CN109460682B - 一种智能卡及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种智能卡及其实现方法，涉及通信技术领域，解决了现有智能卡无法直接与外部智能卡等外围设备进行通讯的问题。本申请的智能卡包括：通讯接口，用于在智能卡切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；以及，控制模块，用于通过所述通讯接口向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据。本申请主要用于实现智能卡与外部智能卡等外围设备的直接通讯，提高用户体验，且降低智能卡信息泄露的风险。

Description

一种智能卡及其实现方法
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种智能卡及其实现方法。
背景技术
智能卡作为一种身份识别以及安全信息处理的基础设施，在移动通讯、金融支付、安全访问控制等领域已得到大规模的应用。目前的智能卡都是工作在被动模式，即读卡器发送APDU指令给智能卡，智能卡接收并处理APDU指令，处理完成后将处理结果返回给读卡器。工作于被动模式的智能卡由于功能简单，单颗芯片即可实现应用所需功能，因此成本非常低廉，促进了智能卡的大规模应用。
但是，由于智能卡工作于被动模式，智能卡的功能需要借助于读卡器与PC、手机或其它设备连接才能得到应用和发挥。而读卡器作为一个专业化的设备，价格较高，体积较大，不便于携带，难以作为普通消费品普及到个人用户，只有企业用户在特殊的应用场景才会部署使用，如地铁、公交、超市柜台、银行柜面等场景。离开读卡器，智能卡不能单独工作，这就大大限制了智能卡在日常生活中的应用场景。而且，被动式智能卡需要借助读卡器才能进行通讯，导致通讯信息暴露于读卡器或与读卡器相连的其他设备或系统，这也加大了智能卡信息泄露的风险。
发明内容
本申请的目的在于提供一种智能卡及其实现方法，实现与外部智能卡等外围设备的直接通讯，提高用户体验，且降低智能卡信息泄露的风险。
为达到上述目的，本申请提供一种智能卡。
如上的，其中，所述智能卡包括：通讯接口，用于在智能卡切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；以及，控制模块，用于通过所述通讯接口向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据。
进一步地，所述控制模块包括：主控单元，用于通过所述通讯接口控制所述第一外围设备上电和复位，在获取所述第一外围设备的复位信息后，向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据；以及，安全单元，用于对所述指令数据进行安全处理。
进一步地，所述智能卡还包括：电源管理模块，用于在所述主控单元控制所述第一外围设备上电时，通过所述通讯接口给所述第一外围设备提供工作电源。
进一步地，所述通讯接口还用于在智能卡切换为被动模式时，与第二外围设备建立电气连接；所述控制模块还用于通过所述通讯接口接收所述第二外围设备发送的操作指令，并根据所述操作指令向所述第二外围设备反馈指令数据。
进一步地，所述智能卡还包括：主从模式切换管理模块，用于根据用户的切换操作将所述智能卡切换为主动模式或被动模式。
优选地，所述第一外围设备为外部智能卡，所述通讯接口为ISO7816接口；所述ISO7816接口通过第一触点向所述外部智能卡提供工作电源，通过第二触点向所述外部智能卡提供复位信号，通过第三触点向所述外部智能卡提供时钟信号，通过第四触点向所述外部智能卡提供GND信号，通过第五触点向所述智能卡提供IO信号。
优选地，所述通讯接口为SPI接口；所述SPI接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C2触点向所述第一外围设备提供SS信号，通过C3触点向所述第一外围设备提供SCLK信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C6触点向所述第一外围设备提供MOSI信号，通过C7触点向所述第一外围设备提供MISO信号。
优选地，所述通讯接口为I2C接口；所述I2C接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C3触点向所述第一外围设备提供SCL信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C7触点向所述第一外围设备提供SDA信号。
优选地，所述通讯接口为USB接口；所述USB接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C3触点和C4触点向所述第一外围设备提供D+信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C7触点和C8触点向所述第一外围设备提供D-信号。
本申请还提供一种智能卡的实现方法，能够应用于上述智能卡中。
如上的，其中，所述方法包括：智能卡在切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；所述智能卡向所述第一外围设备发送操作指令；所述智能卡接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据。
本申请实现的有益效果如下：
(1)在智能卡处于主动模式时，通过简单的电气连接即可与外部智能卡等外围设备直接进行通讯，指导外围设备进行相应操作，无需借助读卡器，从而降低操作成本，简化操作流程，提高用户体验，且能够适用于更多应用场景；
(2)复用标准智能卡的ISO7816接口，向外围设备提供ISO7816和/或SPI、I2C、USB等主动模式的通讯接口，从而降低对外围接口的要求，同时也避免由于通讯信息暴露于读卡器或与读卡器相连的其他设备而导致的信息泄露。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的智能卡的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的智能卡在被动模式下的工作时序图；
图3为本发明实施例一提供的智能卡中通讯接口的触点示意图；
图4为本发明实施例二提供的智能卡的实现方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
参见图1，是本发明实施例一提供的智能卡的结构示意图，所述智能卡包括：
通讯接口1，用于在智能卡切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；以及，
控制模块2，用于通过所述通讯接口向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据。
需要说明的是，智能卡按照外部用户的选择可以工作于主动模式或被动模式。在智能卡工作于主动模式时，通讯接口与第一外围设备电连接，而通讯接口与控制模块连接，从而使控制模块通过通讯接口与第一外围设备建立通讯连接。其中，第一外围设备优选为处于被动模式的外部智能卡。
在实际应用时，控制模块通过通讯接口向第一外围设备发送操作指令，例如读写指令、数据备份、多重签名、产品升级等操作指令，第一外围设备在接收到操作指令后进行相应操作，并通过通讯接口向控制模块反馈指令数据，控制模块在接收到指令数据后进行安全处理。本实施例智能卡借助简单的电气连接即可与被动模式的外部智能卡直接进行通讯，指导外部智能卡完成各种复杂操作，或者控制其他外围设备完成设定的功能，有效降低操作流程，提高用户体验。
进一步地，如图1所示，所述控制模块2包括：
主控单元21，用于通过所述通讯接口控制所述第一外围设备上电和复位，在获取所述第一外围设备的复位信息后，向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据；以及，
安全单元22，用于对所述指令数据进行安全处理。
需要说明的是，主控单元和安全单元可以合为一个功能模块，也可分为两个功能模块。主控单元为智能卡的核心控制单元，安全单元为智能卡的安全存储单元。在主控单元的控制下，安全单元可以通过通讯接口与外围设备进行通讯。
在智能卡切换为主动模式时，通讯接口与第一外围设备电连接，第一外围设备优选为外部智能卡。主控单元控制外部智能卡上电，向外部智能卡提供时钟信号，并复位外部智能卡，获取外部智能卡的复位信息。进而，主控单元向外部智能卡发送操作指令APDU，获取外部智能卡相关的指令数据。
主控单元还可对外部智能卡进行认证，对于认证通过的外部智能卡，主控单元在外部智能卡和安全单元之间建立安全通道，使主控单元安全连接外部智能卡和安全单元，从而根据用户需求实现数据备份、产品升级、多重签名等功能。
进一步地，如图1所示，所述智能卡还包括：
电源管理模块3，用于在所述主控单元控制所述第一外围设备上电时，通过所述通讯接口给所述第一外围设备提供工作电源。
需要说明的是，电源管理模块能够在主控单元的控制下，通过通讯接口为第一外围设备提供工作电源。
进一步地，所述通讯接口还用于在智能卡切换为被动模式时，与第二外围设备建立电气连接；
所述控制模块还用于通过所述通讯接口接收所述第二外围设备发送的操作指令，并根据所述操作指令向所述第二外围设备反馈指令数据。
需要说明的是，智能卡按照外部用户选择工作于主动模式或被动模式。在智能卡工作于被动模式时，通讯接口与第二外围设备电连接，而通讯接口与控制模块连接，使得控制模块通过通讯接口与第二外围设备通讯连接。其中，第二外围设备优选为外部读卡器，控制模块接收到的操作指令优选为APDU指令，控制模块包括主控单元和安全单元。
在智能卡处于被动模式时，智能卡插入外部读卡器，外部读卡器给智能卡执行上电、复位等操作，如图2所示，其具体工作流程包括：
S201、外部读卡器给智能卡上电，并激活复位信号，主控单元启动工作；
S202、主控单元上电并复位安全单元；
S203、安全单元向主控单元返回复位信息；
S204、主控单元存储安全单元的复位信息，并等待外部读卡器的复位信号释放；
S205、外部读卡器复位信号释放后，主控单元返回内部存储的安全单元的复位信息；
S206、主控单元等待接收外部读卡器的APDU指令；
S207、外部读卡器发送APDU指令；
S208、主控单元将接收到的APDU指令转发给安全单元；
S209、安全单元处理APDU指令；
S210、主控单元等待安全单元的处理结果，等待期间主控单元保持与外部读卡器的通讯连接，需要时，对APDU指令进行超时处理，向外部读卡器发送延时请求；
S211、安全单元向主控单元返回APDU处理结果；
S212、主控单元向外部读卡器返回APDU处理结果；
S213、主控单元等待接收并处理外部读卡器后续的APDU指令；
S214、外部读卡器下电智能卡，向主控单元发送下电信号；
S215、主控单元接收到外部读卡器的下电信号后，下电安全单元；
S216、主控单元保存智能卡内部状态信息，并执行下电操作，即控制电源管理模块给自己下电。
进一步地，如图1所示，所述智能卡还包括：
主从模式切换管理模块4，用于根据用户的切换操作将所述智能卡切换为主动模式或被动模式。
需要说明的是，主从模式切换管理模块可控制智能卡在被动模式和主动模式之间进行切换。当智能卡工作于被动模式时，接收第二外围设备的通讯及控制信号，按照标准智能卡的模式进行工作；当智能卡工作于主动模式时，为第一外围设备提供电源及通讯信号，控制第一外围设备按照操作指令进行工作。
在实际应用时，电源管理模块给主控单元上电，主控单元启动工作，主从模式切换管理模块向用户提供模式选择界面，若用户在界面上选择主动模式，则将主控单元切换为主动模式，若用户在界面上选择被动模式，则将主控单元切换为被动模式。
优选地，所述第一外围设备为外部智能卡。
作为一个实例，所述通讯接口为ISO7816接口；
所述ISO7816接口通过第一触点向所述外部智能卡提供工作电源，通过第二触点向所述外部智能卡提供复位信号，通过第三触点向所述外部智能卡提供时钟信号，通过第四触点向所述外部智能卡提供GND信号，通过第五触点向所述智能卡提供IO信号。
需要说明的是，标准智能卡采用ISO7816接口，该接口定义了C1-C8这8个接触触点，外部读卡器通过这8个触点向智能卡提供电气信号。本实施例提供的智能卡复用这8个触点，当智能卡处于主动模式时，通过这8个触点向外部智能卡提供电气信号。其中，本实施例提供的智能卡的8个触点位置与ISO7816接口定义的触点位置相同，如图3所示。
本实施例提供的智能卡的8个触点作为提供给外部的ISO7816接口时，优选通过C1触点向所述外部智能卡提供工作电源，通过C2触点向所述外部智能卡提供复位信号，通过C3触点向所述外部智能卡提供时钟信号，通过C5触点向所述外部智能卡提供GND信号，通过C7触点向所述智能卡提供IO信号。具体地，C1-C8触点的功能定义如表1所示。
Figure BDA0001865551450000081
表1
作为另一个实例，所述通讯接口为SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口。
所述SPI接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C2触点向所述第一外围设备提供SS信号，通过C3触点向所述第一外围设备提供SCLK信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C6触点向所述第一外围设备提供MOSI信号，通过C7触点向所述第一外围设备提供MISO信号。
需要说明的是，本实施例的智能卡在工作于主动模式时，向第一外围设备提供SPI接口，以便与支持SPI接口的第一外围设备进行通讯。作为一种示例，C1-C8触点的功能定义如表2所示。
Figure BDA0001865551450000091
表2
作为再一个实例，所述通讯接口为I2C(Inter－Integrated Circuit集成电路)接口；
所述I2C接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C3触点向所述第一外围设备提供SCL信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C7触点向所述第一外围设备提供SDA信号。
需要说明的是，本实施例的智能卡在工作于主动模式时，向第一外围设备提供I2C接口，以便与支持I2C接口的第一外围设备进行通讯。作为一种示例，C1-C8触点的功能定义如表3所示。
Figure BDA0001865551450000092
Figure BDA0001865551450000101
表3
作为又一个实例，所述通讯接口为USB接口；
所述USB接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C3触点和C4触点向所述第一外围设备提供D+信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C7触点和C8触点向所述第一外围设备提供D-信号。
需要说明的是，本实施例的智能卡在工作于主动模式时，向第一外围设备提供USB接口，以便与支持USB接口的第一外围设备进行通讯。作为一种示例，C1-C8触点的功能定义如表4所示。
触点 功能定义
C1 电源VCC，向外部设备提供工作电源
C2 保留
C3 向外部设备提供D+信号
C4 向外部设备提供D+信号
C5 向外部设备提供GND信号
C6 保留
C7 向外部设备提供D-信号
C8 向外部设备提供D-信号
表4
本实施例复用标准智能卡的ISO7816接口，向外围设备提供ISO7816和/或SPI、I2C、USB等主动模式的通讯接口，以便通过简单的电气连接，实现智能卡与外围设备之间的通讯。
实施例二
本发明还提供一种智能卡的实现方法，能够应用于实施例一的智能卡中。
参见图4，是本发明实施例二提供的智能卡的实现方法的流程示意图，所述方法包括：
S1、智能卡在切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；
S2、所述智能卡向所述第一外围设备发送操作指令；
S3、所述智能卡接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据。
本申请实现的有益效果如下：
(1)在智能卡处于主动模式时，通过简单的电气连接即可与外部智能卡等外围设备直接进行通讯，指导外围设备进行相应操作，无需借助读卡器，从而降低操作成本，简化操作流程，提高用户体验，能够适用于更多应用场景；
(2)复用标准智能卡的ISO7816接口，向外围设备提供ISO7816和/或SPI、I2C、USB等主动模式的通讯接口，从而降低对外围接口的要求，同时也避免由于通讯信息暴露于读卡器或与读卡器相连的其他设备而导致的信息泄露。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种智能卡，其特征在于，包括：
通讯接口，用于在智能卡切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；以及，
控制模块，用于通过所述通讯接口向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据；
所述控制模块包括：
主控单元，用于通过所述通讯接口控制所述第一外围设备上电和复位，在获取所述第一外围设备的复位信息后，向所述第一外围设备发送操作指令，并接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据；以及，
安全单元，用于对所述指令数据进行安全处理；
所述主控单元还可以对所述第一外围设备进行认证，对于认证通过的第一外围设备，主控单元在所述第一外围设备与所述安全单元之间建立安全通道；
其中，所述智能卡具有主动模式和被动模式两种工作状态；
其中，所述智能卡还包括：
电源管理模块，用于在所述主控单元控制所述第一外围设备上电时，通过所述通讯接口给所述第一外围设备提供工作电源；
其中，所述通讯接口还用于在智能卡切换为被动模式时，与第二外围设备建立电气连接；
所述控制模块还用于通过所述通讯接口接收所述第二外围设备发送的操作指令，并根据所述操作指令向所述第二外围设备反馈指令数据；
其中，所述智能卡还包括：
主从模式切换管理模块，用于根据用户的切换操作将所述智能卡切换为主动模式或被动模式；
当智能卡工作于被动模式时，接收第二外围设备的通讯及控制信号，按照标准智能卡的模式进行工作；当智能卡工作于主动模式时，为第一外围设备提供电源及通讯信号，控制第一外围设备按照操作指令进行工作；
其中，第一外围设备为被动模式的外部智能卡；第二外围设备为外部读卡器。
2.根据权利要求1所述的智能卡，其特征在于，所述通讯接口为ISO7816接口；
所述ISO7816接口通过第一触点向所述外部智能卡提供工作电源，通过第二触点向所述外部智能卡提供复位信号，通过第三触点向所述外部智能卡提供时钟信号，通过第四触点向所述外部智能卡提供GND信号，通过第五触点向所述外部智能卡提供IO信号。
3.根据权利要求1所述的智能卡，其特征在于，所述通讯接口为SPI接口；
所述SPI接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C2触点向所述第一外围设备提供SS信号，通过C3触点向所述第一外围设备提供SCLK信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C6触点向所述第一外围设备提供MOSI信号，通过C7触点向所述第一外围设备提供MISO信号。
4.根据权利要求1所述的智能卡，其特征在于，所述通讯接口为I2C接口；
所述I2C接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C3触点向所述第一外围设备提供SCL信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C7触点向所述第一外围设备提供SDA信号。
5.根据权利要求1所述的智能卡，其特征在于，所述通讯接口为USB接口；
所述USB接口通过C1触点向所述第一外围设备提供工作电源，通过C3触点和C4触点向所述第一外围设备提供D+信号，通过C5触点向所述第一外围设备提供GND信号，通过C7触点和C8触点向所述第一外围设备提供D-信号。
6.一种智能卡的实现方法，能够应用于如权利要求1至5任一项所述的智能卡中，其特征在于，所述方法包括：
智能卡在切换为主动模式时，与第一外围设备建立电气连接；
所述智能卡向所述第一外围设备发送操作指令；
所述智能卡接收所述第一外围设备根据所述操作指令反馈的指令数据。
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