CZ2003550A3 - Víceportová karta - Google Patents

Description

Vynález se týká inteligentních (smart) karet, vynález se 5 týká zvláště inteligentních karet podle standardu ISO 7816.

Dosavadní stav techniky

Inteligentní karty mají obvykle podobu kompaktního modulu, který se skládá z mnoha elektronických prvků, jako jsou paměti, mikroprocesory nebo modem. Rychlý rozvoj elektroniky způsobuje, že funkce a činnosti, které byly dříve vyhrazeny pouze rozsáhlým systémům, lze dnes realizovat na inteligentních kartách.

Standard ISO 7816 definuje připojovací rozhraní inteligentních karet. Karta má 8 kontaktů, jejichž funkce jsou popsány ve standardu.

Vznik a vývoj inteligentních karet byl vyvolán potřebou mít přenosná datová zařízení, která by se vyznačovala vysokou úrovní zabezpečení uchovávaných dat. Karty se používají především pro takové aplikace uchovávání a zpracovávání dat, které nevyžadují mnoho vstupně-výstupních operací. Opravdu, podle standardu ISO 7816 se ke komunikaci používá pouze jediné připojeni, které pracuje v obousměrném režimu polovičního duplexu.

Použití takových karet podle dosavadního stavu techniky se proto omezuje pouze na řídicí aplikace, kdy rychlé zpracování dat se provádí v jiných modulech.

V systémech placené televize se signály kódují klíčem, který se čas od času mění. V toku zvukových a obrazových dat, který přichází k dekodéru přijímače placené televize, jsou

Ctf-.SSpo zahrnuty řídicí zprávy (EMM), které obsahují klíče v zašifrované podobě. Po rozpoznání se EMM zpráva přesměruje k inteligentní kartě, která slouží jako zabezpečovací modul.

V tomto provedení jsou v inteligentní kartě uloženy různé klíče, které umožňují dešifrování EMM zpráv a tudíž určení toho, zda má předplatitel práva k daným zvukovým a obrazovým datům. Pokud ano, odešle karta informaci, která dekodéru umožní zakódovaná data správně zobrazovat.

Popsaný způsob má několik nevýhod. První nevýhodou je to, že klíče se dekodéru, který nelze považovat za bezpečný prvek, předávají v otevřené podobě. Obvykle se to řeší periodickou změnou klíče, typicky jedenkrát za sekundu.

Ačkoliv jde o v mnoha ohledech vyzkoušený způsob, v jiných aplikacích, například v případě uchovávání dat, se jeví problematický. Myšlenka periodické změny klíče se neuplatní, protože data lze zakódovat pouze jednou a to klíčem, který k dekódování dat může použít pouze inteligentní karta.

Odborníkům je zřejmé, že posílání klíče dekodéru, například počítači, v otevřené podobě představuje určité riziko, že klíč zachytí neautorizovaná osoba a zneužije jej.

Možným řešením uvedeného problému je provádění dekódování dat přímo v inteligentní kartě. V takovém případě klíč kartu neopustí. Klíč se použije ke zpracování kódovaných dat přímo v inteligentní kartě.

Popsané navrhované řešení však rychle narazí na fyzická omezení karet podle standardu ISO 7816, jejichž vstupněvýstupní (I/O) obvody pracují s přenosovými rychlostmi 10 až 100 kbit/s.

v · » «· »·♦·

ΡΗ·-.83ρο

Obdobná omezení platí i pro bezkontaktní karty typu ISO 14443 s přenosovými rychlostmi 106 až 425 kbit/s.

Strukturální změny karty lze provádět jen v rozsahu 5 kompatibility se čtecími zařízeními ISO 7816 a ISO 14443, tj. nová struktura karty by měla být srozumitelná čtečkam podle existujících standardů.

Cílem vynálezu je přinést inteligentní kartu, která si 10 zachová kompatibilitu se stávajícími čtecími zařízeními a přitom bude mít schopnost poskytovat další funkce, zvláště možnost dekódování kódovaných dat uvnitř karty rychlostí, která bude odpovídat rychlosti přenosu dat.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle vynálezu se dosáhne inteligentní kartou, která zahrnuje 8 kontaktů rozhraní dle ISO 7816 a nejméně jeden standardní obousměrný kanál, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vysokorychlostní kanál propojený k nepoužívaným připojením.

Nepoužívanými připojeními se rozumí ta připojení, kterým norma nepřiřazuje konkrétní funkce, nebo připojení, které se již nepoužívají v současných generacích karet.

Do této kategorie spadají dobře známá dvě připojení RFU (Reserved for Future Use - rezervováno pro budoucí použití) a připojení Vpp, které umožňuje napájení stálých pamětí karty napětím vyšším než 5 V (obvykle 12 až 21 V) . Nové typy stálých pamětí, jako jsou NVRAM, EEPROM nebo FLASH jsou napájeny přímo z karty a Vpp připojení tudíž zůstává nevyužité.

· « »«« ρΗ·-β8ρο

Existence těchto doplňkových, dnes nevyužívaných tras umožňuje definovat protokol, který se liší od standardu ISO 7816 a otevírá nové možnosti nasazení inteligentních karet.

Tři volná připojení umožňují zřídit vysokorychlostní spoj, který bude mít časovači trasu (CLK), vstupní trasu (IN) a výstupní trasu (OUT). Je možné používat současně různé přístupové kanály karty, například standardní kanál může obousměrně probíhat přes I/O trasu. Takový vysokorychlostní kanál rozšiřuje možnosti karty, která se může použít například jako vysokorychlostní kódovací-dekódovací modul.

Použití vysokorychlostního kanálu si vynutí změny architektury karty. Podle vynálezu je možné navrhnout a vyrobit dekódovací (nebo kódovací) modul, který bude umístěn beze zbytku na kartě. Data přicházející rychlým kanálem se směrují přímo ke specializovanému dekódovacímu modulu. Data nemusí nezbytně procházet mikroprocesorem, ke specializovanému dekódovacímu modulu mohou přicházet po vnitřní rychlé sběrnici.

Inteligentní karta podle vynálezu může k tomuto účelu zahrnovat multiplexní prostředek, který zajišťuje přímé spojení mezi rychlým kanálem a jedním nebo více 25 specializovanými moduly. Tento prostředek také v případě potřeby umožňuje směrování toku vysokorychlostním kanálem k mikroprocesoru. Ačkoliv nejsou v současné době určité procesory schopny zpracovávat

Mbit/s, lze důvodně očekávat, zpracování umožní a tak nahradí určité specializované moduly.

Tedy, programovatelné mikroprocesory nahradí specializované moduly, které provádí matematické operace v neprogramovatelných elektronických obvodech.

data rychlostmi několika že budoucí verze takové ·

• »** • · ·· ···· píhgepo

Podle vynálezu multiplexní prostředek umožňuje seřadit do série několik specializovaných obvodů. Karta podle vynálezu může například zahrnovat první kompresní modul, jehož výstup se vede na vstup kódovacího modulu.

V průběhu zpracování dat přenášených rychlým kanálem zůstávají ostatní komunikační prostředky volné, zvláště 1/0 trasa popsaná v normě ISO 7816 nebo bezkontaktní trasa dle ISO 14443. Tyto volné prostředky lze tak využít pro přenášení řídicích informací, které mohou obsahovat například informace pro správu karty, například parametry dekódovacích modulů nebo těmto parametrům přiřazená práva.

Podle vynálezu multiplexní prostředek zahrnuje vyjímací a vkládací prostředek, který umožňuje oddělování určitých typů dat z datového toku. Digitální datový tok placené televize zahrnuje užitečná data, jako jsou zvuková nebo obrazová data, a řídicí data. Před tím, než se tento tok nasměruje k rychlému kanálu, je z něho nezbytné vyjmout řídicí data, která obsahují informace o dekódovacích klíčích a jiné správní informace. Vyjímací a vkládací prostředek je ovládán mikroprocesorem; když zpráva splňuje rozpoznávací kritérium, přesměruje se k mikroprocesoru.

Data zpracovávaná kartou jsou obvykle uspořádána do bloků. Každý blok začíná blokovým identifikátorem, který popisuje typ informace obsažené v daném bloku.

Při obrácené činnosti, tj . při kódování dat, umí modul vkládat řídicí data do toku přicházejícího z rychlé sběrnice. Řídicí data se generují v centrální jednotce a slouží například pro kvalifikaci datového toku, přenosu řídicích slov v zakódované podobě nebo přenosu směrovacích informací. Modul zahrnuje vyrovnávací paměú, do které se ukládají datové bloky přicházející po rychlé sběrnici a datové bloky od • to to ’ ^:.í$hČ^:3po ·

• toto* • to toto ··«» centrální jednotky. Pokud vyrovnávací pamět obsahuje blok řídicích dat, vloží se tato řídicí data na konec datových bloků přicházejících po rychlé sběrnici. Tok se poté vede ke tvarovacímu modulu, odkud se směruje na rychlý výstupní port.

Díky popsanému uspořádání je možné zpracovávat tok dat uvnitř inteligentní karty a tak značně zvýšit úroveň zabezpečení dat. Inteligentní karta podle vynálezu umožňuje vytvářet úplný tok kódovaných nebo dekódovaných dat včetně správních informací, jako jsou řídicí slova, v rámci karty.

V jednom provedení vynálezu se rychlý kanál řídí normou USB (Universal Seriál Bus - univerzální sériová sběrnice). Zvláštností tohoto rozhraní je to, že signály využívají dvou tras, jedné pro příchozí data (IN) a druhé pro data odchozí (OUT).

Inteligentní karta podle vynálezu zahrnuje modul detekce protokolu, který se dokáže přizpůsobit USB protokolu a který jej překládá do interního protokolu inteligentní karty, například pomocí regenerace časování.

Přehled obrázků

Vynález bude zřejmější z následného podrobného popisu 25 příkladného provedení s odkazy na doprovodný výkres.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 jsou znázorněny dva možné spoje podle současného stavu techniky - galvanický spoj (A) a bezkontaktní spoj (B). Ačkoliv známé karty normálně využívají pouze jeden typ spoje, z důvodů kompatibility je možné vyrobit kartu, která bude zahrnovat typy oba.

• · · ♦· ♦···

Galvanický 1/0 spoj vede k UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter - univerzální asynchronní přijímačvysílač), který je spojen s vyrovnávací pamětí (BUF). Signály přicházející do UART se formátují a filtrují na odstranění šumu a jiných interferencí. Vyrovnávací paměť slouží k ukládání příchozích dat předtím, než je zpracuje mikroprocesor.

Obdobné zpracování probíhá také v bezkontaktním kanálu (B) . Signály vysílané čtečkou slouží i pro napájení karty.

Anténa 20 karty má tudíž čtvero funkcí: vysílá a přijímá data vyměňovaná mezi kartou a čtečkou, zajišťuje časování mikroprocesoru a napájí kartu. Napájecí modul (SPL) transformuje vysokofrekvenční nosnou na napětí, kterým lze kartu napájet. Za napájecím modulem je tvarovací modul modulovaných signálu, například modem.

Získané napětí se vede k modulu PWRM řízení napájení, který zajišťuje výběr napájecího zdroje, zvláště v případech, kdy je k dispozici zdrojů více. V provedeních, v nichž je karta napájena galvanicky čtečkou, modul PWRM řízení napájení vybere galvanický proud ze čtečky. Regulované napětí VP se poté rozvádí k prvkům karty.

Dekódované informace z UART se umístí na standardní sběrnici (STB), která je na obr. 1 vyznačena silnou čarou. Sběrnice propojuje všechny moduly navzájem a navíc s centrální jednotkou (CPU), která je řídicím střediskem karty. Paměťové nároky karty pokrývá paměťová sestava (MEM), která se skládá z programové paměti (ROM nebo NVRAM), operační paměti (RAM) a datové paměti (NVRAM). Všechny paměti mohou být řízeny správcem paměti (MM). Správce paměti zahrnuje také správu přístupových práv k jednotlivým pamětem.

9 99

ÍW-.gSpo

Karta podle vynálezu zahrnuje druhou rychlou sběrnici (HSB), která je na obr. 1 vyznačena čárkovaně. HSB sběrnice muže být paralelní nebo sériová a umožňuje přenos více Mbit/s. Moduly připojené k této sběrnici jsou připojené i ke standardní sběrnici, po které se přenáší inicializace, klíče a jiné operační informace. K rychlé HSB sběrnici jsou připojeny specializované kódovací-dekódovací moduly podle kartou podporovaných protokolů, například IDEA, DES, tripleDES, Hash nebo AES standardů. Dalšími moduly, které mohou být podle potřeby připojeny k rychlé sběrnici, mohou být jiné specializované moduly, například kompresní a dekompresní moduly.

Modul využívající FPLA technologii (Field Programmable

Logic Array - místně programovatelné logické pole) umožňuje naprogramovat činnosti budoucích kódovacích algoritmů. Centrální jednotka CPU umí tento modul naprogramovat tak, aby prováděl činnosti potřebné pro kódování informací nebo libovolnou jinou funkci. Tento typ modulů obvykle zahrnuje jednoduché bloky (například posun registru, XOR funkce), které se zapojují podle potřeby vybrané složitější funkce.

Důležitým rysem vynálezu jsou prvky, které tvoří rychlý kanál. První modul DP detekce protokolu provádí formátování signálu a rozpoznávání užitého protokolu. Signály se překládají do vnitřního protokolu, například na sériový tok synchronizované sběrnice se třemi vodiči. Modul odpovídá za uzpůsobení signálu normě, podle které je navržené vnitřní rozhraní. Detekce protokolu se provádí automaticky, například podle přítomnosti nebo naopak nepřítomnosti časovacího signálu nebo podle frekvence použitého přenosu.

Jakmile je signál zformátován podle známého protokolu, nasměruje se k multiplexeru MUX. Z tohoto modulu může signál pokračovat podle potřeby k libovolnému dalšímu modulu.

*.£Rr£3po

9 »· • 9 ···

Centrální jednotka CPU muže například multiplexer nakonfigurovat tak, aby posílal signál z rychlého kanálu k IDEA kódovacímu modulu. Datový tok prochází vyjímacím a vkládacím modulem FF, který data analyzuje a vyjímá ta, která odpovídají naprogramovanému kritériu. Pokud dojde ke splnění rozpoznávacího kritéria, vygeneruje modul FF přerušení, kterým centrální jednotku CPU informuje o tom, že požadovaná data jsou k dispozici.

Multiplexer MUX může v případě dostatečné zpracovací kapacity stejně dobře data k centrální jednotce CPU posílat. Rovněž je možné do MUX modulu zahrnout vyrovnávací paměť pro dočasné uložení dat v případě, že je cílový modul v daném okamžiku nemůže přijmout.

Jak bylo uvedeno výše, vyjímací a vkládací modul FF může pracovat v obou směrech a umožňuje vkládání řídicích bloků do datového toku v rychlém kanálu.

Odborníkům je známo, že tyto typy karet nemají vnitřní hodiny a tudíž závisí na časování přicházejícím od čtečky. v našem případě jsou k dispozici tři časovači signály: klasický vstup CLK podle ISO 7816, Cl časování odvozené od bezkontaktního přenosu a C2 časování, se kterým pracuje rychlá sběrnice. Časovači modul CLKM všechny zdroje sleduje a zajišťuje, aby karta dostávala správné časovači pulzy. Časovači modul CLKM také zahrnuje prostředek pro násobení nebo dělení frekvence podle potřeby. Modul může generovat několik časovačích signálů podle potřeb jednotlivých modulů, například první frekvenci pro centrální jednotku CPU a druhou frekvencí pro rychlé moduly (DVD, PKC, IDEA, atd.).

Správa různých zdrojů časování se řídí stanovenými kritérii, která jsou většinou odvozena od hierarchie. Obvykle ίο ·

4*4

Φ Φ

ΦΦ ·ΦΦΦ ·,£Ηϊ£3ρο má nejvyšší prioritu zdroj ΙΞΟ 7816 (CLK) , poté bezkontaktní zdroj ISO 14463 (Cl) a nakonec zdroj rychlého kanálu (C2).

Vynález se týká také čtečky karet, která zahrnuje 5 prostředek pro komunikaci s inteligentní kartou prostřednictvím rychlého kanálu.

Čtečka musí umět komunikovat s velkým množstvím typů karet různých generací. Rozhraním čtečky k počítači je s výhodou USB port, který umožňuje vysokorychlostní přenos dat. Inteligentní karta však nemusí tento protokol podporovat a může vyžadovat třídrátové spojení (IN, OUT, CLOCK). V takovém případě čtečka zahrnuje rozhraní, které umožní převod signálů podle normy USB do protokolu karty. Identifikace karty a její komunikační schopnosti probíhá po tradičních, v normě definovaných kanálech. Kanál je buď typu ISO 7816 (galvanický) nebo typu ISO 14443 (elektromagnetický).

V jednom provedení čtečky je vyjímací a vkládací modul

FF součástí čtečky. V takovém případě přichází veškerá data do karty pouze rychlým kanálem, například přes USB rozhraní. Rozpoznávání řídicích zpráv se provádí přímo ve čtečce, která je poté inteligentní kartě předává po tradičním kanálu.

♦ ««4 .Čflc.ř3po

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY ···

   1. Inteligentní karta, která zahrnuje rozhraní osmi kontaktů podle ISO 7816, dekódovací modul, centrální jednotku

   5 (CPU), která je propojená s první sběrnicí (STB), nejméně jeden standardní obousměrný kanál a vysokorychlostní sériový kanál, který je propojený s připojeními, která nepoužívá standardní obousměrný kanál, vyznačující se tím, že vysokorychlostní sériový kanál je spojený s druhou sběrnici

   10 (HSB), kde karta dále zahrnuje multiplexní modul (MUX) a množinu kódovacích-dekódovacích prostředků, které jsou propojené druhou sběrnicí (HSB),přičemž kódovací-dekódovací a multiplexní moduly (MUX) jsou zároveň propojeny první sběrnicí (STB).
2. 2. Inteligentní karta podle nároku 1, vyznačující se tím, že kódovací-dekódovací moduly jsou typů jako IDEA, AES, Hash, DES nebo triple-DES.
3. 3. Inteligentní karta že multiplexní modul uspořádání a umožňuje dekódovacích modulů.

   podle nároku 1, vyznačující se tím, (MUX) je zapojen do hvězdicového sériové řazení několika kódovacích25
4. 4. Inteligentní karta podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zahrnuje vyjímací a vkládací modul (FF) , který přijímá a porovnává data z vysokorychlostního kanálu s předem definovanými hodnotami a rozpoznaná data vysílá k centrální jednotce (CPU).
5. 5. Inteligentní karta podle nároku 4, vyznačující se tím, že vyjímací a vkládací modul (FF) zahrnuje vstup řídicích dat a vyrovnávací pamětí, která umožňuje vkládat tato data do datového toku, který přichází z vysokorychlostní sběrnice

   35 (HSB) .

   φ φφφ» φφφφ φ ΐ2,:„,„· \£Η.Λρο
6. 6. Inteligentní karta podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že standardním obousměrným kanálem je bezkontaktní typ podle ISO 14443.