1 не вышел из строя, так как светодиод рассчитан на

= 20 mA. Установлен R1 = 800 Ом при =10 mA, что соответствует нормальной работе светодиода.

VD1 – светодиод, АЛ307АМ красного свечения, предназначен лишь для визуального контроля работы устройства. При желании можно не использовать.

VT1 – транзистор, КТ315Б предназначен для записи в порт I/O карты логической единицы или нуля. Служит также для инверсии выхода I/O.

Принципиальная схема источника питания

Смарт-карта питается от внешнего источника питания. Для этого необходим блок питания состоящий из понижающего трансформатора с напряжением на вторичной обмоткой от 7,5 до 15 В. Схема стабилизатора напряжения изображена на рисунке 8.

Рис. 8

Для питания карты нужно напряжение диапазона 4,75 – 5,25 В. Для этого используется интегральный стабилизатор КР142ЕН5А (на схеме СН1) с фиксированным выходным напряжением 4,9 – 5,1 В.

В состав схемы стабилизатора входят такие элементы:

С1, С2 – электролитические конденсаторы. Служат как сглаживающие фильтры импульсов напряжения. При всех условиях эксплуатации емкость конденсатора С1 должна быть не менее 2,2 мкФ для танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных конденсаторов; емкость конденсатора С2 должна быть не менее 1 мкФ для танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых.

S1 – включатель, который находится в разъеме для смарт-карты. Он замыкается при установке карты.

VD1 – светодиод АЛ307ВМ зеленый. Светодиод рассчитан на

= 22 mA. Индицирует подачу напряжения. При желании можно не использовать.

R1 – Резистор установлен на 260 Ом при этом

= 20 mA, что соответствует нормальной работе светодиода VD1.

Активация и деактивация карты

Что бы установить карту в начальное состояние нужно проделать следующие действия:

· Все линии устанавливаются в состояние низкого уровня;

· Подается напряжение питания VCC;

· Сигнал I/O на интерфейсном устройстве устанавливается в режим ввода;

· На соответствующий контакт (RST) подается высокий уровень в течение 50 мкс, после чего сигнал устанавливается в низкий уровень.

Начальная установка карты в настоящее время используется не во всех чипах, раньше это было продиктовано особенностью внутренней архитектуры чипа, не позволявшей определить его текущее состояние без полного сброса. Чипы нового типа лишены этого недостатка, что и повлекло за собой исключение этого контакта с карт.

Для того что бы определить состояние готовности смарт-карты интерфейсное устройство должно определить готовность карты по появлению сигнала высокого уровня на выводе I/O после окончания сигнала RST.

Отсоединение контактов производится так:

· На все контакты подается низкий уровень;

· Отключается напряжение программирования (Vpp);

· Отключается напряжение питания (VCC).

Именно эти действия и производит таксофон, когда нажимается кнопка сброса.

Чтение и запись смарт-карты через параллельный порт компьютера

Обмен информацией между картой и интерфейсным устройством.

Вся суть стандарта ISO 7816 сводится к стандартному: карта может работать в двух режимах: асинхронном и синхронном. В первом из них данные передаются на линию I/O в асинхронном полудуплексном режиме. Во втором режиме все то же самое, но только передача данных синхронизируется сигналом CLK. И в том, и в другом случае, обмен данными производится пакетами по 8 бит, то бишь по 1 байту. За исключением маленьких технических нюансов, весь режим передачи данных полностью аналогичен передаче данных по параллельному (LPT) порту в первом режиме и по последовательному (СОМ) – во втором.

Ниже приведена диаграмма сигналов для типа ISO 7816–1 (сброс, чтение и запись):

+21V _____________

+5V ____________________________________| |_________________ Vpp

+0V:

: : _____

+5V ___________________:_____________:_________________ Reset

0V ________________| :

: :

+5V ____ : ____ : ______:______

0V ___| |_______:_____| |________:______| : |__________ Clock

: : : : : : : :

+5V : : : : : :______:______: : _

0V ___:____:_______:_____:____:________| : |______:__________ R/W

: : : : : : : :

+5V : : :_____: :________: : : :__________

0V XXXXXXXXXXXXXXXXX_____XXXXXX________XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX__________ Out

: : : : : :<–><–>:

: : : : : :10 – 10 – :

: : : : : :50ms 50ms :

Сброс Бит 1 Бит 2 Бит 3

карты чтение чтение Бит 2 Запись в 1 чтение

Примечание: контакт Reset условно инвертирован.

На первом этапе происходит сброс карты для того, что бы она установилась в изначальное состояние. При этом на контакте I/O появляется значение равное первому биту из цепочки памяти. После происходит чтение первых двух бит, после чего происходит запись второго бита и чтение третьего. При этом напряжение записи (Vpp) должно быть не менее 5В и не более 21В чтобы не спалить сам чип. Напряжение программирования зависит от самих параметров чипа.

В «чистом» виде ячейки памяти чипа типа – ISO 7816–1 содержат «0», операция записи прошивает в ячейку «1».

На следующей диаграмме приведена работа чипа типа ISO 7816–2 (сброс и чтение):

_______________________| |_____________________________________________ Reset:: _____ : _____ _____ _____ __________:_______| |____:_| |_____| |_____| |_____| |_ Clk: : : : : : : : :_____:_______:__________:_:_____:_____:_____:_____:_____:_____:_____:______:___n___|_____0____:_|_____1_____|_____2_____|_____3_____|___4_:_ (Адрес) Сначала происходит сброс карты, при этом Reset и Clk устанавливаются в «1». Затем подаются на контакт Clk импульсы, с помощью которых происходит перемещение по памяти карты. По фронту импульса Clk происходит увеличение на единицу внутреннего счетчика адреса. По спаду тактового импульса следующий бит данных появляется на выходе. Обычно удобнее представлять информацию в виде байтов. Для этого каждые 8 считанных бит группируют в байт, считая, что первым считывается наименее значащий бит. Таким образом, последовательно считывая 1,0,0,1,0,1,1,1, получим байт 0xE9. При этом счетчик может быть только увеличен.Если нужно считать бит с адресом меньше текущего, то счетчик нужно сбросить в 0, а затем увеличить до необходимого значения.Вся информация поступающая на карту производится через порт 0x378 принтера (базовый адрес). Записанный байт появляется на выходных контактах. Мы используем бит 0 (Data 0) для сигнала Reset и бит 1 (Data 1) для сигнала Clk. Чтение выполняется через порт 0x379. В самом старшем бите появится инвертированное значение с входного контакта 11 (Busy). Основные управляющие команды карты На рисунке 9 приведена команда сброса карты.На рисунке 10 приведена команда стирания бита (установка бита в «0’).На рисунке 11 приведена команда увеличения счетчика на один пункт.На рисунке 12 приведена команда записи байта (установка битов в «1’). Рис. 9 Рис. 10 Рис. 11 Рис. 12 Назначение полей данных При чтении карты были выделены основные области (таблица 8):

Таблица 8

Байт	Биты	Значение / Описание
1	1–8	D8 старые карты DD новые карты
2	9–16	Код страны
5	33–36	Номинал карточки
5	37–40	Последняя цифра года выпуска
6	41–44	№ месяца выпуска
6–9	45–64	Серийный номер
9	65–72	4096* NBS единиц
10	73–80	512* NBS единиц
11	81–88	64* NBS единиц
12	89–96	8* NBS единиц
13	97–104	1* NBS единиц (NBS-число установленных битов)
14–40	105–320	FF – проверочная область

Итак, можно выделить следующие информационные области на карте: заголовок, счетчик. Заголовок содержит 40 бит информации, которые жестко программируются изготовителем карт. Обычно эта область содержит чисто служебные данные, которые в принципе нужны только для информативности. Следует иметь в виду, что некоторые производители в битах 36–64 пишут копию даты выпуска и серийного номера. Кроме этого первыми четырьмя цифрами серийного номера всегда будет дата выпуска, т.е., 0600 будет означать июнь 2000 года. Проверочная область – область, на которой производитель проверяет работоспособность чипа.