CN103345610B - 快速验证智能卡数据完整性的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速验证智能卡数据完整性的设备及方法，涉及智能卡领域，该方法为：电脑通过指令收发模块发送APDU指令，由I/O模块传递给智能卡，指令发送完成，电流采样模块根据预先设置的参数开始采样，并经由电流比较模块进行比较，监测智能卡电源引脚上的电流变化，当监测到有效电流变化时，就知道智能卡正在写存储器，如果未达到预设的断电条件，则持续进行采样，如果达到预设的断电条件，则通知电源模块给智能卡的电源引脚进行断电，然后重新上电，读出卡内的数据，检查是否完整。本发明能够准确地检测到智能卡写存储器的时机，及时给智能卡的电源引脚断电，从而快速验证智能卡的数据完整性保护功能是否正确。
Description
技术领域
本发明涉及智能卡领域，特别是涉及一种快速验证智能卡数据完整性的设备及方法。
背景技术
智能卡用途越来越广泛，主要用途分4大类：身份识别、支付工具、加密解密、信息传递，在这些用途中都涉及到数据交换和存储，因此智能卡内数据的完整性显得格外重要，在产品发行之前必须做好数据完整性测试。对智能卡而言，与外界交互的是APDU（ApplicationProtocol Data Unit，应用协议数据单元）指令流，根据应用的复杂程度，涉及到更新存储数据的APDU指令流的多少会不同，为确保数据完整性，就必须覆盖所有相关的APDU指令。智能卡数据完整性保护测试的目的，就是为了验证智能卡在更新存储器数据时碰到异常断电，是否能保证存储器里面的值不会出现既不是新值又不是旧值的情况。测试工具一般是设计专用的读卡器，例如在智能卡执行写存储器指令时，读卡器停止对智能卡电源引脚供电，然后重新上电，将存储器的内容读出来检验是否正常。
读卡器的设计难点在于读卡器不知道智能卡执行APDU指令过程中的哪个时间段在更新存储器内容，无法准确地在这个时间段内断电，常用的方法是循环给智能卡发APDU指令，对APDU指令执行的各个时间段做断电测试，这个时间段是一个确定的步长值，如果步长值太大，有可能刚好跳过更新存储器的处理时间；如果步长值太小，则需要耗费大量时间完成一条APDU指令的测试，以确保能捕捉到更新存储器的处理过程。在智能卡上执行APDU指令时，通常只有不到整个指令执行时间的10%是在更新存储器，剩余90%的时间做断电是没有意义的，因此上述方法的最大缺陷是测试时间很长，并且大部分的断电都是没有意义的，测试效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种快速验证智能卡数据完整性的设备及方法，能够准确地检测到智能卡写存储器的时机，及时给智能卡的电源引脚断电，从而快速验证智能卡的数据完整性保护功能是否正确。
本发明提供的快速验证智能卡数据完整性的设备，包括指令收发模块、参数设置模块、输入输出I/O模块、电流采样模块、电流比较模块和电源模块，参数设置模块分别与指令收发模块、电流采样模块、电流比较模块相连，I/O模块分别与指令收发模块、电流采样模块相连，电源模块分别与电流采样模块、电流比较模块相连，其中：
指令收发模块，用于：接收电脑发来的指令，指令中定义专用的字段来区分是发给智能卡的APDU指令还是参数设置指令，向电脑返回响应数据，并将参数设置指令转发到参数设置模块，将发送给智能卡的APDU指令转发到I/O模块；
参数设置模块，用于：保存并处理指令收发模块发来的参数设置指令；智能卡写存储器时，功耗变大，电源引脚上的电流也变大，将智能卡写存储器时的电流变化称为有效电流变化，参数设置模块针对不同类型智能卡的存储特性，根据参数设置指令设置电流采样周期和有效电流变化范围，将电流采样周期发送到电流采样模块，将有效电流变化范围发送到电流比较模块；
I/O模块，用于：使用ISO7816-3的智能卡通信协议给智能卡发送APDU指令，接收智能卡返回的数据；I/O模块在发送完APDU指令后，发送采样控制信号到电流采样模块，通知电流采样模块开始采样；
电流采样模块，用于：收到I/O模块发来的采样控制信号时，按照参数设置模块发来的电流采样周期，周期性采集智能卡的电源引脚上的电流，并输出前后两次采样的电流值至电流比较模块；
电流比较模块，用于：比较电流采样模块输入的两个电流值，根据按照参数设置模块发来的有效电流变化范围，判断两个电流值的变化是否满足智能卡写存储器的电流变化特点：增大的电流值是否在有效电流变化范围内，即是否达到预设的断电条件，如果未达到预设的断电条件，则通知电流采样模块持续进行采样；如果达到预设的断电条件，即两个电流值的变化满足智能卡写存储器的电流变化特点时，电流比较模块发送断电控制信号到电源模块；
电源模块，用于：给智能卡的电源引脚供电；收到电流比较模块发来的断电控制信号时，给智能卡的电源引脚断电。
在上述技术方案的基础上，所述设备还按照ISO7816-3规范提供用于连接外部智能卡的I/O引脚、复位RST引脚、时钟CLK引脚、电源VCC引脚和地GND引脚。
在上述技术方案的基础上，所述I/O模块通过I/O引脚与外部的智能卡相连。
在上述技术方案的基础上，所述电源模块通过VCC引脚与智能卡的电源引脚相连。
在上述技术方案的基础上，所述指令收发模块通过有线方式与外部的电脑相连。
在上述技术方案的基础上，所述指令收发模块通过通用串行总线USB、串口或并口方式与外部的电脑相连。
在上述技术方案的基础上，所述设备还包括无线收发模块，指令收发模块通过无线收发模块与外部的电脑相连。
在上述技术方案的基础上，所述指令收发模块通过无线收发模块采用蓝牙、2.4G或红外方式与外部的电脑相连。
本发明还提供一种基于上述设备的快速验证智能卡数据完整性的方法，包括以下步骤：
A、指令收发模块接收电脑发来的指令，指令中定义专用的字段来区分是发给智能卡的APDU指令还是参数设置指令，指令收发模块向电脑返回响应数据，并将参数设置指令转发到参数设置模块，将发送给智能卡的APDU指令转发到I/O模块；参数设置模块保存并处理指令收发模块发来的参数设置指令；智能卡写存储器时，功耗变大，电源引脚上的电流也变大，将智能卡写存储器时的电流变化称为有效电流变化，参数设置模块针对不同类型智能卡的存储特性，根据参数设置指令设置电流采样周期和有效电流变化范围，将电流采样周期发送到电流采样模块，将有效电流变化范围发送到电流比较模块；
B、I/O模块使用ISO7816-3的智能卡通信协议给智能卡发送APDU指令，接收智能卡返回的数据；I/O模块在发送完APDU指令后，发送采样控制信号到电流采样模块，通知电流采样模块开始采样；电流采样模块收到I/O模块发来的采样控制信号时，按照参数设置模块发来的电流采样周期，周期性采集智能卡的电源引脚上的电流，并输出前后两次采样的电流值至电流比较模块；
C、电流比较模块比较电流采样模块输入的两个电流值，根据参数设置模块发来的有效电流变化范围，判断两个电流值的变化是否满足智能卡写存储器的电流变化特点：增大的电流值是否在有效电流变化范围内，即是否达到预设的断电条件，如果未达到预设的断电条件，则通知电流采样模块持续进行采样，如果达到预设的断电条件，即两个电流值的变化满足智能卡写存储器的电流变化特点时，则通知电源模块给智能卡的电源引脚进行断电，然后重新上电，读出卡内的数据，检查是否完整。
在上述技术方案的基础上，所述I/O模块在t1时刻发送完APDU指令，智能卡开始处理指令，t2时刻智能卡开始写存储器，t2到t3是电流的上升沿时间，t3到t4是智能卡写存储器时间，t4到t5是结束写存储器后的电流下降沿时间，i1是智能卡开始写存储器之前电源引脚上的电流，i2是智能卡正在写存储器时的电流，t3-t2=Δt1，t4-t3=Δt2，i1-i2=Δi，Δi是有效电流变化，根据智能卡的物理特性，Δt1远小于Δt2。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明根据智能卡写存储器时功耗变大、电源引脚上电流变大的特点，设备给智能卡发APDU指令时，能够准确地检测到智能卡写存储器的时机，及时给智能卡的电源引脚断电，从而快速验证智能卡的数据完整性保护功能是否正确。
附图说明
图1是本发明实施例中快速验证智能卡数据完整性的设备的结构框图。
图2是本发明实施例中智能卡上电后电流变化的时序图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种快速验证智能卡数据完整性的设备，包括指令收发模块、参数设置模块、I/O（Input/Output，输入输出）模块、电流采样模块、电流比较模块和电源模块，参数设置模块分别与指令收发模块、电流采样模块、电流比较模块相连，I/O模块分别与指令收发模块、电流采样模块相连，电源模块分别与电流采样模块、电流比较模块相连；该设备还按照ISO7816-3规范提供用于连接外部智能卡的I/O引脚、RST（复位）引脚、CLK（时钟）引脚、VCC（电源）引脚和GND（地）引脚，I/O模块通过I/O引脚与外部的智能卡相连，电源模块通过VCC引脚与智能卡的电源引脚相连；指令收发模块通过USB（Universal Serial BUS，通用串行总线）、串口、并口等有线方式与外部的电脑相连；该设备还可以包括无线收发模块，指令收发模块通过无线收发模块、采用蓝牙、2.4G、红外等射频无线连接方式与外部的电脑相连，其中：
指令收发模块，用于：接收电脑发来的指令，指令中定义专用的字段来区分是发给智能卡的APDU指令还是参数设置指令，向电脑返回响应数据，并将参数设置指令转发到参数设置模块，将发送给智能卡的APDU指令转发到I/O模块；
参数设置模块，用于：保存并处理指令收发模块发来的参数设置指令；智能卡写存储器时，功耗会变大，电源引脚上的电流也会变大，下文中，将智能卡写存储器时的电流变化称为有效电流变化，参数设置模块针对不同类型智能卡的存储特性，根据参数设置指令设置电流采样周期和有效电流变化范围，将电流采样周期发送到电流采样模块，将有效电流变化范围发送到电流比较模块；
I/O模块，用于：使用ISO7816-3的智能卡通信协议给智能卡发送APDU指令，接收智能卡返回的数据；在APDU指令的传输期间，智能卡不会写存储器，所以I/O模块在发送完APDU指令后，发送采样控制信号到电流采样模块，通知电流采样模块开始采样；
电流采样模块，用于：收到I/O模块发来的采样控制信号时，按照参数设置模块发来的电流采样周期，周期性采集智能卡的电源引脚上的电流，并输出前后两次采样的电流值至电流比较模块；
电流比较模块，用于：比较电流采样模块输入的两个电流值，根据按照参数设置模块发来的有效电流变化范围，判断两个电流值的变化是否满足智能卡写存储器的电流变化特点：增大的电流值是否在有效电流变化范围内，即是否达到预设的断电条件，如果未达到预设的断电条件，则通知电流采样模块持续进行采样；如果达到预设的断电条件，即两个电流值的变化满足智能卡写存储器的电流变化特点时，电流比较模块发送断电控制信号到电源模块；
电源模块，用于：给智能卡的电源引脚供电；收到电流比较模块发来的断电控制信号时，给智能卡的电源引脚断电。
基于上述设备，本发明实施例还提供一种快速验证智能卡数据完整性的方法，包括以下步骤：
A、指令收发模块接收电脑发来的指令，指令中定义专用的字段来区分是发给智能卡的APDU指令还是参数设置指令，指令收发模块向电脑返回响应数据，并将参数设置指令转发到参数设置模块，将发送给智能卡的APDU指令转发到I/O模块；参数设置模块保存并处理指令收发模块发来的参数设置指令；智能卡写存储器时，功耗会变大，电源引脚上的电流也会变大，将智能卡写存储器时的电流变化称为有效电流变化，参数设置模块针对不同类型智能卡的存储特性，根据参数设置指令设置电流采样周期和有效电流变化范围，将电流采样周期发送到电流采样模块，将有效电流变化范围发送到电流比较模块；
B、I/O模块使用ISO7816-3的智能卡通信协议给智能卡发送APDU指令，接收智能卡返回的数据；在APDU指令的传输期间，智能卡不会写存储器，所以I/O模块在发送完APDU指令后，发送采样控制信号到电流采样模块，通知电流采样模块开始采样；电流采样模块收到I/O模块发来的采样控制信号时，按照参数设置模块发来的电流采样周期，周期性采集智能卡的电源引脚上的电流，并输出前后两次采样的电流值至电流比较模块；
C、电流比较模块比较电流采样模块输入的两个电流值，根据参数设置模块发来的有效电流变化范围，判断两个电流值的变化是否满足智能卡写存储器的电流变化特点：增大的电流值是否在有效电流变化范围内，即是否达到预设的断电条件，如果未达到预设的断电条件，则通知电流采样模块持续进行采样，如果达到预设的断电条件，即两个电流值的变化满足智能卡写存储器的电流变化特点时，则通知电源模块给智能卡的电源引脚进行断电，然后重新上电，读出卡内的数据，检查是否完整。
本发明实施例的工作原理如下：
本发明实施例中电脑通过指令收发模块发送APDU指令，由I/O模块传递给智能卡，指令发送完成，电流采样模块根据预先设置的参数开始采样，并经由电流比较模块进行比较，监测智能卡电源引脚上的电流变化，当监测到有效电流变化时，就知道智能卡正在写存储器，如果未达到预设的断电条件，则持续进行采样，如果达到预设的断电条件，则通知电源模块给智能卡的电源引脚进行断电，然后重新上电，读出卡内的数据，检查是否完整，从而可以快速验证智能卡数据在异常断电的情况下数据是否保持完整性。
参见图2所示，I/O模块在t1时刻发送完APDU指令，智能卡开始处理指令，t2时刻智能卡开始写存储器，t2到t3是电流的上升沿时间，t3到t4是智能卡写存储器时间，t4到t5是结束写存储器后的电流下降沿时间，i1是智能卡开始写存储器之前电源引脚上的电流，i2是智能卡正在写存储器时的电流，假设t3-t2=Δt1，t4-t3=Δt2，i1-i2=Δi，Δi也就是有效电流变化，根据智能卡的物理特性，Δt1远小于Δt2。
I/O模块在t1时刻发送完APDU指令后发出采样控制信号，通知电流采样模块开始周期采样，然后电流采样模块开始周期性的采样，采样周期来自于参数设置模块，电流采样模块不停的将第n次和n-1次（n为>1的整数）的采样结果输出给电流比较模块，电流比较模块将输入的两个电流值做减法，得到前后两次采样时的电流变化，判断电流变化是否为有效电流变化，有效电流变化的值同样来自于参数设置模块，如果判断为有效电流变化，就给电源模块发出断电控制信号，控制其给智能卡的电源引脚断电。
不同的智能卡，Δt1、Δt2和Δi会有所不同，使用时，用户根据待测试智能卡的特点，通过参数设置模块设置电流采样模块的采样周期和有效电流变化范围。
本发明实施例以典型的智能卡为例描述验证数据完整性的设备和方法，但其他封装形式的模块或安全单元的验证都可以转换为智能卡的验证方式，因此适用于其他形态的智能CPU芯片的验证。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型属在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：包括指令收发模块、参数设置模块、输入输出I/O模块、电流采样模块、电流比较模块和电源模块，参数设置模块分别与指令收发模块、电流采样模块、电流比较模块相连，I/O模块分别与指令收发模块、电流采样模块相连，电源模块分别与电流采样模块、电流比较模块相连，其中：
指令收发模块，用于：接收电脑发来的指令，指令中定义专用的字段来区分是发给智能卡的APDU指令还是参数设置指令，向电脑返回响应数据，并将参数设置指令转发到参数设置模块，将发送给智能卡的APDU指令转发到I/O模块；
参数设置模块，用于：保存并处理指令收发模块发来的参数设置指令；智能卡写存储器时，功耗变大，电源引脚上的电流也变大，将智能卡写存储器时的电流变化称为有效电流变化，参数设置模块针对不同类型智能卡的存储特性，根据参数设置指令设置电流采样周期和有效电流变化范围，将电流采样周期发送到电流采样模块，将有效电流变化范围发送到电流比较模块；
I/O模块，用于：使用ISO7816-3的智能卡通信协议给智能卡发送APDU指令，接收智能卡返回的数据；I/O模块在发送完APDU指令后，发送采样控制信号到电流采样模块，通知电流采样模块开始采样；
电流采样模块，用于：收到I/O模块发来的采样控制信号时，按照参数设置模块发来的电流采样周期，周期性采集智能卡的电源引脚上的电流，并输出前后两次采样的电流值至电流比较模块；
电流比较模块，用于：比较电流采样模块输入的两个电流值，根据按照参数设置模块发来的有效电流变化范围，判断两个电流值的变化是否满足智能卡写存储器的电流变化特点：将输入的两个电流值做减法，得到前后两次采样时的电流变化，判断电流变化是否在有效电流变化范围内，即是否达到预设的断电条件，如果未达到预设的断电条件，则通知电流采样模块持续进行采样；如果达到预设的断电条件，即两个电流值的变化满足智能卡写存储器的电流变化特点时，电流比较模块发送断电控制信号到电源模块；
电源模块，用于：给智能卡的电源引脚供电；收到电流比较模块发来的断电控制信号时，给智能卡的电源引脚断电。
2.如权利要求1所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述设备还按照ISO7816-3规范提供用于连接外部智能卡的I/O引脚、复位RST引脚、时钟CLK引脚、电源VCC引脚和地GND引脚。
3.如权利要求2所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述I/O模块通过I/O引脚与外部的智能卡相连。
4.如权利要求2所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述电源模块通过VCC引脚与智能卡的电源引脚相连。
5.如权利要求1至4中任一项所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述指令收发模块通过有线方式与外部的电脑相连。
6.如权利要求5所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述指令收发模块通过通用串行总线USB、串口或并口方式与外部的电脑相连。
7.如权利要求1至4中任一项所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述设备还包括无线收发模块，指令收发模块通过无线收发模块与外部的电脑相连。
8.如权利要求7所述的快速验证智能卡数据完整性的设备，其特征在于：所述指令收发模块通过无线收发模块采用蓝牙、2.4G或红外方式与外部的电脑相连。
9.基于权利要求1至8中任一项所述设备的快速验证智能卡数据完整性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、指令收发模块接收电脑发来的指令，指令中定义专用的字段来区分是发给智能卡的APDU指令还是参数设置指令，指令收发模块向电脑返回响应数据，并将参数设置指令转发到参数设置模块，将发送给智能卡的APDU指令转发到I/O模块；参数设置模块保存并处理指令收发模块发来的参数设置指令；智能卡写存储器时，功耗变大，电源引脚上的电流也变大，将智能卡写存储器时的电流变化称为有效电流变化，参数设置模块针对不同类型智能卡的存储特性，根据参数设置指令设置电流采样周期和有效电流变化范围，将电流采样周期发送到电流采样模块，将有效电流变化范围发送到电流比较模块；
B、I/O模块使用ISO7816-3的智能卡通信协议给智能卡发送APDU指令，接收智能卡返回的数据；I/O模块在发送完APDU指令后，发送采样控制信号到电流采样模块，通知电流采样模块开始采样；电流采样模块收到I/O模块发来的采样控制信号时，按照参数设置模块发来的电流采样周期，周期性采集智能卡的电源引脚上的电流，并输出前后两次采样的电流值至电流比较模块；
C、电流比较模块比较电流采样模块输入的两个电流值，根据参数设置模块发来的有效电流变化范围，判断两个电流值的变化是否满足智能卡写存储器的电流变化特点：将输入的两个电流值做减法，得到前后两次采样时的电流变化，判断电流变化是否在有效电流变化范围内，即是否达到预设的断电条件，如果未达到预设的断电条件，则通知电流采样模块持续进行采样，如果达到预设的断电条件，即两个电流值的变化满足智能卡写存储器的电流变化特点时，则通知电源模块给智能卡的电源引脚进行断电，然后重新上电，读出卡内的数据，检查是否完整。
10.如权利要求9所述的快速验证智能卡数据完整性的方法，其特征在于：所述I/O模块在t1时刻发送完APDU指令，智能卡开始处理指令，t2时刻智能卡开始写存储器，t2到t3是电流的上升沿时间，t3到t4是智能卡写存储器时间，t4到t5是结束写存储器后的电流下降沿时间，i1是智能卡开始写存储器之前电源引脚上的电流，i2是智能卡正在写存储器时的电流，t3-t2＝Δt1，t4-t3＝Δt2，i1-i2＝Δi，Δi是有效电流变化，根据智能卡的物理特性，Δt1远小于Δt2。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |