低功耗CPU卡智能预付费水表的总体设计

0 引 言   

    IC卡按其工作方式分为接触式Ic卡和非接触式IC卡两大类。在接触式IC卡中，按其工作原理，一般可分为存储IC卡和智能卡即CPU卡两类。存储卡内部不含CPU，只能由硬件逻辑完成密码校验，具有一定的安全性但其密码容易在线路中被跟踪破译，一般在安全性要求不高的情况下使用。CPU卡由于内部带有微处理器在性能上比存储卡有很大提高，主要表现为：  

    (1)安全性：CPU卡采用密钥管理机制，认证过程通过加密算法运算动态进行，在实际应用中被破译和攻击的可能性很小；   
    (2)兼容性：CPU卡信息传输方式遵循ISO7816—3国际标准，这样芯片升级时不需要对系统内的微控制器程序进行改动，这是存储卡和逻辑加密卡所不能做到的；   
    (3)可扩展性：由于CPU卡采用文件方式对数据进行存储，并且可以对不同应用的数据文件进行目录管理，这样很容易实现一卡多用的方案；   
    (4)规范性：采用CPU卡的COS操作系统一般都满足金融卡规范，如SMARTCOS符合中国人民银行PBOC金融卡规范，这样就可以很方便地实现收费管理与金融系统的接轨。   

    CPU卡的这些优势使其在智能卡表、通信设备、交通收费、网络安全、金融设备等领域得到越来越广泛的应用。  

1 CPU卡智能水表系统的总体设计   

    CPU卡智能水表系统由缴费系统、读卡器、CPU卡智能水表构成。CPU卡智能水表是通过CPU充值卡在缴费系统和水表间进行数据交换。用户将CPU卡在缴费点对卡进行充值后，再使用CPU卡对水表进行充值。智能水表模块对用户的用水量进行计费，扣除相应金额。且液晶屏实时显示用水量、剩余金额、阀门控制状态等。   

    由于MSP430具有超低功耗、低电压、高速度等特性，且内部硬件资源丰富，根据智能水表模块的功能要求和成本的控制，我们选择了MSP430F413这款型号，充分利用了内部的硬件资源：8K的flash、16位定时器、24×4段的液晶驱动模块和比较器模块。   

    CPU卡较IC逻辑加密卡而言，增添了密钥管理机制认证系统，通过加密算法(采用DES加密算法)运算在用户卡和ISAM卡／ESAM模块之间动态进行。用户卡与ISAM卡／ESAM模块之间传递的是一种动态的伪随即码。在实际应用过程中被破译和攻击的可能性非常小。在性能上比Ic存储卡有较好的安全性，兼容性和扩展性，并且升级不需要对MSP430F413芯片内的程序进行改动，只需对上位机发卡系统上对CPU卡内的数据文件进行改动。   

2 CPU卡总体框图  

CPU卡总体框图如图1所示。  

图1 CPU卡总体框图