IC卡原理知识

IC卡读写器要能读写符合ISO7816标准的IC卡。IC卡接口电路作为IC卡与IFD内的CPU进行通信的唯一通道，为保证通信和数据交换的安全与可靠，其产生的电信号必须满足下面的特定要求。
    1.1 完成IC卡插入与退出的识别操作
    IC卡接口电路对IC卡插入与退出的识别，即卡的激活和释放，有很严格的时序要求。如果不能满足相应的要求，IC卡就不能正常进行操作；严重时将损坏IC卡或IC卡读写器。
    (1)激活过程
    为启动对卡的操作，接口电路应按图1所示顺序激活电路：
    RST处于L状态；
    根据所选择卡的类型，对VCC加电A类或B类，
    VPP上升为空闲状态；
    接口电路的I/O应置于接收状态；
    向IC卡的CLK提供时钟信号(A类卡1～5MHz，B类卡1～4MHz)。
    在t’a时间对IC卡的CLK加时钟信号。I/O线路应在时钟信号加于CLK的200个时钟周期(ta)内被置于高阻状态Z(ta 时间在t’a之后)。时钟加于CLK后，保持RST为状态L至少400周期(tb)使卡复位(tb在t’a之后)。在时间t’b，RST被置于状态H。I/O上的应答应在RST上信号上升沿之后的400~40 000个时钟周期(tc)内开始(tc在t’b之后)。
    在RST处于状态H的情况下，如果应答信号在40 000个时钟周期内仍未开始，RST上的信号将返回到状态L，且IC卡接口电路按照图2所示对IC卡产生释放。
    (2)释放过程
    当信息交换结束或失败时(例如，无卡响应或卡被移出)，接口电路应按图2所示时序释放电路：
    RST应置为状态L；
    CLK应置为状态L(除非时钟已在状态L上停止)；
    VPP应释放(如果它已被激活)；
    I/O应置为状态A(在td时间内没有具体定义)；
    VCC应释放。
    1.2 通过触点向卡提供稳定的电源
    IC卡接口电路应能在表1规定的电压范围内，向IC卡提供相应稳定的电流。
    1.3 通过触点向卡提供稳定的时钟
    IC卡接口电路向卡提供时钟信号。时钟信号的实际频率范围在复位应答期间，应在以下范围内：A类卡，时钟应在1～5MHz；B类卡，时钟应在1～4MHz。
    复位后，由收到的ATR(复位应答)信号中的F(时钟频率变换因子)和D(比特率调整因子)来确定。
    时钟信号的工作周期应为稳定操作期间周期的40%～60%。当频率从一个值转换到另一个值时，应注意保证没有比短周期的40%更短的脉冲。
    (1)IC卡的分类。
    ①按照IC卡与读卡器的通信方式，可将IC卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡两种。接触式IC卡通过卡片表面8个金属触点与读卡器进行物理连接来完成通信和数据交换。非接触式IC卡通过无线通信方式与读卡器进行通信，通信时非接触IC卡不需要与读卡器直接进行物理连接。
    ②按照是否带有微处理器，比卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器，一般的电话IC卡即属于此类。将指甲盖大小的带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡。银行的IC卡通常是指智能卡。智能卡也称为CPU(中央处理器)卡，它具有数据读写和处理功能，因而具有安全性高、可以离线操作等突出优点。所谓离线操作是与联机操作相对而言的，它可以在不连网的终端设备上使用。离线操作不仅大大减少了通信时间，也能够在移动收费点 (如公共交通)或通信不顺畅的场所使用。
    ③按照应用领域来划分，IC卡可以分为金融卡和非金融卡两种。金融卡又分为信用卡和现金储值卡；非金融卡是指应用于医疗、通信、交通等非金融领域的IC卡。
    (2)IC卡的优点。IC卡的外形与磁卡相似，它与磁卡的区别在于数据存储的媒体不同。磁卡是通过卡上磁条的磁场变化来存储信息的，而IC卡是通过嵌入卡中的电擦除式可编程只读存储器集成电路芯片(EEPROM)来存储数据信息的。因此，与磁卡相比较，IC卡具有以下优点： ．
    ①存储容量大。磁卡的存储容量大约在200个数字字符；IC卡的存储容量根据型号不同，小的几百个字符，大的上百万个字符。
    ②安全保密性好。IC卡上的信息能够随意读取、修改、擦除，但都需要密码。
    ③CPU卡具有数据处理能力。在与读卡器进行数据交换时，可对数据进行加密、解密，以确保交换数据的准确可靠；而磁卡则无此功能。
    ④使用寿命长。
    (3)IC卡的主要技术。IC卡核心是集成电路芯片，是利用现代先进的微电子技术，将大规模集成电路芯片嵌在一块小小的塑料卡片之中。其开发与制造技术比磁卡复杂得多。IC卡主要技术包括硬件技术、软件技术及相关业务技术等。硬件技术一般包含半导体技术、基板技术、封装技术、终端技术及其他零部件技术等；而软件技术一般包括应用软件技术、通信技术、安全技术及系统控制技术等。
    ①EEPROM技术。电擦除式可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)是IC卡技术的核心。该技术使晶体管密度增大，改善了性能，增加了容量，达到在同样面积上存储更大数据量的目的。
    作为数据或程序的存储空间，EEPROM的数据可以至少保持 10年的时间，擦写次数达10万次以上。EEPROM技术还提供了很大的灵活性，通过设置不可修改的标志位，能够将EEPROM单元转变成可编程只读存储器、只读存储器或不可读的保密存储单元。
    该技术的先进性使得带有保密存储器的IC卡得到快速发展和应用。例如，在各种收费系统(公用电话、电表、公路收费等等)及访问控制等领域获得了广泛的应用。以EEPROM为核心的 CPU卡也广泛应用于移动电话、银行部门、多应用卡及要求有公共密钥算法的高安全性应用领域。
    ②RFID技术。射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种利用电磁波进行信号传输的识别方法，被识别的物体本身应具有电磁波的接收和发送装置。RFID系统使用的通信频段范围为＜135kHz或＞300MHz～GHz级。
    射频识别IC卡是一种使用电磁波和非触点来与终端通信的 IC卡。使用此卡时，不需要把卡片插入到特定读写器插槽之中。一般来说，通信距离在几厘米至1米范围内。射频识别卡使用得较多，而且发展潜力较大。
    射频识别IC卡有主动式和被动式之分。主动式卡是指卡片需要主动靠近读卡器，用户需要将卡在读卡器上晃过才完成交易；被动式卡不用出示卡片，只要走过读卡器的范围，即可完成交易。
    目前世界上最先进的非接触IC卡就采用了独特的RFID技术。预计此种技术将有很大的市场潜力。
    ③加密技术。IC卡中的CPU卡采用特殊的加密技术，不仅可以验证信息的正确性，同时还能检查通信双方身份的合法性，从而保证信息传送的安全性。这是通过IC卡中存储的银行密钥与读卡器兼黑盒子中存储的银行密钥的相互校验来实现的，从而保证了持卡者本身和读卡器双方都具有合法身份。总之，采用先进的加密技术后，不仅具有高度安全性、严谨性，还具有灵活便捷、成本低等优势。
    除上述技术之外，还有Java卡技术、IC卡ISO标准化技术、IC卡生物认证技术及数据压缩技术等软、硬件新技术。由于IC卡技术含量越来越高，功能越来越强，使得IC卡的应用领域不断向纵深方向拓展。
    (4)IC卡的主要应用。IC卡的开发、研制与应用是一项系统工程，涉及到计算机、通讯、网络、软件、卡的读写设备、应用机具等多种产品领域的多种技术学科。因此，全球IC卡产业在技术、市场及应用的竞争中迅速发展起来。IC卡已是当今国际电子信息产业的热点产品之一，除了在商业、医疗、保险、交通、能源、通讯、安全管理、身份识别等非金融领域得到广泛应用外，在金融领域的应用也日益广泛，影响十分深远。
    IC卡虽然进入我国较晚，但在政府的大力支持下，发展迅速。 1995年底，国家金卡办为统筹规划全国IC卡的应用，组织拟定了 (金卡工程非银行卡应用总体规划)。为保证IC卡的健康发展，在国务院金卡办的领导下，信息产业部、公安部、卫生部、国家工商管理局等各个部委纷纷制定了IC卡在本行业的发展规划。