CN1070628C - 从智能卡中读取数据的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种从智能卡(1)中读取使用可变数据的方法包括将所选定的数据结合进由该卡发送的作为对来自读取器(4)的复位信号的响应的复位应答信号中。由于不必全部实现通信协议，因而可以通过这种方法利用便宜的组件和有限的处理能力来实现读取器。一种可用来从电子钱包中读取价值余额(7)的廉价钥匙链(key-fob)(3)就是这种读取器的实例。

Description

从智能卡中读取数据的装置和方法

本发明与从智能卡中读取数据有关。智能卡(Smart Card)亦称集成电路卡，是一种带有微处理器、存储器和与读/写设备耦合的接口的卡。其存储器最好是非挥发性的，这样存储器就可以在无电源的情况下保持其中的信息。通常，用于智能卡的存储器是属电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)类型的。这些卡可用于多种目的，比如用于保存医疗信息之类的个人信息或者用于个人身份证明目的。另外，这种卡也可用作银行卡或工资卡。本发明特别适用于用作电子钱包的智能卡。当然，这并不是本发明的仅有适用对象。电子钱包保存的数据可通过与银行或其他金融机构通信来进行加载或卸载。在通过数据链路耦合的钱包之间也可以进行价值转换。这样就可以把该价值数据用作“电子现金”进行购物。智能卡可以安全地保存相当多的信息。卡上的数据可以包括厂商设定的数据，比如卡系列号等类似信息。当然，用户对这些固定数据并不感兴趣，使用该卡的目的是为了输入、保存和输出可变的数据。虽然这些数据的某些部分事实上在第一次输入之后就不会改变，但它们与厂商设定的数据是不同的，仍然属于在使用中可变的数据。更一般的，在使用中可变的数据是在卡的正常使用中有规则地改变的。智能卡的使用可变数据是通过一定协议规则的接洽来串行地读出或读入的。

读协议在ISO协议7186中作了示范说明，该协议要求当读取器和卡之间建立了耦合时读取器应为卡上的微处理器提供电源、时钟和复位信号。其后由智能卡将发送复位回答(Answer toReset-ATR)数据字节序列给读取器。接着，读取器可以询问智能卡，并让智能卡发送需要的使用可变数据。这就使得读取器较为复杂和昂贵。

目前有着能够显示或使用智能卡中所选的使用可变数据的廉价读取器的需求。这些需要读取的使用可变数据将视各种不同的应用而不同。对于医疗或日记卡，可能是有关下次预约的详细信息；对于安全卡，可能是通过解锁读取器获得访问权的安全编码，而对于电子钱包则可能是钱的余额。本发明就是试图提供一种价格较低的智能卡读取器系统。

根据本发明的一个特点，这里提供了一种从智能卡中读取数据的方法。该智能卡带有微处理器和保存使用可变数据的存储器。前述数据读取方法为：通过将读取器耦合至智能卡以在该读取器和智能卡之间建立数据传送通路；访问所述存储器中所需的使用可变数据；将上述所访问的数据作为从卡发送给读取器的复位应答信号的一部分。

这样，所需读取的数据可以在ATR序列中发送给读取器，而读取器也就不必象传统的读取器那样需要具有全部的遵循协议的卡询问能力。所以读取器可以很简单很便宜。

根据ISO标准7816,ATR序列可以包括“历史字节”。它们为卡制造商表示卡标识之类的信息提供便利。而本发明则较为可取地将ATR的至少部分“历史字节”用于传送所需数据。

作为对与智能卡建立的耦合的自动响应，读取器可以方便地发出复位信号，而智能卡则自动地用复位应答序列来响应该复位信号。

一种修改设想是包含在ATR序列中的数据在每次读取时都相继进行变动。这样，从作为例子的电子钱包中读取的数据就可以在余额与上次交易细节信息之间轮换。如果需要将第三种或其他更多的信息项加入其中，那么每次使用读取器时所读取的卡中的数据将按照所需的次序逐步进行。一种可能的实现方法是，在EEPROM中提供一组数据地址并作如下安排：每次发送ATR序列之后都将地址指针沿着地址序列循环移动一步，以便下次读取时，在ATR序列中发送下一地址处的数据。

根据本发明的另一个特点，这里提供了一种适合于按前述方法从智能卡中读取数据的读取器。该读取器包括电池、用于耦合智能卡的接口装置以及一种电路装置，这种电路装置能够有效地解释从接口处接收到的任何复位应答信号的特定部分，并取出包含在其中的使用可变数据。

仅从逻辑上来讲，该电路装置可以是具有用于解释复位应答信号的专用集成电路。另外，该电路装置也可以自一个通用微处理器和含有用于控制微处理器的程序的存储器构成。

该读取器可以集成在比智能卡更小的手持单元中，例如可以设想为一个钥匙链读取器提供了用于接纳智能卡连接部分的槽口，该槽口的大小只要足以容纳智能卡的边缘区域或角区就行，

根据本发明的另一个特点，提供了一种适合于通过以上描述的方法进行数据读取的智能卡。该卡带有微处理器和存储器。其中部分存储器用于存储使用可变数据，另一部分用于保存操作程序。该操作程序能够高效地将特定的从存储器中读取的使用可变数据结合进智能卡所产生的复位应答信号。

本发明将通过参考以下附图进行进一步的说明：

图1是根据本发明的智能卡和智能卡读取器的透视图；

图2是图1中插上了智能卡的读取器的平面图。

图3是时序图，它表明了图1和图2中的读取器和智能卡所使用的复位以及复位应答序列的时序。

图4传统的复位应答信号图。

图5读取器和智能卡的电子部件的模块图；

图6是读取器和智能卡中程序的流程图；

图7也是一个流程图，它说明了为了允许顺序地从智能卡中读取不同的数据而作的修改。

参照图1，其中显示了一块智能卡1，它在价值转换系统中充当电子钱包。该卡具有信用卡的大小，带有内部微处理器和非挥发性地保存数据的电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。卡表面上的触头板2由八个触头2a至2h组成，用于与读/写器单元连接。使用时可以通过与用户银行连接的读/写器将代表了价值的数据加载到卡中，其后就可以在不与银行发生直接联系的情况下进行购物，购物价值可以通过卖方读/写器转移到卖方电子钱包中。卖方最后可以将其累积价值从其电子钱包转移到银行中。

传统上，经由读/写器的数据传送通信是通过触头板2中的一对触头按一定的协议进行串行通信。ISO/IEC7816就是这种协议的一个例子，本文件以后所说的“协议”就是指该协议。完全实现该协议要求较复杂的读/写微处理器和程序，因而将使得读/写器相对较贵。这就产生了对小巧且便宜，能够从智能卡中读取和使用某些数据(一般用于显示，但并非必须)的设备的需求。

图1显示的钥匙链式读取器3就是这样的设备。该读取器主体4的一端带有一个用来挂入钥匙环的孔5。读取器的另一端有一槽口6，用于卡1之类的卡的插入。插入了卡的读取器如图2所示。读取器中带有弹性的触头，用于当卡完全插入时与触头板2中的相应触头耦合。简单地将卡插入槽口6，对应的卡和读取器之间的触头就会建立连接。这将使得读取器中的电池为卡提供电源。其后读取器发送一个复位信号至卡而卡则发送一个复位应答信号至读取器。根据本发明，该ATR信号包括来自卡EEPROM中的特定的可变信息。本例中这些信息是卡中价值数据余额。自动读取过程最后在读取器对所发送的余额价值数据进行解释，并在液晶显示器(LCD)7上显示该值。

参照图3，其中显示了根据ISO协议的复位及复位应答信号的时序图。八个触头2(a)-2(h)中有六个被使用，且其上的信号分别为：

2(a)GND(地)

2(b)VCC(电源电压)

2(c)VPP(编程电压)

2(d)RST(复位信号)

2(e)CLK(时钟信号)

2(f)I/O(数据输入/输出)

当智能卡插入读取器时，读取器硬件会检测到其存在，读取器内部的微处理器将因此而加电。控制读取器微处理器的软件接着将检测智能卡是否仍然存在，若存在就将给VCC和VPP加电，并(在时刻t2)将I/O线设置成适合于传送数据的状态。

复位线RST从(t0)保持低电位状态4000个时钟周期(t3)。其后智能卡将在其微处理器的控制下于第400至4000时钟周期(t1)期间开始产生复位应答(ATR)串行信号。

图4说明了ATR信号的本质。传统上ATR信号由许多串行的8位字串构成。其第一字节B1是起始字符。第二字节B2是格式字符。接着是一些可选的接口字符B3至BI，多达15个的可选历史字符BH至BN以及有条件的校验字符BC。起始字符之后的总字符数不得超过32个。那些历史字符常常由卡生产商用来传递出厂序列号之类的特定的卡标识信息。在本发明的当前实施例中，历史字符块中的最后八个字符填入了卡价值余额信息。这样在使用智能卡时这些信息会自动发送到读取器。

现在参照图5，其中对读取器和智能卡的组件作了图解式说明。虽然图中对各组件分开说明，但需要理解的是其中描述的绝大部分(如果不是全部的话)组件都是集成在单块集成电路芯片中的。读取器3的弹性触头图中显示为触头板10。它在有卡插入时与卡上触头板2接触。板10中的触头分别连接至电池11、时钟12和串行接口13。当卡插入时，卡将通过该触头板连至电源。电源供给检测器14检测到插入的卡时就会给串行接口13、时钟12、微处理器15和显示驱动器16提供电源作为响应。微处理器15使用随机访问存储器(RAM)15a。

一旦加电，微处理器将运行只读存储器(ROM)中的自举程序，并发送参照图3进行描述的时钟及复位信号。卡上带有与板2、微处理器18和EEPROM19连接的串行接口17。微处理器18使用了随机访问存储器(RAM)18a。该EEPROM中含有一节程序P，由程序P通过微处理器检测复位信号的结束并控制该接口发送ATR信号。ATR信号中的最后八个字节是从EEPROM中的信息得出的。EEPROM中的地址指针区含有地址指针，该地址指针是一个存储器中余额区19b的地址。该余额区含有该卡的当前价值余额。这样，作为对复位信号的响应，微处理器18读取19a中的地址指针，再读取19b区中的内容，并用它们构成ATR信号的最后八个字节以将余额信息包括进其中。

经由接口17和接口13所发送的信号将由微处理器15进行处理。驱动微处理器15的程序将对来自接口13的价值信号进行解码，并把结果提供给显示驱动器16，后者会在LCD7上将该值显示出来。

现在参照图6，其中显示的是驱动微处理器15和18的程序的流程图。图6(a)给出了用于处理器15的读取器程序。一旦加电时，将于步骤21处发送时钟和复位信号。在22处将检查是否在允许的时间片内接收到了ATR信号。若“否”，则关闭读取器，若“是”，将于23处解码ATR以得出余额价值。在24处将检查解码后的信息是否有意义。若“否”，则将于25处构造一个出错消息并显示出来。若“是”，则于26处把余额价值格式化并显示出来。3秒钟之后将于27处关闭读取器。

对于智能卡(图6(b))，首先于28处检查判断复位信号是否结束。若“否”，系统则等待。若“是”，就于29处读取19a中(图5)的地址指针。接着于30处读取指定地址19b处的数据。接着将于31处对所读取的价值余额数据进行编码加入ATR，再于32处发送ATR。

现在参阅图7，其中说明了对智能卡流程图的修改。在于32步发送完ATR信号之后，系统将于33处向19a(图5)写入一个新的指针地址。该新的地址是存储在EEPROM中的循环地址序列中的下一个地址。这就意味着，下一次给卡加电时，将读取一个新的地址指针从而将从另一个地址处取得的数据编码进ATR。该地址序列经过挑选以便每次将卡插入时能在读取器上显示所需要的不同信息。这样，每次将卡拔出再插入时，读取器可以轮流显示两项、三项、四项或更多的信息项。在该电子钱包实施例中的其它读出信息项的例子有：上次交易量或上次从银行取出或存入的价值数目。

需要注意的一个重点是，如果准确地遵循协议，那么卡将保持复位状态40000个时钟周期，而且必须在下一次的40000个时钟周期内开始下一次ATR字节的发送。由于通常使用的时钟速度为3·57MHz，所以上述每项都对应11毫秒。ATR的最大长度为32字节，速度为9600bps时需要花费35毫秒。因而读取器仅需要为卡提供最长11+11+35=57毫秒的电源。

我们知道，读取器只需要卡在加电时发送的ATR字节序列中的部分信息，所以不必向卡发送请求当前余额的命令，从而在数据传送中没有使用通信协议进行通信的必要。由于该卡并不知道绝对时间，所以它可以在非常慢的时钟速度下运行以取得ATR。所有上述因素使得读取器的设计非常简单，并可以通过使用廉价微处理器或适当的逻辑来实现，从而得到成本非常低的设计。由于该卡对于每次余额显示时需要加电的时间很短，因而所需的电源供应也就很小了。

本发明并不仅仅限于上述实施例的细节。例如，也可以利用ATR信号的其他部分来传递所需的使用可变数据，它们或许是历史字节部分中不同的，更多或更少的字节，也可能为不是所存字节(in-store bytes)的其他字节。

作为例子，该读取器也可以不是通用微处理器和程序存储器的结合物，而是由专门逻辑设计的互连门电路阵列和按专用集成电路设计的有关电路组件构成。

读取器也可以采取其它形式，可以与一种加密装置相结合，比如一个从智能访问卡接收到适当的传送数据时可以打开的锁。在这种情况下，就没有必要或者不希望显示有关信息。

读取器和卡间的耦合也可以不是电气接触。例如，已经有了使用感应、无线电或微波、声音或红外光接口进行耦合的提议。本发明对任意耦合方法都是适用的。

另外，即便是只有一种类型的使用可变数据可以访问，也可以重写地址指针，这是因为根据该卡的使用情况的不同，同一数据(如价值余额)可以每次写入存储器的不同位置。最后，虽然利用EEPROM作为这种应用目的的存储器是较佳的选择，但其他种类的存储器也可以使用。

Claims (17)

1、一种从智能卡读取数据的方法，该智能卡带有微处理器和保存使用可变数据的存储器，其特征在于这种读取数据的方法包括：耦合读取器和智能卡以在读取器和该卡之间建立发送数据的通路；访问所述的存储器中的所需的使用可变数据；以及使所述访问的数据成为从该卡发送至读取器的复位应答信号的一部分。

2、根据权利要求1的一种从智能卡读取数据的方法，其特征在于该复位应答信号的格式与ISO/IEC7816协议一致，而且包括历史字节，上述的所访问的数据就作为历史字节结合进去。

3、根据权利要求1的一种从智能卡读取数据的方法，其特征在于该存储器保存了一个指定所要访问的数据的存储器地址的地址指针，在访问所述数据之前要先读取该地址指针。

4、根据权利要求3的一种从智能卡读取数据的方法，其特征在于所需访问的数据的地址可以改变并且该地址指针也相应地重写。

5、根据权利要求4的一种从智能卡读取数据的方法，其特征在于每次读取数据时重写该地址指针是以循环的方式进行的，以便在预定的循环模式中递进，从而连续使用读取器时将能顺序地读取预定的不同数据组。

6、根据权利要求1的一种从智能卡读取数据的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：耦合该卡和读取器；经检测，由读取器自动发送复位信号至该卡；该卡向读取器自动发送所述的复位应答信号作为对复位信号的响应；自动解释复位应答信号中的使用可变数据并使用解释后的数据。

7、根据权利要求6的一种从智能卡读取数据的方法，其特征在于该读取器带有显示器，并通过驱动该显示器显示所解释的数据。

8、根据权利要求1-7中任一权利要求的一种适合于从智能卡读取数据的读取器，该读取器包括电池、用于耦合智能卡的接口设施以及能够有效地解释通过接口接收到的任何复位应答信号的特定部分并得出包含在其中的使用可变数据的电路装置。

9、根据权利要求8的一种读取器，其特征在于该电路装置包括一个微处理器和含有能有效地控制微处理器完成所述解释的程序的存储器。

10、根据权利要求9的一种读取器，其特征在于该读取器包括能够响应读取器和智能卡同的耦合的检测器装置以及能够响应该检测器装置以便为读取器的微处理器或所述耦合加电的装置，否则该微处理器处于断电状态以延长电池使用寿命。

11、根据权利要求8的一种读取器，其特征在于该读取器的操作至少就复位应答信号格式而论遵循ISO7816协议，因而所述的信号包含历史字节，且所述的使用可变数据就结合在该历史字节序列之中。

12、根据权利要求8的一种读取器，其特征在于该读取器含有一个用于显示从该智能卡读取的使用可变数据的显示器。

13、根据权利要求8的一种读取器，其特征在于该读取器尺寸比信用卡大小的智能卡更小，并且有一个槽口，槽口内带有一组弹性触头，该槽口用于容钠智能卡的一部分，这样就可以在智能卡的触头板上的触头与所述的弹性触头之间建立场电气接触。

14、一种适合于能够用根据权利要求1至7中任一权利要求的方法进行数据读取的智能卡，该卡含有微处理器和存储器，其中部分存储器用于保持使用可变数据，另一部分存储器用于保存操作程序，该操作程序能有效地将从存储器访问的特定使用可变数据结合进由该卡产生的复位应答信号之中。

15、根据权利要求14的一种智能卡，其特征在于该存储器含有一个地址指针，该指针中保存了所需访问的且要结合进复位应答信号之中的数据的地址。

16、根据权利要求15的一种智能卡，其特征在于该程序能有效地控制该微处理器在每次读取数据时以循环的方式重写地址指针，以便在预定的循环模式中递进，从而连续使用该读取器时将能顺序地读取预定的不同数据组。

17、根据权利要求14至16中任一权利要求的一种智能卡，其特征在于该智能卡是价值转移系统中的电子钱包，而所述的使用可变数据则是卡上的价值数据。

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