智能CPU卡式电能表卡口防攻击电路分析

　　 随着IC卡技术的不断成熟，在各行各业中应用日益广泛。在众多的IC卡中，接触型CPU卡性价比较高，由于其售价低、保密性好、读写器价格低廉和易于嵌入终端产品而得到最广泛的应用。目前在国网系统无论量控，还是费控电能表基本采用该种模式实现预付费功能，由此改革了传统用电体制，提高了用电管理水平。CPU卡作为专用电量、电价、电费等参数的传递介质，对应于电能表卡座接口将进行各类信息的接收，因此对卡座的攻击成为一部分人获得不法利益的途径，为此从硬件方面采取必要的措施，设计一种防攻击电路尤显必要。

　　1 IC卡卡口攻击方式

　　1． 1 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电表外壳之外，极易受到攻击。

　　1． 2 IC卡卡口的攻击方式

　　为防止对IC卡卡口产生破坏性的攻击，首先应了解有哪几种卡口攻击方法。电表在实际挂网运行中主要有以下四类卡口攻击:

　　( 1) 高压静电攻击( 例如使用煤气点火器) ;

　　( 2) 短路攻击( 使用短路金属片插入卡口) ;

　　( 3) 高压直流攻击( 对VCC 输入直流高电压) ;

　　( 4) 高压交流( 例如在任意两引线间加入交流220V) 。以上4 类攻击方法如不采取有效的防护措施，都将会使电能表单片机、电路、电源损坏而失去对消费对象的控制，攻击者攻击成功后可不付费而获得消费。并且上述攻击都是电攻击，基本不会留下攻击证据，从而无法确认责任属性。

　　1． 3 IC卡卡口防攻击的难点

　　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已损坏; 第三，成本需较低，否则用户不能接受; 第四，攻击撤消后应能快速恢复正常工作状态; 最后还需要较小的体积和极高的可靠性。设计一种同时满足上述要求的电子部件，实属不易。

　　2 几种卡口防攻击电路比较

　　纵观卡式电能表发展历程，早期对卡口防攻击重要性认识不足，带来一系列问题，影响到卡式电能表市场的占有率，经过不断的探索、总结，目前对卡口的防攻击已提到一个新的高度，卡口防攻击电路在实践中相应不断地进行了改进、优化。以下是几种不同的IC卡卡口防攻击电路。

　　2． 1 早期IC卡卡口防攻击电路

　　早期的IC卡卡口防攻击电路，主要采用IC卡卡口防攻击专用模块，再加上双开关二极管等器件组成，如图1 所示。 

　　图1 早期IC卡卡口防攻击电路

　　2． 1． 1 防攻击原理

　　图1 中的IC卡卡口防攻击专用模块采用PTCM5 － 05B301 － 501RM 模块，在IC卡的正常读写状态之下，PTC 热敏电阻相当于一串接于线路中的限流电阻。而在异常状态下( 受到攻击) ，将导致流过PTC 热敏电阻的电流增大，使其阻值呈现阶跃性变化，快速上升4 ～ 5 个数量级而呈断开状态( 高阻态) ，达到保护目的。

　　2． 1． 2 防攻击特点

　　( 1) 具有快速响应，快速自恢复;

　　( 2) 性能稳定;

　　( 3) 抗攻击范围广( DC2500V，AC600V，静电30000V) 。