提高IC卡裝置寫卡數(shù)據(jù)可靠性方法研究

1、提高IC卡裝置寫卡數(shù)據(jù)可靠性方法研究楊振野 陳坤城 朱文華摘要:本文分別從IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件兩個(gè)方面研究了如何提高IC卡裝置寫卡數(shù)據(jù)的可靠性問(wèn)題，并給出了實(shí)用的解決方案。關(guān)鍵詞：IC卡 數(shù)據(jù) 可靠性當(dāng)前，盡管IC卡的安全性和可靠性存在較多問(wèn)題1，但仍然大量使用。在IC卡應(yīng)用系統(tǒng)中，存在的最大問(wèn)題就是IC卡寫卡數(shù)據(jù)的可靠性問(wèn)題。IC卡內(nèi)數(shù)據(jù)的一旦有錯(cuò)勢(shì)必導(dǎo)致嚴(yán)重后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般的IC卡應(yīng)用裝置寫卡數(shù)據(jù)出錯(cuò)的概率約在1/40000。盡管概率較小，但若以100張IC卡在同時(shí)使用，并以每張卡每分鐘寫入一次數(shù)據(jù)計(jì)算（如網(wǎng)吧），則會(huì)表現(xiàn)為每天都有2-3的出錯(cuò)機(jī)率。顯然，這令用戶難以忍受。造成IC

2、卡寫卡數(shù)據(jù)出錯(cuò)的原因較多，主要有電源、電磁兼容性和人為破壞等因素。本文分別從軟件和硬件兩方面對(duì)上述因素所造成的寫卡出錯(cuò)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，并給出了實(shí)用的解決方案。一電源因素IC卡的供電電壓偏低是導(dǎo)致IC卡寫卡出錯(cuò)的主要原因之一。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2 的規(guī)定，IC卡的供電電壓為4.755.25V。但事實(shí)上，由于IC卡的質(zhì)量等因素的不確定性，實(shí)際應(yīng)用中供電電壓一旦小于4.90V就會(huì)變得不可靠。因?yàn)镮C卡的密碼驗(yàn)證過(guò)程中有寫卡流程，所以極易導(dǎo)致燒卡。對(duì)于采用三極管控制供電電壓的方案，由于供電控制三極管的壓降（0.6V）存在，真正提供給IC卡的電壓已難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。所以，宜采用MOS門（如74HC系列）

3、電路并圖1卡的供電聯(lián)的方式供電。對(duì)于只有讀卡而無(wú)寫卡（密碼校驗(yàn)只在一個(gè)瞬間即可完成，故寫卡電流不大）要求的場(chǎng)合，僅采用一個(gè)門輸出并配合儲(chǔ)能電容即可，并不需要多個(gè)門電路并聯(lián)。此外，由于有些地區(qū)（尤其是中小城市）電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍過(guò)大，以至IC卡裝置的整流輸出電壓降至穩(wěn)壓范圍以外，導(dǎo)致IC卡供電電壓出現(xiàn)向下波動(dòng)。對(duì)于這種情況，必須提高變壓器副端電壓，并同時(shí)加大整流濾波電容。當(dāng)然，更理想的方案是采用開關(guān)電源。二電磁干擾因素產(chǎn)生電磁干擾的因素很多，如當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)突發(fā)脈沖、IC卡裝置與PC機(jī)連接而又未采取隔離措施、IC卡裝置連接有電磁閥或移相觸發(fā)的晶閘管等情況，都會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁干擾。如未采取必要措

4、施，必將出現(xiàn)寫卡數(shù)據(jù)出錯(cuò)、燒壞IC卡或IC卡裝置死機(jī)等情況。根據(jù)具體情況，可以選用的措施主要有如下幾種：1 220V交流供電回路加裝交流電源濾波器各種電磁干擾中，抑制快速脈沖群干擾最為困難。對(duì)于干擾較嚴(yán)重的場(chǎng)合，可采用如圖所示的電路。圖抑制快速脈沖群干擾的實(shí)用方案采用上述交流電源濾波器時(shí)，務(wù)必注意接好牢可靠的低阻大地地線。圖中的電感元件為電源濾波磁珠，購(gòu)買磁珠自行繞制濾波效果更好。筆者采用圖設(shè)計(jì)IC卡預(yù)付費(fèi)電能表通過(guò)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性檢驗(yàn)3，磁珠為28.5EMI吸收磁環(huán)，繞42匝。2 于PC機(jī)與IC卡用卡裝置的接口線中串聯(lián)磁珠由于磁珠限制了數(shù)據(jù)脈沖的上升斜率，這種方法對(duì)于高速數(shù)據(jù)通訊（1M

5、以上）難以適用。3 于IC卡接口各線上加裝箝位二極管如圖3所示，確保IC卡接口線上的電壓處于允許范圍之內(nèi)。圖3卡接口線電壓箝位電路4 于5V供電的各易受快速瞬變脈沖群的干擾處加裝TVS管與采用穩(wěn)壓管或壓敏電阻相比，采用這種元件的優(yōu)點(diǎn)在于反映時(shí)間短，僅僅幾個(gè)皮秒。但無(wú)論是采用管、穩(wěn)壓二極管還是壓敏電阻，都存在一旦被持續(xù)脈沖擊穿后造成電源短路的問(wèn)題，從而導(dǎo)致設(shè)備故障率上升。所以，若不到必須的程度，不宜采取此項(xiàng)措施。5 將卡裝置的供電電源與產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾的控制元件的用電分開供電。6 當(dāng)成本允許時(shí)，將主回路的觸點(diǎn)式繼電器改為固態(tài)繼電器；將主回路晶閘管的移相觸發(fā)方式改為過(guò)零觸發(fā)方式。三人為因素 人為因素

6、主要出現(xiàn)在正當(dāng)進(jìn)行寫IC卡操作時(shí)，IC卡突然被拔出。由于許多IC 第一次讀卡并讀取寫卡成功標(biāo)志第一次寫卡讀第一次寫卡數(shù)據(jù)并校驗(yàn)校驗(yàn)寫卡成功標(biāo)志？ YESNO 校驗(yàn)是否成功？ NO第二次讀卡并讀取寫卡成功標(biāo)志YES 將寫卡成功標(biāo)志寫入IC卡 校驗(yàn)寫卡成功標(biāo)志？ YES延時(shí)3秒置出錯(cuò)標(biāo)志第二次寫卡讀第二次寫卡數(shù)據(jù)并校驗(yàn)讀卡退出NO 校驗(yàn)是否成功？YES 將寫卡成功標(biāo)志寫入IC卡 圖4能有效避免人為干擾的讀/寫卡流程寫卡退出卡寫卡時(shí)伴隨著LED閃爍，IC卡更容易遭受到人為的惡意攻擊。這時(shí)寫入IC卡的數(shù)據(jù)多為FF或其它的亂碼。除非采用自彈式IC卡座，否則這一現(xiàn)象難以避免。針對(duì)這種情況，我們采取了如圖4所示的軟件流程則可以有效地避免。寫卡流程中的兩次寫卡的內(nèi)容是完全相同的，但寫入IC卡的地址并不相同。實(shí)質(zhì)上是連續(xù)寫了兩次卡。如果有人將卡拔出，則可以保證至少有一次寫卡是成功的。在讀卡時(shí)，根據(jù)金額的變化和寫卡成功標(biāo)志的判別，則完全可以保證讀卡數(shù)據(jù)正確。參考文獻(xiàn)：1 楊振野等IC卡應(yīng)用裝置密碼防破解的方法現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2001，No.52 ISO/IEC 7816-3 Smart Card Standard：Definedefine t