CN100375102C

CN100375102C - 非接触卡读卡器和信息处理系统

Info

Publication number: CN100375102C
Application number: CNB2004100965538A
Authority: CN
Inventors: 陈明森; 李俊图
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Qindarui Co.
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: CN1783104A; US7845567B2; US20060113385A1

Abstract

本发明提供了一种非接触卡读卡器和应用了该读卡器的信息处理系统。上述非接触卡读卡器包括：非接触卡接口，用于以射频方式与非接触卡通信；接触卡接口，与上述非接触卡接口相连，用于与接触卡通信；以及接触卡，其是具有处理能力的智能卡并且通过上述接触卡接口和非接触卡接口与非接触卡进行交互。

Description

非接触卡读卡器和信息处理系统

技术领域

本发明涉及信息处理技术，具体地，涉及提高非接触卡的安全性的技术。

背景技术

智能卡(smart card)是一种在塑料卡片中内置有存储器和/或微处理器等构成的用于实现身份鉴别、数据签名、访问控制等功能的IC卡。由于其便于携带和使用，已经被广泛地应用于人们的日常生活中，例如，公司中的身份标识(badge)、GSM通信系统中的SIM(用户身份模块)卡、电子身份证、EMV(Eurocard-Mastercard-Visa)卡或所谓的电子钱包(e-purse)等等。

从处理能力的角度可以将智能卡分为：只具有存储器功能的存储器卡(memory card)和既有存储器功能又有微处理器功能的微处理器卡(microprocessor card)。存储器卡能够保存数据但是不能操纵该数据，因此可以被看作与磁盘类似。但是通常存储器卡还具有安全验证(authentication)功能，能够验证对其存储数据的访问，从而防止非授权的访问。微处理器卡不仅可以和存储器卡一样保存数据，还可以操纵在其上保存的数据。微处理器卡可以象计算机一样具有操作系统(称为COS，卡操作系统)，并且在其中可以安装和执行各种应用程序，从而实现各种功能，例如，用于数据加密/解密的功能、PKI的实现、根据业务规则对数据进行修改和维护的功能等。

另外，从通信方式的角度可以将智能卡分为：接触卡(contact card)和非接触卡(contactless card)。接触卡需要插入到读卡器中进行操作。在使用接触卡时，读卡器的接口与卡上的触点接触，通过这些触点向接触卡供电并与其通信。非接触卡通过射频接口与其它设备(读卡器)通信。当进入读卡器的天线的有效范围内时，非接触卡就会被激活通过内置的天线与读卡器进行无线通信。

非接触卡，由于是通过无线通信与其它设备交互，因此具有很多优点。例如，因为在使用时无需从钱包或书包中取出并插入读卡器，因此用户带使用起来很方便，提高了操作速度，降低了丢失的风险并且不会被读卡器磨损、延长了使用寿命。但是，非接触卡也存在许多技术上的限制。例如，由于非接触卡每次被读卡器激活并建立对话的时间非常短，所以要使非接触卡实现较强的处理能力并完成复杂的处理任务很难，成本会很高。因此，目前普遍使用的是成本低的存储器卡类型的非接触卡(即，memorycontactless card)。

存储器卡类型的非接触卡的一个主要的安全性威胁来自于宿主计算机和读卡器。由于存储器卡不具有自己的操作系统和应用程序处理能力，因此其数据的操纵和加密依赖于读卡器和宿主计算机。但是，读卡器和宿主计算机中的固件和软件是很容易被反向工程破译、篡改的，特别是宿主计算机的被入侵、破解和篡改的危险更大。

与此同时，接触式微处理器卡通常被认为具有很高的安全性，因为数据、应用程序和操作系统完全封闭地存在于卡中，就象一个黑匣子，很难被破译和入侵。

因此，如果能够利用接触式微处理器卡的优势来弥补使用方便、成本低廉的存储器类型的非接触卡在安全性方面的不足，那将是人们所希望的。

发明内容

本发明正是鉴于上述现有技术中的问题提出的，其目的在于利用接触式微处理器卡中安全的程序来操纵非接触卡中的数据，从而实现安全并且方便的数据处理。

根据本发明的一个方面，提供了一种非接触卡读卡器，包括：非接触卡接口(contactless card interface)，用于以射频方式与非接触卡通信；接触卡接口(contact card interface)，与上述非接触卡接口相连，用于与接触卡通信；以及接触卡(contact card)，其是具有处理能力的智能卡(smartcard)并且通过上述接触卡接口和非接触卡接口与非接触卡进行交互，其中，接触卡中保存有用于处理非接触卡中保存的数据的应用程序，由上述接触卡执行上述应用程序处理上述非接触卡中的数据。

根据本发明的另一个方面，提供了一种数据处理系统，包括：一个或多个非接触卡；前面所述的非接触卡读卡器；以及计算机，与上述非接触卡读卡器相连。

附图说明

相信通过以下结合附图对本发明具体实施方式的说明，能够使人们更好地了解本发明上述的特点、优点和目的。

图1是示出根据本发明一个实施例的非接触卡读卡器的结构的方块图；

图2是示出本发明一个实施例的信息处理系统的结构图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明的各个优选实施例进行详细的说明。

图1是示出根据本发明一个实施例的非接触卡读卡器的结构的方块图。如图1所示，本实施例的非接触卡读卡器100，包括：非接触卡接口103，用于以射频方式与非接触卡通信；接触卡接口102，用于收纳和连接接触卡并与其通信；以及接触卡101，被收纳于读卡器100中，通过上述接触卡接口与读卡器协同工作。另外，读卡器100还具有一个连接装置104用于与其它设备连接。

下面具体地对本实施例的非接触卡读卡器的各个组成部分逐一说明。非接触卡接口103，与传统的非接触卡读卡器中的非接触卡接口(或者称为无线模块和非接触模块)基本相同，包括天线和调制解调器，以射频方式与非接触卡通信，并同时向非接触卡供电，例如，按照国际标准组织ISO14443规范所定义的那样。

接触卡接口102，与传统的接触卡读卡器中的接触卡接口基本相同，包括供电、复位、时钟和I/O等多个触点，分别与接触卡101上相应的接触区相接触。接触卡接口102通过触点向接触卡101供电和提供时钟信号，并与其进行数据交互，例如，按照国际标准组织ISO7816规范所定义的那样。

接触卡101是具有处理能力的接触式微处理器智能卡，其具有自己的操作系统(COS)并且在其中保存有用于操作非接触卡中的数据的应用程序(后面描述)。接触卡101可以是符合上述ISO7816规范的智能卡，并可以被插入到读卡器100的接触卡插槽中(未图示)与接触卡接口相连接(触点分别对应接触)。优选地，接触卡101是Javacard或者Multos card。

接口装置104，可以是USB接口、串行或并行端口、网络接口等任何一种能够与计算机等其他设备进行通信的接口装置。

在本实施例的非接触卡读卡器100工作时，如果一个非接触卡进入到非接触卡接口103的射频有效范围内，该非接触卡就会被从读卡器发射出的射频信号激活。然后，读卡器100内的接触卡101中执行的应用程序对非接触卡进行验证和/或操纵其中保存的数据。具体地，例如，可以在接触智能卡101中保存采用对称算法(symmetrical algorithm)或非对称算法(asymmetrical algorithm)的验证程序，在非接触卡进入有效范围时，由接触智能卡101执行该程序，经由接触卡接口102和非接触卡接口103，对非接触卡进行验证。

这样，本实施例的非接触卡读卡器100，由于利用具有高安全性的接触智能卡101来对非接触卡进行验证，因此可以避免由于读卡器或宿主计算机中的固件和/或软件而导致的安全问题。另外，由于可以方便地更换接触智能卡(从插槽中取出、插入即可)，因此读卡器100的升级和维护就变得非常方便快捷，而且也可以将读卡器的制造标准化而通过更换不同的接触智能卡来适应不同的需要，从而降低读卡器的制造成本。

接触智能卡101不仅可以被用来验证非接触卡，还可以用来对非接触卡中的数据进行操纵。下面，就以电影票售票系统为例，说明本发明一个实施例的具体应用情况。

图2是示出本发明一个实施例的信息处理系统的结构图。如图2所示，该信息系统中包括非接触卡读卡器100、计算机210和一个或多个非接触卡201。在本应用例子中，由用户持有的非接触卡201是存储器型的非接触卡，其中保存有加密后的该用户购票帐户中的余额和其他信息，例如用户ID等。在读卡器100中的接触式智能卡101，除了具有验证程序外，还有与非接触卡中数据的加密方式对应的密钥和加密/解密程序，以及根据业务规则的数据操纵程序，在本例子中是修改帐户余额的程序。在计算机210中存储有各场次电影的时间、票价等数据以及购票的应用程序。计算机210通过读卡器100中的连接装置104，例如，USB接口，与读卡器100相连接。

在用户购票时，首先操作计算机210利用购票程序选择要看的电影，然后刷卡购买。在用户的非接触卡201进入读卡器100的有效范围内后，首先由读卡器100内的接触智能卡执行验证程序，进行双方验证。在验证成功后，非接触卡201将其中保存的密文数据发送给读卡器100中的接触智能卡101。接着，在接触智能卡101中解密该数据，并根据来自计算机210的购票金额修改用户帐户余额。然后，在将修改后的帐户余额加密后通过非接触卡接口103重新写入非接触卡201中。

从以上描述可知，如果采用本实施方式，由于对于非接触卡中保存的数据的操纵全部由具有高安全性的接触智能卡来完成，宿主计算机210不直接存取和操纵非接触卡201中的数据，因此可以大大提高数据处理系统的安全性。进而，非接触卡中保存的是密文数据，密钥、加密/解密算法程序和解密后的明文数据都只存在于接触智能卡中，因此，减少了被检测、盗取的危险。另外，由于接触智能卡可以很方便地更换(从插槽中拔出、插入即可)，因此读卡器100的升级和维护就变得非常方便快捷，而且也可以将读卡器的标准化而通过更换不同的接触智能卡来适应不同的需要，从而降低读卡器的制造成本。

另外，需要指出的，根据不同的实际需要，图2的数据处理系统可以进行各种变化，例如，当接触智能卡101中的应用程序可以独立完成对非接触卡201中数据的操作时，计算机210也可以不是必需的。

另外，根据本发明的一个实施例，也可以由读卡器100中的固件来完成与非接触卡的验证，从而接触智能卡101只用于对非接触卡201中数据的操作。因为，相对于宿主计算机中的程序来说，读卡器100中固件的安全性要高得多，所以，在这样的实施例中，既可以减少接触智能卡101的负担，又可以保证一定程度的安全性。在本实施例中，读卡器100还具有处理器和存储器，分别用于保存和执行固件程序。其中，用于保存固件程序的存储器优选为只读存储器，例如，EPROM等。

另外，根据本发明的一个实施例，也可以在读卡器100上设置显示装置用来向用户显示非接触卡或接触卡中的内容或应用提示信息。进而，读卡器100还可以包括一个输入装置，用于允许用户输入信息，例如，输入PIN代码或者确认或取消操作的选择等。

根据本发明的另一个实施例，在非接触卡201中保存有分别用于多个应用(例如，售票系统应用、电子钱包应用和电子身份证应用等)的多个密钥/数据对。在接触智能卡101中为上述多个应用划分了多个分区，每个分区中保存有与该应用对应的密钥、应用程序和与该应用有关的信息等。

在操作时，首先由读卡器100内的接触智能卡执行验证程序(或利用读卡器本身的固件)，进行与非接触卡的双方验证。在验证成功后，接触智能卡101利用与特定应用对应的密钥向非接触卡201请求数据。

接着，非接触卡201将与该密钥对应的数据发送给接触智能卡101。然后，接触智能卡101利用相应的密钥和解密/加密算法将从非接触卡201发送来的数据还原为明文，并响应宿主计算机的指令，利用该应用分区内的应用程序处理数据(例如，余额的加减等)。最后，接触智能卡101将结果数据再次加密后返回给非接触卡201保存。

接触智能卡的分区保护技术被认为是一项可以安全地将不同应用区分开的技术。在本实施例中，通过将接触智能卡的分区延伸到非接触卡中，从而实现了在一个非接触卡中同时保存多个应用的数据并且还可以将这些数据隔离开地进行处理。这样，对于每一项应用，由于对于非接触卡中保存的数据的操纵全部由具有高安全性的接触智能卡相互隔离地完成，宿主计算机210不直接存取和操纵非接触卡201中的数据也不了解每个应用的数据的安全策略(加密方式等)，因此可以大大提高数据处理系统的安全性。进而，非接触卡中保存的是密文数据，密钥、加密/解密算法程序和解密后的明文数据都只存在于相互隔离的接触智能卡的应用分区中，因此，减少了被检测、盗取的危险。另外，由于接触智能卡可以很方便地更换(从插槽中拔出、插入即可)，因此读卡器100的升级和维护就变得非常方便快捷，而且也可以将读卡器的标准化而通过更换不同的接触智能卡来适应不同的需要，从而降低读卡器的制造成本。

以上虽然通过一些示例性的实施例对本发明的非接触卡读卡器和信息处理系统进行了详细的描述，但是以上这些实施例并不是穷举的，本领域技术人员可以在本发明的精神和范围内实现各种变化和修改。因此，本发明并不限于这些实施例，本发明的范围仅由所附权利要求为准。

Claims

1.一种非接触卡读卡器，包括：

非接触卡接口，用于以射频方式与非接触卡通信；

接触卡接口，与上述非接触卡接口相连，用于与接触卡通信；以及

接触卡，其是具有处理能力的智能卡并且通过上述接触卡接口和非接触卡接口与非接触卡进行交互；其中

接触卡中保存有用于处理非接触卡中保存的数据的应用程序，由上述接触卡执行上述应用程序处理上述非接触卡中的数据。

2.如权利要求1所述的非接触卡读卡器，其特征在于，上述接触卡具有验证程序，并通过执行该验证程序经由上述接触卡接口和非接触卡接口与上述非接触卡进行验证。

3.如权利要求1所述的非接触卡读卡器，其特征在于，上述非接触卡中保存有数据。

4.如权利要求3所述的非接触卡读卡器，其特征在于，上述非接触卡中保存的数据是被加密的数据，上述接触卡中具有相应的加密/解密的算法程序。

5.如权利要求1～4中任意一项所述的非接触卡读卡器，其特征在于，还包括用于与外部设备连接的连接装置，来自外部设备的对非接触卡中数据的处理命令，通过上述接触卡执行相应的应用程序来完成。

6.如权利要求1所述的非接触卡读卡器，其特征在于，还包括存储器和微处理器分别用于保存和处理固件。

7.如权利要求1所述的非接触卡读卡器，其特征在于，还包括：

显示装置，用于向用户显示信息；以及

输入装置，用于允许用户输入信息。

8.如权利要求1～4中任意一项所述的非接触卡读卡器，其特征在于，上述非接触卡中保存有用于多个应用的密钥和数据对；

上述接触卡被划分为多个分区，每个分区与上述多个应用的一个相对应。

9.如权利要求5所述的非接触卡读卡器，其特征在于，上述非接触卡中保存有用于多个应用的密钥和数据对；

10.一种数据处理系统，包括：

一个或多个非接触卡；以及

上述权利要求1～5中任意一项所述的非接触卡读卡器。

11.一种数据处理系统，包括：

一个或多个非接触卡；

上述权利要求5所述的非接触卡读卡器；以及

计算机，与上述非接触卡读卡器相连。