IC卡技术及其应用

第1章 基础知识

1.1 IC卡的概念

1.1.1 IC卡的主要特点

1.1.2 IC卡的发展历程

1.1.3 IC卡的应用领域

1.1.4 IC卡的分类

1.1.5 IC卡应用系统的基本组成

1.1.6 IC卡的卡基材料

1.2 I2C总线

1.2.1 I2C总线的特点

1.2.2 I2C总线的构成及信号类型

1.2.3 I2C总线的基本操作

1.3 CRC码原理

1.3.1 CRC码算法

1.3.2 CRC码硬件电路的实现方法

1.3.3 比特型算法

1.4 IC卡技术有关标准

1.4.1 IC卡的基本标准

1.4.2 有关IC卡应用的标准和规范

1.4.3 有关IC卡机具的标准

1.4.4 IC卡的测试标准

习题

第2章 接触式IC卡

2.1 存储卡

2.1.1 AT24CXX系列存储卡

2.1.2 AT45D041存储卡

2.2 计数卡

2.2.1 SLE4406计数卡的主要特点

2.2.2 SLE4406计数卡的存储器安排

2.2.3 SLE4406计数卡的保密特性

2.2.4 SLE4406计数卡的操作时序

2.2.5 SLE4406计数卡的密码校验

2.3 逻辑加密卡

2.3.1 SLE4442逻辑加密卡

2.3.2 几种常见的逻辑加密卡

2.3.3 逻辑加密卡应用举例

2.4 具有协议认证功能的加密存储卡

2.4.1 AT88SC1608协议认证卡

2.4.2 AT88SC153协议认证卡

2.4.3 AT88SC0104C～25616C系列协议认证卡

2.5 接触式IC卡应用系统的开发

2.5.1 接触式IC卡座选择

2.5.2 接触式IC卡应用系统的开发

2.5.3 协议认证卡应用系统的开发

2.5.4 采用协议认证卡对产品加密示例

习题

第3章 信息纽扣

3.1 1-wire单总线数据通信

3.1.1 概述

3.1.2 硬件结构

3.1.3 单总线操作流程

3.1.4 基本ROM命令

3.1.5 主要应答时序

3.1.6 信息纽扣的硬件接口方法

3.2 多密钥信息纽扣DS1991

3.2.1 主要特性和技术参数

3.2.2 命令与操作方式

3.2.3 DS1991的软件编程

3.3 带有SHA-1引擎保护的信息纽扣DS1961S

3.3.1 主要特性和技术参数

3.3.2 DS1961S存储器安排

3.3.3 地址寄存器和传输状态

3.3.4 EN_LFS标志

3.3.5 数据的写入与验证

3.3.6 命令与操作方式

3.3.7 SHA-1算法简介

3.3.8 CRC生成

3.3.9 DS1961S的电气特性

3.3.10 DS1961S的软件编程

3.4 信息纽扣应用系统的开发

3.4.1 基本开发工具

3.4.2 软件开发工具

习题

第4章 CPU卡及其应用系统

4.1 CPU卡概述

4.1.1 CPU卡的构成

4.1.2 常用CPU卡的主要技术参数

4.1.3 CPU卡的接口方法

4.2 AT90SC系列CPU卡

4.2.1 主要特点和技术参数

4.2.2 AT90SC3232C型CPU卡的构成

4.2.3 AT90SC3232C型CPU卡的协处理器和RAM

4.3 CPU卡操作系统

4.3.1 COS的体系结构

4.3.2 COS的文件管理

4.3.3 COS的安全体系

4.3.4 COS的复位应答

4.3.5 COS常用命令与应答

4.3.6 命令编码

4.3.7 应答编码

4.3.8 国内厂商COS简介

4.4 SIM卡

4.4.1 SIM卡的作用

4.4.2 SIM卡的数据文件

4.4.3 SIM卡的COS命令

4.4.4 SIM卡的PIN代码

4.4.5 SIM卡卡面代号

4.5 CPU卡的开发与应用

4.5.1 COS的选用

4.5.2 CPU卡的开发工具

习题

第5章 非接触式IC卡

5.1 非接触式IC卡的基本原理

5.1.1 非接触式IC卡的能量传递

5.1.2 非接触式IC卡的通信

5.1.3 非接触式IC卡的防冲突

5.1.4 非接触式IC卡的主要型号

5.2 Mifare 1非接触式IC卡

5.2.1 Mifare 1非接触式IC卡性能简介

5.2.2 Mifare 1非接触式IC卡的组成

5.2.3 Mifare 1型非接触式IC卡的密码认证

5.2.4 Mifare 1 S50型非接触式IC卡的存储结构

5.2.5 Mifare 1型非接触式IC卡的存储器操作

5.2.6 Mifare 1 S50型非接触式IC卡的访问控制

5.2.7 Mifare 1 S50型非接触式IC卡的命令

5.3 非接触式IC卡的射频接口集成电路

5.3.1 主要功能和特点

5.3.2 封装和引脚

5.3.3 基本构成

5.3.4 并行接口

5.3.5 寄存器

5.3.6 EEPROM存储器结构

5.3.7 FIFO缓冲区

5.3.8 中断

5.3.9 定时器

5.3.10 节电模式

5.3.11 启动过程

5.3.12 命令集

5.3.13 MF RC500的认证和加密

5.4 非接触式IC卡的应用

5.4.1 非接触式IC卡的读写器

5.4.2 非接触式IC卡的接口方法

5.4.3 天线的设计

5.4.4 非接触式IC卡的应用举例

5.5 射频识别卡（RFID卡）

5.5.1 射频识别卡基本构成

5.5.2 TI公司的Tag-it系列射频识别卡

习题

第6章 IC卡的安全问题

6.1 概述

6.2 数据加密

6.2.1 密码学简介

6.2.2 DES算法

6.2.3 RSA算法

6.3 数据安全问题及措施

6.3.1 密码安全

6.3.2 存储数据安全

6.3.3 数据的完整性

习题

主要参考文献

本书从应用的角度出发，详细介绍了现有各种IC卡（包括存储卡、计数卡、逻辑加密卡、协议认证卡、TM卡、CPU卡和射频卡等）的基本原理、主要特点和应用方法。阅读本书，可以全面系统地掌握各类IC卡及其相关知识。书中结合应用实例，提供了实用电气原理图和具体的单片机程序及编程流程图。本书既可作为高校电子信息类相关专业的教材，也可作为从事IC卡开发与应用工作的工程技术人员的参考书。

IC卡的开发、研制与应用是一项系统工程，涉及到计算机、通讯、网络、软件、卡的读写设备、应用机具等多种产品领域的多种技术学科。因此，全球IC卡产业在技术、市场及应用的竞争中迅速发展起来。IC卡已是当今国际电子信息产业的热点产品之一，除了在商业、医疗、保险、交通、能源、通讯、安全管理、身份识别等非金融领域得到广泛应用外，在金融领域的应用也日益广泛，影响十分深远。

IC卡虽然进入中国较晚，但在政府的大力支持下，发展迅速。 1995年底，国家金卡办为统筹规划全国IC卡的应用，组织拟定了 (金卡工程非银行卡应用总体规划)。为保证IC卡的健康发展，在国务院金卡办的领导下，信息产业部、公安部、卫生部、国家工商管理局等各个部委纷纷制定了IC卡在本行业的发展规划。

银行卡大体分为两类：信用卡和储值卡。

信用卡，即贷记卡，有小额信贷功能，即可以小额透支。它要求持卡人有较高的信誉度，透支的钱应及时存入。

储值卡，即借记卡，不需要建档案，不需要担保，不能够透支，一般用于小额提取或消费。目前国内各商业银行所发放的银行卡大多数为借记卡。

据统计，发达国家的现钞流通量仅占流通实力的8%，基本上是信用卡及各种金

IC卡

融卡主宰金融市场。而中国的现钞流通量则高达25%以上，大量现金的"体外循环"为腐败现象的滋生和各种经济犯罪提供了生存土壤，不仅扰乱了经济秩序，还严重影响社会的稳定及人民币的价值和信誉。电子货币或银行IC卡的普遍应用，正是解决上述问题的有效办法。

目前的银行卡大多数仍为磁卡，在塑料卡片上有磁条和凸印字。磁条中记录账号和密码等基本信息，而实际款项存储在由网络连接的银行计算机硬盘上。用户提取或存入的款项在不同的银行账户之间进行资金往来。用户消费的款项由银行和商户之间进行结转和清算。这种磁卡在使用时需要访问主机账户，因此只能在联机处理时间内使用，其速度和稳定性取决于通信线路的质量，在网络达不到的场所则无法使用。

中国发展金卡的方针是"两卡并用，磁卡过渡，发展IC卡为主"。未来的发展趋势必将是IC卡逐步取代磁卡。

IC卡既可以由银行独自发行，又可以与各企事业单位合作发行联名卡。这种联名卡形成银行IC卡的专用钱包账户。例如，医疗保险专用钱包不得消费，不得提取现金，只能在指定医院等场所使用。当前，联名卡主要有保险卡、财税卡、交通卡、校园卡等多种。由于IC卡既方便又快捷，因此在发达国家已相当流行。亚特兰大奥运会期间，大量采用IC卡电子钱包，以支付交通、通讯、税收等费用。

它包括电费、水费、煤气费、通信费等各种消费资源费用的收取。该类系统可以提高管理效率和可靠性。通过预先收费，可以增加管理部门的可用资金，为居民提供优质服务，改变对资源先消费后收费的不合理状况。对于用户而言，IC卡收费可消除收费人员入户的骚扰和准备现金零钱的烦恼；同时，还有利于用户根据自家用电、用水、用煤气的情况，进行计划消费。

随着中国医疗体制的改革，居民持保险公司发行的IC卡到医院就医，就医费用将由保险公司支付。医疗IC卡除了具有医疗费用的支付功能外，卡内还可以存储病人的病历。病人看病可以到不同的医院，医生可根据卡内的病历信息快速进行诊断和治疗。

乘客持公交管理部门发行的预先付费IC卡乘车，上车时只需在汽车门口的收费机前晃一下(主动式卡)，收费机自动完成收费。这样，能有效地减少上下车时间，加快车辆周转速度，提高管理效益，杜绝贪污、假币现象。

其它，还有交警管理系统、工商管理系统、IC卡电子门锁、IC卡税务管理系统、高速公路收费系统等多种IC卡应用系统。

IC卡随着半导体技术、大规模集成电路芯片的发展而产生，也必将随着计算机技术、网络技术等的高速发展而迅速发展壮大。不断扩大IC卡的应用领域已成为社会发展的必然需求。

在全球IC产业市场竞争更加激烈的情况下，IC卡必然向更高层次方向发展。诸如从接触型IC卡向非接触型IC卡转移，从低存储容量的IC卡向高存储容量发展，从单功能IC卡向多功能 IC卡转化，从单系统的IC卡向多系统IC卡转化，由非银行系统转向银行系统应用，由民用转向军用，由局域网向因特网迁移等。新技术不断涌现，IC卡品种繁多，这充分说明了IC卡的强大生命力。在未来的几年中，IC卡将会越来越多地渗入到人们的生活中。

IC卡技术正迅猛的普及到国民经济和人民生活的各个方面，成为

科技开发人员瞩目的热点。

本书分二篇。基础篇有:绪论、IC卡的基本物理特性、IC卡芯片技

术、IC卡的用卡过程、IC卡的数据元与命令、IC卡的安全性、IC卡的操

作系统、IC卡应用设备及其开发系统。应用将有:IC卡应用编制一般

考虑、IC卡在支付系统的应用、CSM系统中的用户识别模块(SIM卡)。

IC卡在劳动保险中的

IC卡核心是集成电路芯片，是利用现代先进的微电子技术，将大规模集成电路芯片嵌在一块小小的塑料卡片之中。其开发与制造技术比磁卡复杂得多。IC卡主要技术包括硬件技术、软件技术及相关业务技术等。硬件技术一般包含半导体技术、基板技术、封装技术、终端技术及其他零部件技术等；而软件技术一般包括应用软件技术、通信技术、安全技术及系统控制技术等。

电擦除式可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)是IC卡技术的核心。该技术使晶体管密度增大，改善了性能，增加了容量，达到在同样面积上存储更大数据量的目的。

作为数据或程序的存储空间，EEPROM的数据可以至少保持 10年的时间，擦写次数达10万次以上。EEPROM技术还提供了很大的灵活性，通过设置不可修改的标志位，能够将EEPROM单元转变成可编程只读存储器、只读存储器或不可读的保密存储单元。

该技术的先进性使得带有保密存储器的IC卡得到快速发展和应用。例如，在各种收费系统(公用电话、电表、公路收费等等)及访问控制等领域获得了广泛的应用。以EEPROM为核心的 CPU卡也广泛应用于移动电话、银行部门、多应用卡及要求有公共密钥算法的高安全性应用领域。

射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术是一种利用电磁波进行信号传输

IC卡

的识别方法，被识别的物体本身应具有电磁波的接收和发送装置。RFID系统使用的通信频段范围为<135kHz或>300MHz~GHz级。

射频识别IC卡是一种使用电磁波和非触点来与终端通信的 IC卡。使用此卡时，不需要把卡片插入到特定读写器插槽之中。一般来说，通信距离在几厘米至1米范围内。射频识别卡使用得较多，而且发展潜力较大。

射频识别IC卡有主动式和被动式之分。主动式卡是指卡片需要主动靠近读卡器，用户需要将卡在读卡器上读卡区内读取卡上信息才完成交易；被动式卡不用出示卡片，只要走过读卡器的范围，即可读取卡上的信息，完成交易。

IC卡中的CPU卡采用特殊的加密技术，不仅可以验证信息的正确性，同时还能检查通信双方身份的合法性，从而保证信息传送的安全性。这是通过IC卡中存储的银行密钥与读卡器兼黑盒子中存储的银行密钥的相互校验来实现的，从而保证了持卡者本身和读卡器双方都具有合法身份。总之，采用先进的加密技术后，不仅具有高度安全性、严谨性，还具有灵活便捷、成本低等优势。

除上述技术之外，还有Java卡技术、IC卡ISO标准化技术、IC卡生物认证技术及数据压缩技术等软、硬件新技术。