CPU卡基礎(chǔ)知識(shí)
來(lái)源：網(wǎng)源電子 2017-4-18 15:27:10??????點(diǎn)擊：
CPU是英語(yǔ)Central Processing Unit的縮寫，也就是我們常說(shuō)的中央處理器。CPU卡，就是卡內(nèi)的集成電路中帶有中央處理器CPU、存儲(chǔ)單元以及芯片操作系統(tǒng)COS。裝有COS的CPU卡相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，不僅具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，同時(shí)具有命令處理和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能，所以也稱為智能卡。
智能卡又稱CPU卡。CPU卡內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于一個(gè)特殊類型的單片機(jī)，內(nèi)部除了帶有控制器，存儲(chǔ)器，時(shí)序控制邏輯等外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)，由于CPU卡有存儲(chǔ)容量大，處理能力強(qiáng)，信息存儲(chǔ)安全等特性。因此，廣泛用于信息安全性要求特別高的場(chǎng)合。
CPU卡主要由CPU核心、數(shù)據(jù)暫存SRAM、程序ROM、帶CPU接口的EEPROM存儲(chǔ)器和一些外圍電路(如上電、掉電復(fù)位等)組成。CPU卡的典型邏輯結(jié)構(gòu)中ROM模塊中固化有CPU卡的片上操作系統(tǒng)(COS)。
對(duì)于存儲(chǔ)卡(不論是普通存儲(chǔ)卡還是邏輯加密卡)而言，主要的作用是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但是對(duì)于CPU卡而言除了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之外還有另外一個(gè)重 要 的 作用就是數(shù)據(jù)處理。從嚴(yán)格的意義上講只有CPU卡才能夠算得上是真正 的 智 能卡。根據(jù)CPU芯片的特性不同，這類產(chǎn)品有8位、16位和32位不同 的 系 列和8051,6 805,6 502,Zilog , Arm , Risc 等不同的內(nèi)核產(chǎn)品。由于芯 片 中 嵌有微控制器(MCU) 、實(shí)現(xiàn)加密算法的加密引擎和固化在只讀存儲(chǔ)器 (ROM)中的片上操作系統(tǒng)COS( Chip Operating System)，而且通常擁有較大容量的EEPROM存儲(chǔ)器，所以具有功能強(qiáng)、安全性高和靈活性大的特點(diǎn)，適于在安全性要求較高的場(chǎng)合使用，如金融卡、重要區(qū)域的門禁卡等。此類卡的價(jià)格一般來(lái)說(shuō)較高。
與其他非接觸卡相比較，由于CPU卡的動(dòng)態(tài)功耗較大，比較難以實(shí)現(xiàn)，因此CPU卡的研究要在增加存儲(chǔ)容量和加快處理速度的同時(shí)，也要研究如何降低CPU卡的功耗?；谖磥?lái)新技術(shù)的研究成功和新材料的發(fā)明，CPU卡將更加適合市場(chǎng)的需求。CPU卡在金融、網(wǎng)絡(luò)安全、電子政務(wù)和身份驗(yàn)證等領(lǐng)域?qū)⒂懈蟮陌l(fā)展和完善。
智能卡的名稱來(lái)源于英文名詞‘Smartcard‘，又稱集成電路卡，即IC卡(Integrated Circuit card)。它將一個(gè)集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式，其外形與覆蓋磁條的磁卡相似。智能卡的概念是70年代初提出來(lái)的，法國(guó)布爾(BULL)公司于1976年首先創(chuàng)造出智能卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)。智能卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，智能卡存儲(chǔ)器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取和供內(nèi)部信息處理和判定之用。
根據(jù)智能卡中所鑲嵌的集成電路的不同可以分成以下三類：
(1) 存儲(chǔ)卡：卡中的集成電路為EEPROM(可用電擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器)。
(2) 加密存儲(chǔ)卡：卡中包含具有加密邏輯的集成電路和非易失存儲(chǔ)器。
(3) CPU卡： 卡中的集成電路包括中央處理器CPU、EEPROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM以及固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中的片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Chip Operating System)。嚴(yán)格地講，只有CPU卡才是真正的智能卡。
按卡與外界數(shù)據(jù)傳送的形式來(lái)分,有接觸型智能卡和非接觸型智能卡兩種。
目前，最廣為人知的智能卡標(biāo)準(zhǔn)就是ISO7816。此標(biāo)準(zhǔn)主要定義了塑料基片的物理和尺寸特性， 觸點(diǎn)的尺寸和位置，信息交換的底層協(xié)議描述，以及跨行業(yè)的命令集等等。
CPU卡的特性
1.CPU卡采用了多種芯片級(jí)防攻擊手段，基本上不可偽造。
2.CPU卡所特有的內(nèi)外部認(rèn)證機(jī)制以及以金融IC卡規(guī)范為代表的專用認(rèn)證機(jī)制，能夠完全保證交易的合法性。
3.CPU卡的密鑰在認(rèn)證和交易過(guò)程中，是不在線路上以明文出現(xiàn)的，它每次的送出都是經(jīng)過(guò)隨機(jī)數(shù)加密的，而且因?yàn)橛须S機(jī)數(shù)的參加，確保每次傳輸?shù)膬?nèi)容不同，并在過(guò)程中所使用的密鑰都是在安全的發(fā)卡環(huán)境中產(chǎn)生并密文安裝到SAM卡和用戶卡中，整個(gè)過(guò)程密鑰不外露，保證了交易的安全性。
4.CPU卡的應(yīng)用防火墻功能可以保障同一張卡中不同應(yīng)用的安全獨(dú)立性。對(duì)安全性要求較高的金融行業(yè)都以CPU卡作為下一代銀行卡的標(biāo)準(zhǔn)。采用CPU卡可以杜絕偽造卡、偽造終端、偽造交易，最終保證了系統(tǒng)的安全性。
5.CPU卡的大容量存儲(chǔ)空間又可以滿足預(yù)期的大金額消費(fèi)應(yīng)用所要求的更多客戶信息的存儲(chǔ)。而這時(shí)安全就不僅僅是存儲(chǔ)在卡內(nèi)的電子貨幣的安全，還包括個(gè)人信息的安全，非接觸式CPU卡的安全機(jī)制可以為此提供良好的保障。
CPU卡的應(yīng)用
由于CPU卡具有具有用戶空間大、讀取速度快、支持一卡多用等特點(diǎn)，并已經(jīng)通過(guò)中國(guó)人民銀行和國(guó)家商秘委的認(rèn)證。所以其廣泛的適用于金融、保險(xiǎn)、*、政府行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，比如電子錢包、電子存折、公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、公共汽車自動(dòng)售票系統(tǒng)、社會(huì)保障系統(tǒng)、IC卡加油系統(tǒng)、安全門禁等等。
CPU卡的標(biāo)準(zhǔn)
同一張卡，在不同的國(guó)家、不同的環(huán)境下都要能夠使用。這就需要制定一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使CPU卡及其接口設(shè)備制造商按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，制造統(tǒng)一接口規(guī)格的產(chǎn)品，才能實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的CPU卡之間的互換性和接口設(shè)備的共享。
有關(guān)CPU卡本身的標(biāo)準(zhǔn)有：
1.ISO 10536：識(shí)別卡－非接觸式的集成電路卡
2.ISO 7816：識(shí)別卡－帶觸點(diǎn)的集成電路卡
3.ISO7816-1：規(guī)定卡的物理特性?？ǖ奈锢硖匦灾忻枋隽丝☉?yīng)達(dá)到的防護(hù)紫外線的能力、X光照射的劑量、卡和觸點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度、抗能力等等。
4.ISO7816-2：規(guī)定卡的尺寸和位置。
5.ISO7816-3：規(guī)定卡的電信號(hào)和傳輸協(xié)議。傳輸協(xié)議包括兩種：同步傳輸協(xié)議和異步傳輸協(xié)議
6.ISO7816-4：規(guī)定卡的行業(yè)間交換用命令。包括：在卡與讀寫間傳送的命令和應(yīng)答信息內(nèi)容；在卡中的文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及訪問(wèn)方法；定義在卡中的文件和數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限及安全結(jié)構(gòu)。
ISO和其它組織還有很多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范涉及到CPU卡的應(yīng)用，可根據(jù)需要查閱有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
智能卡又稱CPU卡。CPU卡內(nèi)嵌芯片相當(dāng)于一個(gè)特殊類型的單片機(jī)，內(nèi)部除了帶有控制器，存儲(chǔ)器，時(shí)序控制邏輯等外，還帶有算法單元和操作系統(tǒng)，由于CPU卡有存儲(chǔ)容量大，處理能力強(qiáng)，信息存儲(chǔ)安全等特性。因此，廣泛用于信息安全性要求特別高的場(chǎng)合。
CPU卡主要由CPU核心、數(shù)據(jù)暫存SRAM、程序ROM、帶CPU接口的EEPROM存儲(chǔ)器和一些外圍電路(如上電、掉電復(fù)位等)組成。CPU卡的典型邏輯結(jié)構(gòu)中ROM模塊中固化有CPU卡的片上操作系統(tǒng)(COS)。
對(duì)于存儲(chǔ)卡(不論是普通存儲(chǔ)卡還是邏輯加密卡)而言，主要的作用是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但是對(duì)于CPU卡而言除了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之外還有另外一個(gè)重 要 的 作用就是數(shù)據(jù)處理。從嚴(yán)格的意義上講只有CPU卡才能夠算得上是真正 的 智 能卡。根據(jù)CPU芯片的特性不同，這類產(chǎn)品有8位、16位和32位不同 的 系 列和8051,6 805,6 502,Zilog , Arm , Risc 等不同的內(nèi)核產(chǎn)品。由于芯 片 中 嵌有微控制器(MCU) 、實(shí)現(xiàn)加密算法的加密引擎和固化在只讀存儲(chǔ)器 (ROM)中的片上操作系統(tǒng)COS( Chip Operating System)，而且通常擁有較大容量的EEPROM存儲(chǔ)器，所以具有功能強(qiáng)、安全性高和靈活性大的特點(diǎn)，適于在安全性要求較高的場(chǎng)合使用，如金融卡、重要區(qū)域的門禁卡等。此類卡的價(jià)格一般來(lái)說(shuō)較高。
與其他非接觸卡相比較，由于CPU卡的動(dòng)態(tài)功耗較大，比較難以實(shí)現(xiàn)，因此CPU卡的研究要在增加存儲(chǔ)容量和加快處理速度的同時(shí)，也要研究如何降低CPU卡的功耗?；谖磥?lái)新技術(shù)的研究成功和新材料的發(fā)明，CPU卡將更加適合市場(chǎng)的需求。CPU卡在金融、網(wǎng)絡(luò)安全、電子政務(wù)和身份驗(yàn)證等領(lǐng)域?qū)⒂懈蟮陌l(fā)展和完善。
智能卡的名稱來(lái)源于英文名詞‘Smartcard‘，又稱集成電路卡，即IC卡(Integrated Circuit card)。它將一個(gè)集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式，其外形與覆蓋磁條的磁卡相似。智能卡的概念是70年代初提出來(lái)的，法國(guó)布爾(BULL)公司于1976年首先創(chuàng)造出智能卡產(chǎn)品，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到金融、交通、醫(yī)療、身份證明等多個(gè)行業(yè)。智能卡芯片具有寫入數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，智能卡存儲(chǔ)器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取和供內(nèi)部信息處理和判定之用。
根據(jù)智能卡中所鑲嵌的集成電路的不同可以分成以下三類：
(1) 存儲(chǔ)卡：卡中的集成電路為EEPROM(可用電擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器)。
(2) 加密存儲(chǔ)卡：卡中包含具有加密邏輯的集成電路和非易失存儲(chǔ)器。
(3) CPU卡： 卡中的集成電路包括中央處理器CPU、EEPROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM以及固化在只讀存儲(chǔ)器ROM中的片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Chip Operating System)。嚴(yán)格地講，只有CPU卡才是真正的智能卡。
按卡與外界數(shù)據(jù)傳送的形式來(lái)分,有接觸型智能卡和非接觸型智能卡兩種。
目前，最廣為人知的智能卡標(biāo)準(zhǔn)就是ISO7816。此標(biāo)準(zhǔn)主要定義了塑料基片的物理和尺寸特性， 觸點(diǎn)的尺寸和位置，信息交換的底層協(xié)議描述，以及跨行業(yè)的命令集等等。
CPU卡的特性
1.CPU卡采用了多種芯片級(jí)防攻擊手段，基本上不可偽造。
2.CPU卡所特有的內(nèi)外部認(rèn)證機(jī)制以及以金融IC卡規(guī)范為代表的專用認(rèn)證機(jī)制，能夠完全保證交易的合法性。
3.CPU卡的密鑰在認(rèn)證和交易過(guò)程中，是不在線路上以明文出現(xiàn)的，它每次的送出都是經(jīng)過(guò)隨機(jī)數(shù)加密的，而且因?yàn)橛须S機(jī)數(shù)的參加，確保每次傳輸?shù)膬?nèi)容不同，并在過(guò)程中所使用的密鑰都是在安全的發(fā)卡環(huán)境中產(chǎn)生并密文安裝到SAM卡和用戶卡中，整個(gè)過(guò)程密鑰不外露，保證了交易的安全性。
4.CPU卡的應(yīng)用防火墻功能可以保障同一張卡中不同應(yīng)用的安全獨(dú)立性。對(duì)安全性要求較高的金融行業(yè)都以CPU卡作為下一代銀行卡的標(biāo)準(zhǔn)。采用CPU卡可以杜絕偽造卡、偽造終端、偽造交易，最終保證了系統(tǒng)的安全性。
5.CPU卡的大容量存儲(chǔ)空間又可以滿足預(yù)期的大金額消費(fèi)應(yīng)用所要求的更多客戶信息的存儲(chǔ)。而這時(shí)安全就不僅僅是存儲(chǔ)在卡內(nèi)的電子貨幣的安全，還包括個(gè)人信息的安全，非接觸式CPU卡的安全機(jī)制可以為此提供良好的保障。
CPU卡的應(yīng)用
由于CPU卡具有具有用戶空間大、讀取速度快、支持一卡多用等特點(diǎn)，并已經(jīng)通過(guò)中國(guó)人民銀行和國(guó)家商秘委的認(rèn)證。所以其廣泛的適用于金融、保險(xiǎn)、*、政府行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，比如電子錢包、電子存折、公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、公共汽車自動(dòng)售票系統(tǒng)、社會(huì)保障系統(tǒng)、IC卡加油系統(tǒng)、安全門禁等等。
CPU卡的標(biāo)準(zhǔn)
同一張卡，在不同的國(guó)家、不同的環(huán)境下都要能夠使用。這就需要制定一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，使CPU卡及其接口設(shè)備制造商按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，制造統(tǒng)一接口規(guī)格的產(chǎn)品，才能實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的CPU卡之間的互換性和接口設(shè)備的共享。
有關(guān)CPU卡本身的標(biāo)準(zhǔn)有：
1.ISO 10536：識(shí)別卡－非接觸式的集成電路卡
2.ISO 7816：識(shí)別卡－帶觸點(diǎn)的集成電路卡
3.ISO7816-1：規(guī)定卡的物理特性?？ǖ奈锢硖匦灾忻枋隽丝☉?yīng)達(dá)到的防護(hù)紫外線的能力、X光照射的劑量、卡和觸點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度、抗能力等等。
4.ISO7816-2：規(guī)定卡的尺寸和位置。
5.ISO7816-3：規(guī)定卡的電信號(hào)和傳輸協(xié)議。傳輸協(xié)議包括兩種：同步傳輸協(xié)議和異步傳輸協(xié)議
6.ISO7816-4：規(guī)定卡的行業(yè)間交換用命令。包括：在卡與讀寫間傳送的命令和應(yīng)答信息內(nèi)容；在卡中的文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及訪問(wèn)方法；定義在卡中的文件和數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限及安全結(jié)構(gòu)。
ISO和其它組織還有很多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范涉及到CPU卡的應(yīng)用，可根據(jù)需要查閱有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。
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