ЧИП-КАРТЫ. УСТРОЙСТВО и ПРИМЕНЕНИЕ ,1.,1УПГХЕМЫДЛЯ ЧИП-КАРТ

содержит матрицу управления доступом, определяющую порядок, по которому программы, работающие в одной области памяти, могут получить доступ к данным, хранящимся в других областях

Логика рабочего состояния управляет битами в специальиом регистре защиты , что дает возможность контролировать все особенности рабочей среды кристалла программными средствами. Это позволяет в большинстве случаев предотвратить попытки незакоинош доступа к памяти, даже если кристалл извлечен из карты.

Интерфейс карты состоит из пяти линий, расположенных соглас но обычному стандарту на мпкромодуле, который содержит шесть или восемь контактов.

Язык ассемблера с совершенным набором команд позволяет создавать весьма высокопроизводительные приложения, в том числе и алгоритмы шифрованпя с секретными ключами, такие как DES. Правда, более надежные алгоритмы с открытым ключом типа RSA и приемлемым быстродействием реализовать подобным образом нельзя. На обработку 256 бит потребуется 10-15 с, тогда как немио nie соглашаются ждать более 500 мс.

В микросхемах третьего поколения для этого используется со процессор, оптимизированный для быстрой обработки полиномов и степенных рядов, применяемых в криптографии.

РОДСТВЕННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Помимо интегральньк мщфосхем, специально предназначенных для установки в карты, которые, естественно, никогда не появятся в кор пусах DIP, есть множество широко распространенных азделий, отвечающих всем требованиям, необходимым для изготовления чип-карт, в частности с простой или персонализируемой памятью. Это Moiyi быть, например, микросхемы памяти с последовательным управляющим интерфейсом, изготовляемые по техно-топш ЭСППЗУ.

Сами производители карг пользуются этим, закупая ряд подоб ных изделии в виде полупроводншчовых пластин, которые они сами разделяют на кристаллы, монтируют их на микромодули и устанавливают последние в карты.

Естественно, документация на такие микросхемы общедоступна. На рис. 2.13 показано, как можно самостоятельно изготовить фальшивую карту в виде печатной платы толщиной 0,8 мм, чтобы было удобно зксперпментировать с широко распространенными на рынке версиями MincpocxrM в корпусах DIP.

Рис. 2.13. Две фальшивые корты но микросхемах в корпусах DIP

Вариант на рпс. 2.13Ь - это фальшивая карта типа ISO (кристалл в центре), а не типа AFNOR (кристалл со смещением). Плату следует вырезать очень аккуратно, как можно точнее соблюдая стандартные размеры обычной карты, после чего ее можно набить , руководствуясь схемой размещения элементов, привелениой на рис. 2.14: установить панельку для микросхем с В выводами н 7 блоков (каждый на 4 линии), изготовленных из стандартных разрезных колодок с гиперболическими или цанговыми контактами.

Подобная конструкция позволяет развести любой контакт микромодуля на любой вывод мшфосхемы в корпусе DIP или же задать нестандартную цоколевку (например, соединить сразу несколько контактов либо с общим проводом, либо с шиной Vcc) перемычками из медного провода диаметром 0,6 мм.

По технологии ЭСППЗУ можно выпускать модули памяти для чип-карт, сочетающие в себе преимущества как ЭППЗУ, так и ОЗУ, я потому очень удобные для применения во многих областях.

ЧИП-КАРТЫ. УСТРОЙСТВО и ПРИМЕНЕШ lilW0g&D7> ЧИП-КАРТ

г' lli

Рис. 2. М. Схемо размещетя элементов для фальшивых карт

Доступные сейчас объемы памяти уже превышают 16 Кбит - это больше, чем у микросхем ЭППЗУ типа 2716 с параллельным доступом. Обычно используются классические протоколы связи, на пример основанные на протоколе I2C. Не имеет смысла перечислять здесь все типы и модели, а также всех изготовителей последовательных ЭСППЗУ; будут рассмотрены только изделия, наиболее часто используемые в чип-картах, и те, которые подробно описаны в книге Composants electroniques programmables sur PC (Электрон иые компоненты, программируемые иа ПК), вышедшей во Фран ции. Благодаря своему интерфейсу, требующему всего двух линий (синхронизации и данных), ЭСППЗУ с последовательным досту пом по шине I2C, похоже, могут вытеснить с рынка чип-карт семей ства микросхем, использующие другие интерфейсы, например MIC ROWIRE или SPI.

Русский перевод книги птговится к вьшуску в издательстве ДМК -.

I2C является зарегистрированной торговой маркой компании philips- Следовательно, использовать ее могут только те производители, которые получили официальную лицензию, но, разумеется, есть множество имитаций, в той или иной степени совместимых с оригиналом. К счастью, многие изготовители имеют официальные лицензии н могут использовать соответствующий знак на своих изделиях - конечно, при УСЛ0В1Ш соблюдешш оговоренных в лицензии технических требовании на этот протокол. Taiaie изделги должны нормально работать в любой системе с шиной I2C. Некоторые компании не стали приобретать лицензию на 12С; соответственно, они не могут продавать свою продукцию под фирменным знаком. Несмсггря на то что линии шины называются SCL (синхронизация) и SDA (данные), нх совместимость с официальными спецификациями протокола I2C часто неполна, а иногда ее и вовсе нет. Поэтому версятны конфликты с другими элементами, если такие изделия предполагается использовать в составе сети I2C. Тем не менее это могут быть довольно интересные устройства, способные сослужить добрую службу при условии разработки для них протокола связи, близкого к I2C, но немного отличного от него. Обычно это не представляет нгпсаких проблем, если чип-карта является единственным элементом системы, использующим протокол, подобный 12 С.

Протокол I2C

Подробно описывать в этой книге все особеиности протокола I2C вряд ли целесообразно, так как техническая документация на него открыта, распространяется бесплатно и легко доступна. Однако некоторые комментарии будут полезны для успешной работы с чип-каргами, микросхемы палштп которых используют этот протокол.

Шина состоит из двух линий (без учета общего провода и питания): SCL и SDA. Элементы, подключенные к этой шине, должны постоянно отслеживать состояние обеих линий, никак на них не влияя, а при необходимости иметь возможность перевести их в состояние лог. 0. Следовательно, выходные каскады всех подключаемых к этой шине устройств должны быть либо с открьп-ым коллектором ., либо с открытым стоком .

Принято именовать передатчиком все устройства, которые передают данные по шипе, а приемником - все устротютва, которые принимают данные. Элемент, который инициирует обмен данными, Называется хозяином или мастером (master), а все остальные -*Еа6а^лн (slave); используются также термины еедущий/ведо.чый.

ЧИП-КАРТЫ УСТРОЙСТВО И ПРИМЕНЕНИГ

В рассматриваемом случае чип-карта (то есть память) обязательнс будет рабом*, а блок чтения-записи - хозяином*-.

Начальное состояние шины ~ неактивное (линии SCL и SDA на ходятся в третьем* - высокоимпедансном - состоянии). Обмеь данными начинается с появлиигем условия START, формируемо! i мастером*. При этом линия SDA переходит из высокого в ниэкш! лотчесюи! уровень, а на линии SCL сохраняется высокий уровень И наоборот, всякий обмен данными заканчивается при появлетп! условия STOP - перехода из 1И13КОго в высокий логический уровень на линии SDA при высоком уровне на линии SCL. В конщ-операции считывания данных с чип-карты I2C условие STOP вызывает ее возврат в состояние ожидания. И наоборот, в конце операции записи это условие запускает внутренний цикл программирования в EEPROM.

Сигнал АСК (подтверждение пли квитирование) информирует о нормальном завершении 1аждого обмена AaHHbiNHi. Передатчик, как <:<мастер >, так и раб^, освобождает линию SDA после передачи восьмого бита данных. Во время девятого тактового импульса приемник переводит линию SDA в ншкпй логический уровень, подтверждая прием переданного ему байта, а передатчик проверяет состояние шины и в зависимости от результата либо повторяет баш. либо готовит передачу следующего. Действительно, в чии-картах с шиной I2C данные считываются и записываются целыми байтами, а не отдельными бпталиг

На рис. 2.15 приведены временные диаграммы работы глины, где видно, как перелается каждый бит: приемник фиксирует состояние линии SDA по переднему фронту на линии SCL, а все изменения состояния на линии SDA должны происходггть только тогда, когдя на линии SCL низкий лопгческпй уровень.

Вместе с данными по шине перелаются и адреса. Каждое ycrpori-ство, подключенное к шине I2C, имеет свой собственный адрес, пер вые четыре разряда которого предназначены для обозначения функционального семейства, к которому данное устройство относится В общем случае для памяти зтот код всегда равен 1010. Последни!! бит адреса (то есть самый младший разряд) определяет режим ра беты: 1 - для чтения данных, О - для их записи.

Три оставшихся разряда позво1яют выбрать нужное устройство и: ряда одинаковых, подключенных к зтой же шине, или же блок объемом 256 байт (страницу) при постраничной организации памяти

;ЛГППЫДЛЯ ЧИП-КАРТ

±)ct

прием данных cSDA

Stop-усповие

~LFUVJ.....

Квитирование

Start-условие

Квитирование

Stcip-условие

Рис. 2.15. Прототп 12C

в оаной микросхеме. Если чип-карта имеет память объемом 256 байт и работает только с блоком чтения-записи, то эти три бита можно установить нулевыми. При этом адрес для чтения будет iniOOOOl, а для записи - 10100000.

Большинство микросхем ЭСППЗУ для ш1шы I2C имеет несколько различных режимов записи и чтения. На рис. 2.16 приведены щпсаограммы всех возможных режимов записи и чтешш для микросхемы ST 14С02 компании SGS-Thomson - варианта классической микросхемы 24С02, емкость которой составляет ровно 256 байт, в исполнетп! для монтажа в чип-карты.

МИКРОМОДУЛИ

Единственная видимая часть электронной начинки чнп-карты -микромодуль - является своего рода подписью изготовителя карты и в то же время соединителем орипшальной и сложной