智能卡的基本结构

智能卡的基本结构

 

智能卡（Smart Card）也常被翻译成“聪明卡”、“智慧卡”，还有另外一种称呼叫做IC卡（Integrated Circuit Card）。一般是指在卡片中嵌入了集成电路芯片，可以利用芯片中的集成电路存储单元，来进行数据存储和一些相应的数据处理工作。

其中核心部分就是智能卡芯片，而芯片首先会被封装成一个独立的模块，然后嵌入到塑料卡基上，对于非接触卡片来说卡基上还要埋置设计好的天线。

如果单独把智能卡放在我们手上，我们根本没有任何办法来操作它，一个独立的智能卡对于任何应用系统而言都是毫无意义的。我们为了操控智能卡，对其中的数据进行访问，就必须要借助一个能够操作智能卡的机具，通常叫做读卡器，或者读写器（reader），或者终端（terminal），或者卡片受理设备CAD（card acceptance device）。我们通常熟悉的商场POS（point of sales）机，银行ATM（auto-teller machine）机，手机，IC卡电表，IC卡水表，IC卡煤气表，公交车或者地铁里的验卡机等等，都可以称作是终端设备。我们只有通过这些终端设备才能够真正让智能卡的作用得以发挥。

所以从根本上讲，智能卡的芯片至少要包括以下三部分：

数据存储单元

这是智能卡存储数据的地方，按照有些公司的安全考虑，在进行数据存储单元的设计时会采用各种各样的安全措施，常用的是地址乱码（Address scrambling）技术，这样即使将来芯片被别人打开，也不能够正确获取其中存储的数据信息。目前用于数据存储的技术主要有EEPROM和Flash两种主要技术，它们之间的主要区别在于数据擦除的方式不同。EEPROM可以按照字节擦除，也就是说写入的数据是多少就擦除多少，然后重新写入；而Flash则要按照页面的方式擦除，每个页面的大小一般是64个字节或者256个字节。现在也有其他一些新兴的存储技术比如铁电存储等，但是在实际应用中使用的还很少。

逻辑控制单元

这部分主要是控制数据存储单元的访问，也就是读和写的问题。通过不同的时序组合，或者是安全机制来许可或者拒绝来自外部的数据访问要求。一般来说逻辑加密卡需要通过密码的比对才能得到读写的权限，而普通的存储卡只要命令的时序正确，就能够访问数据存储区的内容。

输入输出接口单元

这部分是和外界的接口，所有发送给卡片的数据，以及卡片传递到外面的数据都是通过这个接口来实现的。按照卡片的接口形式，可以把卡片分成接触式和非接触式的，接触式的卡片表面带有接触的触点，操作接触式卡片的终端设备内部都有一个卡座，在进行数据通讯的时候，卡片上的触点和卡片上的触点必须始终处于接触状态；而非接触卡在和终端设备进行数据通讯的时候，只要在一定的距离内就能够正常操作，无需把卡片和终端接触到一起；另外目前也有一些卡片兼备接触和非接触两种接口，我们称之为双界面卡。

除了上面的这三个基本的单元之外，对于CPU卡而言（从严格的意义上讲，只有具备CPU的卡片才能够叫做真正的智能卡），还具有：

用于数据处理的CPU单元

用于执行卡片中的嵌入式程序，完成某种特定的应用功能。按照处理能力划分目前有8位、16位和32位CPU应用在智能卡中。按照CPU的种类划分以51系列为主，还有68HC05系列，H8系列，精简指令集的RISC系列和ARM系列等。

用于存储程序的ROM或者Flash单元

用户编写的COS程序会被掩模到ROM中或者是下载到Flash中。

用于缓存的RAM单元

主要包括一些基本的寄存器和暂存数据的RAM。

用于增强功能的加密引擎

比如实现DES加密算法的硬件DES加密模块，或者为了加快RSA加密处理的加密协处理器等。

目前的智能卡数据存储空间已经可以达到若干兆，程序可以达到数百K，这都是随着半导体工艺的进步而取得的结果。比起当年只有几K的存储空间来讲，让那些COS的编写者更加得心应手，开发的卡片功能也更加强大了。