IC卡基础知识.pdf

百富学院 IC卡基础知识 软件部编 百富计算机技术 深圳 有限公司 百富学院 第一部分 IC卡简介 百富学院 IC卡定义与起源 IC卡定义没有一个统一的概念 一般地认为 IC卡是将它是将包含处理器或存储器的集成 电路 Integrated Circuit 嵌入符合相关标准的 卡基 物理特性满足标准 中 做成卡片形式 1976年法国布尔 BULL 公司首先发布IC卡产 品 百富学院 IC卡物理结构简介 百富学院 IC卡的相关标准 IC卡得到了广泛使用和推广 国际标准化组织制定 的ISO IEC 7816标准协议簇起了重要作用 ISO IEC 7816成为了其它众多卡类标准的基础 ISO IEC 7816协议簇包含15卷 规定了从物理尺寸 电气特性 通信协议及应用规范等标准 每卷的 版本单独管理 EMVCo组织是三大发卡组织 Europay MasterCard和Visa成立的组织 制定了事实上的金 融行业卡类的国际规范EMV规范 现行标准版本是 EMV4 2 June 2008 百富学院 非接触式IC卡标准主要有 1 ISO IEC 10536 针对紧靠的卡类 2 ISO IEC 14443 针对接近型卡类 10cm 3 ISO IEC 15693 针对读卡距离停时 钟 释放I O 关闭电源 百富学院 非接触式IC卡操作顺序 PCD与PICC之间正常操作流程 PCD打开电磁能量场 PCD轮询卡 选定一张卡 数据交互 关闭能量场 结束交互 百富学院 接触式智能IC卡状态图 静默状态 上电状态 等待复位 等待命令状态 百富学院 数据传输过程中的位有效持续时间时间 称为ETU ETU的大小跟时钟信号不再同步 而是根据时钟 频率Fc和速率调节因子Di与时钟调节因子Fi有关 计算公式 ETU Fi Fc Di 比如 Fi 372 Di 1 Fc 4 8MHz 那么 ETU 372 4 8 77 5us 问题 如果Fi 372 Di 1且Fc 3 57MHz的条件下 ETU 你想到了什么 接触式智能IC卡位持续时间 百富学院 接触式智能IC卡字符帧格式 数据按位顺序传输 在上层协议中数据是按字符组织的 字 符的结构 1个低电平起始位 bs 8个数据位 bx 1个偶校验位 bp 不定长的停止位 bt 但是这里的顺序是跟卡所支持的有关的 在IEC ISO7816 3里规定了两种方式 1 如果卡片采用反向传输逻辑 那么逻辑数据与数据信号的电平关系 是反的 低电平表示逻辑 1 反之表示逻辑 0 字符是高位先传 2 如果卡片采用正向传输逻辑 那么逻辑数据与数据信号的电平关系 是一致的 低电平表示逻辑 0 反之表示逻辑 1 字符是低位先传 这个逻辑这个逻辑 电平关系有卡复位应答的第一个字符给出电平关系有卡复位应答的第一个字符给出 空闲时I O信号线为高电平 注意 起始为位始终是低电平 与逻辑无关 停止位始终是高电平 也与逻辑无关 百富学院 接触式智能IC卡复位应答ATR ATR Answer To Reset 复位分为冷复位和 热复位两种 复位成功后就可以与卡片进行数 据交互 复位信号有效后 信号由低变高 卡片将回送 相应的一组接口字符 这些字符用来协商特定 的后续使用参数信息和历史字节信息 接口字符每个均有自身的含义 详细信息请查 阅相关文档 规范 百富学院 接触式智能IC卡通信协议 ISO IEC 7816 3指定了以下协议类型 T 0 面向字符半双工传输协议 T 1 面向块半双工传输协议 T 14 非国际通用的协议 德国实现 T 15 非传输协议 主要进行参数控制 其它 保留 在这些协议类型中不同的协议处理通信的方 式有些不同 百富学院 接触式智能IC卡通信中复位应答时序 在卡片复位时 复位信号生效 复位信号上升 沿 到卡回送第一个字符下降沿之间的这段时 间称为复位等待时间 在卡片复位时 卡片回送的连续两个字符起始 位下降沿之间的等待时间称为字符间等待时 间 CWT 在卡片复位时 卡片送回所有的复位应答字符 的总时间长度称为复位总时间长度 百富学院 接触式智能IC卡通信中T 0时序 T 0是面向字符通信协议 数据以字符为单位组织解 析 卡片前一个接收或发送的字符起始位下降沿到下一 个发送字符的起始位下降沿之间的时间称为工作等 待时间 WWT 百富学院 接触式智能IC卡通信中T 1时序 T 1是面向块通信协议 数据以块为单位组织解析 卡片上一个接收块最后字符起始位下降沿与下一 个发送的块的第一个字符起始位下降沿之间的等 待时间称为块等待时间 BWT 卡片发送时 块的连续两个字符起始位下降沿之间 的等待时间称为字符等待时间 CWT 百富学院 非接触式数据通信 ISO IEC 14443规范指定了两类通信调制协 议 称为A类和B类 A类卡通信 1 在PCD PICC的过程中采用100 的 ASK 幅移键控 编码方式为变形米勒码 速 率为106Kbps 2 在PICC PCD的过程中采用通 断负载的 方式形成一个fc 16的负载波 ASK 编码方 式为曼彻斯特 速率也为106Kbps 百富学院 B类卡通信 1 在PCD PICC的过程中采用10 的ASK 幅移键控 编码方式为NRZ码 速率为 106Kbps 2 在PICC PCD的过程中采用通 断负载的 方式形成一个fc 16的负载波 BPSK NRZ 速率也为106Kbps 百富学院 非接触式IC卡防冲突机制 非接触式的射频能量场是开放式的 很容易会出现 在某时刻有多张卡在场内 因此非接触式卡必须要 解决冲突问题 A卡的防冲突机制是基于位的 协议规定了PCD最后发送的一个间隙 PAAUSE 与PICC的第一个应答载波调制边之间的时间是个 固定值 这样当一条命令发出后 如果有多张卡响应 数据如果不一样 那么必然出现至少有一个位的时 间片是全调制的 百富学院 非接触式T CL协议 T CL是一种分组半双工传输协议 协议中所 用帧的格式符合ISO IEC 14443 3中规定的 格式 类似接触式的T 1协议 数据分组传输 帧格 式 百富学院 非接触式T CL协议 等待时间FWT FWT用于检测传输错误或PICC无应答 PICC可以通过一个S Block请求来扩展等待 时间FWTX 申请个临时的等待时间 协议支持链接功能 用以传输超过FSD或 FSC 最大分组信息长度 的数据 百富学院 第三部分 TAL应用层 百富学院 TTL数据结构 ISO IEC 14443 ISO IEC 7816 3中定义的 TTL处理过程 终端始终是主动方 卡片是被动方 所有的数据 交互由终端按照协议定义格式的命令发起 卡片在接收到命令后做相应地响应 百富学院 应用协议数据单元 APDU 结构 命令 响应对 由终端发起的命令和卡片响 应构成 APDU C 命令头 CLA INS P1 P2 命令体 Lc 数据域 Le APDU R 响应体 数据单元 响应尾域 状态字节SWA SWB 百富学院 终端命令数据结构 终端命令数据结构 struct APDU REQ uchar cmd 4 命令头 ushort le 期望接收字节数 ushort lc 待发送数据单元长度 uchar datas 256 待发送数据单元 百富学院 卡片响应数据结构 卡片响应数据结构 Struct APDU RSP uchar length 响应数据单元长度 uchar swa 第一个状态字节 uchar swb 第二个状态字节 uchar datas 256 响应数据单元 百富学院 命令类型 根据结构APDU REQ中Le Lc两个参数可以把命令 分为四种类型 if Lc 0 then if Le 0 then case4 else case3 endif else if Le 0 then case2 else case1 endif endif 百富学院 T 0协议下的命令处理过程 在此协议下 任何数据交互命令均由终端发送一个 5字节的命令头启动 命令头封装 指令类别CLS 命令码INS 命令参数 P1 P2 P3 其中P3根据命令类型不同有不同的映射方式 卡片在接收到命令头后 根据实际情况返回 1 过程字节 指示终端下一步动作 2 状态字节 指示终端本次通信完成 SWA 90 SWB 00 表示命令执行成功 百富学院 第四部分 常用接口芯片 百富学院 接触式IC卡接口芯片 公司目前使用的接口芯片主要有 NCN6001 一款电特性不是很突出且软件控 制简单但过程复杂的芯片 SPI控制接口 TDA8023 一款电特性不是很突出但软件控 制过程很简单的芯片 I2C控制接口 AT83C26 一款电特性很突出但软件控制过程 很复杂的芯片