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前言 IC卡按結(jié)構(gòu)劃分，可分為存儲(chǔ)器卡和微處理器卡（CPU card）兩大類。邏輯加密卡與普通存儲(chǔ)卡相比，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其存儲(chǔ)區(qū)可以分成卡片設(shè)置區(qū)和應(yīng)用區(qū)。卡片設(shè)置區(qū)內(nèi)存放與卡片廠商及發(fā)卡者相關(guān)代碼和卡片密碼；應(yīng)用區(qū)又可以根據(jù)需要分為不同的分區(qū)。邏輯加密卡的安全性相對(duì)較高，體現(xiàn)在：卡片設(shè)立主密碼、每個(gè)應(yīng)用分區(qū)具有各自獨(dú)立的操作密碼。邏輯加密卡主要控制作用是：對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)開放/關(guān)閉的控制；對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)讀/寫的控制；對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)擦除操作的控制以及對(duì)密碼校驗(yàn)和錯(cuò)誤次數(shù)計(jì)數(shù)及鎖閉功能控制。 AT88SC1604卡的工作原理 AT88SC1604是由美國ATMEL公司設(shè)計(jì)的邏輯加密存儲(chǔ)卡芯片。它具有15704位的存儲(chǔ)容量，是目前邏輯加密存儲(chǔ)卡中容量較大的一種產(chǎn)品芯片。 芯片特點(diǎn) (1) AT88SC1604芯片屬于單存儲(chǔ)器多邏輯分區(qū)結(jié)構(gòu)。主存儲(chǔ)器除劃分了特定的標(biāo)志數(shù)據(jù)區(qū)和控制數(shù)據(jù)區(qū)之外，還將應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)分成四個(gè)完全隔離的子區(qū)，并在每個(gè)子區(qū)中配備了各自的讀、寫控制標(biāo)志和寫入/擦除密碼以及密碼輸入錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器等邏輯控制。 (2) 芯片為串行傳輸方式，并滿足ISO7816-3同步傳輸協(xié)議。 (3)芯片采用低功耗的CMOS工藝制造，每字位的讀取時(shí)間為 s，寫周期為5ms。 (4) 芯片內(nèi)部的存儲(chǔ)單元具有至少10000次的擦除/改寫循環(huán)次數(shù)。數(shù)據(jù)保存期為10年。 芯片引腳及功能 芯片存儲(chǔ)分區(qū)結(jié)構(gòu)及定義 AT88SC1604芯片分為制造商代碼區(qū)、發(fā)行商代碼區(qū)、用戶安全密碼區(qū)、用戶密碼比較計(jì)數(shù)區(qū)、個(gè)人代碼區(qū)以及四個(gè)應(yīng)用區(qū)。每個(gè)應(yīng)用區(qū)都由密碼區(qū)，密碼比較計(jì)數(shù)區(qū)，擦除密碼區(qū)和擦除密碼比較計(jì)數(shù)區(qū)、應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)和存儲(chǔ)器測(cè)試區(qū)組成。 (1) 制造商代碼區(qū)(FZ) 該區(qū)里記錄的卡芯片生產(chǎn)商的特定信息(例如:生產(chǎn)批號(hào)、日期、以及特別制定的特征代碼)，由制造商在芯片出廠前寫入。在控制本區(qū)的熔絲(FUSHl)沒有熔斷時(shí)，該區(qū)的存儲(chǔ)單元可以象普通的EEPROM存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行擦除和改寫。一旦熔絲熔斷，所寫入的"制造商代碼"就不可再更改。 (2) 發(fā)行商代碼區(qū)(IZ) 該區(qū)用于記錄卡片發(fā)行商的特定信息(例如:發(fā)行批號(hào)、日期、地區(qū)范圍編號(hào)以及特定用戶編號(hào)等特征代碼)。當(dāng)控制本區(qū)的熔絲沒有熔斷時(shí)，該區(qū)的存儲(chǔ)單元內(nèi)容可以自由的擦除或改寫。在個(gè)人化處理過程完成之后，控制該區(qū)的熔絲(FUSH2)熔斷，即可將注入的“發(fā)行商代碼”完全固化。這一代碼也是識(shí)別卡片的真?zhèn)危瑓^(qū)分卡片應(yīng)用類別的重要標(biāo)識(shí)。 (3) 個(gè)人代碼區(qū)(CPZ) 該區(qū)用于存放個(gè)人身份標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。該區(qū)使用上受芯片的“用戶密碼”的保護(hù)。當(dāng)“用戶密碼”比較成功，該區(qū)可讀可寫可擦除。“用戶密碼”比較不成功，該區(qū)只能讀而不能寫入和擦除。 (4) 用戶密碼區(qū)(SC) 這個(gè)密碼區(qū)是整個(gè)存儲(chǔ)器的“總控制開關(guān)”。使用前，由授權(quán)持卡人預(yù)先輸入的一個(gè)安全代碼作為“參照字”儲(chǔ)存在這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)里。使用時(shí)，必須輸入一個(gè)“校驗(yàn)密碼”。芯片將輸入的“校驗(yàn)密碼”與內(nèi)部存儲(chǔ)器的“參照字”一一比較。如果比較結(jié)果一致，IC卡將開放整個(gè)芯片儲(chǔ)存器(包括各分區(qū)的控制密碼和各應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū))。各區(qū)的“安全密碼”區(qū)SCn(n=l，2，3，4)與SC的作用是完全類似的。 對(duì)于各分區(qū)的密碼區(qū)SCn (n＝1，2，3，4)來說，其比較操作要受到對(duì)應(yīng)“應(yīng)用區(qū)密碼”比較計(jì)數(shù)器(SnAC)的計(jì)數(shù)控制。當(dāng)連續(xù)8次輸入密碼錯(cuò)誤，SCn將被鎖死。 (5) 密碼比較計(jì)數(shù)區(qū)(SCAC) 該區(qū)對(duì)連續(xù)輸入的錯(cuò)誤密碼的次數(shù)進(jìn)行累計(jì)。當(dāng)連續(xù)8次不正確的比較操作之后，芯片將被鎖死。芯片被鎖死之后，將拒絕任何的擦除、寫入和比較的操作命令。 該區(qū)是8位長(zhǎng)，按位寫入方式操作。在芯片初始化時(shí)是全“1”狀態(tài)，即讀出值為“FFH”。在每次比較輸入的密碼時(shí)，先按從高位到低位的順序找第一個(gè)為“1”的位，將此位寫“0”，然后將新輸入的“校驗(yàn)密碼”與原存儲(chǔ)在SC 區(qū)的“參照字”進(jìn)行比較。比較操作本身由芯片內(nèi)部自行完成，而比較結(jié)果則通過置SV標(biāo)志來判別，即比較成功時(shí)SV被置“1”。比較不成功，SV保持原來的“0”狀態(tài)。在連續(xù)8次比較錯(cuò)誤過程中每次比較操作之后計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值分別為“7FH”、“3FH”、“1FH”、“0FH”、“07H”、“03H”、“01H”、“00H”。當(dāng)計(jì)數(shù)器為“00H”后，后續(xù)的比較操作命令由于無法在“SCAC”區(qū)中找到一個(gè)為“1”的位，因而芯片拒絕繼續(xù)執(zhí)行比較操作。 SnAC(n＝1，2，3，4)的作用與SCAC是類似的。操作控制也完全一樣。只是SCAC是限制對(duì)SC區(qū)的比較操作。而SnAC則限制對(duì)SCn區(qū)的比較操作。SCAC的控制級(jí)別最高。當(dāng)SCAC為“00H”后，芯片內(nèi)部封鎖了對(duì)SC區(qū)的比較操作，從而使對(duì)SCn的比較也被禁止。如果SCAC為非“00H”值，在對(duì)SC區(qū)的比較密碼操作成功之后，SCn能否進(jìn)行比較操作就由SnAC區(qū)的狀態(tài)值來決定。SnAC區(qū)在連續(xù)8次比較輸入過程中，每次比較操作之后計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與SCAC的8個(gè)值一樣。(即分別為“7FH”、“3FH”、“1FH”、“0FH”、“07H”、“03H”、“OlH”、“00H”)當(dāng)SnAC為“00H”時(shí)，則“應(yīng)用n區(qū)”將被鎖死。 (6)擦除密碼區(qū)(EZn ,n＝l.2,3,4) 該區(qū)用于存儲(chǔ)擦除應(yīng)用區(qū)操作的控制密碼。這些密碼一般由發(fā)行商使用。在個(gè)人化處理時(shí)輸入的最后一組“擦除密碼”，在芯片熔絲FUSE2熔斷之后將使“擦除密碼”保存在該區(qū)內(nèi)。該區(qū)不再能讀出、寫入和擦除，只能進(jìn)行比較操作。在使用過程中如需對(duì)應(yīng)用區(qū)進(jìn)行擦除操作，都必須首先對(duì)相應(yīng)的EZ區(qū)輸送一個(gè)“擦除密碼”與之比較，在“擦除密碼比較計(jì)數(shù)器”不為“00H”的情況下，如果相比較的兩代碼完全一致，則相應(yīng)的應(yīng)用區(qū)的單元允許擦除，否則將禁止執(zhí)行擦除操作。 (7) 擦除密碼比較計(jì)數(shù)區(qū)(EnAC ,n=l，2，3，4) 擦除密碼比較計(jì)數(shù)區(qū)的作用與SCAC的作用相類似。它對(duì)各應(yīng)用區(qū)擦除密碼連續(xù)輸入錯(cuò)誤的次數(shù)進(jìn)行累計(jì)。最多連續(xù)8次不正確的密碼比較之后，該區(qū)所控制的應(yīng)用區(qū)的擦除操作即被鎖死，從而導(dǎo)致該應(yīng)用區(qū)有可能成為只讀和允許單次寫入的狀態(tài)。 (8) 應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(AZn ，n＝1，2，3，4) 該區(qū)主要給用戶使用。用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄和卡片標(biāo)識(shí)等信息。應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)的寫入與讀出分別由該區(qū)的前兩位Pn和Rn以及SV標(biāo)志的狀態(tài)控制，擦除操作則由該區(qū)的擦除密碼控制。AT88SC1604設(shè)計(jì)了四個(gè)完全隔離的分區(qū)，其中1至3分區(qū)的單元容量分別是4K位、第4分區(qū)的單元容量為3.6K位。 (9) 存儲(chǔ)區(qū)測(cè)試區(qū)(MTZ) 該區(qū)主要用于芯片生產(chǎn)后對(duì)EEPROM單元陣列進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試該區(qū)不受任何控制區(qū)狀態(tài)和標(biāo)志狀態(tài)的保護(hù)，允許對(duì)這個(gè)區(qū)進(jìn)行讀出、寫人和擦除操作，但不能進(jìn)行比較操作。 應(yīng)用實(shí)例 基于上述1604芯片的特點(diǎn)，在石化系統(tǒng)的加油電路設(shè)計(jì)中，我們利用單片機(jī)芯片89C2051與IC卡電路組成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，控制IC卡芯片的各項(xiàng)操作，該系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊接口，與主控制板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，這種電路設(shè)計(jì)在硬件方面兼容性較好，只要通過協(xié)調(diào)雙方的IC卡通訊協(xié)議，可與任何帶有RS232接口的控制板或微機(jī)相連接。 單片機(jī)芯片89C2051的6個(gè)端口通過IOC卡座與IC卡相連接，P1.2口控制IC卡5V電源的通斷，上電時(shí)單片機(jī)芯片處于復(fù)位狀態(tài)， 6個(gè)端口均輸出“1”，IC卡電源處于斷開狀態(tài)，ICSW為IC卡的檢測(cè)端，當(dāng)IC卡插入后，該端口與地相接，P1.3口檢測(cè)到IC 卡已插入卡座，即接通IC卡電源，IC卡操作完畢后，切斷IC卡電源，并提示用戶可以拔卡。單片機(jī)芯片其他4個(gè)端口在接通IC卡電源后，根據(jù)對(duì)卡操作的需要，對(duì)IC卡進(jìn)行復(fù)位，讀卡，校對(duì)密碼，擦卡，寫卡等操作。 硬件電路 芯片的操作模式時(shí)序及設(shè)計(jì)程序 AT88SCl604芯片的操作模式有五種。它們是通過配PGM、RST、CLK等引腳信號(hào)及內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器(IAC)的狀態(tài)組合來實(shí)現(xiàn)。 (1) 芯片復(fù)位操作： AT88SCl604有兩種復(fù)位方式:上電復(fù)位和控制復(fù)位。上電復(fù)位： 上電復(fù)位是當(dāng)芯片加電時(shí)的最初狀態(tài)。上電復(fù)位屬于芯片內(nèi)部復(fù)位。它將使芯片內(nèi)部所有的隱含標(biāo)志復(fù)位到"0"狀態(tài)。并使地址計(jì)數(shù)器復(fù)位到0位。控制復(fù)位： 當(dāng)CLK為低時(shí)，在RST腳上的一個(gè)下降沿將便芯片產(chǎn)生復(fù)位操作。控制復(fù)位是將地址計(jì)數(shù)器復(fù)位到0位，而不影響任何內(nèi)部標(biāo)志的狀態(tài)。 注：1）RST為高時(shí)禁止計(jì)數(shù)2）在CLK端降低之后，延遲一個(gè)"復(fù)位維持時(shí)間"Trh(min 0.1 s)RST端復(fù)位（下降沿），同時(shí)地址計(jì)數(shù)器清零。地址計(jì)數(shù)器清零后延遲一個(gè)“數(shù)據(jù)復(fù)位有效時(shí)間”Tdvr（max 2 s）第0位單元的數(shù)據(jù)被送上I/O線。 （2）讀出操作： 在進(jìn)行讀出操作時(shí)，必須保證使RST腳和PGM腳同時(shí)保持為低。如果對(duì)芯片各密碼控制區(qū)進(jìn)行讀出操作，只能是在FUSE2未熔斷且SV標(biāo)志“1”時(shí)才能進(jìn)行。如果對(duì)芯片各標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀出操作，除FZ和IZ區(qū)外，需要使SV標(biāo)志置“1”后才能執(zhí)行。如果對(duì)芯片各應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行讀出操作，需要在SV＝1且Rn＝1（n＝1，2，3，4）狀態(tài)下才能執(zhí)行。 注：在CLK的下降沿時(shí)，地址計(jì)數(shù)器加1，地址計(jì)數(shù)器當(dāng)前所指的地址單元的數(shù)據(jù)被輸出到I/O線上。因此，在整個(gè)時(shí)鐘周期Tdk期間，包含了地址加1（INC）和讀出（REA）兩項(xiàng)操作。讀IC數(shù)據(jù)子程序(R2:需讀IC卡字節(jié)數(shù)，R0:數(shù)據(jù)區(qū)存放低位首地址) （3）比較操作：在進(jìn)行比較操作時(shí)，必須保證使RST腳和PGM腳同時(shí)保持為低。比較操作只能對(duì)芯片密碼控制區(qū)執(zhí)行，且由芯片內(nèi)部來判斷。在FUSE2未熔斷時(shí)，只能在SV=0時(shí)，對(duì)SC區(qū)進(jìn)行比較操作，對(duì)其它區(qū)的比較操作均為無效操作。SV=1時(shí)，芯片不做任何比較操作。在FUSE2熔斷后，只能在SV=0時(shí)，對(duì)SC區(qū)進(jìn)行比較操作，對(duì)其它區(qū)的比較操作均為無效操作。 注：上述芯片密碼比較時(shí)序圖中是假設(shè)密碼計(jì)數(shù)器中前兩位為0，第三位尋到1的處理時(shí)序。 有關(guān)芯片SC的時(shí)序關(guān)系如圖2"5圖所示： 從操作(B)到(F)，地址計(jì)數(shù)器不變，密碼比較的過程是： (A)比較安全密碼/擦除密碼序列 (B)在密碼輸入比較計(jì)數(shù)器中找出一位為“1”的位 (C)在這個(gè)為“1”的單元寫“0” (D)芯片輸出“0” (E)如果比較成功，在PGM的上升沿安全密碼/擦除密碼的相應(yīng)標(biāo)志，(SV,Sn或En)被置“1”，同時(shí)安全密碼/擦除密碼輸入比較計(jì)數(shù)器，(SCAC，SnAC或EnAC)被擦除。 (F)如果擦除成功，相應(yīng)安全密碼/擦除密碼標(biāo)志被置“1”，芯片將輸出“1”，否則芯片輸出“0”。 (G)在CLK的下降沿，地址計(jì)數(shù)器加1，并輸出下一位的狀態(tài)。 (4)寫入操作：寫入操作實(shí)際包含著兩種:當(dāng)寫入的數(shù)據(jù)為“0”時(shí)，本次操作稱為“寫入操作”。當(dāng)寫入的數(shù)據(jù)為“1”時(shí)，本次操作稱為“擦除操作”。“寫入操作”可以按位進(jìn)行。但“擦除操作”只能按字節(jié)進(jìn)行。即使操作時(shí)只對(duì)單獨(dú)一位進(jìn)行擦除，但執(zhí)行的結(jié)果將使這一位所在的字節(jié)的所有8位全部置成“1”。對(duì)芯片的任何一個(gè)允許寫入或擦除的區(qū)域，其執(zhí)行寫入和擦除的必要條件是芯片的SV標(biāo)志為“1”狀態(tài)。 注:在CLK為低的狀態(tài)下，PGM端從“0”到“1”，并延時(shí)一段“編程建立時(shí)間”(Tspr)之后，CLK端從“0”到“1”(這時(shí)是寫入/擦除操作的開始)，在此刻之前的Tds(數(shù)據(jù)建立時(shí)間)由外部向I/O線給出寫入數(shù)據(jù)。CLK端在“1”狀態(tài)應(yīng)至少保持5ms(Tchp)之后，CLK端從“1”到“0”（這時(shí)是寫入/擦除操作的結(jié)束）。應(yīng)特別注意結(jié)束寫入操作的CLK端的下降沿并不會(huì)使地址計(jì)數(shù)器加1，而只是將剛寫入的“數(shù)據(jù)”讀出， 以便外部驗(yàn)證剛才的“寫入操作”。 結(jié)束語 隨著IC卡技術(shù)的飛速發(fā)展,金融機(jī)構(gòu)、國家機(jī)關(guān)、公司企業(yè)、教育部門等領(lǐng)域的需求越來越迫切，應(yīng)用越來越廣泛。我們已在石化系統(tǒng)加氣站實(shí)現(xiàn)了使用IC卡進(jìn)行加氣的業(yè)務(wù)，現(xiàn)將調(diào)試成功的部分實(shí)用子程序提供給大家，供同行朋友們參考。 |
