بررسي انواع كارتهاي هوشمند

1) مقدمه

در سال­هاي اخير سيستم­هاي شناسايي خودكار و کارتهای هوشمند در بسياري از صنايع به شدت رواج يافته­اند. اين سيستم­ها روشهايي را براي فراهم نمودن اطلاعاتي در مورد افراد، كالاها، انسان­ها و … شامل مي­شوند. در روش­هاي سنتي بيشتر از باركد براي اين منظور استفاده مي­شد. اما امروزه راهكاري كه از نظر فني بهينه ­تر ­باشد، استفاده از تكنولوژي كارت­هاي هوشمند غير تماسي است. اين تكنولوژي اطلاعات بيشتري را با امنيت بالاتر و دسترسي ساده­تر، درون يك تراشه الكترونيكي نگهداري مي­كند و امكاناتي را براي مديريت بهتر فرايند در سيستم­ها ارائه مي­كند.

كارت­هاي هوشمند غيرتماسي، همانطور كه از نامشان بر مي­آيد، نيازي به برقراري اتصال الكتريكي با كارتخوان ندارند و مي­توانند داده­ها را تا مسافت نسبتاً كوتاهي به صورت بيسيم ارسال و دريافت نمايند. اين مسئله باعث مي­شود كه كاربري آنها در سيستم، ساده­تر باشد. اما چنانچه خواهيم ديد، اين سهولت استفاده، به قيمت بروز مجموعه­اي از تهديدات امنيتي خواهد بود كه ملاحظات پشت صحنه سيستم را نسبت به كارت­هاي تماسي پيچيده­تر مي­كند. تكنيك­هاي استفاده شده براي انتقال داده­ها و توان در كارت­هاي هوشمند غيرتماسي چندان جديد نيستند و سالهاست كه در سيستم­هاي شناسايي فركانس راديويي  استفاده مي­شوند. امروزه كارت­هاي RFID نيز به عنوان زيرمجموعه­اي از كارت­هاي هوشمند غيرتماسي قابل تقسيم­بندي هستند.

2) تقسيم بندي كارت هاي هوشمند از نظر واسط ارتباطی با کارتخوان

به طور كلي كارت­هاي هوشمند از نظر نوع واسط ارتباطي با كارتخوان به سه دسته تقسیم می­شوند:

• کارت های تماسی: كارت­هايي هستند كه از واسط الكتريكي براي برقراري ارتباط با كارتخوان استفاده مي­كنند و از اينرو نياز به تماس فيزيكي براي برقراري اتصال الكتريكي با آن تجهيزات دارند.
• کارت های غیر تماسی: كارت­هايي هستند كه از واسط راديويي و بر مبناي فركانس راديويي براي برقراري ارتباط با كارتخوان استفاده مي­كنند و از اينرو نيازي به تماس فيزيكي با آن تجهيزات را ندارند.
• کارت های ترکیبی: نوع تركيبي در واقع هر دو واسط الكتريكي و راديويي را پشتيباني مي­كند.

3) مقايسه كارت ­هاي تماسي و غير تماسي

برخلاف كارت هوشمند تماسي كه كاملاً از تكنولوژي مدارات مجتمع ديجيتال بهره مي­برد، در كارت­هاي غيرتماسي با توجه به وجود مدارات فرستنده و گيرنده الزاماً بايد از هر دو تكنولوژي ديجيتال و آنالوگ استفاده شود. اين مسئله يكي از دلايل گرانتر بودن كارت­هاي غيرتماسي نسبت به كارت­هاي تماسي است. اما اين مطلب بدان معنا نيست كه كارت­هاي هوشمند غير تماسي كاملاً با كارت­هاي تماسي متفاوت هستند. در واقع تفاوت كارت­هاي تماسي و غير تماسي، چنانچه در بالا نيز اشاره شد، در واسط ارتباطي آنها با دنياي بيرون كارت مي­باشد. البته تفاوت واسط ارتباطي باعث مي­شود كه تغييراتي در سخت­افزارها، نرم­افزارها و پروتكل­هاي ارتباطي لايه پايين ايجاد شود. اما با اين حال بخش عمده در كارت­هاي هوشمند غيرتماسي با كارت­هاي هوشمند تماسي يكسان است.

مطابق آنچه در شكل  نشان داده شده است، ساختار کارت­هاي هوشمند غيرتماسي از دو بخش آنالوگ و ديجيتال تشکيل شده است. قسمت آنالوگ وظيفه ارسال و دريافت اطلاعات و تهيه توان مدارات بخش ديجيتال را بر عهده دارد. قسمت ديجيتال نيز مانند كارت­هاي هوشمند تماسي، بخش­هاي اصلي مانند پردازنده، حافظه­ها و مدارات رمزنگاري را شامل مي­شود. در واقع به همين خاطر  است كه كارت­هاي تركيبي نيز به سادگي قابل ايجاد هستند.

از مهمترين مزاياي كارت­هاي غيرتماسي نسبت به كارت­هاي تماسي مي­توان به موارد زير اشاره نمود:

• به خاطر عدم نياز به تماس فيزيكي، سرعت انجام تراكنش­ها بالاتر و حجم بيشتري از داده­ها در زمان كمتر قابل انتقال است.
• كاربري آن از نظر كاربر نهايي ساده­تر است.
• امكان ارتباط با چند كارتخوان وجود دارد.

با اين حال اين نوع كارت­ها معايبي نيز دارند كه كاربرد آنها را در برخي از زمينه­ها محدود مي­كند. به عنوان مثال، کارت­هاي غيرتماسي، با توجه به نياز به آنتن جهت برقراري ارتباط راديويي، تنها در ابعاد كارت­هاي اعتباری ساخته می­شوند. مسئله مهمتر ديگر كه بر سر راه به کار گيري کارتهاي غيرتماسي وجود دارد، مسئله امنيت است. در اين نوع كارت­ها، اطلاعات در زمان مخابره بيشتر در معرض خطر دسترسي غيرمجاز و سوء استفاده قرار دارند. بنابراين، وجود يک پردازنده براي انجام عمليات رمزنگاري و رمزگشايي و به طور کلي تضمين امنيت ارتباط، ضروري به نظر مي‌رسد. موضوع ديگر كه به آن اشاره نيز شد، گرانتر بودن كارت­هاي غيرتماسي نسبت به كارت­هاي تماسي است. اين مسئله در مورد كارتخوان­هاي آنها نيز صدق مي­كند.

4) ساختار سيستم هاي مبتني بر كارت هاي غير تماسي

مشابه با سيستم­ كارت­هاي تماسي، در سيستم­هاي مبتني بر كارت­هاي هوشمند غيرتماسي نيز سه موجوديت كلي، همواره وجود دارد:

• سيستم ميزبان يا كنترل
• كارتخوان غيرتماسي
• كارت هوشمند غيرتماسي

چنانچه خواهيم ديد، اين سيستم­ها در رنج فركانسي گسترده­اي از 130 كيلوهرتز موج­بلند تا 5.8 گيگاهرتز مايكروويو كار مي­كنند. روش­هاي مبتني بر ميدان الكتريكي، مغناطيسي و الكترومغناطيسي نيز براي تزويج فيزيكي استفاده مي­شوند. فاصله بين كارت و كارتخوان نيز در انواع مختلف از چند ميليمتر تا 15 متر متنوع مي­باشد. معيارهاي عمده براي طبقه­بندي سيستم­هاي مبتني بر كارت­هاي هوشمند غير تماسي عبارتند از:

• قابليت­هاي كارت مثل پردازش­ها و توابعي كه در كارت روي داده­ها اعمال مي­شود.
• فركانس كاري كارتخوان
• روش تزويج فيزيكي بين كارت و كارتخوان
• برد يا فاصله كارت و كارتخوان
• فعال يا غيرفعال بودن كارت از نظر تغذيه

5) طبقه بندي سيستم از لحاظ قابليت­ هاي كارت

سيستم­هاي مبتني بر كارت هوشمند غير تماسي از نقطه نظر پردازش­ها و توابعي كه بر روي داده­ها در كارت انجام مي­شود، به سه دسته سیستم های کوچک، متوسط و بزرگ تقسيم مي­شوند.

1-5) سيستم ­هاي كوچك

اين سيستم­ها يك محدوده را مانيتور نموده و حضور يك نشان در آن حوزه را آشكار مي­كنند. نشان­هاي فقط خواندني كه داراي يك ريزتراشه هستند، زيرمجموعه اين سيستم­ها هستند. اين ريزتراشه­ها فقط دربرگيرنده يك ديتاي ثابت چند بايتي كه همانا يك شماره سريال منحصر به فرد است، مي­باشند. در صورتي كه چنين ريزتراشه­اي در حوزه تحت پوشش يك كارتخوان قرار گيرد، به طور مداوم شروع به انتشار شماره سريال خود مي­نمايد.  در اين سيستم­ها، امكان آدرس­دهي يك كارت يا نشان خاص وجود ندارد بلكه ارتباط يك طرفه از كارت به سمت كارتخوان مي­باشد. در اين نوع سيستم­ها الزاماً بايد تنها يك كارت در حوزه تحت پوشش كارتخوان قرار داشته باشد، در غير اينصورت به خاطر تداخل، امكان آشكارسازي حضور كارت وجود ندارد.

با توجه به كاركرد ساده، فقط خواندني بودن و توان مصرفي كم، اين نوع سيستم­ها معمولاً سيستم­هاي ارزان و كم هزينه­اي هستند. سيستم­هاي فقط خواندني در تمامي محدوده­هاي فركانسي كه براي سيستم­هاي RFID تعريف شده است، مي­توانند موجود بوده و كار كنند. توان اندك ريزتراشه، باعث مي­شود كه برد نسبتاً زيادي حاصل شود. اين سيستم­ها در جاهايي كه مقدار داده كمي لازم است مناسب بوده و ميتواند جايگزين مناسبي براي سيستم هاي بار كد باشند.

2-5) سيستم ­هاي متوسط

اين نوع سيستم­ها كارت­هاي حافظه قابل نوشتن را شامل مي­شوند. اندازه اين حافظه­ها از چندبايت تا بيش از 100 كيلوبايت EEPROM (براي نمونه­هاي غيرفعال يا بدون باتري سرخود) يا SRAM (براي نمونه­هاي فعال يا داراي باتري سرخود)، مي­باشد. اين كارت­هاي با كمك ماشين حالت ثابت و دائمي كه براي آنها طراحي شده است، قابليت پردازش فرامين ساده صادره توسط كارتخوان، مثل خواندن و نوشتن را دارا مي­باشند. در اين نوع سيستم­ها، روش­هاي ضدتداخل را نيز بكار مي­برند تا برخلاف سيستم­هاي كوچك، امكان بكارگيري كارت­هاي مختلف در حوزه تحت پوشش كارتخوان وجود داشته باشد و هر كارت بتواند به صورت منحصر به فرد آدرس­دهي شود. در اين سيستم­ها از روش­هاي امنيتي نظير احراز هويت بين كارت و كارتخوان و رمزنگاري نيز استفاده مي­شود. لازم به ذكر است كه سيستم­هاي متوسط، در تمامي فركانس­هاي تعريف شده براي سيستم­هاي RFID قابل ايجاد هستند.

3-5) سيستم­ هاي بزرگ

در اين سيستم­ها كارت­هاي مبتني بر ريزپردازنده و داراي سيستم­عامل استفاده مي­شوند. استفاده از ريزپردازنده باعث مي­شود كه توابع پيچيده­تر رمزنگاري و الگوريتم­هاي احراز هويت قابل تحقق باشند. كارت­هايي كه در اين سيستم­ها استفاده مي­شوند، معمولاً داراي كمك پردازنده­هاي رمزنگاري هستند و اين مسئله زمان انجام محاسبات را به ميزان قابل توجهي كاهش مي­دهد. اين سيستم­ها تقريباً همگي در فركانس 13.56 مگاهرتز كار مي­كنند.

6) تقسيم­ بندي از نظر تغذيه كارت

يك مشخصه مهم در سيستم­هاي مبتني بر كارت­هاي هوشمند غير تماسي، ولتاژ تغذيه كارت است. از نظر تغذيه اين كارت­ها به دو دسته فعال و غیر فعال تقسيم مي­شوند.

كارت­هاي غيرفعال داراي منبع تغذيه سرخود نبوده و از اينرو توان مورد نياز براي كارت بايد از طريق ميدان الكتريكي يا مغناطيسي كارتخوان تأمين گردد. در مقابل كارت­هاي فعال داراي يك باتري سرخود جهت تأمين ولتاژ تغذيه تراشه هستند.

7) طبقه ­بندي از نظر محدوده فركانس كاري

يكي ديگر از مشخصه­هاي مهم سيستم­هاي كارت هوشمند غيرتماسي، فركانس كاري آنها است. منظور از اين فركانس، در واقع فركانسي است كه كارتخوان تبادلات خود را بر مبناي آن انجام مي­دهد. فركانس­هاي كاري مختلف در اين سيستم­ها به سه دسته تقسيم مي­شوند:

• فركانس پايين كه از 30 تا 300 كيلوهرتز مي­باشد.
• فركانس بالا يا فركانس راديويي  كه از 3 تا 30 مگاهرتز است.
• فركانس فوق­العاده بالا از 300 مگاهرتز تا 3 گيگاهرتز و مايكروويو كه بيشتر از 3 گيگاهرتز را شامل مي­شوند.

8) طبقه بندي از نظر روش تزويج فيزيكي

بر مبناي اين ساختار، تنوعي از تكنيك­ها براي ارتباط بين كارت­هاي غيرتماسي با كارتخوان و ارسال داده و انرژي، موجود بوده و استفاده مي­شود. اين تكنيك­ها به صورت زير قابل طبقه­بندي هستند:

• ارسال با استفاده از امواج راديويي يا مايكروويو
• ارسال نوري
• تزويج خازني
• تزويج القايي

روش­هاي مبتني بر تزويج خازني و تزويج القايي مناسب­ترين روش­ها براي كارت­هاي مسطح كه فاقد منبع تغذيه بر روي خود هستند، به شمار مي­روند.

1-8) روش ارتباطي مبتني بر تزويج القايي

در حال حاضر تزويج القايي رايجترين تكنيك مورد استفاده در كارت­هاي هوشمند غيرتماسي است. اين روش براي ارسال انرژي و ديتا در اين كارت­ها استفاده مي­شود. محدوديت­ها و الزامات مختلف از جمله مقررات اخذ مجوز راديويي، منجر به تنوع گسترده­اي در پياده­سازي­هاي واقعي شده است.

در برخي از كاربردها مثل كنترل دسترسي، تنها كافي است كه بتوان ديتاي ذخيره شده در كارت را خواند. بنابراين راهكارهاي فني ساده­اي براي آنها ممكن خواهد بود. به خاطر مصرف توان اندك در آنها (كه در حدود چند ده ميكرووات مي­باشد)، محدوده كاركرد آنها از نظر فاصله با كارتخوان تا حدود يك متر قابل توسعه مي­باشد. ظرفيت حافظه آنها تنها حدود چندصد بيت مي­باشد. در صورتي كه قرار باشد ديتايي نيز در كارت نوشته شود، مصرف توان به بيشتر از 100 ميكرووات افزايش مي­يابد. در نتيجه محدوده كاركرد آنها در مد نوشتن، به حدود 10 سانتي­متر كاهش مي­يابد، چرا كه مقررات اخذ مجوز از افزايش دلخواه توان منتشر شده توسط تجهيزات مربوط به عمليات نوشتن، ممانعت مي­كند. توان مصرفي كارت­هاي مدارمجتمع حتي بيشتر از اين هم خواهد بود و نوعاً حدود 100 ميلي­وات مي­باشد. بنابراين در اين نوع كارت­ها فاصله از كارتخوان، حتي محدودتر از آن هم خواهد شد.

همه كارت­هايي كه از روش تزويج القايي استفاده مي­كنند، مستقل از فاصله كاركرد و توان مصرفي، طبق يك قاعده پايه يكسان كار مي­كنند. بر اين اساس يك يا چند سيم­پيچ درون بدنه كارت بكار گرفته مي­شوند تا به عنوان المان تزويج عمل كنند و به همراه يك يا چند تراشه در تبادل ديتا و انرژي نقش ايفا كنند.

2-8) روش ارتباطي مبتني بر تزويج خازني

اگر فاصله بين كارت و ترمينال خيلي كوچك باشد، اين امكان وجود دارد كه ديتا با استفاده از تزويج خازني انتقال داده شود. طبق شكل 9 در اين روش، وقتي كه كارت در مجاورت ترمينال قرار مي­گيرد، سطوح هادي در بدنه كارت و ترمينال به صورت صفحات يك خازن عمل مي­كنند. ظرفيت خازني كه با اين روش حاصل مي­شود به اندازه سطوح تزويج­كننده و فاصله آنها از يكديگر بستگي دارد. حداكثر اندازه با ابعاد كارت محدود مي­شود و حداقل فاصله با عايق لازم بين سطوح تعيين مي­شود. با صرف هزينه و تلاش قابل قبول، يك ظرفيت خازني در حد چند ده پيكوفاراد قابل حصول خواهد بود. اين ميزان براي انتقال انرژي لازم براي راه­اندازي يك ريزپردازنده كافي نخواهد بود. بنابراين اين روش تنها براي انتقال ديتا استفاده مي­شود و توان مورد نياز به صورت القايي منتقل مي­شود. اين روش تركيبي در استاندارد ISO/IEC 10 536 براي كارت­هاي تزويج بسيار نزديك استاندارد شده است. همانطور كه از نام آن پيداست، اين روش براي فواصل بسيار كوتاه قابل استفاده است.

9) مكانيزم­ هاي ممانعت از تداخل

طبق شكل، وقتي كه كارت­هاي غيرتماسي مورد استفاده قرار مي­گيرند، اين احتمال وجود دارد كه دو يا چند كارت به طور همزمان در محدوده تحت پوشش آن ترمينال قرار گرفته باشند. بنابراين تمامي كارت­هايي كه در محدوده ترمينال قرار دارند سعي دارند تا به فرامين دريافتي از ترمينال پاسخ دهند. از اينرو اگر اقدامات مناسبي اتخاذ نشود، داده­ها تداخل نموده و از دست مي­روند. روش­هاي فني كه براي جلوگيري از تداخل در چنين شرايطي بكارگرفته مي­شوند را روش­هاي ممانعت از تداخل يا روش­هاي ضدتداخل مي­نامند.

عملكرد همزمان چند كارت در محدوده تحت پوشش ترمينال (دسترسي چندگانه) با استفاده از روش­هاي ضدتداخل

در ارتباطات بيسيم، تبادل ديتا بين واحدهاي سيار و ايستگاه­هاي پايه، به كرات با چنين وضعيتي مواجه مي­شود و تحت عنوان دسترسي چندگانه شناخته شده است. به عنوان مثال، شبكه تلفن موبايل كه در آن تمامي كاربران در يك سلول راديويي خاص به طور همزمان قرار گرفته اند به يك ايستگاه پايه دسترسي مي­يابند. روش­هاي مختلفي براي تمايز سيگنال­هاي مربوط به كاربران مختلف از هم، توسعه داده شده است. اين روش­هاي ضدتداخل به چهار دسته تقسيم شده­اند:

• دسترسي چندگانه مبتني بر تقسيم فضا (SDMA): اين روش سعي در محدود نمودن يا اسكن كردن محدوده فضاي عملياتي حول ترمينال دارد به گونه­اي كه در هر لحظه از زمان تنها يك كارت در دسترس باشد. اين روش با توجه به پيچيدگي و هزينه بالايي كه دارد، در مورد كارت­هاي غيرتماسي استفاده نمي­شود.
• دسترسي چندگانه مبتني بر تقسيم زمان (TDMA): در اين روش هر كارت رفتار زماني منحصر به فردي دارد و از اينرو به صورت يكتا مي­تواند توسط كارتخوان آدرس­دهي شود. اين روش رايجترين تكنيك مورد استفاده مي­باشد.
• دسترسي چندگانه مبتني بر تقسيم فركانس (FDMA): در اين روش از فركانس­هاي حامل متفاوت براي كانال­هاي انتقال مختلف استفاده مي­شود. اين روش نيز پرهزينه و پيچيده بوده و براي كارت­هاي غيرتماسي استفاده نمي­شود.
• دسترسي چندگانه مبتني بر تقسيم كد (CDMA): اين روش نيز پرهزينه و پيچيده بوده و براي كارت­هاي غيرتماسي استفاده نمي­شود.

10) استانداردسازي در صنعت كارت هوشمند غيرتماسي

1-10) برد و فاصله كاري

در حال حاضر سه استاندارد مختلف بر حسب فاصله تعامل بين كارت و ترمينال تدوين شده است. استانداردهاي مذكور در جدول زير ليست شده­اند. هر يك از اين استانداردها استفاده از راهكارهاي فني مختلف را اجازه مي­دهند. به منظور ايجاد قابليت همكاري بين راهكارهاي مختلف، ترمينال­هاي كارتخوان بايد همه اين اختيارات را پشتيباني نمايند.

جدول استانداردهاي كامل شده در خصوص كارت­هاي هوشمند غيرتماسي
رديف	استاندارد	نوع كارت	محدوده برد
1	ISO/IEC 10536	مجاورت بسيار نزديك	تا حدود يك سانتي­متر
2	ISO/IEC 14443	PICC	تا حدود ده سانتي­متر
3	ISO/IEC 15693	VICC	تا حدود يك متر

1-1-10) استاندارد كارت هاي تزويج خيلي نزديك، ISO/IEC 10536

با توجه به اينكه ريزپردازنده­هاي موجود در كارت­هاي اوليه توان مصرفي بالايي داشتند و انتقال ديتا براي مسافت­هاي طولاني را غير ممكن مي­كرد، فرايند استانداردسازي با كارت­هاي تزويج خيلي نزديك، (استاندارد ISO/IEC 10536) شروع شد. اين نوع كارت­ها در فاصله بسيار نزديك با ترمينال كار مي­كنند به گونه­اي كه گاهاً اين كارت­ها يا بايد در داخل ترمينال وارد شوند يا بر روي آن قرار داده شوند. استاندارد ISO/IEC 10536 شامل 4 بخش مي­باشد:

بخش اول: مشخصه­هاي فيزيكي

بخش دوم: ابعاد و موقعيت نواحي تزويج

بخش سوم: سيگنال­هاي الكترونيكي و رويه ريست

بخش چهارم: پاسخ به ريست و پروتكل­هاي انتقال

نكات مهم در مورد اين استاندارد عبارتند از:

• سازگاري آن با استاندارد ISO 7816
• عملكرد آن با جهت­هاي دلخواه كارت نسبت به كارتخوان
• فركانس كرير انتقال بين 3 تا 5 مگاهرتز
• مبادله دوطرفه ديتا در تزويج­هاي خازني و القايي
• توان مصرفي كارت كمتر از 150 ميلي­وات

بخش اول استاندارد مشخصه­هاي فيزيكي كارت را تعريف مي­كند. در اين خصوص الزاماتي مشابه با كارت­هاي تماسي در نظر گرفته شده است. با اين حال، از آنجا كه كارت­هاي غيرتماسي نيازي به ايجاد يك مسير هادي بين سطح كارت و تراشه موجود در بين لايه­هاي كارت ندارند، از اينرو تراشه مذكور نسبت به دشارژ الكترواستاتيكي (ESD) كه مي­تواند موجب آسيب­ديدگي تراشه شود، غير حساس است. بنابراين در استاندارد، ولتاژ تست به اندازه 10 كيلوولت (در مقايسه با 1.5 كيلوولت در كارت­هاي تماسي)، در نظر گرفته شده است.

بخش دوم استاندارد موقعيت و ابعاد المان­هاي تزويج را مشخص مي­كند. از آنجا توافقي روي يك روش واحد صورت نگرفته است، اجزاي تزويج خازني و القايي هر دو به­گونه­اي در استاندارد لحاظ شده­اند كه بتوانند روي يك كارت و ترمينال واحد تعبيه شوند.

آرايش المان­هاي تزويج در كارت­هاي غيرتماسي

1	سيم­پيچ تزويج در بدنه كارت
2	سطوح تزويج خازني در بدنه كارت
3	اتصالات جهت تماس با تراشه

آرايش المان­هاي تزويج در يك ترمينال براي كارت­هاي غيرتماسي

4	سيم­پيچ­هاي تزويج در ترمينال
5	سطوح تزويج خازني در ترمينال

موقعيت و اندازه نواحي تزويج در كارت و ترمينال­هاي غيرتماسي

بخش دوم استاندارد در سال 1996 منتشر شده است و مهم­ترين بخش آن مي­باشد. اين بخش روش­هاي مدولاسيون مورد استفاده براي انتقال ديتا به روش­هاي تزويج خازني و القايي را بيان مي­كند. با توجه به اينكه در استاندارد روي يك روش واحد براي اين منظور توافق نشده است، از اينرو ترمينالي كه با استاندارد سازگار باشد، بايد هر دو روش را پشتيباني نمايد و هر دو روش ممكن است در يك كارت واحد پياده­سازي شوند.

به طور خلاصه سيستم­هاي مبتني بر كارت­هاي با مجاورت بسيار نزديك از روش­هاي ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي براي تزويج فيزيكي بهره مي­برند و با توجه به اينكه عملكرد اين كارت­ها بر مبناي تشعشع ميدان نيست، به صورت تئوري در محدوده فركانسي از فركانس DC تا 30 مگاهرتز، توانايي كار دارند. با توجه به فاصله كم بين كارت و كارتخوان در سيستم­هاي مبتني بر كارت­هاي با مجاورت بسيار نزديك، ميزان توان بيشتري قابل انتقال بوده و از اينرو حتي كارت­هايي كه تراشه آنها از نوع ريزپردازنده باشد، نيز در اين سيستم­ها قابل بكارگيري است.

2-1-10) كارت­ هاي غيرتماسي با تزويج ريموت

كارت­هاي غيرتماسي با تزويج ريموت، كارت­هايي هستند كه از فاصله حدود چند سانتي­متر تا يك متر مي­توانند با ترمينال ارتباط برقرار كنند. اين تعريف در واقع در مقابل كارت­هاي با تزويج خيلي نزديك بوجود آمده است كه در آن دسته، كارت بايد تقريباً چسبيده به كارتخوان باشد. كارت­هاي با تزويج ريموت با توجه به امكان برقراري ارتباط با فاصله از كارتخوان براي كاربردهاي بيشتري قابل استفاده هستند. برخي از اين كاربردها عبارتند از:

• كنترل دسترسي
• شناسايي آيتم­هاي متحرك
• گواهينامه هوشمند رانندگي
• گذرنامه الكترونيك
• بليط­هاي هواپيمايي
• كيف پول الكترونيكي
• شناسايي لوازم و كالاها

1-2-1-10) استاندارد كارت هاي تزويج نزديك،  ISO14443

استاندارد ISO 14443 يك استاندارد بين­المللي براي کارت­هاي هوشمند غيرتماسي از نوع تزويج نزديك يا PICC است و در چهار قسمت تدوين شده است:

• بخش اول: مشخصه­هاي فيزيكي
• بخش دوم: واسط فركانس راديويي (RF) براي سيگنال و توان
• بخش سوم: راه­اندازي كارت و روش­هاي ضد تداخل
• بخش چهارم: پروتكل انتقال

همانطور كه اشاره شد اين استاندارد مربوط به كارت­هايي است كه تا فاصله 10 سانتي­متري از ترمينال كار مي­كنند و تواني كه با اين مسافت قابل انتقال است براي راه­اندازي ريزپردازنده كارت كافي است. فركانس راديويي در كارت­هاي سازگار با اين استاندارد، 13.56 مگاهرتز است. با توجه به اهميت استاندارد ISO 14443، در ادامه اين استاندارد را با جزئيات بيشتر مورد بررسي قرار مي­دهيم.

1-1-2-1-10) استاندارد ISO 14443-1

بخش اول استاندارد ISO 14443 مربوط به ويژگي‌هاي فيزيکي کارت و تحمل­پذيري آن مي­باشد. ويژگي‌هاي فيزيکي كه در اين بخش پوشش داده مي­شوند، عبارتند از:

• ابعاد کارت كه مطابق با استاندارد ISO 7810 براي کارتهاي نوع تماسي، مي­باشد.
• كيفيت سطح کارت براي چاپ.
• مقاوت مکانيکي
• مقاومت در برابر اشعه x و امواج ماوراء بنفش
• حساسيت به ميدان مغناطيسي
• دماي كاري كه بايد بين 0 تا 50 درجه سانتي­گراد باشد.

2-1-2-1-10) استاندارد ISO 14443-2

بخش دوم استاندارد ISO 14443 موارد زير را شامل مي­شود:

• ويژگي‌هاي انتقال توان و اطلاعات
• انتقال توان به صورت تزويج القايي با مدولاسيون فرکانس 56MHz±7KHz
• انتقال اطلاعات كه به دو صورت زير است:
• نوع :Aمدولاسيون بيتي
• نوعB : رمزشده

زمانبندي پروتکل بيتي از پيش تعريف شده و نرخ انتقال اطلاعات برابر 106KB مشخص شده است. انتقال اطلاعات در هر دو نوع به صورت نيمه دوطرفه با سرعت پيش فرض 106Kbps در هر جهت است. ديتاي انتقالي از کارت به کارتخوان با زيرحامل 847.5 کيلوهرتزي مدوله مي‌شود.

تفاوت نوع A و B شامل نحوه مدولاسيون براي تزويج، نحوه کدينگ بيتي يا بايتي و روش مقابله با تداخل است.

5-1-2-1-10) استاندارد ISO 14443-3

در اين بخش از استاندارد به راه­اندازي كارت و روش­هاي ضد تداخل پرداخته مي­شود. اين بخش از استاندارد شامل موارد زير مي­گردد:

• وارسي دستگاه كارتخوان تا وارد شدن كارت در حوزه كارتخوان
• زمانبندي و قالب كلي دستور و ديتا
• فرمت درخواست و پاسخ مربوطه
• روشهاي ضد تداخل و آدرس­دهي منحصر به فرد كارت. آدرس دهي كارت بر اساس شماره سريال منحصر به فرد به کارتهاست، اما جزئيات آن در نوع A و B متفاوت است. به عنوان مثال در نوع A فرايند با استفاده از جستجوي باينري شناسه‌هاي منحصر به­فرد انجام مي­شود و در نوع B با استفاده از روش علامت‌گذاري اسلات‌هاي خاص عمل مي‌کند.

6-1-2-1-10) استاندارد ISO 14443-4

اين بخش از استاندارد پروتكل انتقال در كارت­هاي غيرتماسي PICC و رويه­هاي مربوط به فعال و غيرفعال نمودن پروتكل را براي كارت­هاي نوع A و B توصيف مي­كند. لازم به ذكر است كه اين ارتباط از نوع نيمه دوطرفه بلوکي است و معمولاً تحت عنوان T=CL شناخته مي­شود.

اين قسمت بيشتر در رابطه با تنظيم نرخ انتقال اطلاعات، مديريت خطا، فشرده سازي و پنهان سازي بلوک داده، و زنجير کردن بلوک داده سخن مي‌گويد.

2-2-1-10) استاندارد كارت ­هاي VICC، ISO/IEC 15 693

استاندارد ISO/IEC 15 693 ويژگي­ها و مدهاي كاري كارت­هاي هوشمند غير تماسي كه تا فاصله يك متر كار مي­كنند، را توصيف مي­كند. اين نوع كارت­­ها جهت استفاده در كاربردهايي مثل كنترل دسترسي، مناسب هستند، چرا كه با توجه به برد اين كارت­ها، لازم نيست كه شخص الزاماً كارت را در دست خود بگيرد. لازم به ذكر است كه اين استارندارد نسبت به موارد ذكر شده قبل، كمتر رايج است، بنابراين در اينجا نيز كمتر به آن مي­پردازيم.

2-10) استاندارد ISO/IEC 10373

استاندارد ISO/IEC 10373 روش­هاي تست كارت­هاي شناسايي داراي تراشه و بدون تراشه را بيان مي­كند و داراي 7 بخش مي­باشد كه سه بخش از آنها روش­هاي مرتبط با كارت­هاي غيرتماسي را مورد بحث قرار مي­دهد. لذا در اين قسمت اشاره­اي مختصر به اين استاندارد خواهيم نمود:

بخش 1: تست مشخصه­هاي عمومي

بخش 2: كارت­هاي نوار مغناطيسي

بخش 3: كارت­هاي مدارمجتمع تماسي و ادوات مرتبط

بخش 4: كارت­هاي تزويج خيلي نزديك (Close Coupling Cards)

بخش 5:  كارت­هاي حافظه از نوع اپتيكي

بخش 6: كارت­هاي PICC

بخش 7: كارت­هاي VICC

11) كارتخوان هاي غيرتماسي

كارتخوان يك المان كليدي در هر سیستم مبتني بر كارت هوشمند (تماسي يا غيرتماسي) می­باشد. كارتخوان­هاي غيرتماسي در انواع ثابت يا دستي و قابل­حمل موجود مي­باشند. كارتخوان­هايي كه وابسته به PC هستند، از طريق پورت­هاي سریال RS-232، USB و یا واسط شبکه، قابل اتصال به سيستم كامپيوتري هستند. شكل 15 نمونه­هايي از كارتخوان­هاي غيرتماسي موجود در بازار را به تصوير مي­كشد.

انواع نمونه كارتخوان­هاي غيرتماسي قابل­حمل و ثابت

كارتخوان، در واقع داراي دو واسط ارتباطي مي­باشد. اين موجوديت از يك سو با سيستم كنترل در ارتباط است و از سوي ديگر با كارت تعامل دارد. به عبارت ديگر كارتخوان خود واسط بين كارت و سيستم كنترل مي­باشد. اين موجوديت تحت كنترل سيستم ميزبان و با دريافت فرمان از آن، یک سیگنال رادیویی متناسب با آن فرمان تولید می­کند. این سیگنال بوسيله آنتن دستگاه منتشر می­گردد. اين سيگنال توسط كارت دريافت و پردازش­هاي لازم بر روي آن انجام مي­شود و پاسخ بار ديگر از طريق كارتخوان به سيستم بازگردانده مي­شود.

برخي از مشخصه­هاي مهم كارتخوانها در زير ليست شده است:

• فركانس كاري
• ثابت يا قابل حمل بودن
• قيمت و پشتيباني تجاري
• پروتكل­هاي پشتيباني شده براي ارتباط با كارت
• قابليت شبكه شدن با سيستم ميزبان و پروتكل مربوطه
• قابليت شبكه شدن با كارتخوان­هاي ديگر
• قابليت ارتقاء ميان­افزار مقيم روي كارت

 

 

نويسنده: مهنوش خويني

ناشر:  مهندسي فناوری های نوین پایوند