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IC卡卡口安全及防攻擊技術(shù)

文章出處:http://www.sgrivertours.com 作者:北京富根智能電表有限公司研究所所長(zhǎng) 王瑞毅   人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年09月07日

[文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]:IC卡卡口安全及防攻擊技術(shù)

   關(guān)鍵字: 防攻擊  安全  

  隨著IC卡技術(shù)的不斷發(fā)展,應(yīng)用日益廣泛。在眾多的IC卡中,接觸型IC卡由于其售價(jià)低、保密性好、讀寫器價(jià)格低廉和易于嵌入最終產(chǎn)品而得到最廣泛的應(yīng)用。例如預(yù)付費(fèi)電能表、預(yù)付費(fèi)燃?xì)獗?、預(yù)付費(fèi)水表、預(yù)付費(fèi)熱能表、打卡機(jī)、個(gè)人消費(fèi)卡、電子商務(wù)等等。此類應(yīng)用的共同特點(diǎn)均是利用IC卡作為專用貨幣(電量、氣量等)、直接貨幣(例如電子商務(wù))或重要信息(不充許修改)的傳遞工具,對(duì)應(yīng)的表、機(jī)則控制相應(yīng)的消費(fèi)。也就是說(shuō):若能修改傳遞信息的內(nèi)容或破壞對(duì)應(yīng)表、機(jī)的消費(fèi)控制能力即可獲得利益。而此類產(chǎn)品均生產(chǎn)量巨大,一但出現(xiàn)漏洞,國(guó)家或相關(guān)企業(yè)將損失巨大。在以上兩個(gè)問(wèn)題中防止非法修改傳遞信息的內(nèi)容屬于IC卡的加密問(wèn)題,己有諸多論述,本文將不作探討。而第二個(gè)問(wèn)題是目前IC卡應(yīng)用中的重要問(wèn)題,筆者在此提供個(gè)人意見(jiàn)供大家參考。
一、IC卡卡口的安全狀況
  現(xiàn)有的IC卡卡口線,主要有電源線(Vcc及GND)、信號(hào)線、時(shí)鐘線、復(fù)位線等幾類組成。在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,電源線一般直接引至產(chǎn)品電源、時(shí)鐘線接至公共時(shí)鐘源或接至單片機(jī)、信號(hào)線與復(fù)位線一般直接接直至單片機(jī)或接口芯片。由于需要插入IC卡,故以上引線均接往IC卡座。而IC卡的卡口可插入一塊簡(jiǎn)易PCB板將上述引線引出。這樣上述引線將暴露在儀器(表)外殼之外,極易進(jìn)行攻擊。
  北京的邢偉華先生在99年6月召開(kāi)的《99預(yù)付費(fèi)產(chǎn)品安全性及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研討會(huì)》上歸納了各種對(duì)IC卡卡口的攻擊方法,主要如下:a)高壓靜電攻擊(例如使用煤氣點(diǎn)火器);b)短路攻擊(使用短路金屬片插入卡口);c)高壓直流攻擊(往VCC輸入高電壓直流);d)高壓交流(例如在任兩引線間加入交流220V)。以上四類攻擊方法如不采取防護(hù)措施,都將會(huì)使儀器(表)內(nèi)單片機(jī)、電路、電源損壞或死機(jī)而失去對(duì)消費(fèi)對(duì)象的控制。而上述攻擊是電攻擊基本不會(huì)留下攻擊證據(jù)而無(wú)法追究。攻擊者攻擊成功后可不付費(fèi)而獲得消費(fèi),例如預(yù)付費(fèi)電卡表。
二、IC卡卡口防攻擊的困難
  仔細(xì)分析上述四類攻擊,若要全部防護(hù),實(shí)非易事。首先,抗攻擊電路的耐壓應(yīng)極高,應(yīng)在20KV以上,再者其反應(yīng)速度應(yīng)小于100ns否則保護(hù)動(dòng)作時(shí)保護(hù)對(duì)象己損壞,第三應(yīng)能識(shí)別上述四種攻擊的類別以啟動(dòng)不同電路保護(hù),第四應(yīng)成本較低否則用戶不能接受,第五是攻擊撤消后應(yīng)能快速恢復(fù)正常工作狀態(tài),最后還需要較小體積和極高可靠性。設(shè)計(jì)一個(gè)電子部件要同時(shí)滿足上述要求,采用目前的電子器件和線路基本上不可能。
  在最近幾年中,眾多企業(yè)和科研單位使用電子線路(集成或晶體)、熱敏電阻、可恢復(fù)保險(xiǎn)絲等方案進(jìn)行了大量試驗(yàn)并取得了一些進(jìn)展,特別是后兩種方案表面上取得進(jìn)展但實(shí)際上仍不可靠,其原因在于器件反應(yīng)時(shí)間慢。美國(guó)某公司也推出了相關(guān)產(chǎn)品,但其價(jià)格高(近20美元)和抗高壓不夠(小于3kv)仍無(wú)法應(yīng)用。
  據(jù)了解:北京一戶一表工程中使用的電卡表,己明文要求能抗上述四類卡口攻擊;建設(shè)部即將出臺(tái)的卡式燃?xì)獗怼⑺?、熱能表安全?guī)范也將要求能抗上述四類卡口攻擊,其它一些接觸型IC卡應(yīng)用專業(yè)估計(jì)也將要求能抗上述四類卡口攻擊。因此,如何解決卡口抗攻擊問(wèn)題己是各表廠、接觸型IC卡應(yīng)用單位急迫的問(wèn)題。
三、LKM4140防攻擊專用模塊的工作原理
  筆者為解決上述問(wèn)題與國(guó)外同行合作,使用了國(guó)外最新研制的一種特種材料,組成極簡(jiǎn)單電路制成了LKM4140防攻擊專用模塊并成功獲得國(guó)家專利(專利號(hào):990279659)完全滿足了上述五條要求,并在北京一戶一表工程的預(yù)付費(fèi)IC卡表中得到廣泛應(yīng)用,目前大約裝表近35萬(wàn)塊。凡裝了此模塊的預(yù)付費(fèi)IC卡表至今無(wú)一例攻擊成功,得到了北京供電局的高度評(píng)價(jià)。在國(guó)內(nèi)電表中己有33家使用該模塊。
  LKM4140防攻擊專用模塊由四個(gè)完全相同的通道組成(參看圖一)
模塊使用的材料由柱狀無(wú)窮多層感應(yīng)式陶瓷材料組成,當(dāng)通過(guò)電流小于某值時(shí),柱面呈現(xiàn)有一定阻值導(dǎo)體(本模塊約為400歐姆),隨著電流增大,最外層感應(yīng)式陶瓷材料還原成普通陶瓷,柱面導(dǎo)通截面縮小,電阻增大,其轉(zhuǎn)換時(shí)間為ns級(jí)。
  當(dāng)外界突加高壓時(shí)(無(wú)論是交流、直流還是靜電)都會(huì)使流過(guò)專用材料的電流瞬間加大,電流加大的結(jié)果造成材料電阻變大(可達(dá)數(shù)百K),該電阻與穩(wěn)壓器件構(gòu)成一穩(wěn)壓電路,使得無(wú)論外電壓多高(以不擊穿材料值為限)進(jìn)入儀器(表)內(nèi)部的電壓任何時(shí)候都不超過(guò)穩(wěn)壓值,從而保護(hù)了儀器(表)。在高壓靜電狀態(tài),該穩(wěn)壓電路還能瀉放靜電電荷,從而無(wú)從對(duì)儀器(表)進(jìn)行攻擊。
四、結(jié)束語(yǔ)
  綜上所述,LKM4140防攻擊專用模塊是理想的IC卡卡口防攻擊電路,并己得到數(shù)十萬(wàn)臺(tái)產(chǎn)品的使用驗(yàn)證。
附錄一、LKM4140防攻擊專用模塊介紹
一、概述:
  本專利產(chǎn)品(專利號(hào):990279659)LKM4140(防攻擊專用模塊)是為預(yù)付費(fèi)智能表(如IC卡、CPU卡等)卡座類防破壞性高壓攻擊而設(shè)計(jì)的專用模塊。
二、特點(diǎn):
  1、無(wú)需外部元件
  2、具有快速響應(yīng),快速自恢復(fù)
  3、性能穩(wěn)定
  4、抗攻擊范圍廣(DC2500V,AC600V,靜電30000V)
  5、體積小
  6、不影響原卡座的正常讀寫
三、外形圖:
四、極限參數(shù):
  1、耐壓:DC3000V,AC800V,靜電40000V
  2、工作溫度:-30-75℃
  3、貯存溫度:-40-120℃
五、引腳說(shuō)明:
  2,4,6,8腳為卡座的任意定義的輸入輸出接口,1,3,5,7腳為電路的對(duì)應(yīng)輸出,9腳為GND。
六、典型接線圖  
(相關(guān)圖樣要稍等些時(shí)間再上傳,請(qǐng)見(jiàn)諒)

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