كارت هوشمند

مقدمه:
وصفي كه مي توان در مورد كارت هوشمند بكار برد “كليدي براي دهكده جهاني”‌ است. كارت هوشمند موجب ايجاد تغييرات بس عظيمي در چرخه دريافت و ارسال اطلاعات و روشي براي پرداخت وجوه گشته است. كارت هاي هوشمند تأثير ژرفي در فروش و ارائه خدمات نهاده است.

كارت هوشمند همانند يك “كيف پول الكترونيكي” مي باشد. اين كارت يك كارت اعتباري استانداردي است كه با نشانة پلاستيكي هوشمندي آهار زده شده است در بدنه اين نشانه پلاستيكي يك ميكروچيپ كار گذاشته شده است كه عامل هوشمندي اين نوع كارتها مي باشد. اين ميكروچيپ نه تنها موجب ايجاد ظرفيت حافظه مي شود، بلكه قابليت محاسبه اي نيز دارد پس بنابراين ميكروچيپ قابليت پردازش اطلاعات را دارد. ميكروچيپ داراي رابطه هاي طلائي مي

باشند كه به وسايل ديگر نيز اين قابليت را مي دهد كه با آن رابطه برقرار نمايند. اين ميكروچيپ انواع اطلاعات را در خود حفظ مي كند، از ارزش پولي ذخيره شده كه براي فروش و ماشينهاي فروش استفاده مي شوند گرفته تا اطلاعات امنيتي و استعمال براي عملكردهاي پيشرفته از قبيل ثبت پزشكي و بهداشتي.

اطلاعات و عملكردهاي جديد بسته به نوع قابليت هاي چيپ به آن اضافه مي شوند. برخلاف كارتهاي قديمي كه تنها داراي يك نوار مغناطيسي بودند مي توان چند صد بار اطلاعات وارد كرد و طوري برنامه ريزي نمود كه تنها اطلاعات مربوطه را نمايان سازند. به عنوان مثال، مي توان گفت اين كارت در معامله اي در يك

فروشگاه مي تواند نشان دهد كه پول كافي در حساب مشتري وجود دارد، بدون اينكه مبلغ پول را نمايان سازد. تلاقي كارت پلاستيكي قديمي و يك پردازشگر كوچك، موجب شده تا اطلاعات ذخيره گردند، قابليت دسترسي و پردازش بصورت آنلاين يا آفلاين (با استفاده اينترنت يا بدون استفاده از آن) باشند. نامتشابه به كارتهاي پلاستيكي معمولي كه توسط دستگاه پردازشگر خوانده نمي شوند، قدرت پردازش اين كارتها به آنها قابليت چند كاره بودن را در هنگام پرداخت وجه مي دهد، براي استفاده از طريق موبايل، تلويزيونها و ويدئوي شما و اتصال به كامپيوتري از طريق تلفن، ماهواره يا اينترنت در هر زمان و هر كجا در جهان.

تاريخچه:
اصليت تاريخي اين تكنولوژي در قرن هفدهم در زماني است كه مخترعين آلماني،‌ ژاپني و فرانسوي حق ثبت اختراع خود را ارائه دادند. در حاليكه مخترعين در ايالات متحده، ژاپن، استراليا، جايي كه حق ثبت صادر مي كردند، فرانسويها با ارائه تكنولوژي، پول خوبي به جيب زدند. آنها اين كار را در دهه ۱۹۷۰ انجام دادند كه زمان سرمايه گذاري اصلي ملي در مدرنه سازي زيربناي اقتصادي تكنولوژي ملتشان بود.

بنابراين عوامل زيادي در خصوص تكنولوژي كارت هوشمند فعاليت نمودند. اين پروژه تا اواسط قرن هجدهم در سطح تحقيق و توسعه بود. از آن پس، اين صنعت به سرعت رشد پيدا كرد تا جائيكه از سال ۱۹۹۸ ، بيش از ۰۰۰/۰۰۰/۰۰۰/۱ كارت در سال ارسال مي گردد. ازدحام جهاني جاري كارتهاي هوشمند طوري تنظيم شده است كه از ۷/۱ بيليون به ۴ بيليون يا بيشتر ظرف ۳ تا ۴ سال آينده برسد.

ساختار:
منطقه ذخيره حافظه ي اصلي سازي چنين كارتهايي به طور معمول EEPROM (حافظه خواندن برنامه كه بصورت الكترونيكي قابل پاك كردن است) مي باشد كه مي توان محتوي اين كارتها را به روز نمود. محتويات موجود حفظ شود، در زمانيكه نيروي اضافي حذف مي شود. برخي اوقات، چيپ هاي كارتهاي هوشمند جديدتر، كمك پردازشگران محاسباتي نيز در چيپ ميكرو پردازشگر تلفيق مي شوند كه چيپ را قادر مي سازند، برنامه ها را بسيار سريع رمزبندي نمايد. ارتباط چيپ هم از طريق اتصال فيزيكي مستقيم برقرار مي گردد و هم از دور از طريق دخالت الكترو مغناطيس بسيار كم اتصالي.

اين چيپ است كه كارت هوشمند را به طور منحصر به فردي شناسانده. با قابليتش اطلاعات بسيار بيشتري (هم اكنون بالغ بر ۳۲/۰۰۰ بيت) نسبت به كارتهاي هوشمند با نوار مغناطيسي ذخيره مي سازد و همه اين اطلاعات در محيطي كاملاً امن ذخيره هستند. اطلاعات موجود در جيپ مي توانند در مقابل بررسي هاي خارجي يا تغيير حفظ گردند. بنابراين كليدهاي رمزي مهم سيستم هاي رمزنويسي براي حفظ انسجام و خصوصي سازي اطلاعات مربوط به كارت مگر در موارد حمله هاي بسيار پيشرفته و ظريف، استفاده مي شوند.

مهندسي كاربردي يك سيستم GSM مي تواند به طور گسترده اي داخل ايستگاه موبايل، زيرسيستم ايستگاه اصلي و زيرسيستم شبكه اي، هر زيرسيستمي شامل محتويات كاربردي مي باشند كه از طريق رابط هاي كاربردي مختلفي كه از پروتكل هاي خاص استفاده مي كنند. مشترك ايستگاه موبايل را نگه مي دارد: زيرسيستم اصلي اتصال راديويي را با ايستگاه موبايل كنترل مي كند. زيرسيستم شبكه، بخش اصلي كه مركز انتقال دهنده سرويسهاي موبايل است، مكالماتي كه بين موبايل با ديگر مشتركين شبكه (تلفنهاي ثابت يا موبايل) و مديريت سرويسهاي موبايل از قبيل تأييد مكالمات را انجام مي دهد.
تصوير ۱ : ساختار كارت هوشمند

امروزه ، سه نوع كارت هوشمند وجود دارد:
يك چيپ ميكروپردازشگر كه مي تواند اطلاعات را اضافه يا حذف نمايد كه به جزء اين اطلاعات موجود در حافظه دستكاري مي گردند. اين مدل يك كامپيوتر كوچك با پورتهاي ورودي و خروجي، سيستم عملكرد و سخت افزار است. چيپ ميكروپردازشگر، قابل دسترس در ۱۶ , ۸ و ۳۲ بيت مي باشند. ظرفيت ذخيره اطلاعات از ۳۰۰۰ بيت تا ۳۲/۰۰۰ بيت همراه با سايزهاي بزرگتري داراي پيشرفتهاي تكنولوژي شبه مديريت مي باشند.

۱- كارتهاي ميكروپردازشگر مدار منسجم (IC)
تصوير ۳ : نمايش يك مدار منسجم كه در كارتهاي هوشمند استفاده مي شود.
كارتهاي ميكروپردازشگر (عموماً به آنها “كارتهاي چيپ” نيز اتلاق مي شوند) نسبت به كارت نوار مغناطيسي دار قديمي، داراي ذخيره حافظه و امنيت اطلاعاتي بيشتري مي باشند. چيپهاي كارتهاي هوشمند كه ميكروپردازشگر نيز ناميده مي شوند علاوه بر حافظه خود داراي يك حافظه داخلي نيز مي باشند، اين چيپها پردازشگري دارند كه توسط سيستم عملكرد كارت كنترل مي شود كه قابليت پردازش داخلي اطلاعات دارد و نيز شامل برنامه هاي مختصري است كه در داخل

كشور قابل اجرا مي باشند. ميكروپردازشگر قادر است اطلاعات را حذف يا اضافه نمايد كه در غير اين صورت اطلاعات روي كارت دستكاري مي شوند، در حاليكه يك كارت داراي چيپ حافظه دار قادر است عملكردهاي از پيش تعيين شده اي را اجرا نمايد (مثل: پيش پرداخت كارتهاي تلفن). نسل جديد كارتهاي چيپ، پردازشگر ۸ بيت،‌ حافظه ۳۲ KB و ۵/۲ بيت از حافظه دستيابي تصادفي دارد. اين امر قدرت پردازش مساوي با كامپيوتر IBM-XT اصل، هر چند با ظرفيت حافظه كم.

كاربردها:
اين كارتها كاربردهاي مختلفي دارند. خصوصاً كارتهايي كه قابليت رمزنويسي داخلي دارد كه مي توان شمار زيادي از اعداد را تغيير داد. تعداد بسيار كمي از اين كارتها كه قدرت پردازش اطلاعات را دارند، براي كدنويسي / كدبرداري اطلاعات را دارند كه براي شناسايي رمز افراد بسيار خاص به كار مي روند. پردازش اطلاعات، قابليت مديريت ذخيره فعالي را كه كارت را چند كاره و انعطاف پذير مي سازد. به كارتها مي دهد. بنابراين، چيپ كارتها سكوي اصلي براي كارتهايي هستند كه مشخصات ديجيتالي امنيتي را حفظ مي كنند. بنابراين، آنها قادرند مكانيسم امنيتي پيشرفته، پردازش اطلاعات داخلي، محاسبه پيچيده و پردازشهاي تعاملي ديگر را انجام دهند. كارتهاي ارزشي كه با شناسايي، امنيت و اهداف اطلاعاتي هماهنگ مي باشند، كارتهاي پردازشگر هستند.
نمونه هايي از اين كارتها عبارتند از:

– كارتهاي نگه دارنده پول (كارتهاي ذخيره ارزشي)
– كارتهايي كه معادلهاي پولي را نگه مي دارند (به عنوان مثال، كارتهاي فاميلي)
– كارتهايي كه تأمين كننده امنيت براي دسترسي به يك شبكه مي باشند.

– كارتهايي كه تلفن هاي همراه را از هرگونه تقلب و دستكاري حفظ مي كنند.
– كارتهايي كه تلويزيونها را از هرگونه دزدي حفظ مي نمايد.
۲- كارتهاي حافظه مدار منسجم (IC) :

كارتهاي حافظه تنها قابليت ذخيره اطلاعات را دارند و قادر به پردازش آنها نيستند. اين گونه كارتها داراي منطق بي برنامه ريزي همراه با فضاي ذخيره اطلاعات و سطح معقولي از امنيت داخلي مي باشند. كارتهاي حافظه IC مي توانند تا ۱-۴ كيلو بايت از اطلاعات را ذخيره سازند اما هيچگونه پردازشگري جهت تغيير اطلاعات ندارند. آنها نسبت به كارتهاي ميكروپردازشگر ارزانترند اما امنيت مديريت اطلاعات در اينگونه كارتها كاهش يافته است. امنيت آنها بستگي به امنيت دستگاه خواننده كارت جهت پردازش دارد و زماني كه نيازهاي امنيتي اجازه استفاده از چنين كارتهايي با قابليت امنيت پائين يا متوسط را فراهم مي سازند و در كاربردهايي كه كارت عملكردي ثابت دارد، ايده آل مي باشند.

نوع خاصي از انواع كارتهاي حافظه دار به نام كارتهاي داراي شبكه سيمي (يا حافظه هوشمند) نيز وجود دارد كه شامل يك منطق داخلي است كه عموماً جهت كنترل دستيابي به حافظه كارت استفاده مي شوند.
كاربردها:

كارتهاي حافظه، توده اي از كارتهاي هوشمند را ارائه مي دهند كه در ابتدا براي پيش پرداختها، كاربردهاي كارتها قابل عرضه مثل كارتهاي تلفن خريده مي شوند. اين كارتها عمومي مي باشند و تغييرات بالاي امنيتي نسبت به كارتهايي با نوار مغناطيسي برخوردارند.
۳- كارتهاي حافظه نوري (optical)3

كارتهاي حافظه نوري شبيه كارتي با يك تكه CD كه در بالاي آن چسبيده شده است. كارتهاي حافظه نوري تا ۴ مگابايت اطلاعات را در خود ذخيره مي نمايند ولي تنها يك بار رايت (write) مي شوند و نمي توان اطلاعات را تغيير داد يا از بين برد.
كاربردها:

بنابراين كارتها براي حفظ ثبت اطلاعات مناسبند، مثلاً براي فايلهاي پزشكي، ثبت رانندگي يا تاريخهاي مسافرت.
اصول عملكرد كارت:
كارتهاي هوشمند امروزي نياز به نيروي الكتريكي خارجي به علاوه روشي براي خواندن اطلاعات از روي آنها و برخي اوقات انتقال اطلاعات موجود در آنها بروي يك چوپ دارند. اين گونه كارتها با “وسايل تأثيري” ، كه معمولاً “خواننده كارت ” ناميده مي شوند تعامل مي يابند. اطلاعات بين كارت و خواننده كارت تبادل مي گردد و معمولاً شامل حركت الكترونيكي پولي يا اطلاعات شخصي مي باشند. اطلاعات يا كاربرد ذخيره شده در چيپ IC از طريق مدل الكترونيكي كه با يك پايانه يا يك خواننده كارت اتصال مي يابد، انتقال پيدا مي كند.

كارتهاي هوشمند داراي دو مقوله عمومي هستند: كارتهاي هوشمند ارتباطي و غير ارتباطي.
تصوير ۲ : كارت هوشمند ارتباطي
كارتهاي هوشمند ارتباطي داراي يك سري ارتباطات الكتريكي روي ظرف طلايي هستند كه در سطح پلاستيكي در يك طرف آن قرار دارد. نحوه عملكرد اين كارت به گونه ايست كه كارت داخل شكاف يك خواننده كارت قرار مي گيرد به طوريكه ارتباطات الكتريكي دستگاه با ارتباطات روي سطح كارت اتصال مي يابند، بنابراين يك اتصال مستقيم با ميكرو مدل رساناي روي سطح كارت برقرار مي سازند. اين كارت يك سطح رابط روي صفحه خود دارد كه چيپ طلائي با ½ ” ضخامت بروي كارت واقع است، بجاي نوار مغناطيسي بر پشت كارت، مثل “كارتهاي اعتباري”، زماني كه كارت در يك دستگاه خواننده كارت هوشمند قرار داده مي شود،

ارتباط با ارتباط دهندگان الكتريكي براي خواندن و نوشتن بروي چيپ يا خواندن و نوشتن اطلاعات از روي جيپ، برقرار مي شود. اين امر از طريق اين نقاط رابط فيزيكي صورت مي پذيرد كه دستورات، اطلاعات و حالت اتفاق افتاده براي كارت را انتقال مي دهد. چنين كارتهايي، قبلاً در نقطه فروش يا در محيط بانكي يا به عنوان سيم كارت موبايل استفاده مي شدند.

تصوير ۳ : كارتهاي هوشمند غير ارتباطي
(اين تصوير لايه هاي بالا و پائين را كه مدل چيپ / آنتن را در بر گرفته اند نشان مي دهد.)
يك كارت هوشمند غير ارتباطي شبيه كارت اعتباري پلاستيكي همراه با چيپ كامپيوتري و يك سيم پيچ آنتن است كه كارت آن را در بر دارد. اين آنتن قابليت ارتباط با آنتن خارجي را در نقطه مبادله جهت انتقال اطلاعات را دارد آنتن داراي ۵-۳ پيچ از سيم هاي بسيار باريك (يا جوهر رسانا) هستند كه به چيپ غير ارتباطي اتصال داده مي شوند. اين سيم پيچ آنتن هوايي، آنتني است كه در كارت روي هم قرار مي گيرد و قابليت ارتباط حتي در زماني كه كارت داخل كيف نيز مي باشد را مي دهد. روش فعال سازي براي ساعتها، آويزها، برچسبهاي مسافرتي و كليد مورد استفاده قرار مي گيرد. بنابراين از آنجا هيچ گونه اتصالي براي بكار انداختن اين كارتها، نياز نيست به اين نوع كارتها “غير ارتباطي” مي گويند.

چنين كارتهاي هوشمندي در هنگام مبادله بايد به سرعت پردازش شوند، مثلاً در زمان انتقال زيادي از مجموعه ها يا جاهايي كه در لحظه انتقال نگه دارنده كارت در حال حركت است. مجاورت نزديك، حدوداً دو تا سه اينچ براي كارتهايي كه بدون باطري عمل مي كنند در هنگام مبادله نياز است، (يعني يك فاصله هوايي بالاتر از ۱۰ سانتي متر). مي توان زمان تبادل را در حاليكه تسهيلات خواننده كارت و كارتي را كه آنتن دارد را افزايش مي دهيم، كاهش دهيم. اين امر از طريق اتصال غير رابطي بوجود مي آيد. بسياري از كارتهاي غير رابطي منبع نيروي چيپ داخلي را از اين سيگنال الكترو مغناطيسي مشتق مي كنند. تكنولوژي فركانس راديويي براي انتقال قدرت از دستگاه خواننده به كارت، استفاده مي شود.

دو مقوله جديد از كارتهاي ارتباطي و غير ارتباطي مشتق مي شود كه كارتهاي تلفيقي و پيوندي نام دارند. يك كارت هوشمند پيوندي شامل دو چيپ مي شود، كه هر كدام وجه مشتركي با كارتهاي ارتباطي و غير ارتباطي دارند.
دو چيپ ، متصل نمي شوند اما براي بسياري از كاربردها، كارتهاي پيوندي نيازهاي مشتريان و صادر كنندگان چنين كارتهايي را برآورده مي سازند.
تصوير ۴ : (اين تصوير عوامل ارتباطي و غير ارتباطي كارت را نشان مي دهد.)

كارتهاي تلفيقي (كه به كارتهاي دو وجهي نيز معروفند) كارتهايي هستند كه هم ارتباطي هستند و هم غير ارتباطي (يعني هم چيپ دارند و هم آنتن). با چنين كارتهايي، مي توان دسترسي به همان چيپ را از طريق يك ارتباط يا وجه غير ارتباطي، در عين حال با امنيت بسيار بالا انجام داد. ممكن است دو چيپ غير ارتباطي (هر كدام براي هر وجه) با هم تلفيق شوند. اما، ترجيحاً‌ يك چيپ تكي يا دو وجهي براي فراهم سازي فوايد زيادي از عملكردهاي مهندسي منحصر به فرد و غيره دارد.