مقاله کارت هوشمند

دانلود مقاله کارت هوشمند

فصل اول – مقدمه ای بر کارت های هوشمند (introduction to smart cards)

واژه ی کارت هوشمند از لحاظ ظاهری پر طمطراق و از لحاظ مفهومی نیز بسیار مبهم است و به شکل های گوناگون از این واژه استفاده می شود . سازمان بین المللی استانداردها[۱] از واژه ی کارت های مدار مجتمع[۲] استفاده می کند که شامل وسایلی می شود که در آن ها یک مدار مجتمع در داخل یک کارت شناسایی پلاستیکی که دارای استاندارد ISO  ۱ است کار گذاشته شود . این کارت در ابعاد  ۸۵٫۶*۵۳٫۹۸ *۰٫۷۶ میلیمتر مانند کارت های بانکی که دارای نوار مغناطیسی هستند ساخته می شود .

کارت های مدار مجتمع در دو شکل تماسی[۳] و بدون تماس[۴] موجود می باشند . نوع تماسی به سادگی بوسیله کانکتور طلایی رنگ قابل تشخیص می باشد.

گرچه استاندارد ایزو (۲-۷۸۱۶) ، ۸ کنتاکت را تعریف می کند، ولی در واقع فقط ۶ کنتاکت از ۸ کنتاکت برای ارتباط با دنیای خارج به کار گرفته می شوند. . کارت های بدون تماس ممکن است دارای باتری باشند خصوصا در نوع super smart cards که دارای صفحه کلید مجتمع و صفحه نمایش LCD می باشند. به طور کلی نیروی عامل برای کارت های بدون تماس الکترونیکی بوسیله حلقه ی القایی که از پرتوی الکترومغناطیسی فرکانس پایین استفاده می کند ، تامین می شود به همین شکل سیگنال ارتباطی مخابره می شود و یا می توان از کوپلینگ خازنی و یا حتی ارتباط بصری استفاده کرد .

 کارت های تماسی بخاطر استفاده گسترده از آن ها به عنوان یک کارت پیش پرداخت تلفنی در فرانسه و در اکثر کشورهای اروپایی رایج ترین ICC موجود بودند . بیشتر کارت های تماسی شامل یک مدار مجتمع ساده می باشند ، گرچه در بعضی از تجربه های آزمایشی از دو تراشه استفاده می شود . تراشه به تنهایی میان سازندگان مختلف ، برای کاربردهای مختلف دارای انواع نسبتا زیادی است .

 وظیفه ی  Vcc تامین ولتاژ مورد نیاز برای به کار انداختن تراشه است که در گذشته Vcc معمولا ۵ ولت بود ولی امروزه تراشه ها با یک ولتاژ ۳ ولتی شروع به کار می کنند که این ولتاژ کمتر بواسطه پیشرفت هایی است که در تکنولوژی نیمه هادی ها بدست آمده است . Vss ولتاژ زمین مورد نیاز در برابر ولتاژ Vcc است. reset خط سیگنالی است که برای راه انداختن وضعیت مدار مجتمع بعد از روشن شدن به کار میرود . سیگنال ساعت[۵] به عنوان، ولت محرک منطق مدار مجتمع به کار می رود و همینطور در نقش رابط ارتباط سری ظاهر میشود . دو سرعت متداول برای ساعت ۴٫۹۲ MHz , 3.57 MHz است . در گذشته سرعت کمتر در اروپا رایج تر بوده است ولی امروزه تا اندازه ی زیادی محبوبیت خود را از دست داده است .

ممکن است این سوال پیش آید که چرا این فرکانس های نا آشنا انتخاب شده اند و چرا فرکانس سرراست ۵ MHZ انتخاب نشده است . از هر دوی این فرکانس ها به عنوان فرکانس حاصل فرعی رنگی[۶] در دنیای تلویزیون استفاده می شود . سیستم PAL برای فرمان دادن از فرکانس ۴٫۹۲ MHZ استفاده می کند . در حالیکه فرکانس ۳٫۵۷ MHZ بوسیله استاندارد NTSC آمریکا مورد استفاده قرار می گیرد .

کنتاکتور Vpp برای سیگنال ولتاژ بالا مورد نیاز که برای برنامه ریزی حافظه EPROM ضروری است به کار میرود . کنتاکتور IO خط سیگنالی است که بوسیله آن تراشه دستورات را دریافت و اطلاعات را با دنیای خارج مبادله می کند .

نخستین موارد استفاده از کارت های IC برای ذخیره ی اطلاعات قابل حمل و بازیابی آن ها بوده است . از این رو اجزای اصلی یک IC ماژول های حافظه هستند . لیست زیر انواع رایج تر حافظه را ارائه می کند .

– حافظه فقط خواندنی ROM

– حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی P ROM

– حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی و قابل پاک کردن EPROM

– حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی و قابل پاک کردن الکتریکی EEPROM

– حافظه با دستیابی تصادفی RAM

یک تراشه خاص ممکن است دارای یک یا تعداد بیشتری از انواع حافظه باشد . این حافظه ها هر یک دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند . ROM نوعی از حافظه است که پس از ساخت بوسیله شرکت سازنده ، دیگر قابل تغییر نیست. این نوع حافظه قیمت پایینی دارد به این خاطر که حداقل فضا را در لایه ی سیلیکون اشغال کرده است .

مشکل اصلی ROM ، طولانی بودن فرآیند تولید آن و نیز تغییری ناپذیری پس از ساخت است . با توجه به این مشکلات و نیز میزان اندک سفارشات قیمت آن ها در مقایسه با دیگر حافظه ها بسیار پایین است .

حافظه ی P ROM بواسطه لنیکهای ذوب شونده ، بوسیله کاربر قابل برنامه ریزی است . اما برای عملیات برنامه ریزی نیاز به جریان ولتاژ بالا است و از چنین وسایلی معمولا در کارت های مدار مجتمع استفاده نمی شود .

EPROM ها در گذشته به طور گسترده مورد استفاده قرار می گرفتند اما چنین اسمی برای این کاربردها مناسب نبود . با وجود اینکه این حافظه بوسیله اشعه ماوراء بنفش قابل پاک شدن است در ICC دریچه کوارتنز لازم هیچ وقت در دسترس نیست حافظه یک بار قابل برنامه ریزی است از این رو به آنها OTP که مخفف  one  time  programmable است نیز می گویند .

تحویل اساسی در EEPROM ها صورت گرفت. این حافظه توسط کاربر قابل پاک شدن بود و همینطور دفعات زیادی قابل نوشتن بود ( بین ۱۰۰۰۰ تا ۰۰۰,۰۰۰,۱ مرتبه در کاربردهای معمولی )  .

تمام حافظه هایی که تا کنون توصیف شدند غیر فرار بودند به عبارت دیگر هنگامی که ارتباط با منبع تجزیه از بین برود ، آنها محتویات خود را حفظ می کنند. در حافظه های RAM شرایط به گونه ای دیگر است . RAM یک نوع حافظه فرار است و به محض اینکه منبع نیروی لازم را تامین نکند ، اطلاعات از بین می روند. در فصل های بعدی به بررسی جزء به جزء هر یک از این حافظه ها می پردازیم .

برای ادامه بیشتر این بحث باید توجه داشته باشیم که حداکثر قیمت یک IC به میزان سیلیکون به  کار رفته در آن بستگی دارد. کانکتور ایزو به شکلی طراحی می شود تا قطعات مستطیلی سیلیکون ابعادی به اندازه ۲۵ میلیمتر مربع داشته باشند.( گر چه امکان استفاده از ابعاد ۳۵ میلیمتر مربع یا بیشتر نیز وجود دارد ) نکته حائز اهمیت مربوط به قابلیت اطمینان در برابر خطرات ناشی از شکستگی های مکانیکی است که در ابعاد بزرگتر ، بیشتر رخ می دهد. واضح است که به هرحال باید تلاش شود که حجم تراشه را کاهش داده تا هم از لحاظ قیمت و هم از لحاظ حجم متناسب با کاربرد خاص مورد نظر باشد.

گرچه کارت معمولی نیاز به یک حافظه EEPROM  (۱۲۸ B تا ۵۱۲B) و منطق کنترل حافظه دارد ، برای کاربرد های پیچیده- تر وجود CPU , RAM , EEPROM, ROM برای انجام عملیات لازم و ضروری است. در واقع به کاربردن CPU یا ریزپدازنده است که منجر به استفاده از واژه «smart» می شود.

در منطق کنترل باید توجه شود که از این کارت ها هم درارتباطات مخابراتی و هم برای ایجاد روش هایی در جهت حفاظت از حافظه در برابر اعمال خلافکارانه استفاده می شود.

شاید ICC در واقع همان آرزوی دیرینه انسان ها بوده است که بر خلاف اکثر ذخیره کننده های الکترونیکی و ابزار پردازش در آنها مقوله امنیت لحاظ شده است. بنابراین امروزه ما می توانیم میان انواع مختلف ICC از لحاظ حجم ( انباره ) وامنیت تفاوت قائل شویم.

o فقط حافظه

o حافظه با منطق امنیت

o حافظه با CPU

از منطق امنیت می توان برای کنترل دسترسی به حافظه استفاده کرد. این دسترسی به حافظه را می توان بوسیله کد دسترسی که معمولاً کد بزرگی هم هست انجام داد ( ۶۴ بیت یا بیشتر ). واضح است که استفاده از حافظه EEPROM  باید به شکل سختگیرانه ای مورد کنترل قرار بگیرد. به این دلیل که افراد شیاد می توانند سودهای هنگفتی را با استفاده بدون مجوز از حافظه به جیب بزنند. در فصل های آتی در مورد مقوله امنیت به بحث بیشتری می پردازیم .

در دنیای کارت های هوشمند واژه «کاربرد»^۱ به طور گسترده ای در توصیف نرم افزارها یا برنامه هایی که توسط IC انجام می شود به کار می رود. در ساده ترین شکل ، یک کاربرد ، مدیریت یک فایل برای سازماندهی اطلاعات ذخیره شده یا دریافتی است. چنین کاربردی به طور کامل در منطق یک تراشه انجام می شود. به همین نحو یک تراشه باید دارای منطق ارتباط باشد که بوسیله آن دستورات توسط دستگاه پذیرنده کارت پذیرفته شوند و بواسطه آن اطلاعات کاربردی را دریافت و انتقال می دهد.

این ICC که دارای یک CPU می باشد، می تواند کاربردهای پیچیده ای را انجام داده و حتی کاربردهای چند گانه را نیز انجام دهد، زیرا CPU توانایی پردازش اطلاعات و تصمیم گیری روی عملیات مختلفی که ممکن است توسط کاربرد درخواست شده را دارد .

۱٫۱) یک کارت IC چگونه ساخته می شود؟ ( How the IC card is made )

طراحی و ساخت یک کارت هوشمند شامل عملیات متعددی است که در آن ها چگونگی تعبیه و جاسازی تراشه بر روی کارت پلاستیکی در کیفیت محصول نهایی بسیار کلیدی است. عملیات تعبیه به ساختمان کارت بستگی دارد و کل عملیات به خصوصیات و نیازهای کاربرد بستگی دارد. برای ویژگی های مشخص باید به صورت مجزا تراشه ، کارت ، نرم افزار مربوط به ROM و نرم افزار کاربرد را تجهیز کرد.نرم افزار ROM  توسط فروشنده نیمه هادی که تراشه را می سازد تهیه میشود. سازنده کارت، تراشه را روی کارت پلاستیکی قرار می دهد. پر واضح است که سازنده باید اطلاعات شخصی شده و نرم افزار کاربردی را بار گذاری کند. امنیت یکی از جنبه های اصلی در فرایند ساخت کار هوشمند و درتولید نهایی حیاتی است. به همین دلیل در ادامه و در فصل مقرر به بررسی جداگانه این مقوله می پردازیم شکل زیر مراحل ساخت یک کارت هوشمند را نشان می دهد

فهرست مطالب

دیباچه    ۱
فصل اول: مقدمه ای بر کارتهای هوشمند   ۳
۱٫۱      چگونه کارت IC  ساخته می شود؟   ۱۰
۲٫۱      خصوصیات تراشه    ۱۲
۳٫۱      خصوصیات کارت   ۱۳
۴٫۱      خصوصیات MASK ROM   ۱۵
۵٫۱      خصوصیات نرم افزار کاربردی   ۱۵
۶٫۱      تولید تراشه    ۱۶
۷٫۱      بارگذاری کاربرد    ۱۹
۸٫۱      شخصی کردن کارت    ۲۰
۹٫۱      فعال سازی کاربرد    ۲۰
۱۰٫۱     خصوصیات فیزیکی کارت تماسی    ۲۰
۱۱٫۱     کارتهای هوشمند و تکنولوژی های مرتبط    ۳۱
۱۲٫۱     انواع مختلف کارتهای دارای تراشه    ۳۵
۱۳٫۱     تراشه ریزپردازنده ایمن    ۴۰
۱۴٫۱    وسایل READ/WRITE  کارتهای هوشمند    ۴۵
۱۵٫۱    رابطهای کارتهای هوشمند: (تماسی و بدون تماس )    ۴۹
۱۶٫۱    تکنولوژی های چندگانه و کارتهای چندرابطی    ۵۵
۱۷٫۱   کارتهای چندکاربردی    ۵۹
فصل دوم: اجزاء و مولفه های یک سیستم کارتی هوشمند    ۶۴
۱٫۲    کارتها    ۶۴
۲٫۲    سیستم مرکزی مدیریت کارت      ۶۵
۳٫۲    نرم افزار و تجهیزات کاربردی کارتهای هوشمند    ۶۵
۴٫۲    ریدر کارت    ۶۷
۵٫۲    رابط های برای ارتباط با پایگاه داده قبلی    ۶۷
فصل سوم: ساختار مدیریت چرخه دوام کارت    ۶۸
۱٫۳    خریداری کارت ها    ۶۸
۲٫۳    ارزش دهی اولیه ی کارت ها    ۶۹
۳٫۳    شخصی کردن کارت ها    ۶۹
۴٫۳    صدور کارت ها    ۷۱
۵٫۳    جایگزینی کارت ها    ۷۲
۶٫۳    بلاک کردن یا خارج کردن کارت از بلاک     ۷۳
۷٫۳       بازنشاندن PIN    ۷۴
۸٫۳    مدیریت  Certificate    ۷۵
۹٫۳    مدیریت کلید    ۷۶
۱۰٫۳   مدیریت پایگاه داده ی دارنده کارت    ۷۸
۱۱٫۳   کنترل موجودی کارت    ۷۹
۱۲٫۳    ارایه ی خدمات به دارندگان کارت ها     ۸۰
فصل چهارم: امکانات کارت هوشمند برای استفاده در آژانس ها    ۸۲
۱٫۴     شناسایی    ۸۴
۲٫۴    کارت های هوشمند وامنیت ساختمانها:کنترل فیزیکی دسترسی    ۸۵
۳٫۴     کارت های هوشمند و امنیت IT: کنترل منطقی دسترسی    ۸۶
۴٫۴     امضاء دیجیتال    ۸۸
۵٫۴     بیومتریک ها و کارت های هوشمند    ۹۱
۶٫۴     سیستم های بیومتریکی    ۱۰۱
۷٫۴     استفاده از بیومتریک ها در کارت های هوشمند    ۱۰۱
۸٫۴     استفاده تجاری    ۱۰۳
۹٫۴     مزایای تکنولوژی بیومتریکی    ۱۰۳
۱۰٫۴    خطرات احتمالی تکنولوژی بیومتریکی    ۱۰۴
۱۱٫۴    نگرانی های شخصی، فرهنگی و مذهبی   ۱۰۵
۱۲٫۴    رهنمودهای انتخاب یک بیومتریک مناسب    ۱۰۶
فصل پنجم: مزایای بکار گیری یک سیستم کارت هوشمند    ۱۰۸
۱٫۵    چرا یک سیستم کارت هوشمند بکار گرفته می شود؟    ۱۱۰
۲٫۵    مزیت های نسبی کارت های هوشمند در مقایسه با تکنولوژی های دیگر     ۱۱۴
منابع و مآخذ    ۱۱۹