ES2329970T3 - Procedimiento de comunicacion entre una tarjeta inteligente y una estacion huesped. - Google Patents
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Abstract
Una tarjeta inteligente (3) que incluye un microcontrolador (33) y que consta de: - una memoria con un conjunto de instrucciones (337) que permiten al microcontrolador (33) establecer comunicación de acuerdo con un primer protocolo de comunicación; que se caracteriza porque la tarjeta inteligente consta además de: - una interfaz (336) para convertir los comandos, de acuerdo con el primer protocolo de comunicación, en comandos de acuerdo con un segundo protocolo de comunicación y viceversa.
Description
Procedimiento de comunicación entre una tarjeta
inteligente y una estación huésped.
La invención se refiere a un articulo portátil
similar a una tarjeta que incluye un microcontrolador. La invención
se refiere también a un conector con una ranura para acoger dicho
artículo portátil similar a una tarjeta.
Las tarjetas inteligentes son artículos
portátiles estandarizados definidos en la norma ISO 7816 y se
pueden utilizar especialmente para permitir la gestión segura de
datos confidenciales y facilitar la identificación. Para
comunicarse con el mundo exterior, estas tarjetas utilizan
normalmente los protocolos de comunicación definidos en los
apartados tercero y cuarto de la norma mencionada anteriormente. En
concreto, utilizan un protocolo muy conocido para las personas con
experiencia en la materia bajo la referencia T=0, que implementa
comandos con un formato definido: los comandos para unidad de datos
de protocolo de aplicación (UDPA).
La norma sobre el bus serie universal (USB)
describe un sistema de bus serie universal y se ha desarrollado
para hacer posibles los intercambios de datos entre una estación
principal, p. ej. una estación de trabajo compuesta por un
ordenador personal, y cualquier dispositivo periférico, como una
impresora o un teclado, que se utiliza de una forma sencilla y
rápida. El uso de este sistema presenta múltiples ventajas. En
primer lugar, requiere dos líneas conductoras VBUS y GND (TIERRA)
para alimentar el dispositivo periférico y dos líneas conductoras
D+ y D- para la transmisión diferencial de las señales de datos. En
segundo lugar, permite la transmisión de datos a velocidades más
altas, por lo general, que las recomendadas por los enlaces tipo
serie instalados habitualmente en los ordenadores personales.
Dichas velocidades son 12 megabits por segundo (Mb/seg) a velocidad
máxima y 1,5 Mb/seg a velocidad baja. Además, es compatible con la
conexión "Plug and Play" en caliente de los periféricos, es
decir, es compatible con el reconocimiento dinámico de dichos
periféricos por parte del ordenador principal. Mediante dicho
reconocimiento, los programas del controlador del periférico
residentes en una memoria masiva del ordenador principal sólo se
cargan en una memoria de lectura y escritura de dicho ordenador
cuando se conectan los periféricos mencionados. Los mismos
controladores se descargan de dicha memoria de lectura y escritura
cuando se desconectan los periféricos. Además, el bus serie
universal permite la conexión en cascada de hasta 126 periféricos
en un único puerto USB físico. Por último, los periféricos
USB no monopolizan una petición de interrupción (IRQ) de hardware realizada por los componentes del ordenador.
USB no monopolizan una petición de interrupción (IRQ) de hardware realizada por los componentes del ordenador.
En la actualidad, la necesidad de acceder de
forma segura a las estaciones principales o a los servidores
asociados con los mismos es cada vez más importante. Lo mismo se
aplica a la necesidad de transferir de forma segura los datos que
están bajo el control de dichas estaciones, especialmente desde el
software de las aplicaciones en dichas estaciones dedicado
específicamente al correo electrónico o a la navegación por
Internet, donde es aconsejable la autentificación de los datos
mediante algoritmos de cifrado que permitan certificar y registrar
dichos datos.
Considerando el estado de la tecnología descrito
más arriba, las necesidades de seguridad mencionadas con
anterioridad se han cubierto de forma natural utilizando tarjetas
inteligentes que funcionan con los protocolos indicados en los
apartados tercero y cuarto de la norma ISO 7816, a través de
lectores de tarjetas inteligentes conectados a los puertos USB de
un ordenador principal y que utilizan la conversión de protocolos
USB/ISO. Dichos lectores se comunican, en primer lugar, con el
ordenador principal utilizando el sistema USB y, en segundo lugar,
con la tarjeta utilizando el sistema ISO. En la patente
FR-A-2 774 194 o en la
EP-A-O 259 786 se presentan ejemplos
de lectores.
Por desgracia, dichos lectores son muy caros.
Necesitan disponer de los medios necesarios para generar un reloj
para impulsar el funcionamiento de una unidad central de
procesamiento (CPU) en el microcontrolador de la tarjeta a través
del área de contacto del reloj (CLK) de la tarjeta. Necesitan
también disponer de los medios necesarios para generar una señal de
reinicio y transmitir dicha señal a la tarjeta a través de un área
de contacto específica conocida como área de reinicio (RST).
Además, cuando la tarjeta es una simple tarjeta
ISO, los procedimientos para comunicarse con la tarjeta no tienen
las ventajas anteriormente mencionadas del sistema USB, relativas,
en concreto, a un número reducido de líneas conductoras y a altas
velocidades de transmisión de datos.
Un objetivo de la invención es reducir los
costes.
En un primer aspecto, la invención proporciona
un método de comunicación entre una estación principal, como un
ordenador personal, y una tarjeta inteligente, en el que dicho
artículo portátil está conectado mediante un sistema de bus
utilizando un primer protocolo de comunicación a dicha estación
principal; el método se caracteriza por que incluye un paso
mediante el que la estación principal comunica, de acuerdo con el
primer protocolo de comunicación, una petición específica
correspondiente a un segundo protocolo de comunicación, al artículo
portátil que incluye un microcontrolador.
De forma ventajosa, el sistema de bus es un
sistema de bus serie universal (USB) y la petición específica se
comunica a la tarjeta inteligente que incluye un microcontrolador
utilizando el modo de transferencia de control del segundo protocolo
de comunicación. La petición específica puede ser una petición que
proporcione la funcionalidad de un lector para la tarjeta
inteligente que contiene un microcontrolador. El microcontrolador
puede incluir una dispositivo que asocie una unidad central de
procesamiento con una memoria volátil y la petición específica
puede ser una petición DoReset(), que activa el reinicio de la
memoria volátil de dicha unidad. La petición específica puede ser
una petición GetATR(), que permite recuperar una cadena de
respuestas al reiniciar la tarjeta inteligente. La petición
específica puede ser una petición SendADPU(), que permite a la
estación principal enviar una cabecera de comando a la tarjeta
inteligente. La petición específica puede ser una petición
GetData() concreta, que permite a la estación principal recuperar
los datos enviados por la tarjeta inteligente y recuperar una
palabra de estado. La petición específica puede ser una petición
SendDaid(), que permite a la estación principal comunicar datos a
la tarjeta inteligente. La petición específica puede ser una
petición IsReady(), que sirve para evitar que la estación principal
active un modo de funcionamiento de bajo consumo de potencia en la
tarjeta inteligente. La tarjeta inteligente puede enviar una
respuesta OS-STATUS a la estación principal como
contestación a la petición que permite a dicha estación activar un
modo de consumo bajo de potencia en la mencionada tarjeta
inteligente, que estaría codificada de tal modo que definiera el
estado actual de la tarjeta inteligente. El estado actual de la
tarjeta inteligente puede ser un estado silenciado o un estado en
el que la tarjeta esté procesando. El artículo portátil que incluye
un microcontrolador es una tarjeta de microcontrolador y el
microcontrolador de la tarjeta incluye una memoria no volátil, que
contiene un sistema operativo, apropiado para establecer
comunicación mediante el segundo protocolo de comunicación que
utiliza comandos UDPA como los que se definen en la norma ISO
7816.
En un segundo aspecto, la invención soluciona
este problema proporcionando una tarjeta inteligente, apropiada
para establecer comunicación con una estación principal como, p.
ej. un ordenador personal, mediante un bus que está conectado tanto
con la tarjeta inteligente como con la estación principal
mencionadas, y en la que el artículo se comunica directamente con
la estación principal.
La tarjeta inteligente tiene un microcontrolador
y una memoria con un conjunto de instrucciones, que permite al
microcontrolador establecer comunicación de acuerdo con un primer
protocolo de comunicación. Además, la tarjeta inteligente consta de
una interfaz para convertir los comandos de acuerdo con un segundo
protocolo de comunicación y viceversa.
El sistema de bus es un sistema de bus USB; y el
artículo portátil incluye una dispositivo que asocia una unidad
central de procesamiento con una memoria no volátil que lleva un
sistema operativo, apropiado para gestionar comandos UDPA como los
que se definen en la norma ISO 7816.
La invención se entenderá mejor leyendo la
siguiente descripción sin restricciones. La descripción debe leerse
tomando como referencia los dibujos adjuntos.
- La figura 1 muestra los posibles esquemas de
conexión entre una estación de trabajo principal y un artículo
portátil de la invención;
- La figura 2 muestra una conexión entre un
ordenador personal principal y una tarjeta inteligente de la
invención;
- La figura 3 es una vista en perspectiva de un
elemento conector apropiado para recibir una tarjeta inteligente
para su conexión, de acuerdo con la invención, a un ordenador
principal;
- La figura 4 es una vista frontal ampliada que
muestra los contactos de una tarjeta inteligente para la conexión,
de acuerdo con la invención, a un ordenador principal;
- La figura 5 es un diagrama de bloques que
representa diversos elementos implicados en el funcionamiento de un
microcontrolador de una tarjeta para su conexión, de acuerdo con
la invención, a un ordenador principal;
- La figura 6 es un diagrama que representa la
arquitectura lógica para un sistema, de acuerdo con la invención,
para establecer la comunicación entre una tarjeta y una aplicación
de software de un ordenador principal;
- La figura 7 es un diagrama de flujo que
representa el modo en que tiene lugar una sesión de comunicación
con una tarjeta inteligente de la invención;
- Las figuras 8A y 8B muestran transacciones que
tienen lugar en un modo para que la tarjeta ejecute un comando ISO
tipo 1;
- Las figuras 9A a 9D representan las
transacciones que tienen lugar en un modo para que la tarjeta
ejecute un comando ISO tipo 2; y
- Las figuras 10A a 10D representan las
transacciones que tienen lugar en un modo para que la tarjeta
ejecute un comando ISO tipo 3.
La invención se aplica especialmente dentro del
contexto de garantizar la seguridad de la estación principal, p.
ej. una estación equipada con un sistema operativo como los
distribuidos por Microsoft bajo el nombre de Windows 2000, que está
protegido como marca registrada. Ese sistema operativo y ciertas
aplicaciones de software diseñadas para funcionar con el mismo,
permiten utilizar una tarjeta diseñada específicamente para hacer
que las transferencias de datos sean seguras, p. ej. para firmar el
correo electrónico, así como hacer seguro el acceso a las redes de
ordenadores, p. ej. mediante algoritmos de autenticación o
algoritmos de no repudio. En general, la invención se puede
implantar en cualquier tarjeta que tenga un sistema operativo
compatible con los apartados tercero y cuarto de la norma ISO
7816.
La figura 1 muestra una estación principal 1 que
tiene un concentrador 2 integrado y dicho concentrador 2 está
dotado de puertos 21, 22 y 23 específicos, como se definen en la
versión 1.1 de la norma USB, publicada el 23 de septiembre de 1998.
Los puertos USB se pueden conectar a un artículo portátil 3 que
tiene un microcontrolador de acuerdo con la invención, bien
directamente, como en el caso de los artículos conectados a los
puertos 21 y 22, o bien, de forma indirecta a través de otro
concentrador 4, como en el caso de los artículos conectados al
puerto 23.
Como se muestra en la figura 2, la estación
principal es, p. ej. una estación de trabajo formada por un
ordenador personal 1, y el artículo portátil que incluye un
microcontrolador es una tarjeta inteligente 3. La tarjeta
inteligente 3 se conecta a un conector 5 que no es un lector, toda
vez que un lector dispondría de medios activos para leer y/o
escribir en una tarjeta y/o para permitir dicha escritura y/o
lectura.
En el modo habitual, el ordenador 1 tiene una
unidad central 11 conectada a un monitor 12 y un teclado. La unidad
central 11 incluye una placa base. La placa base incluye, en
concreto, un microprocesador y bandas de memoria volátil. Está
conectada a un disco duro que constituye una memoria masiva para el
ordenador y también al menos a un puerto USB que está incluido en
un concentrador integrado en el ordenador.
Tomando ahora como referencia la figura 6, puede
verse que el ordenador principal 1 incluye al menos una aplicación
de software 13 y utiliza una tarjeta inteligente. Tiene también una
parte software PC/SC 14 que gestiona la interfaz utilizada por la
aplicación. Asimismo, tiene un controlador 15 de software
intermedio que consta de dos partes lógicas principales (no
mostradas en la figura 6). La primera parte se carga en la memoria
de lectura/escritura del ordenador principal en el proceso de
arranque y proporciona una interfaz con la parte de software PC/SC
14, simulando la presencia de un lector para una o más tarjetas
inteligentes de la invención, conectado al ordenador principal. Es
un lector virtual. La segunda parte se almacena en la memoria
masiva del ordenador principal y se carga en su memoria de
lectura/escritura cuando la tarjeta se conecta realmente al
ordenador principal, se le asigna una dirección y se configura.
Esta segunda parte sirve para transmitir información desde la parte
PC/SC o desde la tarjeta a los destinos correspondientes y realiza
la conversión de datos. Incluye también una parte controladora del
ordenador principal 16, que sirve para gestionar la distribución de
los datos en el bus USB. Por último, tiene una parte de hardware
17 que constituye la interfaz entre el ordenador principal y el
mundo exterior.
La tarjeta 3 que se muestra en la figura 2 está
compuesta, p. ej. por una tarjeta con formato ISO estándar o por
una tarjeta con formato de "plug-in" (conexión)
descrito en la norma ISO 7816 mencionada o en la norma ETSI GSM
11.11. Dicha tarjeta se muestra más detalladamente en la figura 3.
Consta de un cuerpo de tarjeta de plástico 31 que lleva insertado
un módulo electrónico, compuesto por un microcontrolador conectado
mediante cables de conexión a las áreas de contacto 32 que están a
ras de la superficie de dicho cuerpo de tarjeta.
La figura 4 muestra las áreas de contacto 32 de
la tarjeta 3. A título de ejemplo hay ocho de ellas. Estas áreas
se denominan Cl, C2, C3, C4, C5, C6, C7 y C8. Las áreas C1 y C5 se
conectan respectivamente a los conductores Vcc y GND (TIERRA) del
microcontrolador de la tarjeta y sirven para alimentarlo con
corriente. Las áreas C4 y C8 se conectan respectivamente a los
conductores D+ y D- de dicho microcontrolador, constituyendo un par
diferencial para la transmisión de los datos utilizando el sistema
de bus USB. El resto de las áreas se utilizan para transmitir los
datos utilizando la norma ISO y no se utilizan en el sistema de
bus USB mencionado anteriormente.
El microcontrolador 33 de la tarjeta 3 se
muestra en forma de diagrama en la figura 5. Incluye un dispositivo
331 que combina una unidad de procesamiento central (CPU) con
memoria volátil RAM de lectura/escritura y memoria ROM y EEPROM no
volátiles, albergando la memoria ROM el sistema operativo de la
tarjeta. Incluye también una interfaz de comunicaciones 332 que
utiliza el sistema ISO, un motor USB 333 que se asocia, en primer
lugar, con un sistema de transmisión 334 y, en segundo lugar, con
los registros 335, y una interfaz de bloques externa (EBI) 336. El
sistema de transmisión está conectado, como mínimo, a las áreas D+
y D- de la tarjeta. También está también a las áreas de Vcc y GND
(TIERRA) a efectos de suministro de corriente. El sistema operativo
337 de la tarjeta, la EBI 336 y el motor USB 333 se muestran en
forma de diagrama en la figura 6.
Como puede verse en la figura 3, la tarjeta se
inserta en la práctica en un conector de tarjetas 5. En la
invención, el conector 5 es pequeño. Unicamente tiene un conector
USB 51 y un conector 52 para la tarjeta 3.
En la norma USB, se pueden transferir datos a
dos velocidades, a alta velocidad que permite una transferencia de
datos de 12 Mb/seg y a velocidad baja que permite una transferencia
de datos de 1,5 Mb/seg. En la invención, los datos se transfieren a
velocidad baja. Por lo tanto, es posible generar una señal de reloj
interna en función de las líneas de da-
tos del bus USB. Como resultado, el conector 5 no tiene ningún medio para suministrar una señal de reloj a la
tos del bus USB. Como resultado, el conector 5 no tiene ningún medio para suministrar una señal de reloj a la
\hbox{tarjeta 3.}
En la norma USB se proporcionan cuatro modos de
transferencia de datos. El modo de transferencia masiva y el modo
de transferencia isócrona están pensados únicamente para la
utilización con comunicaciones a velocidad máxima. El modo de
transferencia de control y el modo de transferencia de interrupción
están pensados para su utilización en comunicaciones a velocidad
baja y a velocidad máxima.
En la invención, la tarjeta constituye un
periférico USB que se comunica directamente con el ordenador
principal en el modo de transferencia de control. De este modo, la
tarjeta puede interpretar y procesar los datos dirigidos a la misma
en formato de señales USB de velocidad baja a través del bus USB.
Asimismo, tiene un programa que le permite procesar peticiones USB
específicas del modo de transferencia de control y, en especial,
las peticiones convencionales que permite al ordenador principal
recuperar los descriptores de la tarjeta, para asignarle una
dirección y configurarla. En la norma USB, se solicita el modo de
transferencia de control para todos los periféricos USB con el fin
de recuperar los descriptores, asignarles direcciones y
configurarlos. La norma USB no sugiere la utilización del modo de
transferencia de control para manejar las transferencias de datos
salvo en los pasos de control del tipo descrito anteriormente.
Además de las peticiones USB convencionales que
permiten reconocer, asignar direcciones y configurar el periférico,
se han definido seis peticiones específicas de los fabricantes. La
tarjeta dispone de medios para reconocer y procesar estas
peticiones específicas del fabricante. Estas peticiones específicas
del fabricante permiten reproducir el funcionamiento de una tarjeta
ISO 7816-3 o ISO 7816-4 asociada
con un lector activo de tarjetas inteligentes, mientras utiliza el
protocolo USB y el bus de datos asociado y sin utilizar una
interfaz adicional formada por el lector. Estas peticiones sirven
en concreto para garantizar el procesamiento de los comandos UDPA y
para inicializar o reinicializar el microcontrolador de la tarjeta
sin reinicializar la interfaz de comunicaciones con el ordenador
principal.
El control de la tarjeta es asumido, en primer
lugar, por el controlador instalado en el ordenador principal,
responsable de enviar las peticiones específicas del fabricante y,
en segundo lugar, por el motor USB incluido en el microcontrolador
de la tarjeta y su sistema operativo, responsables ambos de
reconocer y procesar dichas peticiones.
Por último, la tarjeta funciona "como si"
estuviera conectada a un lector de tarjetas inteligentes, al tiempo
que utiliza el protocolo USB, lo que significa que el cambio de
interfaz, es decir, el cambio de un lector de tarjetas inteligentes
ISO a un conector USB resulta transparente para el nivel de
aplicación del ordenador principal.
Las peticiones específicas del fabricante de la
invención se definen en la tabla siguiente. En la tabla:
- Los valores mostrados en la columna bmRequest
identifican las características de las peticiones. Si el valor de
la bmRequest es 40h, la petición es una petición específica del
fabricante, cuya fase de datos se transmite desde el ordenador
principal a la tarjeta. Si el valor de la bmRequest es COh, la
petición es una petición específica del fabricante, cuya fase de
datos se transmite desde la tarjeta al ordenador principal.
- Los valores mostrados en la columna bRequest
permiten al motor USB identificar las peticiones DoReset() e
IsReady() comprobando sólo un bit en cada ocasión, los bits 4 y 5
si el bit menos significativo se toma como bit 0.
- Los valores mostrados en la columna wValue son
específicos de la petición.
- Lo mismo es válido para los valores mostrados
en la columna wIndex.
- Los valores mostrados en la columna wLength
especifican el número de bytes en la fase de datos de la
petición.
- El modo indicado en la última columna de la
tabla corresponde a la dirección de desplazamiento de los datos
USB. OUT (SALIDA) significa que, durante la fase de datos, los
datos se desplazan desde el ordenador principal hacia la tarjeta,
mientras que IN (ENTRADA) significa que los datos se desplazan
desde la tarjeta hacia el ordenador principal.
Inicialmente, se dedican dos peticiones a la
secuencia de reinicio de la tarjeta. Se trata de las peticiones
DoReset() y GetATR ().
La petición DoReset() sirve para reiniciar el
microcontrolador y la memoria RAM de lectura/escritura del
dispositivo 331 sin reiniciar la interfaz de comunicación con el
ordenador principal. El motor USB 333 incluido en el
microcontrolador se encarga de procesarlo completamente y no
necesita la intervención del sistema operativo de la tarjeta. El
procesamiento automático de la petición DoReset() específica del
fabricante permite que la propia tarjeta inteligente genere la
señal de reinicio y, junto con la petición GetATR() específica del
fabricante, conserve el funcionamiento normal de la señal de
reinicio en el modo ISO.
La petición GetATR() sirve para recuperar la
cadena de respuesta al reinicio de la tarjeta (siendo ATR las
siglas en inglés de Answer To Reset (Respuesta a reinicio)). Esta
respuesta se define en la norma ISO 7816-3.
Identifica la tarjeta.
Es preciso observar que la mayoría de los
periféricos tienen un reinicio que se utiliza en caso de
funcionamiento anómalo. El protocolo USB prevé estas circunstancias
ofreciendo al ordenador principal la posibilidad de enviar un
reinicio de USB en caliente que provoca la reinicialización
completa del periférico. No obstante, las aplicaciones que dependen
del uso de tarjetas inteligentes pueden utilizar el reinicio de la
tarjeta inteligente con el fin de reinicializar únicamente la
memoria de lectura/escritura controlada por el microcontrolador de
dicha tarjeta. En estas circunstancias, no es necesario reiniciar
la interfaz de comunicación con el ordenador principal y, además,
sería una pérdida de tiempo. Por lo tanto, no existe justificación
para utilizar la señal de reinicio en caliente de USB. Además, esta
señal de reinicio debe ser completamente asíncrona, lo que implica
que puede tenerse en cuenta independientemente del estado de la
tarjeta o del comando que se está procesando, si es que existe
alguno, lo que constituye una razón más para utilizar lectores de
tarjetas inteligentes en tales soluciones disponibles actualmente
en el estado de la tecnología anterior, en la que es el lector el
que reinicia el microcontrolador y su memoria asociada por medio
del área de contacto conectada al conector de contacto Reiniciar
del microcontrolador.
Consecuentemente se dedican cuatro peticiones al
procesamiento de los comandos UDPA. Tres de estas peticiones son
SendADPU(), GetData() y SendData().
La petición SendAPDU() sirve para enviar la
cabecera de un comando UDPA ISO a la tarjeta, es decir, las partes
CLAss, INStruction, parámetro P1, P2 y P3.
La petición GetData() sirve tanto para recuperar
los datos enviados por la tarjeta en el contexto de un comando ISO
tipo 2 como para recuperar la palabra de estado definida por la
norma ISO 7816, que informa al mundo exterior del resultado del
comando enviado anteriormente cuando ha terminado la ejecución del
comando.
La petición SendData() sirve para enviar datos
además de los parámetros de cabecera del comando en el contexto de
un comando ISO tipo 3.
Por último, la cuarta es una petición que se
utiliza para evitar la activación del modo de consumo bajo de
potencia y manejar la secuenciación de los comandos UDPA. Se trata
de la petición IsReady(). El procesamiento semiautomático de la
petición específica del fabricante IsReady() sirve para evitar
cambiar al consumo bajo de potencia mientras se ejecuta un comando
ISO UDPA. El tiempo que necesita la tarjeta para procesar un
comando ISO UDPA no se puede prever. Desafortunadamente, el
protocolo USB prevé un modo de consumo bajo de potencia cuando el
bus no se ha utilizado durante un determinado periodo de tiempo y
esto puede suceder si el tiempo empleado para procesar un comando
ISO UDPA es demasiado largo. Esta petición evita así cambiar al
modo de consumo bajo de potencia mientras se procesa un comando ISO
UDPA, si bien permite dicho cambio en otros casos. Más exactamente,
permite recuperar el estado del sistema operativo de la tarjeta o
del comando que se está procesando, en el caso de que se esté
procesando realmente un comando. Se envía de forma periódica, por
ejemplo, una vez cada 5 milisegundos (ms) por el controlador 15
incluido en el ordenador principal mientras que la tarjeta está
procesando un comando ISO APDU. Puede ser procesado por el motor
USB 333 incluido en el microcontrolador. Esto es válido en especial
cuando el microcontrolador está ocupado o silenciado y, por tanto,
no puede contestar. También puede ser procesado por el sistema
operativo de la tarjeta, en especial cuando está disponible y, por
tanto, puede responder.
Este conjunto de peticiones específicas del
fabricante permite reconstituir el comportamiento de un lector de
tarjetas inteligentes asociado con la tarjeta, además de realizar
operaciones convencionales de la tarjeta inteligente en modo ISO y
de efectuar la operación de periféricos USB estándar.
Además, se ha definido también una respuesta
OS_STATUS a la petición IsReady(). Esta respuesta está codificada
en un byte, cuyos primeros cuatro bits definen el estado actual de
la tarjeta y sus cuatro últimos bits especifican el estado
mencionado.
Así, cuando el bit 7 es 1, significa que la
tarjeta está en un estado silenciado denominado MUTE (SILENCIADO).
Cuando el bit 6 es 1, significa que el sistema operativo de la
tarjeta está procesando y, en consecuencia, que el sistema no está
disponible para ningún otro procesamiento. Se dice entonces que la
tarjeta está en un estado BUSY (OCUPADO). Cuando el bit 5 es 1,
significa que ha finalizado el procesamiento del comando recibido
anteriormente por la tarjeta y que el sistema operativo está
preparado para enviar una palabra de estado SW1 SW2. Se dice
entonces que la tarjeta está en una fase de palabra de estado
(SWP). Cuando el bit 4 es 1, significa que el sistema operativo de
la tarjeta está preparado para enviar o recibir datos relativos a
un comando anterior. Se dice entonces que la tarjeta está en un
estado de fase de transferencia de datos (DTP).
Los bits 3, 2, 1 y 0 proporcionan información
adicional sobre el estado actual. Pueden resultar útiles, p. ej.
cuando un comando es muy largo, para evitar provocar un
time-out, es decir, actuar debido a que un comando
ha excedido un tiempo máximo especificado. En tales circunstancias,
su valor se incrementa de forma cíclica. Por lo tanto, vuelve al
valor Oh después de que su valor alcance Fh, permitiendo así que el
controlador incluido en el PC detecte alguna actividad.
El encapsulado simple del protocolo de
comunicación definido en las partes 3 y 4 de la norma ISO 7816
mediante el protocolo USB provocaría una pérdida de tiempo asociada
con el hecho de que la tarjeta sólo puede transmitir información a
través del bus USB cuando así lo solicite el ordenador principal y
que parte de dicha información no tiene ninguna utilidad en el
contexto de la ejecución de un comando UDPA. La utilización de la
petición IsReady() específica del fabricante permite reducir este
periodo de tiempo al informar al controlador de la tarjeta no sólo
del estado actual de la tarjeta, sino también del estado actual del
comando, permitiendo así eliminar el paso del byte de procedimiento
definido en la norma ISO 7816-3.
La norma ISO 7816-3 establece la
gestión de time-out si el sistema operativo de la
tarjeta no devuelve datos dentro de un periodo de tiempo definido
por la cadena ATR. Para los comandos que no se puedan procesar
dentro de este periodo, la norma permite también utilizar el byte
60h, que constituye un valor reservado para especificar que la
tarjeta sigue procesando. Cuando la tarjeta envía este byte,
produce el efecto de reinicializar el contador para disparar el
time-out. La gestión de este
time-out se puede reproducir mediante el valor
devuelto como respuesta a la petición IsReady().
La figura 7 muestra cómo se desarrolla una
sesión de comunicación con una tarjeta inteligente según la
invención. A la izquierda, esta figura muestra el procesamiento
llevado a cabo por el motor USB de la tarjeta y, a la derecha
muestra el procesamiento realizado por el sistema operativo de la
tarjeta.
El procesamiento realizado por el sistema
operativo de la tarjeta comprende en concreto el procesamiento
siguiente.
"Card connected" (Tarjeta conectada) a un
puerto USB del ordenador principal. Se informa a continuación al
ordenador principal que la tarjeta está conectada y que constituye
un nuevo periférico USB. El ordenador activa entonces la tarjeta,
provocando su reinicio. Este reinicio comprende el reinicio de la
RAM, la EBI 336, los registros 335 y el sistema de transmisión 334
de la tarjeta.
"List and initialize card components"
(Enumerar e inicializar los componentes de la tarjeta). La
enumeración es una operación USB que permite poner en
funcionamiento la tarjeta, es decir, asignarle direcciones y
configurarla. Una vez que el procesamiento anterior ha reiniciado
la tarjeta, ésta puede identificarse en el ordenador principal.
Durante la etapa de enumeración es cuando la tarjeta envía ciertos
elementos de información al ordenador principal en forma de
descriptores. El ordenador principal asigna entonces una dirección
a la tarjeta y la configura. La tarjeta aparece a continuación como
lista para ser utilizada.
"GetATR() received" (Recibido GetATR()).
Tras el paso anterior de enumeración e inicialización, la tarjeta
espera una petición GetATR() específica del fabricante. Ésta es la
única petición específica del fabricante que se autoriza en esta
etapa.
"Card returns ATR string" (La tarjeta
devuelve la cadena ATR). Una vez que se ha recibido la petición
GetATR() específica del fabricante, la tarjeta devuelve la cadena
ATR. De este modo, a nivel de la aplicación en el ordenador
principal, el Reinicio que existe en las tarjetas compatibles
exclusivamente con la norma ISO 7816 es simulado.
"OS_STATUS = 00h". El sistema operativo de
la tarjeta adopta una configuración en que está preparado para
procesar un comando ISO UDPA, poniendo su byte de estado a 00h.
"SendAPDU() received" (Recibido
SendAPDU()). El sistema operativo de la tarjeta recibe la cabecera
de un comando UDPA en el formato de una petición USB específica del
fabricante.
"OS_STATUS = BUSY" (OS_STATUS = OCUPADO).
El sistema operativo de la tarjeta se prepara para procesar la
cabecera del comando UDPA y, de este modo, deja de estar
disponible. Para informar al mundo exterior que no está disponible
y, en la práctica, para informar al ordenador principal, dicho
sistema operativo actualiza su byte de estado poniéndolo en
"BUSY" (OCUPADO). En esta etapa, el motor USB de la tarjeta
procesa las peticiones procedentes del ordenador principal.
"Processing command" (Procesando el
comando). El sistema operativo de la tarjeta está procesando la
cabecera del comando UDPA.
En esta etapa pueden producirse varias
situaciones.
En primer lugar, el comando es un comando ISO
UDPA de tipo 1, es decir, un comando UDPA representado
exclusivamente por su cabecera y cuya ejecución da lugar a que la
tarjeta envíe una palabra de estado, o bien, un comando ISO de tipo
2 ó 3 de error, siendo un comando ISO de tipo 2 un comando definido
por su cabecera y cuya ejecución provoca que la tarjeta envíe los
datos junto con una palabra de estado, y un comando ISO de tipo 3
un comando definido por su cabecera y por los datos y cuya
ejecución provoca que la tarjeta envíe una palabra de estado. En
este caso, están previstos los casos siguientes.
"OS_STATUS = SWP". El sistema operativo de
la tarjeta está preparado para devolver la palabra de estado, que
está disponible de nuevo para procesar las peticiones enviadas al
mismo y que está a la espera de una petición IsReady() para
informar al ordenador principal. Este byte de estado se actualiza
en consecuencia. Toma el valor "SWP".
"IsReady() received" (Recibido IsReady()).
El sistema operativo de la tarjeta recibe a continuación la
petición IsReady() específica del fabricante. La función de esta
petición consiste en informar al mundo exterior acerca del estado
del sistema operativo de la tarjeta, que es "MUTE (SILENCIO)"
o "BUSY (OCUPADO)", o bien, del estado del comando ISO UDPAU
que se está procesando, que es "SWP" o "DTP". En el caso
actual, la respuesta a esta petición es "SWP". Informa al
ordenador principal que debe enviar un comando GetData() para
recuperar la palabra de estado.
"Return OS_STATUS" (Devolver OS_STATUS). El
sistema operativo de la tarjeta devuelve su byte de estado al
ordenador principal y espera una petición GetData() específica del
fabricante.
"GetData() received" (Recibido GetData()).
Después de que se le haya enviado la petición específica del
fabricante, el sistema operativo de la tarjeta recibe la petición
GetData() con el fin de permitir que el ordenador recupere los datos
devueltos por el sistema operativo de la tarjeta, como la palabra
de estado en el caso actual.
"Return status word" (Devolver palabra de
estado) Como respuesta a la petición GetData(), el sistema
operativo de la tarjeta devuelve la palabra de estado.
Seguidamente, adopta una configuración en que se encuentra listo
para procesar un nuevo comando ISO UDPA y el sistema vuelve a
continuación al paso descrito anteriormente "OS_STATUS =
00h".
Los comandos ISO UDPA de los tipos 2 y 3 tienen
la característica especial de poseer una fase de datos, desde la
tarjeta al ordenador principal para los comandos ISO 2 y desde el
ordenador principal a la tarjeta para los comandos ISO 3. En ambos
casos, el sistema operativo debe informar al ordenador principal de
que está preparado para la fase de datos. A continuación, se
ejecutan los pasos siguientes.
"OS_STATUS = DTP". El sistema operativo de
la tarjeta está preparado para la fase de datos del comando ISO
UDPA. Por lo tanto, está disponible de nuevo para procesar las
peticiones que se le envían y está esperando recibir una petición
IsReady() para informar al mundo exterior de su estado de
disponibilidad. El byte de estado se actualiza en consecuencia.
Toma el valor "DTP".
"IsReady() received" (Recibido IsReady()).
El sistema operativo de la tarjeta recibe una petición IsReady()
específica del fabricante. El objetivo de esta petición es informar
al ordenador principal del estado del sistema operativo de la
tarjeta, que es "MUTE (SILENCIO)" o "BUSY (OCUPADO)", o
bien, del estado del comando ISO UDPA que se está procesando, que
es "SWP" o "DTP". En el caso actual, la respuesta a esta
petición es "DTP". Inicialmente, esta respuesta informa al
ordenador principal de que debe enviar una petición
GetData(P3) para recuperar los datos que constituyen la
respuesta al comando ISO UDPA. Estos datos están compuestos por
bytes P3, siendo P3 uno de los parámetros del comando ISO UDPA. En
un segundo caso, la respuesta informa al ordenador principal que
debe enviar una petición SendData(P3) para enviar los datos
adicionales del comando ISO UDPA. Estos datos están compuestos por
bytes P3, siendo P3 uno de los parámetros del comando ISO UDPA.
"Return OS_STATUS" (Devolver OS_STATUS). El
sistema operativo de la tarjeta devuelve su byte de estado al
ordenador principal y espera una petición GetData(P3) o una
petición SendData(P3).
Pueden producirse entonces dos situaciones.
La primera situación es que un comando ISO2 UDPA
para el caso nominal en el que no se ha detectado ningún error
relacionado con la cabecera del comando o en el contexto actual de
la tarjeta. El sistema operativo de la tarjeta espera a
continuación una petición GetData(P3).
"GetData() received" (Recibido GetData()).
El sistema operativo de la tarjeta ha recibido la petición
GetData(). La función de esta petición es recuperar los datos
devueltos por el sistema operativo como, por ejemplo, en el caso
actual, los datos que constituyen la respuesta al comando ISO UDPA
de tipo 2.
"Card returns data" (La tarjeta devuelve
los datos). Una vez recibida la petición GetData(), la tarjeta
devuelve los datos que constituyen la respuesta al comando ISO UDPA
y se coloca en una configuración en la que está preparada para
devolver la palabra de estado, en cuyo caso el sistema vuelve al
paso "OS_STATUS = SWP" mencionado anteriormente.
La segunda circunstancia es la de un comando ISO
UDPA de tipo 3 en el caso nominal en el que no se ha detectado
ningún error en la cabecera del comando o en el contexto actual de
la tarjeta. El sistema operativo espera a continuación una petición
SendData(P3).
"SendData()-received"
(Recibido SendData()). El sistema operativo de la tarjeta ha
recibido la petición SendData(). Esta petición permite enviar datos
adicionales, en la medida en que se necesiten para ejecutar el
comando ISO UDPA de tipo 3.
"Card recovers data" (La tarjeta recupera
los datos). Una vez que se ha recibido la petición, la tarjeta
recupera los datos adicionales del comando ISO UDPA de tipo 3 y se
coloca en una configuración que le permita procesar el resto de los
datos del comando.
"OS_STATUS = BUSY" (OS_STATUS = OCUPADO).
Como el sistema operativo de la tarjeta está procesando, ya no es
capaz de procesar ninguna de las solicitudes que se le envíen.
Señaliza este estado colocando su byte de estado en "BUSY"
(OCUPADO). Durante esta etapa, el motor USB de la tarjeta es el que
se encarga de procesar las peticiones enviadas por el ordenador
principal.
"Processing the command" (Procesando el
comando). El sistema operativo termina el procesamiento del comando
ISO UDPA y se coloca en una configuración en la que está preparado
para devolver la palabra de estado. A continuación, vuelve al paso
"OS_ STATUS = SWP" descrito anteriormente.
La última circunstancia procesada por el sistema
operativo de la tarjeta es la de un error grave producido durante
la ejecución de cualquier comando ISO UDPA como, por ejemplo,
después de un ataque contra la seguridad o una corrupción de datos.
En tales circunstancias, el sistema operativo de la tarjeta se
silencia en el paso siguiente.
"OS_STATUS = MUTE" (OS_STATUS = SILENCIO).
El sistema operativo de la tarjeta actualiza su byte de estado a
"MUTE" (SILENCIO) para informar al ordenador principal de que
no está disponible hasta la siguiente petición DoReset() o hasta
que haya sido desconectada la tarjeta. Durante esta etapa, el motor
USB es el que se encarga de procesar las peticiones enviadas por el
ordenador principal.
El procesamiento realizado por el motor USB
incluye concretamente el procesamiento siguiente.
Mientras el sistema operativo (OS) no está
disponible, es decir, mientras OS_STATUS = BUSY (OCUPADO) u
OS_STATUS = MUTE (SILENCIO), el motor USB procesa las peticiones
enviadas por el ordenador principal. Además, el motor USB siempre
procesa la petición DoReset() para evitar cualquier intervención
del sistema operativo de la tarjeta en su propia
reinicialización.
De este modo, pueden producirse tres
circunstancias. La primera circunstancia, que no aparece en la
figura 7, corresponde a todas las peticiones que no se aparecen
como procesadas por el motor USB. Para estas peticiones, el motor
USB no hace sino informar al ordenador principal de que están fuera
de contexto.
La segunda circunstancia es la de la petición
DoReset() y se ejecutan los pasos siguientes.
"DoReset() received" (Recibido DoReset()).
Independientemente del estado del sistema operativo de la tarjeta
o del comando ISO UDPA que se está procesando actualmente, esta
petición siempre la procesa el motor USB. Provoca el reinicio de la
CPU de la tarjeta y de su memoria asociada y sólo se reinician la
unidad central y la memoria asociada con ésta, ya que la interfaz
de comunicación USB formada por la configuración y la dirección del
periférico permanece intacta.
"Reset sequence" (Secuencia de reinicio).
Se reinicializan la CPU de la tarjeta y su memoria. El sistema
operativo de la tarjeta espera una petición GetATR(). La secuencia
de reinicio coloca al sistema operativo de la tarjeta en un estado
que le permite procesar las peticiones que se le envían.
La tercera circunstancia es la petición
IsReady() que se produce mientras el sistema operativo de la
tarjeta no está disponible. Entonces se ejecutan los pasos
siguientes.
"IsReady() received" (Recibido IsReady()).
El sistema operativo de la tarjeta recibe la petición IsReady(). La
función de esta petición es informar al ordenador principal del
estado de "MUTE" (SILENCIO) o "BUSY" (OCUPADO) del sistema
operativo de la tarjeta, o bien, del estado de "SWP" o
"DTP" del comando ISO UDPA que se está procesando. El sistema
operativo de la tarjeta no está disponible, estando en "MUTE"
(SILENCIO) o "BUSY" (OCUPADO). Las demás circunstancias son
procesadas por el sistema operativo de la tarjeta.
"USB engine returns OS_STATUS" (El motor
USB devuelve OS_STATUS). El motor USB informa al ordenador
principal del estado del sistema operativo de la tarjeta
devolviendo su byte de estado.
Así, se reproduce el funcionamiento de una
tarjeta ISO asociada con su lector de tarjetas inteligentes.
Una vez descrita la figura 7, la descripción que
aparece a continuación es una explicación de las figuras 8A y 8B,
9A a 9D y 10A a 10D.
Para un comando UDPA de tipo 1 como el que se
muestra en la figura 8A, la cabecera del comando es suficiente para
ejecutar completamente el comando y la única respuesta del sistema
operativo de la tarjeta es la palabra de estado. Así, en el
protocolo ISO, la comunicación se divide en al menos dos pasos. En
un primer paso, el ordenador envía la cabecera del comando. A
continuación, en un segundo paso, la tarjeta envía un byte 60h para
reiniciar el contador para determinar el time-out,
o bien, una palabra de estado SW1 SW2 (figura 8B). Cuando se envía
el byte 60h, los pasos siguientes consisten en enviar otros bytes,
posiblemente 60h, siendo el último paso siempre el envío de una
palabra de estado SW1 SW2. Por el contrario, en la invención queda
eliminado el paso mostrado en la figura 8B. Se sustituye por la
respuesta de la tarjeta a un comando IsReady() enviado por el
ordenador principal.
\newpage
Para un comando ISO UDPA de tipo 2, la cabecera
del comando comienza la ejecución, pero la respuesta del sistem a
operativo de la tarjeta está formada por datos, además de la
palabra de estado. Por lo general, la comunicación se divide en
cuatro pasos. En un primer paso, tal como se muestra en la figura
9A, el ordenador envía la cabecera del comando. El segundo paso se
utiliza tradicionalmente en un procedimiento ISO. En este paso, el
ordenador recibe el byte de procedimiento 60h, INS o SW1. Cuando el
byte de procedimiento es 60h, el sistema vuelve a la circunstancia
antes descrita hasta que recibe el byte INS o el byte SW1. Una vez
que se ha recibido el byte de procedimiento INS o SW1, como se
muestra en la figura 9B, el proceso continúa tal como se describe
más adelante tomando como referencia las figuras 9C y 9D. No
obstante, conviene apuntar que en la invención, se omite el paso de
la figura 9B. Se sustituye por la respuesta de la tarjeta a un
comando IsReady() enviado por el ordenador principal. Tomando ahora
como referencia la figura 9C, correspondiente al byte de
procedimiento INS recibido, la tarjeta envía los datos. Por último,
el ordenador espera al byte de procedimiento hasta que se
convierte en SW1, como se muestra en la figura 9D. Si no se recibe
INS, sino que se recibe directamente SW1, se recibe entonces SW2 y
se termina el comando. En la invención, se conservan los pasos
mostrados en las figuras 9C y 9D excepto en la circunstancia
mostrada en la figura 9D, en la que la tarjeta devuelve el byte de
procedimiento 60h.
Para un comando UDPA de tipo 3, el procedimiento
es idéntico al antes descrito tomando como referencia el
procesamiento de un comando ISO de tipo 2, excepto por la dirección
en la que se envían los datos, que ya no es desde la tarjeta al
ordenador sino desde el ordenador a la tarjeta.
En resumen, se ha descrito un artículo portátil
similar a una tarjeta que contiene un microcontrolador. El artículo
portátil similar a una tarjeta comprende una memoria con un
conjunto de instrucciones, que permite al microcontrolador
comunicarse de acuerdo con un primer protocolo de comunicación. El
artículo portátil similar a una tarjeta comprende además una
interfaz para convertir los comandos, de acuerdo con el primer
protocolo de comunicación, en comandos de acuerdo con un segundo
protocolo de comunicación y viceversa. Preferiblemente, el primer
protocolo de comunicación cumple la norma ISO
7816-3 y el segundo protocolo de comunicación
cumple la norma USB. Una ventaja es que el artículo portátil
similar a una tarjeta no necesita un sistema operativo específico
para establecer comunicación conforme a la norma USB. Se puede
utilizar un sistema operativo basado en la norma ISO 7816. Dicho
sistema operativo se puede ejecutar a un coste relativamente bajo,
mientras que un sistema operativo específico para USB conlleva
gastos de desarrollo relativamente altos.
Se ha descrito también un conector con un
extremo que es una ranura para recibir un artículo portátil similar
a una tarjeta y otro extremo que es un enchufe, que se puede
insertar en una ranura USB de una estación principal.
Preferiblemente, la ranura consta de un conjunto de elementos de
contacto que, cuando se inserta en la ranura un objeto portátil
similar a una tarjeta compatible con la norma ISO 7816, entran en
contacto con las áreas de contacto C1, C5, C4 y C8 del objeto
portátil similar a una tarjeta compatible con la norma ISO
7816.
Claims (14)
1. Una tarjeta inteligente (3) que incluye un
microcontrolador (33) y que consta de:
- una memoria con un conjunto de instrucciones
(337) que permiten al microcontrolador (33) establecer comunicación
de acuerdo con un primer protocolo de comunicación; que se
caracteriza porque la tarjeta inteligente consta además
de:
- una interfaz (336) para convertir los
comandos, de acuerdo con el primer protocolo de comunicación, en
comandos de acuerdo con un segundo protocolo de comunicación y
viceversa.
2. En la tarjeta inteligente de la
reivindicación 1, donde el primer protocolo de comunicación cumple
la norma ISO 7816-3 y el segundo protocolo de
comunicación cumple la norma USB.
3. Un método de comunicación entre una estación
principal (1), como un ordenador personal, y una tarjeta
inteligente (3) que incluye un microcontrolador (33), en el que
dicha tarjeta inteligente está conectada mediante un sistema de
bus utilizando un primer protocolo de comunicación a dicha estación
principal; el método se caracteriza por que incluye un paso
mediante el que la estación principal comunica, de acuerdo con el
primer protocolo de comunicación, una petición específica
correspondiente al segundo protocolo de comunicación, a la tarjeta
inteligente que incluye un microcontrolador.
4. El método conforme a la reivindicación 3, en
el que el sistema de bus es un sistema de bus serie universal USB y
en que la petición específica se comunica a la tarjeta inteligente
que incluye un microcontrolador utilizando el modo de transferencia
de control del segundo protocolo de comunicación.
5. El método conforme a la reivindicación 4, en
el que el microcontrolador de la tarjeta incluye una memoria
permanente que contiene un sistema operativo, apropiado para
establecer la comunicación mediante el segundo protocolo de
comunicación que utiliza comandos UDPA como los que se definen en
la norma ISO 7816.
6. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que la petición es una petición específica que proporciona la
funcionalidad de un lector para la tarjeta inteligente que
contiene un microcontrolador.
7. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que microcontrolador incluye un dispositivo que asocia una
unidad central de procesamiento con una memoria volátil y en el
que la petición específica es una petición DoReset(), que activa el
reinicio de la memoria volátil de dicho dispositivo.
8. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que la petición específica es una petición GetATR(), que permite
recuperar una cadena de respuesta al reiniciar la tarjeta
inteligente.
9. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que la petición específica es una petición SendADPU(), que
permite a la estación principal enviar una cabecera de comando a la
tarjeta inteligente.
10. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que la petición específica es una petición GetData() específica,
que permite a la estación principal recuperar datos enviados por
la tarjeta inteligente y recuperar una palabra de estado.
11. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que la petición específica es una petición SendData(), que
permite a la estación principal comunicar datos a la tarjeta
inteligente.
12. El método conforme a la reivindicación 5, en
el que la petición específica es una petición IsReady(), que sirve
para evitar que la estación principal active un modo de
funcionamiento de bajo consumo de potencia en la tarjeta
inteligente.
13. El método conforme a la reivindicación 12,
en el que la tarjeta inteligente envía una respuesta
OS-STATUS a la estación principal como contestación
a la petición que permite a dicha estación activar un modo de
consumo bajo de potencia en la mencionada tarjeta inteligente,
estando codificada dicha respuesta de tal modo que define el estado
actual de la tarjeta inteligente.
14. El método conforme a la reivindicación 13,
en el que el estado actual de la tarjeta inteligente es un estado
silenciado o un estado en el que la tarjeta esté procesando.
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