Управление смарт-картами с применением персонального компьютера (стр. 1 из 3)
Курсовой проект
«Управление смарт-картами с применением персонального компьютера»
Введение
Смарт-карты в наше время нашли широкое применение в метро, таксофонах, банках, в секретных объектах, в программах для ПК где нужен физический ключ для её запуска. Так как смарт-карты имеют малые размеры то их удобно переносить, во-вторых подделка карты невозможна без прямого контакта с оригиналом. Также карты служат не менее 5 лет. Если карта теряется можно всегда сделать дополнительную проверку вторым паролем.
В ПК можно подсоединить до 4-х картридеров (через порт LPT) без аппаратных затрат и обработка будет вестись независимо. Но одна проблема возникающая если нужно обрабатывать информацию хранящуюся в карте в больших размерах в очень короткое время. Так например что бы перебрать все комбинации одного байта в карте нужно затратить 1 мин. Также время доступа к ячейке памяти прямо пропорционально зависит от её положения в памяти. В стандартных смарт-картах частота кристалла достигает 4 МГц.
У каждой из типов карт есть свои функции и методы доступа к ним. У исследуемого нами типа карт есть определенный набор функций к которым нам дает доступ чипы SLE4436/SLE5533.
Основные сведения о смарт-картах
Все карты использующиеся на сегодняшний день соответствуют международному стандарту ISO 7816.
Стандарт ISO 7816 состоит из следующих разделов:
· физические характеристики;
· размеры и расположение контактов;
· электронные сигналы и протоколы передачи;
· команды для обмена информацией для межотраслевого взаимодействия;
· идентификаторы приложений;
· межотраслевые элементы данных;
· межотраслевые команды SCQL.
Объектами наблюдения будут выступать наиболее применяемые карты «Укртелеком», а также «Харьковский Метрополитен» так как они являются наиболее доступными.
На рис. 1 представлены физические характеристики смарт-карт, определенные в первой части стандарта ISO 7816.
Рис. 1
У смарт-карт нет источника питания, дисплея и клавиатуры. Взаимодействие с окружающим миром производится с помощью последовательного коммуникационного интерфейса, имеющего восемь контактов. Расположение и размеры контактов описываются во второй части стандарта ISO 7816. На рис. 2 показаны контакты смарт-карты.
Рис. 2
Внешне карточки разных типов можно различить по форме контактов чипа изображенных на рисунках 3 и 4.
Рис. 3 Рис. 4
Первая и вторая карточки отвечают стандартам ISO 7816–1 и ISO 7816–2 соответственно.
У карточек данного типа есть также тип AFNOR, который отличается лишь тем, что его чип развернут на 180°. На рис. 5 изображено нормальное расположение, на рис. 6 типа AFNOR.
Рис. 5 Рис. 6
Карточки содержат электрически программируемое ПЗУ емкостью 256 * 1 бит с последовательной побитной выдачей информации и внутренним инкрементным счетчиком адреса. Операция записи производит изменение состояния ячеек памяти «в одну сторону», обратное изменение (стирание) интерфейсом карточки не предусмотрено (на защищенных типах). Память можно было бы стереть ультрафиолетом, но чип закрыт контактной панелью и специальной смолой. Можно применить для стирания чипа жесткое излучение. Казалось бы, можно запрограммировать заново всю карточку, однако первые 96 бит памяти, где прошиты тип карточки и код производителя, защищены от записи предохранителем, пережигаемым на заводе после прошивки чипа. По этим причинам использованную карточку нельзя «перезарядить», чтобы она работала, как новая. Единственный способ обмануть смарт-карту – использовать электронный эмулятор. Но есть и карты которые позволяют переписывать некоторые области памяти, например карты «Харьковский Метрополитен» позволяют перезаписывать 56 бит памяти в которой хранится CRC код.
На карточке используются только 16 байт. Все остальные равны 0xFF или 0x00.
Все карты должны придерживаться единому стандарту (размер носителя, положение и размеры контактов). Нижеуказанных параметров, в соответствии со стандартом ISO 7816, придерживаются все производители смарт-карт.
Габариты чипа должны соответствовать следующим размерам:
– длина 85.60 мм;
– ширина 53.98 мм;
– толщина 0.76 мм
Также на чипе определено восемь контактных областей, каждая из которых по крайней мере 2 мм шириной и 1.7 мм высотой. Назначение контактов указано ниже (табл. 1 и табл. 2).
Таблица 1. Типично для стандарта ISO 7816
| Номер контакта | Обозначение | Назначение |
| 1 | VCC | Напряжение питания (Vdd) (+5 V, max. 200 mA) |
| 2 | R/W | Read/Write |
| 3 | CLK | Тактовая частота |
| 4 | RST | Сигнал сброса |
| 5 | GND | Земля (VSS) |
| 6 | VPP | Напряжение программирования (5–25 V) |
| 7 | I/O | Данные вход / выход |
| 8 | FUSE |
Таблица 2. Типично для стандарта ISO 7816–2
| Номер контакта | Обозначение | Назначение |
| 1 | VCC | Напряжение питания (Vdd) (+5 V, max. 200 mA) |
| 2 | RST | Сигнал сброса |
| 3 | CLK | Тактовая частота |
| 4 | Резерв | |
| 5 | GND | Земля (VSS) |
| 6 | Резерв | |
| 7 | I/O | Данные вход / выход |
| 8 | Резерв |
Карточки типа ISO 7816–2 совместимы сверху вниз с карточками типа ISO 7816–1. Для распознавания типа карточки таксофон начинает работать по стандарту ISO 7816–2, и если вместо данных идут только одни единицы, переходит на тип ISO 7816–1.
Внутри карточки находится счетчик адреса разрядностью 9 бит. То есть после чтения каждых 512 бит все начинается сначала.
Обычно на картах второго типа вся важная информация храниться в защищенной части памяти 9–13 байты (65–104 биты). Что бы выяснить сколько «юнитов» осталось на карте (поездок, времени) нужно посчитать сколько единиц
в каждом из байтов (9–13 байты), и воспользоваться формулой 
, где S – количество юнитов.Электрические характеристики Rst, Clk, Vpp, I/O контактов
Для каждого из контактов Rst, Clk, Vpp, I/O, Vcc есть свои допустимые напряжения входов и выходов.
В таблице 3 указаны напряжения для нормальной работы карты для контакта Rst.
Таблица 3
Обозначение | Режим | Минимум | Максимум | Единица измерения | |
| Высокий уровень | Один из двух | Ток max=+/ – 200 uA | 4 | Vcc | V |
| Ток max=+/ – 10 uA | Vcc-0.7 | Vcc | V | ||
| Низкий уровень | Ток max=+/ – 200 uA | 0 | 0.6 | V | |
В таблице 4 указаны напряжения для нормальной работы карты для контакта Clk.
Таблица 4
Обозначение | Режим | Минимум | Максимум | Единица измерения | |
| Высокий уровень (входной) | Один из трех | Ток max=+/ – 200 uA | 2.4 | Vcc | V |
| Ток max=+/ – 20 uA | 0.7*Vcc | Vcc | V | ||
| Ток max=+/ – 10 uA | Vcc-0.7 | Vcc | V | ||
| Низкий уровень (входной) | Ток max=+/ – 200 uA | 0 | 0.5 | V | |
Емкость входная 30 pF | |||||
В таблице 5 указаны напряжения для нормальной работы карты для контакта программирования Vpp.
Таблица 5
Обозначение | Режим | Минимум | Максимум | Единица измерения |
| Vpp Ipp | Состояние (программирование не производится) | 0.95*Vcc | 1.05*Vcc 20 | VmA |
| Vpp Ipp | Активное состояние (программирование карты) | 0.975*P | 1.025*P I | VmA |
Обычно P=5 и I=50 | ||||
При программировании контроллера потребляемая мощность не превышает 1.5W.
В таблице 6 указаны напряжения для нормальной работы карты для контакта ввода / вывода I/O.
Таблица 6
Обозначение | Режим | Минимум | Максимум | Единица измерения | |
| Высокий уровень (входной) | Один из двух | Ток max=+/ – 500uA | 2 | Vcc | V |
| Ток max=+/ – 50uA | 0.7*Vcc | Vcc | V | ||
| Низкий уровень (входной) | Ток max=+/ – 1mA | 0 | 0.8 | V | |
| Высокий уровень (выходной) | Один из двух | Ток max=+/ – 100uA | 2.4 | Vcc | V |
| Ток max=+/ – 20uA | 3.8 | Vcc | V | ||
| Низкий уровень (выходной) | Ток max=+/ – 1mA | 0 | 0.4 | V | |
Емкость входная и выходная 30 pF | |||||
Принципиальная схема подсоединения к смарт-карте управляющего интерфейса
Смарт-карта вставляется в приемное устройство (Card Acceptance Device, CAD), которое соединяется с компьютером. Кроме того, в состав приемного устройства может входить терминал, считыватель и интерфейсный механизм (interface device, IFD). В числе его основных функций – обеспечение смарт-карты энергией и установление соединения для обмена данными.