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射频识别技术漫谈——CPU卡概述

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  智能卡按安全级别可以分为三类:存储器卡、逻辑加密卡和CPU卡,其中CPU卡是安全级别最高的。从“CPU”这个名字可以看出,CPU卡最大的特点就是卡片里面有一个"CPU",有了CPU我们就可以对卡片编程写入软件(COS,卡片操作系统),实现复杂的安全加密算法,所以CPU卡的安全性是最高的。与之形成对比的是,存储器卡和逻辑加密卡中没有"CPU",尽管在我们看来像MIFARE1卡看起来似乎也很智能,但M1卡里存在的仅仅是一个专用集成电路(ASIC),而不是CPU。说到非接触式CPU卡,就不得不提接触式CPU卡,因为就CPU卡的灵魂——COS来说,二者遵循的协议基本是一样的,都是ISO7816-4,不同之处在于二者进入COS的方式和途径,在此以复旦微电的非接触式CPU卡FM1208M01为例,与接触式CPU卡进入COS的过程对比如下图所示。

  CPU卡在进入ISO7816-4协议之前所做的都是一些为卡片和读写器对话进行的准备工作。接触式CPU卡的序列比较简单,卡片插在卡座上,读写器给卡片一个复位(Reset)信号,卡片回送一个应答ATR(Answer To Reset),ATR由5部分组成:
  (1)初始字符TS:指定字符传送规则,如果是3B则高电平表示1,低电平表示0,先传送字符最低有效位;如果是3F
  则高电平表示0,低电平表示1,先传送字符最高有效位。
  (2)格式字符T0:指定存在哪些接口字符以及历史字符的个数。
  (3)接口字符 :指定协议参数和协议类型
  (4)历史字符 :说明诸如制造商、芯片型号等一般信息
  (5)校验字符 :保证ATR数据的完整性,使用的是异或校验
  非接触式CPU卡得到ATS(Answer To Select)相对步骤多一些,不过这也是迫不得已,这是由卡片本身的“非接触”特性决定的。不像接触式卡片那样一卡一座,非接触式卡片由于“无源”和“免接触”,读写器的射频场中可能同时存在多张卡片,为了从多张卡片中选中一张进行操作,读写器要启动防冲突和卡选择的过程。由于不能保证射频场中的卡片都是CPU卡,所以读写器选中一张卡片后还要向卡片发送RATS命令,CPU卡会回送一个ATS响应,此ATS与接触式CPU卡的ATR也大同小异,同样由5部分组成:
  (1)长度字符TL:指出ATS的长度,不包括后面的校验字节。
  (2)格式字符T0:指定存在哪些接口字符以及卡片能接收的帧的最大长度。
  (3)接口字符 :指定协议参数和协议类型
  (4)历史字符 :说明诸如制造商、芯片型号、序列号等一般信息
  (5)校验字符 :保证ATS数据的完整性,使用的是2字节CRC校验
  完成ATR或ATS应答之后,卡片可以进行PPS(Protocol Parameter Selection)协商,也可以不协商而使用默认值。此后就进入7816-4,执行COS命令进行数据交换了。

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