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今日芯片卡的發展重點，已從基礎的電子電機技術，轉移到更高層次的流程整合、業務統合，如果讓一張芯片卡的價值效益最大化？如何讓一張芯片卡達到最廣遍的通行適用？如何減少每個人身上的芯片卡數目，這些就成了新一波的課題，本文以下將針對EE層面的新發展、新趨勢進行更多的了解與說明。 所以，今日芯片卡的發展重點，已從基礎的電子電機技術，轉移到更高層次的流程整合、業務統合，如果讓一張芯片卡的價值效益最大化？如何讓一張芯片卡達到最廣遍的通行適用？如何減少每個人身上的芯片卡數目，這些就成了新一波的課題，不過這樣的課題已不是電子工程（Electronic Engineering；EE）層面，而是信息技術（Information Technology；IT）層面，甚至是商務（Business；Biz）層面，包括數據庫的連通、異業結盟的格式轉換、交易查核的互通、活動方案、營運模式、拆帳等等。 縱然如此，但最基礎的EE層面依然有其持續性的進步與強化，因此，本文以下將針對EE層面的新發展、新趨勢進行更多的了解與說明。 雙界面化的發展 事實上早在多年前即有雙接口（Dual Interface）的芯片卡，然而近年來雙接口的芯片卡有逐漸轉熱的趨勢，此中的代表即是荷蘭Philips（今日為NXP）與日本Sony所合力推行的NFC（Near Field Communication）。 NFC主要是期望讓既有的GSM手機的SIM卡（也包含之后的CDMA的RUIM卡與UMTS的USIM卡）能再具備一個近接感應接口，如此SIM卡將不僅只用于原有電信營運上的身份辨識、計費，也可以用于更多的服務上，特別是當成電子錢包、電子車票來運用。除此之外，NFC也可用于加密金鑰（Key）的暫存、暫攜、傳遞交換，完成其它無線通訊裝置（如WiFi、Bluetooth等）的金鑰配發、布署。 同樣的，日本Renesas也從既有接觸式的AE-4系列芯片卡中，衍生發展出雙接口版的Dualway系列，Dualway系列一方面在接觸接口上合乎 ISO 7816的規范，另一方面在非接觸的感應上也合乎ISO 14443B的規范，同時也合乎FeliCa（Sony所研創）的技術規范。 圖說：內含64KB記憶容量的USIM卡，USIM主要是供3G（UMTS）手機及服務而用。 值得注意的是，雙接口的芯片卡雖沒有太高的技術門坎，但從各種角度看，NFC都將成為未來雙接口芯片卡的主流標準，一是NFC可兼容過往絕大多數的非接觸式芯片卡，另一則是NFC的技術標準與實現作法已愈來愈清晰，包括記錄格式、交換格式、加密傳輸方式等都已完成定義，甚至連加密芯片與NFC間的接口也都完成定義，即S2C（SigIn-SigOut-Connection）接口，且除了NFC之外，也未見其它有力的雙接口標準規范。 當然，NFC在規范定義上，也提供了類似今日USB隨身碟的檔案傳輸應用，只不過NFC卡是用無線感應傳輸，USB隨身碟是以USB端口的接觸式接口進行傳輸。然而NFC不會成為無線感應式的USB隨身碟，原因在于內存類型，NFC內所用的內存為EEPROM，USB隨身碟則為NAND Flash，兩者在密度與存取特性上有著許多的不同，EEPROM適合小資料量的修改、存取，相對的NAND Flash是以較大的區塊數據進行存取。 不過，由于NFC的應用型態多半是附著于手持裝置內，如手機、PDA等，若手機、PDA等裝置本身就內建大量的Flash Memory，或者可連接其它的記憶卡等，如此NFC一樣有機會進行感應式檔案傳輸，然而NFC目前的傳輸率遠不及USB（424kbps對 12Mbps/480Mbps），所以仍只適合小量傳輸。 圖說：許多精簡型計算機（Thin Client）都已內建智能卡的卡片閱讀機（卡片／芯片存取器），圖為美國升陽計算機（Sun Microsystems）公司的精簡型計算機：Sun Ray 2，該機上端的垂直縫隙即是芯片卡的入卡處。（資料來源：Sun.com） 更貼近產業需求 更貼近各類產業的需求也是芯片卡的持續性趨勢，例如在政府、國防等機構單位需要的是更高安全度的芯片卡，如此芯片業者便會積極通過各種安全驗證，例如 CC（Common Criteria）認證的EAL4+、EAL5層級等（EAL1-7，數字愈高安全性愈高）。 或者在大眾交通運輸上，由于進出車站人數相當多，為了加速通關，芯片卡的感應速度必須更快，一般而言的感應程序需0.3秒，而Sony的FeliCa為了更適合電子車票的用途，在感應速度上有特別的專精強化，只需要0.1秒即可完成感應，以此來加速通關。 另外，在手持運用的設計上，期望能夠用更省電的芯片卡，如此才能為手持裝置保留更多的用電，對此通常會在芯片內再進行工作電壓與頻率的轉換、調節，并且支持省電模式。或者在一些容易讓外力壓擠的環境上，業者也會使用更具強韌性的芯片封裝技術，使芯片具有一定的外力抗受性，讓芯片更加耐用，此外也會有過電壓偵測與保護、過熱感測與保護等。 圖說：Java Card、MULTOS等都在芯片卡上執行其虛擬機器（Virtual Machine），以虛擬機器的作法讓卡片上的應用程序具備可移植性、移植性、交換性，圖為Java Card技術架構圖。 類似的，接觸式芯片也在強化靜電抗受性，讓使用者即便用手指接觸芯片接腳，也不會使芯片受靜電破壞。或者是一些消耗性的芯片卡（如：電話卡），則是力求價格低廉。 此外，業者也能提供各種封裝（或供貨方式），以盡可能滿足各種芯片卡應用的需求，例如Infineon即有MCC2、MCC8、MFCC1、M8.4等各種封裝，其中M8.4即是針對雙接口需求而設計的封裝。或如Renesas提供晶圓（Wafer）供貨或膠帶式（Chip On Tape；COT）供貨，晶圓供貨可以讓用戶再行整合、封裝等運用，膠帶式也適合再進行其它的嵌入式設計。 圖說：德國英非凌（Infineon）的智慧卡：SLE 88CFX4003P，該智能卡是針對高階防護應用需求而設計，內部具有400KB的EEPROM、168KB的ROM、以及16KB的RAM等，此外還有32位的處理器、快取機制、內存管理機制等。（資料來源：Infineon.com） 安全機能的強化 今日芯片卡之所以大量取代磁條卡，首要的需求考慮即是安全性，所以持續強化安全性也是芯片卡必然的課題。舉例而言，今日的芯片卡多會具備內存防火墻的功效機能，在未得到權限許可下，各應用程序只能存取自有權限下的內存空間、地址，而無法跨區存取，如此在異業整合、結盟時，各業者間才能相互獲得保障，不致使自己的商務信息、客戶信息、或客戶隱私等遭到竊截外泄，此種機能在Renesas方面稱為防火墻管理單元（Firewall Management Unit；FMU），在德國Infineon方面則稱為「硬件內存管理及防護單元，Hardware Memory Management and Protection Unit」，詞稱雖不同，但功效作用相近。 再者，若有惡意人士企圖用精巧的探針手法進行數據竊取，芯片卡內也會偵測到此類的侵入，并在未侵入成功前先行將數據刪除，以此保全數據的私密性，此稱為「Anti Snooping」技術。 同樣的為了安全需求，芯片卡內都具備了隨機隨機數的產生機制，不過為了更安全起見，今日幾乎所有的芯片卡都已經舍棄過往以軟件隨機數表所產生的隨機數，用軟件方式產生的隨機數仍有其脈絡可循，相對的用以硬件方式實現的隨機數產生器就無法追尋數字的產生規則、脈絡，此種作法稱為「Hardware Random Number Generator」，或者是「True Random Number Generator；TRNG」，而過往用軟件方式實現的作法則稱為「Pseudo-Random number generator；PRNG」。 當然！硬件法的另一好處是隨機數的產生速度更快、產生程序的用電更精省，此也有助于芯片卡的認證查核程序、交易處理程序，同時在電力有限的手持應用上也可受用。 隨機隨機數的產生，主要是用于金鑰的加密，而芯片卡為了強化安全性，無論在加密算法的類型上，以及金鑰長度等方面，都進行更多的強化，例如過往僅支持 3DES（Triple Data Encryption Standard）對稱加密，而今則多半要再支持AES（Advanced Encryption Standard）對稱加密，其它也要支持RSA（Ron Rivest、Adi Shamir、Adleman）非對稱加密、SHA-1（Secure Hash Algorithm）雜湊、橢圓曲線（Elliptic Curves）加密等。 圖說：Renesas在芯片卡方面的展望圖（Roadmap），包括AE-3系列、AE-4系列、以及AE-5系列等，其中AE-3系列使用16位處理器，AE-4系列也是使用16位處理器，但在追加更多的外圍功效（部分AE-4系列提供雙接口，稱為Dualway系列），而AE-5系列則使用32位處理器。 更多的硬件加速 若更廣義看待，將隨機隨機數產生由軟件改成硬件，只是芯片卡諸多硬件化加速發展的一環，其余還有更多的硬件化發展。算法即是其一，部分芯片卡只支持原有的少數幾種算法，或者雖支持某種算法，但支持的金鑰長度有限，此類型的芯片卡為了支持更先進的算法（如：3DES提升到AES），以及更長的金鑰長度（如：1024-bit提升到2048-bit），在原有硬件設計已無法改變的情況下，只能以增寫程序的方式來補強實現，但也因為用軟件方式實現，執行的時間與用電都會大增。因此，芯片卡業者都盡可能在新的芯片上加入更多的算法、更多金鑰長度等支持，并以硬件方式實現。 除了隨機隨機數、算法外，今日芯片卡上的應用程序也多半會在虛擬機器（Virtual Machine）的執行環境中執行，例如Java Card、MULTOS等，如果完全以軟件方式來執行虛擬機器及程序代碼，且芯片內的處理器沒有足夠的運算效能的話，則執行速度將相當緩慢。因此業者也積極強化此方面，以硬件方式讓虛擬機器的執行獲得加速，如此芯片內的處理器將可挪出更多的運算效能，并更專注在應用程序的執行上，而非虛擬機器的執行。 內存的強化 最后，內存的強化也不可免，無論ROM、RAM、EEPROM等的容量都隨著半導體制程技術的進步而擴增，同時內存的可抹寫次數也不斷增加，數據持存的年限也不斷提升，以及讀出、寫入、抹除等的速度愈來愈快等。凡此種種，都將使芯片卡的應用更加普及與多樣。 圖說：2005年6月6日，Renesas發表AE55C1的芯片卡，該芯片卡具有16個16位的緩存器，每個指令只要1-2個狀態（State）的時間即可執行完成，內部運作頻率最高達20MHz，此外還具備40KB的EEPROM（使用MONOS制程技術）、240KB的ROM、以及8KB的RAM，DES加解密演算具有硬件加速引擎等。 |
