8KB智能卡E2PROM容量擴展利用的技術(shù)研究

1、8KB智能卡E2PROM容量擴展利用的技術(shù)研究摘要:隨著智能卡應(yīng)用的推廣 ,為克服廣泛投入 使用的芯片在容量方面的不足 ,該論文研究并分析芯 片COS的文件讀寫編碼算法，按照I2C總線規(guī)約寫入字 節(jié)的可讀性與可控性。設(shè)計一種有效的地址與文件結(jié) 構(gòu)在E2PROM中存放EF文件，使得卡內(nèi)空間得到進一 步的釋放 ,存儲能力進一步的挖掘 ,充分利用了現(xiàn)有資 源。關(guān)鍵詞:芯片COS;E2PROM;I2總線中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)01-250-028KB Capacity Expansion of the Use of Smart CardsE2PROM

2、 of Technical StudiesLI Yi, XIE Cui (Ocean University of China, College of InformationScience and Engineering, Qingdao 266003, China)Abstract:With the Smart Card developing, to giveup wide using chip of quantity side of shortcoming. So my essay want to study and analyze COS chip of reading code arit

3、hmetic. According to I2C the whole line rules to enter data for reading and controlling. to design efficient address, and document with EF message into E2PROM. So as to the card room of the further function, the store energy will be a further step, to use the storing resource. Key words: COS chip; E

4、2PROM; I2C the whole line 當(dāng)今世界信息技術(shù)的發(fā)展日新月異 ,已廣泛應(yīng)用 到社會的各個領(lǐng)域。 1976 年法國布爾公司的高級研究 員 Ugon 所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組制成了世界上第一張雙晶 片智能卡 ,取得了技術(shù)專利。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在此基礎(chǔ) 上制定出了智能卡的國際標(biāo)準(zhǔn)一一ISO7816為智能卡 的發(fā)展普及創(chuàng)造了條件。 在此后的十幾年間 ,世界上先 后又有Motorala,Thomson,Hitachi,OKI,Toshiba,Sharp,Gemplus,S chlumberger 等十多家公司企業(yè)相繼投入了智能卡芯 片或卡片成品的開發(fā)生產(chǎn) ,形成了一個世界性新興的 技術(shù)產(chǎn)業(yè)

5、隨著智能卡應(yīng)用范圍的擴大 ,我國智能卡技術(shù)起 步晚、基礎(chǔ)薄的缺點也突顯出來。國內(nèi)智能卡雖已有 了較大的使用市場 ,但卡芯片技術(shù)較為落后 ,存儲容量 較小。為滿足日益增加的使用需求 ,芯片存儲空間擴容 的問題亟待解決。目前絕大多數(shù)地區(qū)的做法是更換卡 片，將原有的4KB 8KB芯片更換為16KB甚至32KB的 大容量芯片 ,這樣的做法存在以下幾個不利因素 :一是卡芯片設(shè)計使用壽命為 10 年 ,在短時間使用后即更換 卡片 ,將造成較大的資源浪費 ;二是絕大多數(shù) E2PROM 容量在16KB及其以上的芯片存儲空間使用率不高，采 用線性定長或變長記錄文件結(jié)構(gòu) ,存儲空間浪費情況 較為嚴(yán)重。1 COS吉

6、構(gòu)COS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成如下：CPU及加密邏輯、RAM、ROM、E2PROM 及 I/O 五部分組成 ,是一個完整的計算 機安全體系。用戶數(shù)據(jù)放在被加密邏輯保護的E2PROM中,COS掩膜在ROM中以保證代碼安全。 COS將用戶的過程密鑰生成后放在RAM空間中，掉電 后自動丟失 ,保證其安全性。2 文件管理器 文件管理器控制對文件的操作和訪問。在做數(shù)據(jù) 操作前 ,文件管理器將根據(jù)文件的安全屬性檢查卡的 安全狀態(tài) ,以確定操作的可行性。 文件的安全屬性和文 件結(jié)構(gòu)一旦產(chǎn)生便處于文件管理器的控制之下。對文件數(shù)據(jù)的操作和管理將按照如下的規(guī)則 ：1）對某個文件做操作之前 ,必須先選擇該文件。片上電后自動

7、選2）文件系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu) ,并且操作系統(tǒng)不支持以路 徑方式選擇文件 ,所以在選擇某個文件前必須先選擇 它的上一層文件 ,不允許跨層選擇。擇主控文件。3）訪問文件中的數(shù)據(jù)要受文件的安全屬性的控制。4）對文件的建立要受該文件所屬的上層文件的安 全屬性的控制。3 文件存儲結(jié)構(gòu)8KB的I2C型E2PROM的IC卡內(nèi)文件目錄管理區(qū) 地址為0000H-007FH直線結(jié)構(gòu)，最多可存放60個數(shù)據(jù) 文件。如表1所示，在E2PROM中0080H2000H設(shè)計成 首尾相接的環(huán)形結(jié)構(gòu) ,作為文件存儲區(qū) ,存儲文件時沒 存儲一個文件 ,地址指針自動加 1,并判斷文件地址是 否過界。如文件過界，即大于2000H則自動從0

8、080H 處存儲文件 ,原文件進行覆蓋處理 ,每一組現(xiàn)場數(shù)據(jù)作 為一個記錄文件輸入后,芯片COS都要及時修改目錄 映像中當(dāng)前文件的結(jié)束地址。新建立的文件首位地址 記入40H43H最后將該映像再重新寫回到 E2PROM 目錄區(qū)。芯片數(shù)據(jù)的寫入按照I2C總線規(guī)約逐字節(jié)寫入。 每寫完一個字節(jié) ,地址指針自動加 1,如果超過 2000H, 則自動從0080H處開始存儲，也就是說,被覆蓋掉的文 件是最早建立的 ,按照系統(tǒng)設(shè)計 ,該文件是可以被丟棄 的文件。同時 ，存儲區(qū)設(shè)計大于單個文件寬度 ，因此不會 出現(xiàn)單個文件覆蓋整個存儲區(qū)的情況。4 存儲文件類型1）主控文件 （Master File , MF）

9、主控文件是整個文件系統(tǒng)的根 （可看做根目錄 ）,每 張卡有且只有一個主控文件。它是在卡的個人化過程 中首先被建立起來的 ,在卡的整個生命周期內(nèi)一直存 在并保持有效 ,可存儲卡的公共數(shù)據(jù)信息并為各種應(yīng) 用服務(wù)。由個人化建立起來的主控文件包括文件控制 參數(shù)以及文件安全屬性等信息。 在物理上 ,主控文件占 有的存儲空間包括 MF 文件頭的大小以及 MF 所管理 的 EF 和 DF 的存儲空間。2）專用文件 （Dedicated File,DF）在 MF 下針對不同的應(yīng)用建立起來的一種文件 , 是位于MF之下的含有EF的一種文件結(jié)構(gòu)（可看做文 件目錄 ）,它存儲了某個應(yīng)用的全部數(shù)據(jù)以及與應(yīng)用操 作相關(guān)

10、的安全數(shù)據(jù)。DF 由創(chuàng)立文件命令建立。對 DF 的建立操作由MF 下建立文件的安全屬性控制。在DF下面不可再建立子DF只能建立EF為了保 證各個 DF 的相互獨立 ,只能從文件系統(tǒng)的 MF 層次選 擇一個DF對DF下的數(shù)據(jù)進行的操作由各當(dāng)前系統(tǒng)的 狀態(tài)機控制。3）基本文件 （Elementary File,EF）基本文件存儲了各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)和管理信息 ,它 存在于MF和DF下。EF從存儲內(nèi)容上分為兩類:安全 基本文件和工作基本文件。安全基本文件（Secret Elementary File,SE的內(nèi)容 包含用于用戶識別和與加密有關(guān)的保密數(shù)據(jù) （個人識 別碼、密鑰等 ）,卡將利用這些數(shù)據(jù)進行安全

11、管理。 SEF 要在 MF 或 DF 建立后 ,才能建立。建立后每個 KEY 都 可以定義不同的修改權(quán)限。安全基本文件的內(nèi)容不可 被讀出 ,但可使用專門的指令來寫入和修改。 在 MF 和 每個 DF 下只能建立 1 個安全基本文件 ,但每個文件 中的 KEY 和 PIN 的類型由用戶指定。工作基本文件（Working Elementary File,WEF包 含了應(yīng)用的實際數(shù)據(jù) ,其內(nèi)容不被卡解釋。 在符合 WEF 的讀、修改安全屬性時 ,可對其內(nèi)容進行讀取、修改。 工作文件的個數(shù)和大小受到 MF 或 DF 所擁有空間的 限制。整個文件系統(tǒng)的空間在 MF、DF 和 EF 建立時被 分配和確定

12、,以后在物理上不會發(fā)生變化。當(dāng)訪問 EF 時,必須先選擇相應(yīng)的 MF 或 DF?？梢詮奈募到y(tǒng)的任何位置選擇 MF。5 存儲文件結(jié)構(gòu)分布現(xiàn)有芯片內(nèi)的存儲文件,MF必不可少，但專用文件DF份量過多，在已有的8KB存儲空間內(nèi)，為組織起文件 結(jié)構(gòu),DF占用了過多的存儲空間，可通過對MF文件的 控制語句，實現(xiàn)減少DF文件,從而讓MF最大程度上直 接控制EF文件。1) Read Record命令用于讀取記錄文件的內(nèi)容。 該 命令適用于定長記錄文件、循環(huán)定長記錄文件、變長 記錄文件。Read Record命令報文如表2所示。記錄號的取值范圍為 01 - FE , 00表示當(dāng) 前記錄。2) Select F

13、ile 命令通過文件名來選擇 IC 卡中的文 件。Select File命令報文如表3所示。命令報文數(shù)據(jù)域為文件標(biāo)識符或文件名稱。如果命令報文數(shù)據(jù)域為空且 P1=00H 時,該命令選 擇主控文件 (MF)。6 結(jié)束語環(huán)形E2PROM存儲寫入方法充分利用了有限的卡內(nèi)芯片存儲空間，通過適當(dāng)精簡DF文件,卡內(nèi)存儲空間 得到進一步的釋放，有限的E2PROM存儲能力得到了進 一步的挖掘 ,充分利用了現(xiàn)有資源。 該方法在實際工作中具有較高的應(yīng)用價值。 參考文獻 :1 黃淼云 ,李也白 ,王福成 .智能卡應(yīng)用系統(tǒng) M. 北京:清華大學(xué)出版社 ,2000.2 王愛英.IC卡技術(shù)入門M.北京:清華大學(xué)出版 社,1998.3 ThomasM.Trexler.Cost-effective test solutionsfor smart card and other integrated flash applicationsM.Semiconductor Technol