智能CPU卡的芯片结构

S50非接触式IC卡性能简介（M1）一、主要指标●容量为8K位EEPROM●分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位●每个扇区有独立的一组密码及访问控制●每张卡有唯一序列号，为32位●具有防冲突机制，支持多卡操作●无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路●数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次●工作温度：-20℃~50℃(湿度为90%)●工作频率：13.56MHZ●通信速率：106 KBPS●读写距离：10 cm以内（与读写器有关）二、存储结构1、M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示：数据块0数据块 1数据块 2控制块 3数据块 4数据块 5数据块 6控制块7数据块60数据块61数据块62控制块632、第0扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。

3、每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。

数据块可作两种应用：★用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。

★用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。

4、每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。

具体结构如下：密码A（6字节）存取控制（4字节）密码B（6字节）5、每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。

存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：块0：C10 C20 C30块1：C11 C21 C31块2：C12 C22 C32块3：C13 C23 C33三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEY A，进行加值操作必须验证KEY B，等等）。

三个控制位在存取控制字节中的位置，以块0为例：对块0的控制：字节7字节8字节9( 注：C10_b表示C10取反)存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示：字节6字节7字节8字节9( 注：_b表示取反)6、数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：（KeyA|B 表示密码A或密码B，Never表示任何条件下不能实现）例如：当块0的存取控制位C10 C20 C30=1 0 0时，验证密码A或密码B正确后可读；验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。

1. Smart COS简介CPU卡操作系统简称COS，它是伴随着集成电路卡从简单的EEPROM 发展到带微处理器的智能卡而应运产生的。

随着CPU卡应用的日益广泛，作为国内制卡行业和读写机具开发生产企业的先锋，深圳市明华澳汉科技有限公司于1999年6月成功地开发出符合《中国金融集成电路（IC）卡规范》、ISO/IEC7816标准的且拥有自主版权的CPU卡操作系统Smar t COS。

在金融领域，它可作为现金卡、信用卡等银行卡使用；在社保、工商、税务、证券等各种付费行业可作为用户卡使用；在电子商务网络系统中，可做为交易双方的身份识别。

Smart COS具有如下特点：1)符合《中国金融集成电路（IC）卡规范》、《中国金融集成电路（IC）卡应用规范》2)支持ISO-7816 T=0 通讯协议。

3)文件系统支持二进制文件、定长记录文件、变长记录文件、循环定长记录文件。

4)支持电子钱包、电子存折功能。

5)支持Single DES、Triple DES等加密算法，并支持用户特有的安全加密算法的下载。

6)支持线路加密、线路认证功能，防止通信数据被非法窃取或篡改。

7)可用作安全保密模块，使用过程密钥实现加密、解密。

8)支持多种容量选择,可选择2K、4K、8K、16K字节的EEPROM空间。

9)安全机制使用状态机，并支持PIN检验、CPU卡和终端的双向认证、数据加密、解密、MAC验证。

10)满足个别需求，可根据特殊行业的特殊用户的需求定制。

2．Smart COS功能模块CPU卡也称智能卡，它的核心就是芯片操作系统，外界对卡发布的所有命令都需要通过操作系统才能对CPU卡起作用。

COS的主要功能是控制智能卡和外界的信息交换，管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。

一般来讲，接口设备与卡之间的命令处理过程可分为四个功能模块：即传输管理器、安全管理器、应用管理器和文件管理器，如图1所示。

传输管理对于COS而言，通讯层是接收和发送数据的通道，负责终端和卡片之间的数据传输。

IC卡基础知识一、IC卡概念IC卡又叫智能卡(SmartCard)，一般用于指一张给定大小的塑料卡片，上面封装了集成电路芯片，用于存储和处理数据。

图1 IC卡外形我们常用的智能卡大致分四种：存储卡、加密存储卡、CPU卡，实际上，只有具备了微处理器的IC卡，才是智能卡，但是人们习惯上吧IC卡统称为智能卡。

智能卡包括三个部分：塑料基片（有或没有磁条）、接触面、集成电路1.半导体厂家将大的硅片切成小块，一个六英寸直径的硅片可以造出上千个芯片。

2.对小硅片进行光刻以产生必要的电路，并将她封装在黑色的集成电路模块中。

3.将集成电路的输入输出端连结到大的接触面上，便于今后读写器的操作。

4.最后，把造好的模块嵌入到卡上。

图2构造示意图二、IC卡分类智能卡属于半导体卡。

半导体卡片采用微电子技术进行信息的存储、处理。

按照其组成结构，智能卡可以分为一般存储卡、加密存储卡、CPU卡和超级智能卡：1、存储器卡（MemoryCard）其内嵌芯片相当于普通串行E2PROM存储器，这类卡信息存储方便，使用简单，价格便宜，很多场合可替代磁卡，但由于其本身不具备信息保密功能，因此，只能用于保密性要求不高的应用场合。

2、逻辑加密卡（SecurityCard）加密存储器卡内嵌芯片在存储区外增加了控制逻辑，在访问存储区之前需要核对密码，只有密码正确，才能进行存取操作，这类信息保密性较好，使用与普通存储器卡相类似。

芯片结构如下：图3 带有安全逻辑的IC卡用存储器芯片3、CPU卡（SmartCard）CPU卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机，内部除了带有控制器，存储器，时序控制逻辑等外，还带有算法单元和操作系统，由于CPU卡有存储容量大，处理能力强，信息存储安全等特性。

因此，广泛用于信息安全性要求特别高的场合。

芯片结构如下：图4 带有加密运算及安全逻辑的IC卡用微控制器芯片4、超级智能卡在卡上具有MPU和存储器并装有健盘、液晶显示器和电源，有的卡上还具有指纹识别装置等。

芯片卡结构芯片卡是一种具有内嵌芯片的智能卡，其结构包括物理结构和逻辑结构两部分。

物理结构：芯片卡的物理结构主要由塑料卡体、IC芯片和触点组成。

塑料卡体是芯片卡的外壳，通常采用PVC材料，具有良好的耐磨、耐刮、耐腐蚀等特性。

塑料卡体中通常嵌入有一个IC芯片，这个芯片是芯片卡的核心部件，负责存储和处理数据。

IC芯片内部包括CPU、存储器和接口电路等功能部件。

芯片卡上还设有金属触点，用于与读卡器进行数据传输。

逻辑结构：芯片卡的逻辑结构是指芯片中存储和处理数据的方式。

通常采用层次式的逻辑结构。

层次结构一般分为物理接口层、传输层、应用层和安全层。

物理接口层是芯片卡与读卡器之间的接口层，包括电气连接、传输速率等规范。

这一层主要负责物理连接的建立和数据的传输。

传输层是IC芯片内部的逻辑结构层，主要负责数据的传输和处理。

其中包括数据的读取、写入和传输控制等功能。

应用层是芯片卡的应用程序层，负责存储和处理用户的各种应用数据，如个人信息、金融数据、健康档案等。

应用层可以根据用户需求进行个性化定制，因此芯片卡可应用于不同领域的应用。

安全层是芯片卡的安全保护层，主要用于保护数据的安全性。

这一层可以采用密码、加密和防护等技术手段，确保数据在传输和存储过程中不被非法获取和篡改。

芯片卡结构的特点：1. 安全性高：芯片卡采用了多种安全技术，包括加密、防篡改、防复制等，确保数据的安全性和可靠性。

2. 存储容量大：芯片卡内部的IC芯片具有较大的存储容量，可以存储大量的数据，适用于各种应用场景。

3. 多种应用：芯片卡可以根据用户需求进行个性化定制，可以应用于多个领域，如金融、通信、医疗等。

4. 可重复使用：芯片卡可以多次读写，支持数据的更新和修改，提高了使用寿命和利用率。

5. 便捷性：芯片卡外形小巧，携带方便，可以随身携带，随时使用。

总之，芯片卡结构包括物理结构和逻辑结构两部分。

物理结构主要由塑料卡体、IC芯片和触点组成，而逻辑结构是芯片卡内部数据的存储和处理方式。

1. SIM卡的结构和类型SIM卡是带有微处理器的智能芯片卡，它的构成是以下几个模块：--- CPU--- 程序存储器(ROM)--- 工作存储器(RAM)--- 数据存储器(EPROM或E2PROM)--- 串行通信单元这五个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁。

因为，芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索。

在实际使用中有两种功能相同而形式不同的SIM卡：(a) 卡片式(俗称大卡)SIM卡，这种形式的SIM卡符合有关IC卡的ISO…7816标准，类似IC卡。

(b) 嵌入式(俗称小卡)SIM卡，其大小只有25mm×15mm，是半永久性地装入到移动台设备中的卡。

两种卡外装都有防水、耐磨、抗静电、接触可靠和精度高的特点。

2．SIM卡的软件特性SIM卡采用新的单片机及存储器管理结构，因此处理功能大大增强。

SIM卡中存有三类数据信息：(1) 与持卡者相关的信息以及SIM卡将来准备提供的所有业务信息，这种类型的数据存储在根目录下。

(2) GSM应用中特有的信息，这种类型的数据存储在GSM目录下。

(3) GSM应用所使用的信息，此信息可与其它电信应用或业务共享，位于电信目录下。

3．SIM卡中的保密算法及密钥SIM卡中最敏感的数据是保密算法A3、A8算法、密约Ki、PIN、PUK和Kc。

A3、A8算法是在生产SIM卡的同时写入的，一般人都无法读A3、A8算法；HN码可由客户在手机上自己设定；PUK码由运营者持有；Kc是在加密过程中由Ki导出；Ki需要根据客户的IMSI和写卡时用的母钥(Kki)，由运营部门提供的一种高级算法DES，即Ki＝DES(IMSI，Kki)，经写卡机产生并写入SIM卡中，同时要将IMSI、Ki这一对数据送入GSM网路单元AUC鉴权中心。

如何保证Ki在传送过程中安全保密是一件非常重要的事情。

Ki在写卡时生成，同时加密，然后进入HLR／AUC后再解密，那么连写卡和HLR／AUC的操作人员也不知道Ki的真实数据。

cpu卡工作原理CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心部件，负责执行计算机程序中的指令并进行数据处理。

它可以被视为计算机的大脑，决定了计算机的运行速度和性能。

那么，CPU卡是如何工作的呢？我们需要了解CPU的基本组成。

一个典型的CPU由控制单元、算术逻辑单元（ALU）和寄存器组成。

控制单元负责指令的解码和执行，它从内存中读取指令并将其转化为可以被执行的微操作。

ALU 负责进行算术和逻辑运算，如加法、减法和逻辑与、或运算。

寄存器则用来存储临时数据和地址信息。

CPU卡是一种将CPU集成在一张卡片上的设备，它通常用于嵌入式系统或特定应用场景下的计算设备。

与传统的CPU相比，CPU 卡具有体积小、功耗低、散热效果好等优势。

它一般采用BGA封装技术，将CPU芯片与卡片上的其他元件进行焊接，以实现整体集成和紧凑的设计。

CPU卡的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 供电和初始化：当CPU卡插入设备中时，系统会为其提供电源供应。

在供电的同时，CPU卡会进行一系列的初始化操作，包括检测系统硬件环境、加载固件和初始化寄存器等。

2. 指令解码和执行：CPU卡从内存中读取指令，并将其解码为微操作。

控制单元根据解码后的指令类型，将相应的微操作发送到ALU 或其他功能单元执行。

这些微操作可以包括算术运算、逻辑运算、数据传输等。

3. 数据处理和存储：ALU负责执行指令中的算术和逻辑运算。

它从寄存器中读取操作数，并将运算结果存储到指定的寄存器或内存位置。

寄存器在这一过程中起到了临时存储数据和地址信息的作用。

4. 中断处理：CPU卡能够响应外部中断信号，如硬件故障、输入/输出请求等。

当发生中断时，CPU会保存当前的执行状态，并跳转到中断处理程序进行相应的处理。

处理完成后，CPU会恢复到原来的执行状态继续执行。

5. 时钟同步：CPU卡通过时钟信号来同步各个部件的工作。

时钟信号会以固定的频率发出，用于控制指令的执行速度。

IC卡工作原理引言概述：IC卡（Integrated Circuit Card）是一种用于存储和处理数据的智能卡片。

它采用集成电路技术，具有高度的安全性和可靠性，广泛应用于各个领域，如金融、交通、通信等。

本文将详细介绍IC卡的工作原理。

一、物理结构1.1 IC芯片：IC卡的核心是集成电路芯片，它是由微型电子元件、导线和绝缘层构成的。

芯片内部包含中央处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入输出接口等功能单元。

1.2 外部接触面：IC卡上有金属接触片，用于与读卡器建立物理连接。

这些接触片通常是金属触点或者金属插针，用于传输数据和电源供应。

1.3 卡片外壳：IC卡的外壳通常由塑料或者金属材料制成，用于保护芯片和接触片，并提供机械支撑。

二、通信协议2.1 ISO 7816标准：IC卡与读卡器之间的通信遵循ISO 7816标准。

该标准定义了物理接口、电气特性和通信协议等方面的规范，确保了IC卡的互操作性。

2.2 APDU命令：IC卡通过应用协议数据单元（Application Protocol Data Unit，APDU）进行与读卡器的通信。

APDU命令包括指令类型、数据域和校验位等信息，用于读取、写入和处理卡片上的数据。

2.3 T=0和T=1协议：IC卡通信协议主要有T=0和T=1两种类型。

T=0协议是基于字节的协议，每一个字节都需要进行传输确认；T=1协议是基于块的协议，可以一次传输多个字节，具有更高的传输效率。

三、工作流程3.1 复位：当IC卡与读卡器建立物理连接时，读卡器会发送复位命令，使芯片进入初始状态。

IC卡接收到复位命令后，会进行内部初始化操作，准备接收后续的指令。

3.2 执行指令：IC卡根据读卡器发送的APDU命令执行相应的操作，如读取存储器中的数据、进行算术运算等。

芯片内部的中央处理器负责解析和执行指令，并返回执行结果。

3.3 安全认证：为了确保数据的安全性，IC卡通常会进行安全认证。