CN1141648C - 采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡 - Google Patents
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Abstract
一种采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，包括有微处理器及其外围电路，在该智能卡的芯片内只设有随机存储器RAM及可编程非易失NVM(Non Volatile Memory)存储器两种存储器模块；其中的可编程非易失NVM存储器用作存储该智能卡COS以及与安全、认证相关的加密算法或其它应用程序的程序存储器和存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。本发明既保留采用ROM作为COS载体的全部优点，又因可编程NVM存储器的可改写性，使得智能卡研制过程简化，降低风险；开发商可根据自己的不同需求，写入不同用途的COS，自行设计专用算法而不再需要向芯片加工厂商公布；且因电荷存储的不可探测性而大大提高智能卡的安全和保密性。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型结构的智能卡(也称CPU卡)，确切地说，涉及一种采用可编程非易失性存储器(NVM非易失存储器)作为其COS载体存储器的智能卡，属于带有导电标记、印刷电路或半导体电路元件的记录载体(例如信用卡或识别卡)的技术领域。
背景技术
随着全球IC卡应用的迅速发展，国内IC卡及其相关产业的发展已经成为我国信息化建设的一大热点和信息产业的新经济增长点。而在整个IC卡市场中，具有高度安全性的智能卡(又称：CPU卡)又成为增长最快的一个亮点。尤其以GSM数字移动通信终端用的SIM(Subscriber Identity Module)用户识别卡为代表的智能卡，近几年更是快速增长。截止到2000年9月，国内移动电话用户数已超过6500万，这意味着SIM卡的市场拥有量已超过6500万张。在其它应用领域，如身份证卡和社会保障卡等，未来一到两年内也将迅速发展，其市场拥有量更可达10亿张以上。
众所周知，智能卡实际上是一个内嵌微处理器的类似于计算机体系架构的微型计算机系统，其系统结构组成如图1所示：图中左侧是智能卡芯片，右侧则为该芯片的内部结构示意图。作为智能卡控制中心的微处理器1通过系统总线与各个存储器相连，构成了一个微型计算机系统。整个系统与外界依靠串行线实现信息交换。
目前，绝大多数的智能卡采用传统的CPU+RAM+ROM+EEPROM体系架构。其中：RAM为随机存储器，用于存储智能卡应用过程中的一些临时参数或中间变量，但是，断电后该数据即丢失。ROM为只读存储器，用于存储智能卡的芯片操作系统COS(Chip Operating System)操作系统程序，以及与安全、认证相关的加密算法或其它应用程序等。EEPROM为电可擦可编程存储器，用于存储与用户相关的一些管理数据及用户数据等。其中的COS是智能卡的神经中枢，它控制智能卡内部运转和外界的信息交换，管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。现在的智能卡主要是采用ROM作为COS的载体，然而，这种存储结构存在着以下诸多不利之处：
(1)COS操作系统的源程序代码必须交给芯片生产厂家作掩膜，由生产厂家将这些代码在集成电路加工时固化在ROM里。然而，COS作为智能卡的控制中枢，除了肩负着整个卡片的数据存取、处理、运算等运行操作，更肩负着智能卡的安全、防攻击、防复制等警戒功能。通常的作法是在COS中嵌入一个高等级的加密算法。COS源程序代码交给生产厂家，实际上就等于把智能卡上的全部程序和算法都向生产芯片的厂家开放了，这一点对智能卡的安全是极为不利的！严重的时候，甚至会威胁到国家信息网或金融系统的安全。这种“窘况”大大限制了智能卡在我国一些安全机要部门中的应用和普及。
(2)COS使用ROM方式存储，一旦作完掩膜后，就不能再更改。因为ROM存储是依靠芯片物理连线存储程序和数据的，如果开发商或用户想修改COS，就必须重新作掩膜，这样不仅增大研发费用，更延长了开发周期。
(3)由于ROM是依靠物理连线存储程序和数据的，现在使用普通的半导体逆向分析工程，就可以轻松获取原来存储的代码，使智能卡的秘密不难被攻破，同样会危及智能卡的安全。
(4)由于ROM存储的不可修改性，使得卡片售出后存储在该ROM中的加密算法或其它程序都不能够进行再修改，即不支持在线升级或在线编程。
(5)ROM类型的卡必须在芯片加工时确定芯片未来的用途，即芯片是定制产品，不利于技术更新，增加了市场风险。
从上面可以看出，传统的智能卡的存储器架构注定了智能卡只能是定制的成型产品，一旦芯片加工完成后，无任何可扩展性和系统开放性，这些弱点在很大程度上限制和约束了智能卡的设计创新和应用场合的拓展。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以克服现有智能卡的上述缺点，采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，该新型智能卡突破了传统智能卡的固有架构，推出了开放性智能卡平台的概念，使智能卡的应用更加方便、灵活、机动，且安全保密性能更强，该智能卡将成为IC卡技术和应用领域中的新热点。
本发明的目的是这样实现的：一种采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，包括有微处理器及其外围电路，其特征在于：在该智能卡的芯片内只设有随机存储器RAM及可编程非易失NVM(Non Volatile Memory)存储器两种存储器模块；其中的可编程非易失NVM存储器用作存储该智能卡芯片操作系统COS以及与安全、认证相关的加密算法或应用程序的程序存储器和存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。
其中的可编程非易失存储器是紫外光可擦除存储器EPROM。
其中的可编程非易失存储器是电荷可擦除存储器EEPROM。
其中的可编程非易失存储器是闪烁型电荷可擦除存储器Flash。
其中的可编程非易失存储器是非易失性静态读写存储器nvSRAM。
其中的可编程非易失存储器是铁电存储器FeRAM。
其中的可编程非易失存储器是利用分子极化偏角方向来存储数据的分子型存储器。
其中的可编程非易失NVM存储器是一个存储器模块，架设两个或两个以上的逻辑分区，其中一个逻辑分区用作存储智能卡芯片操作系统COS以及与安全、认证相关的加密算法或其它应用程序的程序存储器，其它的逻辑分区则作为存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。
上述可编程非易失NVM存储器内的逻辑分区的划分是由用户灵活设定的，可以是两个对等的逻辑分区，也可以是不对等的两个逻辑分区，还可以是三个或三个以上的逻辑分区。
本发明采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡的最大特点是采用可编程NVM存储器取代原先广泛使用的ROM存储器作为COS存储载体，这样既可保留原来的智能卡采用ROM作为COS载体的全部优点，又由于可编程NVM存储器的可改写性，使得智能卡研制开发过程简化，并降低了投资风险。这样，由于可编程NVM的可改写性，开发商就可以根据自己的不同需求，写入不同用途的COS，自行设计专用算法而不再需要向芯片加工厂商公布，并由于电荷存储的不可探测性而具备高度安全，从而大大提高智能卡的安全和保密性。可以预见，本发明必将使智能卡在我国一些新的领域中拓展应用和得到普及。
由于在存储器结构相同的智能卡芯片里下载存储不同的COS，就能够使之成为具有不同功能、用途的智能卡。因此，本发明的智能卡所提供的系统平台已经脱离了传统智能卡单一的应用领域，成为一个开放性的智能卡平台；该智能卡可以应用于数字蜂窝移动通信、金融、保险、军事、身份认证卡、保密通信加密卡、社会保障，以及其它各种需要使用智能卡的应用场合。
附图说明
图1是智能卡芯片体系架构的传统结构示意图。
图2是本发明的智能卡芯片体系架构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的结构、特征和功效：
参见图2，本发明是一种采用可编程非易失存储器作为其存储器的智能卡，包括有微处理器1及其外围电路，其主要特点是；在该智能卡的芯片内只设有随机存储器RAM及可编程非易失NVM(Non Volatile Memory)存储器两种存储器模块，其中的COS载体为可编程NVM存储器。
所谓的非易失NVM存储器就是在断电后数据不丢失的存储器，传统的非易失性存储器是只读存储器ROM，这种存储器只能在集成电路加工时将信息固化，在使用中只能读出信息而不能写入或更改信息。
随着半导体工艺技术的进步，这些年来逐渐出现了多种非ROM型可改写的非易失性存储器，有紫外光可擦除存储器，如：EPROM；电荷可擦除存储器，如：EEPROM；闪烁型电荷可擦除存储器，如：Flash；非易失性静态读写存储器nvSRAM；铁电存储器FeRAM；以及利用分子极化偏角方向来存储数据的分子型存储器等，这类新型的非易失性存储器同ROM最大的区别是可多次编程性，因此其又被称为可编程NVM存储器(又称：可编程非易失存储器)。
上述这些各种不同类型的非ROM型可改写的非易失性存储器，如紫外光可擦除存储器：EPROM；电荷可擦除存储器：EEPROM；闪烁型电荷可擦除存储器：Flash；非易失性静态读写存储器nvSRAM；铁电存储器FeRAM；以及利用分子极化偏角方向来存储数据的分子型存储器等，都可以用作本发明的可编程非易失NVM(Non Volatile Memory)存储器。此外，其中的可编程非易失NVM存储器是两个模块，也可以是两个以上的模块；其中至少有一个或多个模块用作存储该智能卡COS以及与安全、认证相关的加密算法或其它应用程序的程序存储器，另一个或多个模块则作为存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。
诚然，其中的可编程非易失NVM存储器也可以是一个模块，通过架设两个或两个以上的逻辑分区，将其中一个逻辑分区用作存储智能卡COS以及与安全、认证相关的加密算法或其它应用程序的程序存储器，另一个逻辑分区则作为存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。上述可编程非易失NVM存储器内的逻辑分区的划分是由用户灵活设定的，可以是两个对等的逻辑分区，也可以是不对等的两个逻辑分区，还可以是三个或三个以上的逻辑分区。
总之，本发明利用可编程NVM存储器取代原先广泛使用的ROM存储器作为COS存放载体，既保留了原ROM作为COS载体的全部优点，又由于新型可编程NVM存储器的可改写性，使得智能卡的研制开发过程简化，降低了投资风险；开发商能够根据自己的不同需求，写入不同用途的COS，自行设计专用算法而不再需要向芯片加工厂商公布；且因其采用的电荷存储方式的不可探测性而具备高度安全性。本发明还可通过在线编程或在线升级下载不同的COS就可以使之成为具有不同功能、用途的智能卡。也就是说，本发明的新型智能卡平台已经脱离传统智能卡单一的应用领域，成为一个开放性的智能卡平台。
Claims (9)
1、一种采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，包括有微处理器及其外围电路，其特征在于：在该智能卡的芯片内只设有随机存储器RAM及可编程非易失NVM存储器两种存储器模块；其中的可编程非易失NVM存储器用作存储该智能卡芯片操作系统COS以及与安全、认证相关的加密算法或应用程序的程序存储器和存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。
2、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失存储器是紫外光可擦除存储器EPROM。
3、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失存储器是电荷可擦除存储器EEPROM。
4、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失存储器是闪烁型电荷可擦除存储器Flash。
5、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失存储器是非易失性静态读写存储器nvSRAM。
6、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失存储器是铁电存储器FeRAM。
7、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失存储器是利用分子极化偏角方向来存储数据的分子型存储器。
8、如权利要求1所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：其中的可编程非易失NVM存储器是一个存储器模块，架设两个或两个以上的逻辑分区，其中一个逻辑分区用作存储智能卡芯片操作系统COS以及与安全、认证相关的加密算法或应用程序的程序存储器，另外的逻辑分区则作为存储与用户相关的用户数据和管理数据的数据存储器。
9、如权利要求8所述的采用可编程非易失存储器作为其程序存储器的智能卡，其特征在于：上述可编程非易失NVM存储器内的逻辑分区的划分是由用户灵活设定的，可以是两个对等的逻辑分区，也可以是不对等的两个逻辑分区，还可以是三个或三个以上的逻辑分区。
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