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双界面卡

关于双界面卡


 


        随着世界各地信息技术和经济的飞速发展,人们之间的经济和信息交流越来越频繁,同时人们也一直在寻找各种便捷的交流媒介,从早期的磁卡到后来的存储卡、逻辑加密卡以及现在很多领域正在使用的接触式CPU卡(智能卡)。目前智能卡在我们的生活中还发挥着不可替代的作用,但是在接触式智能卡的进一步普及过程中却存在很多障碍:
接触式智能卡与卡机具间的磨损,大大缩短了其使用寿命;
接触不良会导致传输数据出错;
大流量的场所,由于存在插拔卡的过程而造成长时间的等待。
        为了解决这些问题,人们将射频传送能量的技术与智能卡技术结合,产生了非接触式智能卡,它又叫射频卡,它将芯片和天线完全封装在卡片内部,这种卡的表面没有触点,通过电磁耦合的方式与读写模块进行通信。
与触式卡相比较,非接触式卡具有以下优点:
它没有裸露的芯片触点,避免了因芯片接触造成的物理磨损,而且便于卡片的印刷;
操作方便、快捷。读写器在一定距离范围内可以从任意方向实现卡片的操作。
        非接触式智能卡是目前国际智能卡的前沿技术,目前非接触式智能卡根据卡中的集成电路不同可大体分为逻辑加密卡和CPU卡。CPU卡比逻辑加密卡安全性更高,卡片内文件管理更有效,实现各种功能的方式更灵活。符合14443 TYPE A标准的非接触式逻辑加密卡占据绝大多数市场,非接触式CPU卡一般采用14443 TPYE B的标准。
        同任何事物都有两面性一样,非接触式智能卡尽管有很多优点,但在实际应用中它又受制于很多现实条件:
首先,在射频干扰厉害的场合,它的应用受限;
其次,由于通过耦合传递能量,所以要求其功耗很低;
再者,由于现在很多行业,如金融、通讯等行业已经存在大量的接触式卡应用的技术和基础设施,他们还将继续使用接触卡。
从上面的分析来看,接触式和非接触式智能卡可以说各有千秋。于是一种新的智能卡芯片技术--双界面卡芯片应运而生。严格的讲,双界面卡不是一种特别准确的说法,更为准确的应该叫双接口卡(Dual Interface Card),因为实际上它在一张卡片上同时提供了两种与外界接口的方式:接触式和非接触式。因为双界面卡集合了接触卡与非接触卡的优点,它使它可有多种功能,是一种多功能卡。它的外形与接触式IC卡相象,表面符合国际标准的金属触点。内部结构则与非接触式IC卡相似,有天线和芯片的模块。

双界面卡的结构和技术
        在双界面卡的具体实现上,有以下三种结构类型:
1.把接触式智能卡芯片和非接触式逻辑加密芯片加上天线封装在一张卡中,构成一张双界面卡。接触式和非接触式系统的运行分别由两个独立的芯片控制,卡内有两个独立的EEPROM存储器,两套系统互相独立,这实际上是将两块芯片封装在一张卡上。
2.由一个芯片和天线构成,它具有非接触式逻辑加密卡功能、接触式CPU卡的功能,两个系统共用EEPROM存储器。
3.由一个芯片和天线构成,共用芯片内的EEPROM存储器、微处理器、ROM、RAM等资源。控制接触式与非接触式系统的运行。
        三种双界面智能卡中,只有最后一种才称得上是真正意义的双界面CPU卡,也是集成电路设计公司将来开发的重点所在。

双界面卡的一般结构
        包括CPU内核、ROM、RAM、EEPROM、安全控制模块、加密(DES、3DES、RSA算法)协处理器等部分。其技术难点在于:
1 首先,系统的安全问题:双界面卡的安全由三个不同层次的安全保障环节组成,一是芯片的物理安全技术,如防非法读写、防软件跟踪等;二是卡片制造的安全技术;三是卡的通信安全技术,如加密算法等。这三个方面共同形成卡的安全体系,保证卡片从生产到使用的安全。但在实际使用中,三者之间却没有那么明显的界限,如带DES(3DES)、RSA协处理器的双界面卡,它利用软硬件一起来实现系统的安全保障体系。而现在正在逐渐崭露头角的公开密钥基础设施 PKI(Public Key Infrastructure)能够使位于世界上任何地方的两个人通过互联网来进行通信,而且能够保证通信双方身份的真实性以及相互交换信息的安全性。智能卡和PKI之间的联系在于密钥及相关数字证书的存储,卡片载有持卡人的数字证书和私有密钥,可通过PKI技术实现互联网上的身份识别和信息加密传输。这些新兴技术的出现对于实现智能卡的安全交易提供更多的选择。
2.COS开发智能卡的性能取决于两个主要的因素:芯片的设计生产和COS的性能,双界面卡当然也不例外,除了硬件上进行严密的逻辑设计以及生产工艺上的精益求精以外,COS的性能也直接决定了卡的性能。尤其是在双界面卡中要处理两种模式下的指令(当然主要是初始化部分的差异),以及COS在两种模式下的切换和对应用的选择,都对COS的开发提出了更高的要求。
3.在非接触模式下的能量来源:由于CPU卡的内部不带电池,需要由读写设备通过电磁耦合方式向芯片供电,经过卡内的稳压电路产生芯片工作所需的直流电压,因而卡内的天线需要特殊设计,以便在交易进行过程中能为卡提供稳定可靠的能量。
4. 抗冲突功能:作为非接触卡使用时,当多张卡片同时进入读卡机的有效操作区时,可能就会出现误读现象。因而只能允许一张卡进入有效状态而使其它的卡处于休眠方式,再逐一唤醒处理。当一张卡完成操作未离开操作区或另一张卡进入时,应该不会对已进入操作区的其它卡有影响。
5 超低功耗的要求:考虑到非接触式应用时CPU卡内有限的能量供应,芯片必须采用诸如低压、低耗的CMOS工艺技术和系统空闲处于休眠模式等多种技术以降低功耗,同时采用14443 Type B的标准也有助于提高系统能量的持续供给。
6 卡片的封装:双界面卡中需要封装的东西很多,如天线、芯片等部件,为确保卡片的大小、厚度、柔韧性和可靠性,需要采用独特的封装技术。这对我们的工艺水平也是一个大的挑战。

双界面卡的应用
        双界面卡在综合了接触式智能卡和非接触式智能卡的优点的基础上,具有广泛的适用性,可满足城市一卡通用、一卡多用的需要。几乎可以用在各种场合。而最重要的是:对于原来已经使用非接触式或接触式卡系统的用户,不需要更换系统和机具等硬件设备,只需在软件上作修改就可以升级使用双界面卡。
典型的应用如:
在公共交通系统,如公共汽车、市内轨道交通、出租车、轮渡等的管理或升级原来在这些领域使用的非接触式卡,使它们可以与银行等部门直接结算;
在城市生活公用收费领域,如电话、电表、煤气表、水表等,使它们实现远程交费,或通过银行结算;
在公用收费系统,如高速公路、路桥收费、码头、港口停泊、停车收费、娱乐场所等的刷卡系统,实现不停车收费等更便捷的收费方式;
在金融、证券等的交易领域,如银行、邮政、电信、证券交易、商场消费等;
在一些出入口管理系统,如上岗管理、考勤管理、门禁管理等; 
在加密认证的一些领域,如移动电话SIM卡、电子商务交易安全认证卡、电子资金转帐卡、软件加密卡、防伪卡、防盗卡等等。
其系统集成方案一般。

双界面卡市场前景
        我们知道,接触式和非接触式智能卡因其使用环境、信息交换量的不同而各有利弊。接触式IC卡的优势在于其安全性能高,但交易速率慢,非接触式IC卡的优势是交易速率快,但安全性能不够,所以在银行方面的应用受到限制。“一卡多用”是IC卡应用所追求的目标,所以为发挥这两种卡各自的优势,既支持接触式通讯、又支持非接触式通讯的双界面卡必将成为当前和以后智能卡市场的热点。
        具体到国内市场,随着信息技术的发展和全社会信息化程度的提高,智能卡在电子支付、信息安全、行业管理和应用、电子商务等方面都具有广阔的应用前景。今后,在国内“金卡工程”的带动下,政府部门在智能卡行业应用领域的作用日渐显著。“行业联合、一卡多用”将是我国智能卡发展的重要方向,对加快我国国民经济信息化进程、提高各行业自动化与科学化管理水平、改善人们的工作及生活环境、增强我国经济实力都具有十分重要的意义,而这些有巨大潜力的领域几乎都会使用或升级到双界面卡,所以其市场前景不可限量。


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