非接触CPU卡驶入快车道,8位/16位控制器是主流

上网时间: 2007年07月01日? 作者:孙昌旭? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:非接触CPU卡? 智能卡? 电子护照?

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陈德勇:如果有中国政府强力扶持,中国银行系统可能在两年实现由传统磁条卡向智能卡的转移。

“过去2~3年非接触智能卡的增长率一直维持在5~10%左右,且主要应用是基于memory的非接触智能卡,并不是基于CPU的智能卡。但从去年下半年开始,该市场的增长明显加快,主要推动因素来自于两个市场:一个是电子护照,另一个是基于万事达的paypass和VISA的Visa wave等银行卡。”意法半导体大中国区智能卡事业部销售总监陈德勇对非接触智能卡的市场前景非常看好,该公司预计今年该市场的增长率可能会达到20%~30%,因此正加大在该市场的投入。

同意法一样,看好该市场的还有Atmel、英飞凌、瑞萨,当然还有目前在非接触卡市场占领较大优势的恩智浦半导体(NXP)。“据专家估计,去年27个国家的电子护照出货量大约是1,600万件。我们预测,今年半导体行业的出货量有望达到去年的两倍还要多。”Atmel技术销售总监张耀强说道。除电子护照外,全球范围也开始进入从接触式到非接触式EMV卡迁移的过程中,据Eurosmart预测,2007年非接触式金融市场将达到4,000万件。因此,这些主要的智能卡IC厂商一方面抓紧进入电子护照这一标志性的项目,同时也在抢攻银行卡、各种行车执照以及公民身份证、居住证等等一系列具更大潜在市场的非接触CPU卡。

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在全球电子护照、银行卡的应用推动下,非接触智能卡市场今年出现了强势增长。

非接触智能卡市场的起飞与电子护照的成功运营不无关系。陈德勇解释道,虽然去年电子护照的绝对出货量并不大,但是电子护照的成功运行正在解除人们对于非接触智能卡在安全性方面的担忧。因为电子护照对非接触智能卡产业的挑战性极高,它是对安全、工艺、制造以及业界协作的全方位能力的考验,所以电子护照的成功运营,也带动了非接触智能卡在银行和金融行业的启动。

意法半导体近期与OTI合作,在推进银行系统使用非接触智能卡方面又向前进了一步。他们同共推出了首个获得万事达和Visa全套认证的单片支持万事达和Visa的非接触CPU卡方案。全套认证包含万事达卡为两用卡开发的一级、二级和芯片评估安全测试(CAST)三个级别的认证,这些认证同时还支持万事达PayPass和Visa PayWave两种支付方案。有了这个新产品,卡制造商可以开发一个单卡同时支持万事达卡和Visa卡两种支付方案,一旦接到客户的订单后,卡制造商可以把卡设置成支持万事达卡或Visa卡中任何一个方案。这将有利于卡制造商优化库存管理、缩短产品上市时间。此套方案基于意法专门为非接触智能卡设计的微控制器ST19WR02,它具有一个优化的模拟RF接口和专用的安全功能,数据速率高达424Kbit/s。

“电子护照的成功运营,加上EMV标准的成熟,共同推动了银行系统对非接触智能卡的采用。”陈德勇说道。在这方面,东南亚国家甚至走在了欧美的前面。马来西亚、泰国、韩国都已大规模采用。比如马来西亚银行业,从2004年开始导入智能CPU卡,在政府的扶持下和EMV标准的推动下,现在已有近80%的终端系统是基于CPU的智能卡,其中已有近半是非接触CPU卡。

不过,虽然非接触CPU卡已进入银行金融系统,但是在这些市场上,目前非接触智能卡还是多用于一些小额支付应用,比如加油站、小型超市等,而对于大额支付更多采用接触智能卡。“人们对非接触智能卡的安全性还是有些怀疑,虽然已有了很大的改进。”陈德勇分析道。另一个非接触智能卡用于这些小额市场的原因是,这些市场需要用到非接触智能卡的快速读取优势,而当遇到大额支付时,人们对于安全的考虑已超过对速度的要求。

回到中国市场。2008奥运会和世博会将极大地推动非接触智能卡在中国市场的起飞,同时还会推动全球非接触智能卡市场的增长。据悉,目前一些奥运城市已开始计划将银行终端机向接触智能卡/非接触智能卡终端机转换的工作。“这些终端机都会有一个非接触智能卡可选功能。”陈德勇说道。

此外,中国目前正在引入外资银行,这也会极大推动非接触智能卡在中国市场的进程。并且,相比于欧美国家,中国还有一个优势就是没有传统智能卡设备的投资包袱,可以直接进入非接触智能卡网络。“如果有中国政府强力扶持,乐观地估计,中国银行系统也可能在两年实现由传统磁条卡向智能卡的转移。”陈德勇乐观地表示。

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潘晓哲:基于闪存的智能卡需要更多的安全措施保护卡上的内容。

另一方面,中国还将是最大的身份证、智能交通等非接触CPU卡的潜在市场。“交通卡市场也正在由非接触内存卡转向非接触CPU卡。”英飞凌科技保密与智能卡芯片中国区市场部经理潘晓哲指出。

目前在中国,非接触式领域中应用最广的是恩智浦半导体的MIFARE卡,如北京公交一卡通90%采用的均是这种非接触式智能卡。恩智浦半导体汽车电子和智能识别产品大中华区高级市场总监张焕麟表示:“随着城市一卡通系统的发展与成熟,一卡通系统不再仅限于交通行业内的使用,变成城市信息化平台的一个重要组成部分。应用的领域逐渐增多,每笔的交易金额逐渐增多、电子钱包里的钱也越来越多,同时有与金融、政府、社保、交通、加油、身份识别等各行业融合的趋势。”

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张焕麟:当涉及到大额支付或对安全性能要求高的应用时,就需要采用CPU卡。

随着MIFARE新产品的不断推出,其更具成本效益的产品相应的应用越来越广泛。例如校园卡,交通卡等等,它还能应用于电子票务系统。“特别是Ultralight产品成本很有竞争力,它能用于普通的一次性的单程票的应用,它不但有可靠的防伪功能,成本上还很有竞争力。除此之外,大型的体育盛会等票务系统也可应用MIFARE技术。”他说道。

但是,他也坦承,MIFARE非接触式智能卡适用于相对简单、单一的应用模式,它主要基于Memory。而当涉及到大额支付或者对安全性能要求高的应用时,就需要采用CPU卡,如金融和电子政务方面(电子护照等)的应用。他解释:“恩智浦基于Java Card Open Platform(JCOP)的CPU非接触式智能卡可以灵活地开发多种高级应用,具有应用扩展性、兼容性和安全性,在未来5~10年能够满足城市交通卡和一卡通及非接触电子支付、身份认证等需求的迅猛发展。”他透露恩智浦基于JCOP的系列接触/非接触/双界面/三界面CPU卡芯片-SmartMX,已用于全球36个电子护照计划中的有30个项目中,包括最近的美国电子护照计划。他特别提示,三界面卡除了接触/非接触界面外,还新增加了USB接口,提升了接口传输速度,可以满足更多的应用。

虽然恩智浦目前在非接触CPU卡芯片上领先,但其它几家传统的智能卡芯片厂商也正在加大在该领域的投入,这些厂商一方面继续在已有的接触智能卡芯片市场扩充领地,一方面也在全力进入迅速成长的非接触卡市场。

非接触CPU卡仍以8/16位为主流

谈到非接触CPU卡中内核的趋势,张焕麟指出:根据目前中国市场在金融、政府、社保、交通、加油、身份识别等领域的应用及发展情况来看,未来5年内,8位/16位的CPU产品仍会是主流;而在移动通信和付费电视领域,未来的2~3年由于对承载内容、安全性及最终用户对用户体验的要求,32位的CPU会逐渐会被市场选择。

他的观点基本上代表了其它智能卡CPU厂商的观点,目前除了恩智浦,意法、英飞凌、Atmel以及瑞萨等公司都已进入非解触CPU卡,并且以8/16位CPU核为主。不过,相比于其它嵌入式应用,非接触智能卡CPU对安全性的要求尤其高。Atmel的张耀强指出:“非接触式微控制器的性能主要体现在两个相结合的要素上:非接触式接口的性能(通信速度)和芯片的运算能力(主CPU和加密处理器)。关键因素在于芯片的设计必须在有限的性能预算范围内提供一个非常安全的性能。

因此,各家的竞争也体现在对安全性的控制上,一方面通过硬件加密引擎来实现各种加密算法,另一方面也在CPU架构和工艺上保障安全性。

意法的陈德勇表示:“我们从半导体工艺设计上就考虑进了安全性,防止黑客入侵。此外,我们还会开放工艺接口给对安全性要求很高的系统商,他们会在芯片中加入他们自己定义的功能模块,有的连我们都不知是什么,这样能保证智能卡的极强安全性。”

在加密算法上,意法的ST21(8位)和ST23(8/16位)平台都能提供基于硬件的DES、AES、RSA(2048位)和椭圆算法等对称与非对称算法。陈德勇解释:“这些加密算法都会同时存在,针对不同的功能。比如由于DES安全级别不高,主要应用于每个交易中的运算,而一些机密的数据则由AES或RSA来执行,这样可提升功效。”

Atmel的8位或16位RISC带EAC(扩展性访问控制),“能发挥出高水准的非对称加密算法性能。”Atmel的张耀强强调。Atmel提供全套已通过标准级认证(Common Criteria)的工具箱。

英飞凌的SLE66CLX800PE是一款8/16位高安全双接口控制器,支持1100Bit ACE,RSA和Elliptic Curve GF(p),112Bit双密钥DES加速器和DES, 3DES等多种算法。符合CC EAL5认证。

恩智浦的JCOP31 P531V072基于8位Secure_MX 51核,支持RSA密钥长度达4096bit的PKI加密引擎、RSA模块化求幂、ECC发生/验证、DES引擎、存储管理器(防火墙)。符合CC EAL5+ VISA和CAST的认证。

CPU卡除了在以上安全性上竞争外,还在接口和传输速度上也有竞争。

以上的CPU均为双界面,而恩智浦的SmartMX CPU更是可以支持三界面,除接触/非接触外,还支持接触卡的USB接口。业界去年11月发布了ISO7816的一下代USB快速标准,将接触智能卡接口的速率由原来的9,600bit/s提升至12Mbit/s,以应对新兴应用的需求,比如快速SIM卡的新兴应用。但是恩智浦的CPU卡在非接触接口方面支持14443 Type A接口。“Type A接口比TypeB的速度慢近50%,后者可达到848Kbit/s的接口传输速率。由于电子护照等需要传输大量的数据,因此对接口速率要求很高。”意法的陈德勇指出,意法采用的是Type B接口。不过他指出,恩智浦专有的MIFARE密钥长度比DES短,可能存在安全隐患,因为已发生了几起被攻击的例子。

在接口方面,英飞凌的CPU卡功能较全。它支持接触/非接触双介面,同时支持14443 Type B和A接口两种传输速度标准,还支持ISO/IEC 18092无源模式(索尼FeliCa通信接口)。并且,英飞凌还购买了恩智浦的MIFARE算法,支持可选的MIFARE Classic IK仿真。

但是也有厂商为了提供低成本的非接触卡,专门针对该市场推出仅支持单介面的方案。比如瑞萨科技前不久推出的16位微控制器AE41R,就是专门针对非接触市场的,仅提供支持ISO 14443 Type-B标准的接口,目的是为了降低成本。

闪存会不会替代CPU中的EEPROM?

随着闪存价格越来越便宜,应用越来越广泛,业界有一种声音在问:即目前在CPU中嵌入的EEPROM和RAM/ROM会不会被嵌入式闪存所取代呢?对于该问题,这些智能卡CPU厂商基本上给予了否定。

英飞凌的潘晓哲指出:“虽然采用闪存会给卡商带来方便,比如在开发OS时更简单,同时可以缩短上市时间,但是对于智能卡来说,我们认为最重要的还是安全性。基于ROM/EEPROM的智能卡,其操作系统可以通过硬件实现保护,而基于闪存的智能卡需要更多的安全措施保护卡上的内容,因为闪存是可以重写的。同时,卡商需要付出额外的成本和功夫做差异化的工作,比如需下载全部的操作系统或自己写用户数据到芯片中。因此,我们认为在大批量应用市场上,基于ROM/EEPROM的智能卡将仍会是主流。”

但是Atmel的张耀强却认为:“安全性不在考虑范围内。用闪存替代ROM+EEPROM,主要取决于硅晶圆生产厂商的生产能力,其是否可以用同等或更低的价位来生产闪存。”他说,“闪存技术有诸多优势,但仍有不足,有待改进。”

而意法则认为闪存会部分用于智能卡中,特别是先在接触智能卡比如SIM卡市场采用,通过成功案例来消除人们对于闪存安全的顾虑,以后会逐步应用于非接触智能卡中。

陈德勇分析道:“闪存会首先在接触型智能卡中被采用,而在非接触卡中的采用会滞后一些。银行、金融等系统会考虑安全性,考察闪存在智能卡中的使用情况,然后才会决定是不是采用。”

他透露,意法计划年底推出基于闪存的大存储容量智能卡,主要应用于电信市场,比如SIM卡。“几年前,我们尝试推出基于EEPROM的大容量1Mbytes的SIM卡,但由于那时SIM对容量的提升需求不大,没有相关的应用支持,并且价格也贵,所以没有成功。现在不同了,一是相关的应用已出现,比如有移动电视运营商需要在SIM卡中存入用户的管理信息,以提升安全性和提供更多增值服务,这就需要提升SIM卡的容量;二是现在我们采用了90nm的工艺,使得闪存的价格大幅下降,从而即使对价格敏感的SIM卡也能接受。”

他提示说,现在还有一种方案,是在SIM卡中增加一块外挂的闪存芯片,这样SIM卡中就会有两块芯片,这会增加成本,且减小安全性。这种方案主要是针对需要大型容量的MegaSIM,比如128Mbyte。“但是,对于这些特大型容量的MegaSIM卡,其应用在哪里,业界还在观察。”

而恩智浦则认为单一闪存虽然不可能取代ROM和EEPROM,但是由闪存与后两者混合的型式则会出现。张焕麟指出:由于不能满足智能卡在成本和安全等方面的要求,闪存是不会取代EEPROM和ROM而成为智能卡行业应用的主流产品的。但未来2~3年内,在CPU 智能卡行业应用中会出现闪存与ROM联合使用在同一芯片上的情况,这样一来就能同时满足安全性和灵活多变的应用要求。所以说不是闪存取代现有产品,而是现有产品会扩展到具有闪存的功能。

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