射频识别技术漫谈(27)——CPU卡概述

智能卡按安全级别可以分为三类：存储器卡、逻辑加密卡和CPU卡，其中CPU卡是安全级别最高的。从“CPU”这个名字可以看出，CPU卡最大的特点就是卡片里面有一个"CPU"，有了CPU我们就可以对卡片编程写入软件(COS，卡片操作系统)，实现复杂的安全加密算法，所以CPU卡的安全性是最高的。与之形成对比的是，存储器卡和逻辑加密卡中没有"CPU"，尽管在我们看来像MIFARE1卡看起来似乎也很智能，但M1卡里存在的仅仅是一个专用集成电路(ASIC)，而不是CPU。

说到非接触式CPU卡，就不得不提接触式CPU卡，因为就CPU卡的灵魂——COS来说，二者遵循的协议基本是一样的，都是ISO7816-4，不同之处在于二者进入COS的方式和途径，在此以复旦微电的非接触式CPU卡FM1208M01为例，与接触式CPU卡进入COS的过程对比如下图所示。

CPU卡在进入ISO7816-4协议之前所做的都是一些为卡片和读写器对话进行的准备工作。接触式CPU卡的序列比较简单，卡片插在卡座上，读写器给卡片一个复位(Reset)信号,卡片回送一个应答ATR(Answer To Reset),ATR由5部分组成：

(1)初始字符TS：指定字符传送规则，如果是3B则高电平表示1，低电平表示0，先传送字符最低有效位；如果是3F

则高电平表示0，低电平表示1，先传送字符最高有效位。

(2)格式字符T0：指定存在哪些接口字符以及历史字符的个数。

(3)接口字符  ：指定协议参数和协议类型

(4)历史字符  ：说明诸如制造商、芯片型号等一般信息

(5)校验字符  ：保证ATR数据的完整性，使用的是异或校验

非接触式CPU卡得到ATS(Answer To Select)相对步骤多一些，不过这也是迫不得已，这是由卡片本身的“非接触”特性决定的。不像接触式卡片那样一卡一座，非接触式卡片由于“无源”和“免接触”，读写器的射频场中可能同时存在多张卡片，为了从多张卡片中选中一张进行操作，读写器要启动防冲突和卡选择的过程。由于不能保证射频场中的卡片都是CPU卡，所以读写器选中一张卡片后还要向卡片发送RATS命令，CPU卡会回送一个ATS响应，此ATS与接触式CPU卡的ATR也大同小异，同样由5部分组成：

(1)长度字符TL：指出ATS的长度，不包括后面的校验字节。

(2)格式字符T0：指定存在哪些接口字符以及卡片能接收的帧的最大长度。

(3)接口字符  ：指定协议参数和协议类型

(4)历史字符  ：说明诸如制造商、芯片型号、序列号等一般信息

(5)校验字符  ：保证ATS数据的完整性，使用的是2字节CRC校验

完成ATR或ATS应答之后，卡片可以进行PPS(Protocol Parameter Selection)协商，也可以不协商而使用默认值。此后就进入7816-4，执行COS命令进行数据交换了。