IC卡卡口安全及防攻击技术

　　随着IC卡技术的不断发展，应用日益广泛。在众多的IC卡中，接触型IC卡由于其售价低、保密性好、读写器价格低廉和易于嵌入最终产品而得到最广泛的应用。例如预付费电能表、预付费燃气表、预付费水表、预付费热能表、打卡机、个人消费卡、电子商务等等。此类应用的共同特点均是利用IC卡作为专用货币（电量、气量等）、直接货币（例如电子商务）或重要信息（不充许修改）的传递工具，对应的表、机则控制相应的消费。也就是说：若能修改传递信息的内容或破坏对应表、机的消费控制能力即可获得利益。而此类产品均生产量巨大，一但出现漏洞，国家或相关企业将损失巨大。在以上两个问题中防止非法修改传递信息的内容属于IC卡的加密问题，己有诸多论述,本文将不作探讨。而第二个问题是目前IC卡应用中的重要问题，笔者在此提供个人意见供大家参考。
一、IC卡卡口的安全状况
　　现有的IC卡卡口线，主要有电源线（Vcc及GND）、信号线、时钟线、复位线等几类组成。在实际产品设计中，电源线一般直接引至产品电源、时钟线接至公共时钟源或接至单片机、信号线与复位线一般直接接直至单片机或接口芯片。由于需要插入IC卡，故以上引线均接往IC卡座。而IC卡的卡口可插入一块简易PCB板将上述引线引出。这样上述引线将暴露在仪器（表）外壳之外，极易进行攻击。
　　北京的邢伟华先生在99年6月召开的《99预付费产品安全性及发展趋势预测研讨会》上归纳了各种对IC卡卡口的攻击方法，主要如下：a）高压静电攻击（例如使用煤气点火器）；b）短路攻击（使用短路金属片插入卡口）；c）高压直流攻击（往VCC输入高电压直流）；d）高压交流（例如在任两引线间加入交流220V）。以上四类攻击方法如不采取防护措施，都将会使仪器（表）内单片机、电路、电源损坏或死机而失去对消费对象的控制。而上述攻击是电攻击基本不会留下攻击证据而无法追究。攻击者攻击成功后可不付费而获得消费，例如预付费电卡表。
二、IC卡卡口防攻击的困难
　　仔细分析上述四类攻击，若要全部防护，实非易事。首先，抗攻击电路的耐压应极高，应在20KV以上，再者其反应速度应小于100ns否则保护动作时保护对象己损坏，第三应能识别上述四种攻击的类别以启动不同电路保护，第四应成本较低否则用户不能接受，第五是攻击撤消后应能快速恢复正常工作状态，最后还需要较小体积和极高可靠性。设计一个电子部件要同时满足上述要求，采用目前的电子器件和线路基本上不可能。
　　在最近几年中，众多企业和科研单位使用电子线路（集成或晶体）、热敏电阻、可恢复保险丝等方案进行了大量试验并取得了一些进展，特别是后两种方案表面上取得进展但实际上仍不可靠，其原因在于器件反应时间慢。美国某公司也推出了相关产品，但其价格高（近20美元）和抗高压不够（小于3kv）仍无法应用。
　　据了解：北京一户一表工程中使用的电卡表，己明文要求能抗上述四类卡口攻击；建设部即将出台的卡式燃气表、水表、热能表安全规范也将要求能抗上述四类卡口攻击，其它一些接触型IC卡应用专业估计也将要求能抗上述四类卡口攻击。因此，如何解决卡口抗攻击问题己是各表厂、接触型IC卡应用单位急迫的问题。
三、LKM4140防攻击专用模块的工作原理
　　笔者为解决上述问题与国外同行合作，使用了国外最新研制的一种特种材料，组成极简单电路制成了LKM4140防攻击专用模块并成功获得国家专利（专利号：990279659）完全满足了上述五条要求，并在北京一户一表工程的预付费IC卡表中得到广泛应用，目前大约装表近35万块。凡装了此模块的预付费IC卡表至今无一例攻击成功，得到了北京供电局的高度评价。在国内电表中己有33家使用该模块。
　　LKM4140防攻击专用模块由四个完全相同的通道组成（参看图一）
模块使用的材料由柱状无穷多层感应式陶瓷材料组成，当通过电流小于某值时，柱面呈现有一定阻值导体（本模块约为400欧姆），随着电流增大，最外层感应式陶瓷材料还原成普通陶瓷，柱面导通截面缩小，电阻增大，其转换时间为ns级。
　　当外界突加高压时（无论是交流、直流还是静电）都会使流过专用材料的电流瞬间加大，电流加大的结果造成材料电阻变大（可达数百K），该电阻与稳压器件构成一稳压电路，使得无论外电压多高（以不击穿材料值为限）进入仪器（表）内部的电压任何时候都不超过稳压值，从而保护了仪器（表）。在高压静电状态，该稳压电路还能泻放静电电荷，从而无从对仪器（表）进行攻击。
四、结束语
　　综上所述，LKM4140防攻击专用模块是理想的IC卡卡口防攻击电路，并己得到数十万台产品的使用验证。
附录一、LKM4140防攻击专用模块介绍
一、概述：
　　本专利产品（专利号：990279659）LKM4140（防攻击专用模块）是为预付费智能表（如IC卡、CPU卡等）卡座类防破坏性高压攻击而设计的专用模块。
二、特点：
　　1、无需外部元件
　　2、具有快速响应，快速自恢复
　　3、性能稳定
　　4、抗攻击范围广（DC2500V，AC600V，静电30000V）
　　5、体积小
　　6、不影响原卡座的正常读写
三、外形图：
四、极限参数：
　　1、耐压：DC3000V，AC800V，静电40000V
　　2、工作温度：－30－75℃
　　3、贮存温度：－40－120℃
五、引脚说明：
　　2，4，6，8脚为卡座的任意定义的输入输出接口，1，3，5，7脚为电路的对应输出，9脚为GND。
六、典型接线图　　
（相关图样要稍等些时间再上传，请见谅）