FM1208非接触CPU卡读写系统的研制

    4 非接触CPU卡FM1208的COS 

    由于CPU卡具有很高的安全性及一张卡支持多种应用的特点，所以IC卡家族中CPU卡的使用范围正日益扩大。类似一台计算机，CPU卡内也有CPU、存储器和输入输出接口，所以在应用中CPU卡也必然需要操作系统。上海复旦微电子股份有限公司成功地开发了自主版权的CPU卡操作系统——FMCOS(FMSH Card Operating System)。该操作系统符合ISO7816系列标准及《中国金融集成电路(IC)卡规范》，适用于保险、医疗保健、社会保障、公共事业收费、安全控制、证件、交通运输等诸多应用领域，特别是在金融领域。 

    FMCOS详细规定了电子钱包、电子存折和磁条卡功能(Easy Entry)3种基本应用。 

    FMCOS特点如下：
    ①支持Single DES、Triple DES算法，且可自动根据密钥的长度选择Single DES、Triple DES算法。
    ②支持线路加密、线路保护功能，防止通信数据被非法窃取或篡改。
    ③支持在一张卡上实现多个不同的应用：可建立三级目录。
    ④支持电子钱包功能，钱包大小可由用户自行设定。
    ⑤支持多种文件类型，包括二进制文件、定长记录文件、变长记录文件、循环文件、钱包文件。
    ⑥支持ISO7816-3：T=0(字符传送)通信协议。
    ⑦满足银行标准：符合《中国金融集成电路(IC)卡规范》。
    ⑧防插拔功能：交易处理过程中非正常拔出的卡片自动恢复。 

    FMCOS由传输管理、文件管理、安全体系、命令解释4个功能模块组成。 

    ①传输管理：按ISO7816-3标准监督卡与终端之间的通信，保证数据正确地传输，防止卡与终端之间通信数据被非法窃取和篡改。
    ②文件管理：将用户数据以文件形式存储在EEP-ROM中，保证访问文件时的快速性和数据安全性。
    ③安全体系：安全体系是FMCOS的核心部分，它涉及对卡的鉴别与核实，以及对文件访问时的权限控制机制。
    ④命令解释：根据接收到的命令检查各项参数是否正确，执行相应的操作。

    5 系统开发基础及芯片选型 

    (1)射频基站芯片的选择和使用 

    基站芯片用于非接触射频卡与中央处理器之间的信息通信。以下芯片均可以实现对FM1208等符合ISO14443 TYPA标准的CPU卡的读写，可以参考相关文档。本设计主要以卡片为主，所以对于基站芯片的具体应用，可以参考相关文档。 
    Philips系列芯片：RC500、RC522、RC531、RC632。
    复旦系列芯片：FM1702N、FM1702SL，、FM1715N、FM1725N。
    TI公司的基站芯片：RI-R6C-001A、TRF7960。
    EM公司基站芯片：EM4094、EM4294。 

    (2)单片机的选择和使用 

    对于非接触射频卡的信息处理，根据功能和速度的要求，可以选择不同的方案。各种CPU芯片各有优缺点。
    8051单片机：价格低廉，入门简单，货源充足。
    AVR单片机：价格适中，速度快，外设丰富。
    ARM：功能强大，速度快，可运行RTOS。 
    
    (3)ISO14443-3、ISO14443-4 
    
    这两部分是学习和操作非接触CPU卡的核心。
    ①ISO／IEC14443-3规定了邻近卡(PICCs)进入邻近耦合设备(PCDs)时的轮寻，通信初始化阶段的字符格式，帧结构，时序信息。REQ和ATQ命令内容，从多卡中选取其中一张的方法，初始化阶段其他必需的参数。这部分规定同时适用于A型PICCs和B型PICCs。
    ②ISO／IEC14443-4规定了非接触半双功块的传输协议，并定义了激活和停止协议的步骤。这部分传输协议同时适用于A型卡和B型卡。 

    (4)IS07816-4 

    这一部分是学习和操作，SAM的基础，其中规定了：由接口设备至卡以及相反方向所发送的报文、命令和响应的内容；在复位应答期间卡所发送的历史字节的结构及内容；当处理交换用的行业间命令时，在接口处所看到的文件和数据的结构；访问卡内文件和数据的方法；定义访问卡内文件和数据的权利的安全体系结构；安全报文交换的方法；访问卡所处理算法的方法(本标准不描述这些算法)。 

    6 SAM卡在系统中的应用
 
    根据应用方式，SAM卡在系统中的应用可分为： 

    ①硬密钥，即在终端机具中安装SAM卡座，所有的认证都是由安装在SAM卡座中的SAM卡进行运算的。这样在终端机具维修时，只要取出SAM卡座中的SAM卡，这台终端机具就是空的了。所以，所有的银行设备都采用SAM卡的认证模式。
    ②软密钥，即终端机具中没有SAM卡座，这个密钥的运算实际上是由终端机具完成的，这样客户的密钥就等于存在终端机具中，厂家拿回终端机具维修时，极易造成密钥流失。

    结 语 

    Mifare算法的破解，给城市公用事业IC卡系统安全敲响了警钟。在科技化、信息化飞速发展的当今时代，只有不断创新、不断提高城市公用事业IC卡系统的安全系数及技术水平，才能有更高、更远的发展，也才能为国家的信息发展作出贡献。非接触CPU卡智能卡技术正成为一种技术上更新换代的选择，用CPU卡替换逻辑加密卡的时代已到来。