Obsługa kart chipowych Smart Card

Strony: 1 2 3 4 5

W świecie elektroniki istnieje wiele sposobów identyfikacji użytkownika. Obecnie bodaj najbardziej rozpowszechnionym w codziennym życiu (szczególnie w bankowości) jest standard wykorzystujący karty Smart Card. W artykule podajemy informacje, jak wykorzystać karty Smart Card w aplikacjach z mikrokontrolerami STM32.

Elektroniczne karty płatnicze zupełnie zrewolucjonizowały codzienne życie ludzi. Dzięki nim nie ma potrzeby obracania gotówką, wystarczy jedynie kawałek plastiku z zaszytą weń elektroniką i już można dokonywać transakcji na całym świecie. Zastosowania kart identyfikacyjnych nie ogranicza się rzecz jasna tylko do dokonywania płatności. Współczesne karty znalazły zastosowanie w wielu obszarach, które wymagają zabezpieczeń lub autoryzacji, jak choćby karty umożliwiające odbiór płatnych pakietów telewizyjnych.

Pierwotnie autoryzacja kart elektronicznych odbywała się dzięki informacjom zapisanym na pasku magnetycznym umieszczonym na karcie. Z czasem i postępującym rozwojem mikroelektroniki stało się możliwym technologicznie, i co ważniejsze opłacalnym, wmontowywanie w karty mikroprocesora. W ten sposób powstały wszechobecne dziś mikroprocesorowe karty typu Smart Card.

Mikrokontrolery STM32 oferują sprzętowe wsparcie dla aplikacji pracujących z kartami identyfikacyjnymi. Wbudowany w te układy uniwersalny interfejs szeregowy USART może pełnić rolę kontrolera Smart Card. W programie przedstawionym pod koniec niniejszego artykułu wykorzystamy tą alternatywną funkcjonalność USART.

Standard Smart Card (ISO 7816)

Wszystko, co jest związane z kartami identyfikacyjnymi Smart Card, zostało zdefiniowane w standardzie ISO 7816. Normę podzielono na części, a kolejne dodawano wraz z upływem czasu i powstającymi nowymi wymaganiami. Dotychczas powstało kilkanaście części standardu, lecz aby odczytywać i zapisywać dane do typowej karty identyfikacyjnej wystarczy zapoznanie się tylko z pięcioma pierwszymi częściami:

ISO 7816-1 – konstrukcja mechaniczna, parametry elektryczne oraz wytrzymałość na czynniki zewnętrzne,
ISO 7816-2 – liczba, funkcje, położenie oraz wymiary pól kontaktowych,
ISO 7816-3 – sygnały elektryczne oraz protokoły transmisji – warstwa łącza danych,
ISO 7816-4 – specyfikuje komendy i metody dostępu,
ISO 7816-5 – systemy numeracji oraz procedury nadawania identyfikatorów dla producentów.

Wygląd typowych styków karty identyfikacyjnej z mikroprocesorem zamieszczono na rys. 1.

Rys. 1. Styki karty identyfikacyjnej Smart Card

Rys. 2. Interfejs Smart Card z użyciem układu ST8024

Podłączenie karty identyfikacyjnej do mikrokontrolera z rodziny STM32 wymaga zastosowania układu interfejsu analogowego. W tej roli dobrze spisuje się układ ST8024, a jego standardową aplikację przedstawiono na rys. 2. Warto zauważyć, iż istnieje tylko jedna linia przeznaczona do wymiany danych, co sprawia, że możliwa jest tylko komunikacja w trybie half-dupleks (naprzemienne wysyłanie i odbieranie danych).

Układ interfejsu zapewnia poprawne formowanie sygnałów oraz m. in. zabezpieczenie przed skutkami wyładowań elektrostatycznych. Ponadto ST8024 monitoruje stan mikroprzełącznika sygnalizującego umieszczenie karty w gnieździe.

Charakterystyka gniazda Smart Card powoduje, że podczas umieszczania karty w gnieździe kontakty znajdujące się na karcie mogą w trakcie ruchu uzyskać połączenie elektryczne z niewłaściwymi kontaktami gniazda. Może to oczywiście grozić uszkodzeniem karty lub czytnika, dlatego zasilanie powinno być doprowadzone do karty dopiero po tym, jak zostanie ona poprawnie umieszczona w gnieździe. Oznacza to, że w stanie jałowym, to jest wtedy, kiedy gniazdo jest puste, oraz podczas wkładania karty na złączach gniazda nie może występować napięcie. W przeciwnym wypadku mikroprocesor umieszczony w karcie może ulec uszkodzeniu. Zachowanie się czytnika po umieszczeniu w nim karty definiuje trzecia część standardu: ISO 7816-3.

Wygląd przebiegów sygnałów inicjalizujących interfejs Smart Card zamieszczono wraz z komentarzem na rys. 3. Gdy karta jest poprawnie umieszczona w czytniku to następuje włączenie napięcia zasilania oraz sygnału zegarowego. Taki stan musi trwać przynajmniej 40 000 cykli zegarowych. Po ich upływie linia zerująca RST powinna zostać przełączona w stan wysoki. Od tej chwili karta identyfikacyjna ma 400 cykli na wygenerowanie tzw. odpowiedzi na sygnał zerowania ATR (z ang. Answer to Reset).