内容简介
本书从应用的角度出发，详细介绍了现有各种IC卡（包括存储卡、计数卡、逻辑加密卡、协议认证卡、TM卡、CPU卡和射频卡等）的基本原理、主要特点和应用方法。阅读本书，可以全面系统地掌握各类IC卡及其相关知识。书中结合多个应用实例，给出了许多实用电气原理图和具体的单片机程序及编程流程图。
本书既即可作为高校电子信息类学生学习IC卡及其应用技术的教材，也可作为从事IC卡应用的工程技术人员的参考书。
前 言
IC卡技术自问世以来，一直在持续而迅猛地发展。现在，IC卡大量应用于电子支付、考勤管理、移动通信、硬件或软件的防盗版、身份识别、医疗卫生和社会保险等领域。对于电子信息等专业方向的学生来说，IC卡技术已成为必须掌握的一门实用技术。
IC卡技术是一门综合型应用技术课程，内容涉及模拟与数字电子技术、单片机及接口技术、串行通信、信息编码和密码学等课程。模拟与数字电子技术和单片机及接口技术是阅读本书的必备基础。本书从应用的角度出发，介绍了当前已有的几种IC卡的基本原理、主要特点和应用方法，对于为应用IC卡所涉及到的串行通信、信息编码和密码学等知识仅作了简要介绍。学生阅读本书，可以全面系统地掌握各种类别的IC卡及其相关知识，借助书中给出的典型应用实例可以完成一般的IC卡应用系统的设计。
本书共分为六章。第1章介绍了一些相关的基础知识，主要包括IC卡的概念、串行数据通信原理、用于串行数据校验的CRC原理和IC卡主要技术标准的简介。第2章介绍了接触式IC卡及其应用，内容涉及存储卡、计数卡、逻辑加密卡以及近年才出现的具有较高安全性的协议认证卡。第4章专门介绍了Dallas公司的专有技术产品TM卡，即采用1-wire单总线的安全存储器件信息纽扣及其应用。第4章介绍了CPU卡的功能、主要技术指标和COS系统。第5章介绍了非接触式IC卡的基本原理、特点及其接口方法。第6章简要介绍了IC卡存储数据的安全性问题，主要包括IC卡密码安全、存储数据安全、数据的完整性和通信安全等问题。
本书是高等院校信息与电子技术类规划系列教材中的一册。在编写过程中，得到了广东工业大学吴黎明教授和科学出版社吕建忠先生、李伟小姐的大量帮助与鼓励，在此特别表示衷心的感谢！广东技术师范学院陈坤城、韦方明、胡兴敏等为本书中的应用例编制了单片机程序，华南理工大学杨劼学同学、广东技术师范学院叶锋华同学和朱文华同志等为本书做了大量的文字工作，在此向他们致谢。此外，还要感谢Atmel公司北京办事处的施膺先生和刘利家先生，他们不仅审阅了第3章的有关内容，还给予了大力的支持和帮助。
由于IC卡技术内容琐碎、涉及范围广，整理出一个完整而清晰的框架并非易事。在编写本书过程中，作者力求内容完整、思路清晰、解释透彻。限于作者的水平和时间的紧迫，本书尚存不足之处在所难免，敬请大家批评指正。
目 录
第1章 IC卡的基础知识………………………………………………………………1
1.1 IC卡的概念 ………………………………………………………………………1
1.1.1 IC卡的主要特点…………………………………………………………………1
1.1.2 IC卡的发展历程…………………………………………………………………1
1.1.3 IC卡的应用领域…………………………………………………………………2
1.1.4 IC卡的分类………………………………………………………………………3
1.1.5 IC卡应用系统的基本组成………………………………………………………4
1.1.6 IC卡的卡基材料…………………………………………………………………4
1.2 I2C总线………………………………………………………………………………5
1.2.1 I2C总线的特点……………………………………………………………………5
1.2.2 I2C总线的构成和信号类型………………………………………………………5
1.2.3 I2C总线基本操作…………………………………………………………………6
1.3 CRC码原理 …………………………………………………………………………7
1.3.1 CRC码算法 ………………………………………………………………………7
1.3.2 CRC码硬件电路的实现方法 ……………………………………………………8
1.3.3 CRC码比特型算法 ………………………………………………………………9
1.4 IC卡技术有关标准 ……………………………………………………………9
1.4.1 IC卡的基本标准 ………………………………………………………………10
1.4.2 有关IC卡应用的标准和规范 …………………………………………………11
1.4.3 有关IC卡机具的标准 …………………………………………………………12
1.4.4 IC卡的测试标准 ………………………………………………………………12
习题 …………………………………………………………………………………………12
第2章 接触式IC卡………………………………………………………………………14
2.1 存储卡………………………………………………………………………………14
2.1.1 AT24CXX系列存储卡……………………………………………………………14
2.1.2 AT45D041存储卡 ………………………………………………………………21
2.2 计数卡………………………………………………………………………………27
2.2.1 SLE4406计数卡的主要特点……………………………………………………28
2.2.2 SLE4406卡计数卡的存储器安排………………………………………………28
2.2.3 SLE4406计数卡的保密特性……………………………………………………29
2.2.4 SLE4406计数卡的操作时序……………………………………………………29
2.2.5 SLE4406计数卡的密码校验……………………………………………………30
2.3 逻辑加密卡………………………………………………………………………30
2.3.1 SLE4442逻辑加密卡 …………………………………………………………30
2.3.2 几种常见逻辑加密卡简介 ……………………………………………………34
2.3.3 逻辑加密卡应用举例 …………………………………………………………35
2.4 具有协议认证功能的加密存储卡 ………………………………………41
2.4.1 AT88SC1608协议认证卡 ………………………………………………………42
2.4.2 AT88SC153协议认证卡 ………………………………………………………46
2.4.3 AT88SC0104C~25616C系列协议认证卡 ………………………………………50
2.5 接触式IC卡应用系统的开发………………………………………………55
2.5.1 接触式IC卡座 …………………………………………………………………55
2.5.2 接触式IC卡应用系统的开发 …………………………………………………55
2.5.3 协议认证卡应用系统的开发 …………………………………………………56
2.5.4 采用协议认证卡对产品进行加密示例 ………………………………………57
习题 …………………………………………………………………………………………59
第3章 信息纽扣(TM卡)………………………………………………………………60
3.1 单总线数据通信 ………………………………………………………………61
3.1.1 概述 ……………………………………………………………………………61
3.1.2 硬件结构 ………………………………………………………………………61
3.1.3 单总线操作流程 ………………………………………………………………61
3.1.4 基本ROM命令 …………………………………………………………………62
3.1.5 主要应答时序 …………………………………………………………………66
3.1.6 信息纽扣的硬件接口方法 ……………………………………………………68
3.2 多密钥信息纽扣DS1991 …………………………………………………69
3.2.1 主要特性和技术参数 …………………………………………………………69
3.2.2 命令与操作方式 ………………………………………………………………70
3.2.3 DS1991的软件编程 ……………………………………………………………77
3.3 带有SHA-1引擎保护的信息纽扣DS1961S……………………………87
3.3.1 主要特性和技术参数 …………………………………………………………87
3.3.2 DS1961S存储器安排 ……………………………………………………………88
3.3.3 地址寄存器和传送状态 …………………………………………………………89
3.3.4 EN_LFS标志 ………………………………………………………………………90
3.3.5 数据的写入与验证 ………………………………………………………………90
3.3.6 命令与操作方式 …………………………………………………………………91
3.3.7 SHA-1算法简介 …………………………………………………………………108
3.3.8 CRC生成 …………………………………………………………………………109
3.3.9 DS1961S的电气特性 ……………………………………………………………109
3.3.10 DS1961S的软件编程……………………………………………………………112
3.4 信息纽扣应用系统的开发 ………………………………………………116
3.4.1 基本开发工具 …………………………………………………………………116
3.4.2 软件开发工具 …………………………………………………………………116
习题……………………………………………………………………………………………117
第4章 CPU卡及应用系统 ………………………………………………………118
4.1 概述 ………………………………………………………………………………118
4.1.1 CPU卡的构成 …………………………………………………………………118
4.1.2 常用CPU卡的主要技术参数 …………………………………………………118
4.1.3 CPU卡的接口方法………………………………………………………………120
4.2 AT90SC系列CPU卡 ……………………………………………………………120
4.2.1 主要特点和技术参数 …………………………………………………………120
4.2.2 AT90SC3232C型CPU卡的构成 …………………………………………………121
4.2.1 AT90SC3232C型CPU卡的协处理器和RAM………………………………………122
4.3 CPU卡操作系统(COS)………………………………………………………122
4.3.1 COS的体系结构 ………………………………………………………………122
4.3.2 COS的文件管理 ………………………………………………………………123
4.3.3 COS的安全体系 ………………………………………………………………124
4.3.4 COS的复位应答 ………………………………………………………………125
4.3.5 COS的常用命令与答 …………………………………………………………126
4.3.6 命令编码………………………………………………………………………127
4.3.7 应答编码………………………………………………………………………127
4.3.8 国内厂商COS简介 ……………………………………………………………127
4.4 SIM卡 ……………………………………………………………………………129
4.4.1 SIM卡的作用 …………………………………………………………………130
4.4.2 SIM卡的数据文件 ……………………………………………………………130
4.4.3 SIM卡的COS命令………………………………………………………………130
4.4.4 SIM卡的PIN代码………………………………………………………………131
4.4.5 SIM卡卡面代号 ………………………………………………………………131
4.5 CPU的开发与应用……………………………………………………………131
4.5.1 COS的选用 ……………………………………………………………………131
4.5.2 CPU卡的开发工具 ……………………………………………………………132
习题…………………………………………………………………………………………132
第5章 非接触式IC卡 ………………………………………………………………133
5.1 非接触式IC卡的基本原理 ………………………………………………134
5.1.1 非接触式IC卡的能量传递 ……………………………………………………134
5.1.2 非接触式IC卡的通信 …………………………………………………………134
5.1.3 非接触式IC卡的防冲突 ………………………………………………………136
5.1.4 非接触式IC卡的主要型号 ……………………………………………………146
5.2 Mifare 1 非接触式IC卡 …………………………………………………147
5.2.1 Mifare 1 非接触式IC卡性能简介 …………………………………………147
5.2.2 Mifare 1 非接触式IC卡的组成 ……………………………………………148
5.2.3 Mifare 1 非接触式IC卡的密码认证 ………………………………………149
5.2.4 Mifare 1 S50 型非接触式IC卡的存储结构 ………………………………150
5.2.5 Mifare 1 非接触式IC卡的存储器操作 ……………………………………152
5.2.6 Mifare 1 S50 型非接触式IC卡的访问控制…………………………………152
5.2.7 Mifare 1 S50型非接触式IC卡的命令 ………………………………………153
5.3 非接触式IC卡的射频接口集成电路 …………………………………154
5.3.1 主要功能和特点 ………………………………………………………………155
5.3.2 封装和引脚 ……………………………………………………………………155
5.3.3 基本构成 ………………………………………………………………………156
5.3.4 并行接口 ………………………………………………………………………157
5.3.5 寄存器 …………………………………………………………………………158
5.3.6 EEPROM存储器结构 ……………………………………………………………171
5.3.7 FIFO缓冲区 ……………………………………………………………………173
5.3.8 中断 ……………………………………………………………………………173
5.3.9 定时器 …………………………………………………………………………174
5.3.10 节电模式 ……………………………………………………………………175
5.3.11 启动过程 ……………………………………………………………………175
5.3.12 命令集 ………………………………………………………………………176
5.3.13 认证和加密 …………………………………………………………………182
5.4 非接触式IC卡的应用………………………………………………………182
5.4.1 非接触式IC卡的读写器………………………………………………………182
5.4.2 非接触式IC卡的接口方法……………………………………………………182
5.4.3 天线的设计……………………………………………………………………183
5.4.4 非接触式IC卡的应用举例……………………………………………………183
5.5 射频识别卡(RFID卡)………………………………………………………193
5.5.1 射频识别卡基本构成…………………………………………………………194
5.5.2 TI公司的Tag-it系列射频识别卡……………………………………………194
习题 ………………………………………………………………………………………195
第6章 IC卡的安全问题…………………………………………………………196
6.1 概述………………………………………………………………………………196
6.2 数据加密 ………………………………………………………………………196
6.2.1 密码学简介……………………………………………………………………197
6.2.2 DES算法 ………………………………………………………………………198
6.2.3 RSA算法 ………………………………………………………………………205
6.3 数据安全问题及措施………………………………………………………206
6.3.1 密码安全………………………………………………………………………206
6.3.2 存储数据安全…………………………………………………………………206
6.3.3 数据的完整性…………………………………………………………………206
习题 ………………………………………………………………………………………209
主要参考文献 ……………………………………………………………………………210
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