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CPU卡基础知识

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CPU卡

  CPU是英语Central Processing Unit的缩写,也就是我们常说的中央处理器。CPU卡,就是卡内的集成电路中带有中央处理器CPU、存储单元以及芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机,不仅具有数据存储功能,同时具有命令处理和数据安全保护等功能,所以也称为智能卡。

  智能卡又称CPU卡。CPU卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机,内部除了带有控制器,存储器,时序控制逻辑等外,还带有算法单元和操作系统,由于CPU卡有存储容量大,处理能力强,信息存储安全等特性。因此,广泛用于信息安全性要求特别高的场合。

  CPU卡主要由CPU核心、数据暂存SRAM、程序ROM、带CPU接口的EEPROM存储器和一些外围电路(如上电、掉电复位等)组成。CPU卡的典型逻辑结构中ROM模块中固化有CPU卡的片上操作系统(COS)。

  对于存储卡(不论是普通存储卡还是逻辑加密卡)而言,主要的作用是数据存储,但是对于CPU卡而言除了数据存储之外还有另外一个重 要 的 作用就是数据处理。从严格的意义上讲只有CPU卡才能够算得上是真正 的 智 能卡。根据CPU芯片的特性不同,这类产品有8位、16位和32位不同 的 系 列和8051,6 805,6 502,Zilog , Arm , Risc 等不同的内核产品。由于芯 片 中 嵌有微控制器(MCU) 、实现加密算法的加密引擎和固化在只读存储器 (ROM)中的片上操作系统COS( Chip Operating System),而且通常拥有较大容量的EEPROM存储器,所以具有功能强、安全性高和灵活性大的特点,适于在安全性要求较高的场合使用,如金融卡、重要区域的门禁卡等。此类卡的价格一般来说较高。

  与其他非接触卡相比较,由于CPU卡的动态功耗较大,比较难以实现,因此CPU卡的研究要在增加存储容量和加快处理速度的同时,也要研究如何降低CPU卡的功耗。基于未来新技术的研究成功和新材料的发明,CPU卡将更加适合市场的需求。CPU卡在金融、网络安全、电子政务和身份验证等领域将有更大的发展和完善。

  智能卡的名称来源于英文名词‘Smartcard‘,又称集成电路卡,即IC卡(Integrated Circuit card)。它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中,封装成卡的形式,其外形与覆盖磁条的磁卡相似。智能卡的概念是70年代初提出来的,法国布尔(BULL)公司于1976年首先创造出智能卡产品,并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份证明等多个行业。智能卡芯片具有写入数据和存储数据的能力,智能卡存储器中的内容根据需要可以有条件地供外部读取和供内部信息处理和判定之用。

  根据智能卡中所镶嵌的集成电路的不同可以分成以下三类:

  (1) 存储卡:卡中的集成电路为EEPROM(可用电擦除的可编程只读存储器)。

  (2) 加密存储卡:卡中包含具有加密逻辑的集成电路和非易失存储器。

  (3) CPU卡: 卡中的集成电路包括中央处理器CPU、EEPROM、随机存储器RAM以及固化在只读存储器ROM中的片内操作系统COS(Chip Operating System)。严格地讲,只有CPU卡才是真正的智能卡。

  按卡与外界数据传送的形式来分,有接触型智能卡和非接触型智能卡两种。

  目前,最广为人知的智能卡标准就是ISO7816。此标准主要定义了塑料基片的物理和尺寸特性, 触点的尺寸和位置,信息交换的底层协议描述,以及跨行业的命令集等等。

  CPU卡的特性

  1.CPU卡采用了多种芯片级防攻击手段,基本上不可伪造。

  2.CPU卡所特有的内外部认证机制以及以金融IC卡规范为代表的专用认证机制,能够完全保证交易的合法性。

  3.CPU卡的密钥在认证和交易过程中,是不在线路上以明文出现的,它每次的送出都是经过随机数加密的,而且因为有随机数的参加,确保每次传输的内容不同,并在过程中所使用的密钥都是在安全的发卡环境中产生并密文安装到SAM卡和用户卡中,整个过程密钥不外露,保证了交易的安全性。

  4.CPU卡的应用防火墙功能可以保障同一张卡中不同应用的安全独立性。对安全性要求较高的金融行业都以CPU卡作为下一代银行卡的标准。采用CPU卡可以杜绝伪造卡、伪造终端、伪造交易,最终保证了系统的安全性。

  5.CPU卡的大容量存储空间又可以满足预期的大金额消费应用所要求的更多客户信息的存储。而这时安全就不仅仅是存储在卡内的电子货币的安全,还包括个人信息的安全,非接触式CPU卡的安全机制可以为此提供良好的保障。

  CPU卡的应用

  由于CPU卡具有具有用户空间大、读取速度快、支持一卡多用等特点,并已经通过中国人民银行和国家商秘委的认证。所以其广泛的适用于金融、保险、*、政府行业等多个领域,比如电子钱包、电子存折、公路自动收费系统、公共汽车自动售票系统、社会保障系统、IC卡加油系统、安全门禁等等。

  CPU卡的标准

  同一张卡,在不同的国家、不同的环境下都要能够使用。这就需要制定一系列国际标准,使CPU卡及其接口设备制造商按照统一的标准,制造统一接口规格的产品,才能实现不同厂家生产的CPU卡之间的互换性和接口设备的共享。

  有关CPU卡本身的标准有:

  1.ISO 10536:识别卡-非接触式的集成电路卡

  2.ISO 7816:识别卡-带触点的集成电路卡

  3.ISO7816-1:规定卡的物理特性。卡的物理特性中描述了卡应达到的防护紫外线的能力、X光照射的剂量、卡和触点的机械强度、抗能力等等。

  4.ISO7816-2:规定卡的尺寸和位置。

  5.ISO7816-3:规定卡的电信号和传输协议。传输协议包括两种:同步传输协议和异步传输协议

  6.ISO7816-4:规定卡的行业间交换用命令。包括:在卡与读写间传送的命令和应答信息内容;在卡中的文件、数据结构及访问方法;定义在卡中的文件和数据访问权限及安全结构。

  ISO和其它组织还有很多标准和规范涉及到CPU卡的应用,可根据需要查阅有关的标准。
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