JP2016099711A - Ic card and its starting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はICカードおよびその起動方法に関し、詳細には、ICカードリーダ(リーダライタ)との情報通信を開始する際のICカードの起動方法に関する。 The present invention relates to an IC card and an activation method thereof, and more particularly to an activation method of an IC card when starting information communication with an IC card reader (reader / writer).
ICカードは、リーダライタとの情報のやりとりの方式により、接触型と非接触型とに分類される。これらのいずれのタイプのICカードにおいても、リーダライタからの電源投入、リセット信号等のICカード起動要求に対してICカードが初期応答を返すまでの時間範囲(応答時間)が規定されている。 The IC card is classified into a contact type and a non-contact type according to a method of exchanging information with the reader / writer. In any of these types of IC cards, a time range (response time) until the IC card returns an initial response to an IC card activation request such as power-on from a reader / writer and a reset signal is defined.
例えば接触型ICカードの場合、ICカードはリセット信号を受信すると、初期設定として通信関係のパラメータ設定を行い、初期応答としてATR(Answer to reset)をレスポンスする。このATRのレスポンスは、リーダライタからのリセット信号に対して規定時間内にする必要がある。 For example, in the case of a contact type IC card, when the IC card receives a reset signal, it performs communication-related parameter setting as an initial setting, and returns an ATR (Answer to reset) as an initial response. This ATR response needs to be within a specified time with respect to the reset signal from the reader / writer.
この起動処理は実際には例えば400クロックから40000クロック程度の非常に短い応答時間が規定されているため、規定の応答時間内にICカードの起動処理を間に合わせるべく、短い時間で実施可能な起動処理のみを行なっている。すなわち、通常のICカードの起動処理では、ICカードの動作に最低限必要な設定のみを行うだけであって、メモリが壊れていないか等の完全なチェックは行なっていない。 In actuality, this activation process has a very short response time of, for example, 400 to 40,000 clocks. Therefore, the activation process can be performed in a short time in order to keep the activation process of the IC card within the specified response time. Only processing is performed. That is, in the normal IC card activation process, only the minimum setting necessary for the operation of the IC card is performed, and a complete check is not performed such as whether the memory is broken.
しかしながら、上記従来の起動処理方法では、上述したようにICカードからの初期応答を規定時間内に収めるべく必要最低限の設定やチェックしか行なうことができないため、一部に何らかの異常があった場合でもそれを検知することができなかった。リーダライタは、起動したICカードを制御するために、制御内容を格納したコマンドAPDU(Application Protocol Data Unit)を送信している。ICカードはこのコマンドAPDUを受け取ると、受け取ったコマンドAPDUの内容に応じたAPDU処理を行い、応答として所定時間内にレスポンスAPDUを返信し、リーダライタはこのレスポンスを確認することで制御が成功したか否かなどを特定している。よって、従来の起動処理方法では、起動時に検知できなかった異常が原因で、ICカードが引き続くコマンドAPDUの処理動作中にエラーとなったり、不正な動作をしてしまう可能性があった。 However, in the conventional activation processing method, as described above, since only the minimum necessary settings and checks can be performed to keep the initial response from the IC card within the specified time, there is some abnormality. But I couldn't detect it. The reader / writer transmits a command APDU (Application Protocol Data Unit) storing control contents in order to control the activated IC card. When the IC card receives this command APDU, it performs APDU processing according to the content of the received command APDU, returns a response APDU within a predetermined time as a response, and the reader / writer confirms this response, and the control is successful. Whether or not. Therefore, in the conventional activation processing method, there is a possibility that an error or an illegal operation may occur during the processing operation of the command APDU that the IC card continues due to an abnormality that cannot be detected at the time of activation.
上記のようなコマンドAPDUの処理動作中のエラーや、不正な動作は悪意のある攻撃者にとってICカード内の秘密データを取り出す手がかりとなるなど、ICカードにとって致命的な欠陥となり得るという問題がある。また今まではメモリチェックは時間がかかるので実行していなかったが、チェックしていないメモリが悪意のある攻撃にさらされると、例えばフラッシュメモリやEEPROMを書き換えてしまい誤動作することが多いという問題がある。 There is a problem that an error during the processing operation of the command APDU as described above or an illegal operation can be a fatal defect for the IC card, such as a clue to a malicious attacker extracting the secret data in the IC card. . In addition, memory check has not been executed up to now because it takes time. However, when unchecked memory is exposed to a malicious attack, for example, flash memory and EEPROM are often rewritten and malfunctions often occur. is there.
さらに近年、ソフトウェアのセキュリティ基準が厳格になっているので、セキュリティ的に問題とならないように完全チェックをすることが必要である。 Furthermore, since software security standards have become stricter in recent years, it is necessary to perform a complete check so as not to cause a security problem.
そこで本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであって、ICカードリーダやリーダライタが要求するICカード起動時間にICカードの起動処理が間に合わない場合でも、完全な起動処理を実行可能とすることにより、セキュリティ的に問題がないようにしたICカードおよびICカードの起動方法に関する。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and even when the activation process of the IC card is not in time for the activation time of the IC card requested by the IC card reader or reader / writer, the complete activation process can be executed. The present invention relates to an IC card and an IC card activation method in which there is no problem in terms of security.
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、リーダライタからの起動要求信号に対して規定時間内に初期応答する手段を有するICカードであって、前記起動要求信号を受信してから初期応答までの間に起動処理を実行する手段と、前記初期応答の後に前記リーダライタからのコマンドAPDUを受信する手段と、前記コマンドAPDUを受信した後でも前記起動処理が完了していない場合に、未完の起動処理の実行をし、該起動処理が完了した後に当該コマンドAPDUを実行処理するコマンドAPDU処理と当該コマンドAPDUに対するレスポンスとして該コマンドAPDU処理の結果であるレスポンスAPDUを生成する処理とを実行する手段と、前記起動処理の完了に続いて実行される前記コマンドAPDU処理の結果として生成されたレスポンスAPDUを前記リーダライタに送信する手段とを備えることを特徴するICカードである。 In order to solve the above problem, the invention described in one embodiment is an IC card having means for initially responding to a start request signal from a reader / writer within a specified time, and receiving the start request signal Means for executing a start-up process between an initial response, a means for receiving a command APDU from the reader / writer after the initial response, and the start-up process is completed even after receiving the command APDU. If there is not, the incomplete startup process is executed, and after the startup process is completed, a command APDU process for executing the command APDU and a response APDU as a result of the command APDU process are generated as a response to the command APDU And a command APDU process executed following completion of the startup process. An IC card comprising: a means for transmitting a response APDU generated as result to the reader writer.
本発明により、ハードウェアの異常を内包したままコマンドAPDU処理を行なうことがなくなるので、ICカードの不正な動作や、コマンドAPDU処理中のエラー発生を防止することができる。またその結果として、ICカード内のデータを悪意のある攻撃者から保護することができる。 According to the present invention, since command APDU processing is not performed while containing a hardware abnormality, it is possible to prevent an illegal operation of the IC card and occurrence of an error during command APDU processing. As a result, data in the IC card can be protected from malicious attackers.
以下、本実施形態にかかるICカードおよびICカードの起動処理方法について、詳細に説明する。 Hereinafter, the IC card and the IC card activation processing method according to the present embodiment will be described in detail.
本実施形態のICカードでは、ICカードの初期応答の時間制限に依存せずICカードのハードウェアチェックや設定をICカード動作前に行なうことができるようにする。具体的には、初期応答までに必要最低限の設定のみを行い、初期応答を行う。その後、ICカード内で初期応答までにはできなかったハードウェアチェックや設定を行い、R/Wからの最初のコマンドAPDUを受信した後は、受信したAPDUに対するレスポンスAPDUの返信待ち時間を随時延長し、完全チェックの結果異常がなかった場合にコマンドAPDUの処理を開始する。 In the IC card of this embodiment, the hardware check and setting of the IC card can be performed before the IC card operation without depending on the time limit of the initial response of the IC card. Specifically, only the minimum necessary settings are made before the initial response, and the initial response is made. After that, after checking the hardware and setting that could not be made before the initial response in the IC card, and receiving the first command APDU from the R / W, the response APDU reply waiting time for the received APDU is extended as needed. Then, if there is no abnormality as a result of the complete check, processing of the command APDU is started.
図1は本実施形態にかかるICカードのハードウェア構成を示している。本実施形態のICカード1は、CPU11と、コプロセッサ12と、乱数発生器13と、I/O14と、ROM15と、RAM16と、EEPROM17とを備えている。CPU11と、コプロセッサ12と、乱数発生器13と、I/O14と、ROM15と、RAM16と、EEPROM17とはバスを介して相互に接続されている。
FIG. 1 shows the hardware configuration of an IC card according to this embodiment. The
CPU11は、ICカード1全体の制御する制御部として機能する。CPU11は、ROM15やEEPROM17に記憶されている制御プログラムや制御データに基づいて処理を実行する。例えば、CPU11は、リーダライタから受信した信号・コマンドに応じて様々な処理を実行し、処理結果としてのATR、レスポンスなどのデータの生成を行なう。また、CPU11は、リーダライタに実行させるコマンドを生成することができる。
The
コプロセッサ12は、暗号演算専用の処理装置として機能する。コプロセッサ12は、リーダライタからの信号・コマンドに基づいてCPU11に制御されて、暗号化、復号などの必要な暗号演算を行い、演算の結果をCPUに送る。
The
乱数発生器13は、乱数発生専用の処理装置として機能する。乱数発生器13は、リーダライタからの信号・コマンドに基づいて、CPU11に制御されて乱数の生成処理を行う。例えば、ICカード1が相互認証コマンドを受信した場合、乱数を生成し、生成した乱数をCPU11に送る。
The
I/O14は、リーダライタに送信するデータに対して符号化、負荷変調などの信号処理を行なったうえで、送受信する。例えば、I/O14は、外部機器に送信するデータの変調(増幅)を行い、信号処理を施したデータをリーダライタに送信する。
The I /
ROM15は、予め制御用のプログラムや制御データなどを記憶する不揮発性のメモリである。ROM15は、製造段階で制御プログラムや制御データなどを記憶した状態でICカード1内に組み込まれる。すなわち、ROM15に記憶される制御プログラムや制御データは、予めICカード1の仕様に応じて組み込まれる。
The
RAM16は、ワーキングメモリとして機能する揮発性のメモリである。RAM16は、CPU25やコプロセッサ12において処理中のデータなどを一時的に格納する。
The
EEPROM17は、データの書き込み及び書き換えが可能な不揮発性メモリである。EEPROM17は、例えば、制御用のプログラム、制御データ、アプリケーション、個人情報、暗号鍵などのセキュリティ情報、アプリケーションに用いられるデータなどを記憶することができる。 The EEPROM 17 is a nonvolatile memory in which data can be written and rewritten. The EEPROM 17 can store, for example, control programs, control data, applications, personal information, security information such as encryption keys, data used for applications, and the like.
図2はリーダライタと通信する本実施形態にかかるICカードの機能構成を示している。本実施形態のICカード1は、リーダライタ10と接触または非接触で通信が可能である。通信方式は接触、非接触で異なり、非接触型では、信号の乗せ方やコマンドによって異なる方式が規定されている。例えば、typeA方式、typeB方式、フェリカ方式などがある。
FIG. 2 shows a functional configuration of the IC card according to the present embodiment that communicates with the reader / writer. The
ICカード1は、接触、非接触いずれかまたは両方の通信方式に対応した受信部21および送信部22と、リーダライタに対するレスポンス処理を実行するレスポンス処理部23を備えている。レスポンス処理部23は、起動処理を実行する起動処理部24と、APDU処理を実行するAPDU処理部25と、コマンドAPDUに対する応答時間を管理する待ち時間管理部26を備えている。
The
起動処理部24は、リーダライタ10からの起動要求にしたがってICカード1を起動する起動処理を実行する。起動処理としては、例えば、前回のICカード動作時にEEPROMへの書き込み中に電源OFFとなった場合のデータ復旧等が実行されメモリが壊れていないかをチェックすることができる。また、ROM及びEEPROMの完全性チェックや、プログラムコードのチェックを実行することによりプログラム自体が改ざんされていないかをチェックすることができる。さらに、サンプルデータで暗号演算を行い、正しい結果が出力されるか確認することによりコプロセッサなどの暗号演算用ハードウェアは正常に動作しているかチェックすることができ、複数乱数を発生させ、乱数性をチェックすることにより乱数発生器は正常に動作しているかをチェックすることができる。
The
例えば接触型ICカードにおいては、接続回路の活性化がされコールドリセット待ち状態となっている間に、リーダライタ10からのリセット信号を受信したことをトリガとして、起動処理部24は起動処理である通信パラメータの設定などを行う。電源ONから初期応答までの間に起動処理部24が実行する起動処理は一部の限られた処理のみとなることが多い。コールドリセット待ち状態でクロック信号の供給が開始されてから少なくとも300クロックサイクルの間に受け取るリセット信号の受信から40000クロックサイクル以内の初期応答(ATR)までの間に起動処理を実行する必要があるからである。本実施形態の起動処理部24では、残りの起動処理を、初期応答後に実行することができる。例えば、コマンドAPDUの受信後、コマンドAPDU処理の実行を開始するまでに残りの起動処理を実行することができる。コマンドAPDUの受信後に起動処理を実行する場合、待ち時間管理部26により、待ち時間が制御されるので、起動処理部24は起動処理を完了することができる。
For example, in a contact IC card, the
APDU処理部25は、リーダライタ10からのコマンドAPDUを実行処理するコマンドAPDU処理と、コマンドAPDUに対するレスポンスとして該コマンドAPDU処理の結果であるレスポンスAPDUを生成するAPDU処理を実行する。例えば、コマンドAPDUとしてselectコマンドが送信された場合は、select処理を実行し、レスポンスAPDUを生成する。生成されたレスポンスAPDUは送信部22によりリーダライタ10に送信される。
The
待ち時間管理部26は、リーダライタ10からのコマンドAPDUを受信してからレスポンスAPDUを送信するまでの時間である応答時間を管理し、必要に応じてその時間を延長する処理を行う。起動処理とコマンドAPDU処理を完了するまでは、応答時間を延長する必要がある。
The waiting
次いで、図2に示す機能構成を備えるICカードの起動時の処理について説明する。図3は本実施形態にかかるICカードの起動処理のタイミングチャートを示す図である。 Next, processing at the time of activation of an IC card having the functional configuration shown in FIG. 2 will be described. FIG. 3 is a diagram showing a timing chart of the activation process of the IC card according to the present embodiment.
まず、ICカード1がリーダライタ(R/W)10と接続されると、リーダライタ10はリセット信号をICカード1に送信する(S1)。ICカード1はリセット信号を受信部21で受信すると(S2)、起動処理部24により必要最低限の起動処理を行う(S3)。例えば、必要最低限の起動処理として、通信速度等の通信パラメータや、動作クロック、割り込み設定等をレジスタに設定することができる。ICカード1は必要最低限の設定を行った後、送信部22により、規定時間内に初期応答であるATR(Answer To Reset)をリーダライタ10に送信する(S4)。
First, when the
リーダライタ10は、初期応答(ATR)を受信すると(S5)、例えばSelectコマンドなどの最初のコマンドAPDUを送信する(S6)。
Upon receiving the initial response (ATR) (S5), the reader /
ICカード1は受信部21で最初のコマンドAPDUを受信すると(S7)、待ち時間管理部26により待ち時間管理処理を開始し(S8)、起動処理部24により内部でハードウェアに異常がないかの等の未完の起動処理を行う(S9)。未完の起動処理とは、ICカード1の安全性が担保できるように予め設定された起動処理のうち、未だ完了していない処理のことをいう。例えば、起動処理として、通信パラメータの設定とメモリチェックとプログラムチェックとが設定されており、必要最低限の起動処理として通信パラメータの設定のみが完了している場合は、メモリチェックとプログラムチェックが未完の起動処理としてS9において実行される。
When the
ここで待ち時間管理部26(図2参照)による待ち時間管理処理について説明する。図4は本実施形態にかかるICカード1における待ち時間管理プログラムのタイミングチャートを示す図である。待ち時間管理プログラムが起動すると、コマンドAPDUの受信からの計時を開始し(S21)、所定時間毎にレスポンスAPDUを返信しなければならない時間である待ち時間に近づいているか否かが確認される(S22)。待ち時間に近づいていると判断されると(S22:Yes)、起動処理およびAPDU処理が完了したか否かが判断される(S23)。ここでS23において完了が確認される起動処理およびAPDU処理とは、上述した起動処理として実行されるメモリチェックやプログラムチェックに加えて、受信したコマンドAPDUを実行処理するコマンドAPDU処理およびレスポンスAPDUの生成が含まれる。
Here, the waiting time management processing by the waiting time management unit 26 (see FIG. 2) will be described. FIG. 4 is a diagram showing a timing chart of the waiting time management program in the
チェック等が完了したと判断された場合は(S23:Yes)、待ち時間管理プログラムは終了し、送信部22によりレスポンスAPDUを送信する処理(図3のS13)が行なわれる。一方、起動処理およびAPDU処理が完了していないと判断された場合(S23:No)は、待ち時間を延長するための待ち時間延長要求を送信する(S24)。リーダライタは、待ち時間延長要求を受信すると(S25)、待ち時間の延長を受け付けたことを示す待ち時間延長応答を送信する(S26)。ICカード1は、待ち時間延長応答を受信すると(S27)、S21に再び戻って待ち時間延長応答の受信からの計時を開始し(S21)、起動処理およびAPDU処理が完了するまで(S23:Yes)続く処理を実行する。例えば、メモリチェックとプログラムチェックが完了したが、その後に実行されるAPDU処理に時間がかかり、待ち時間内にAPDU処理が終了しないときは待ち時間延長要求がなされる。
When it is determined that the check or the like has been completed (S23: Yes), the waiting time management program is terminated, and a process of transmitting a response APDU by the transmission unit 22 (S13 in FIG. 3) is performed. On the other hand, when it is determined that the activation process and the APDU process are not completed (S23: No), a waiting time extension request for extending the waiting time is transmitted (S24). Upon receiving the waiting time extension request (S25), the reader / writer transmits a waiting time extension response indicating that the waiting time extension has been accepted (S26). When the
このように待ち時間管理部26は、コマンドAPDUの受信(S7)からレスポンスAPDUの送信(S13)までの間、ICカード1は各プロトコルに規定された任意のタイミングでリーダライタ10に対し、待ち時間延長要求を行うことができる。待ち時間延長要求ができるため、起動処理およびAPDU処理に時間がかかる場合でも、待ち時間延長要求を行うことで、処理を最後まで行うことができる。ちなみに、リセットから初期応答の間は待ち時間延長はできない。
As described above, the waiting
図3に戻って、起動処理部24によるハードウェアチェック(S9)が完了すると、ICカード1の起動処理部24は起動処理における各種のチェック結果についてエラーの有無を判断し(S10)、チェック結果に異常があった場合(S10:Yes)、起動処理部24はエラー処理を行う(S11)。エラー処理としては、例えばエラーレスポンスを送信し、それ以上は動作しないように無応答となる、ICカード1自体を恒久的に使用不可能となるように自己処理を行うことができる。
Returning to FIG. 3, when the hardware check (S9) by the
ICカード1はチェック結果に異常がなかった場合(S10:No)、APDU処理部25により受信したコマンドAPDUに基づいてAPDU処理を行い(S12)、コマンドAPDUに対して生成されたレスポンスAPDUを送信部22により送信する(S13)。リーダライタ10はレスポンスAPDU(S14)を受信することでICカード1の起動時の処理は完了する。
If there is no abnormality in the check result (S10: No), the
以上の実施形態では、未完の起動処理を最初のコマンドAPDUの受信の後に開始する態様を例に挙げて説明したが、初期応答の後に未完の起動処理(S9’)を開始する態様であれば、これに限定されない。初期応答からコマンドAPDUの受信までの間に未完の起動処理を実行する場合、予想されるコマンドAPDU受信時間までの間に処理可能なものを実行すればよい。 In the above embodiment, an example of starting the incomplete start-up process after receiving the first command APDU has been described as an example. However, if the incomplete start-up process (S9 ′) is started after the initial response, However, the present invention is not limited to this. When an incomplete activation process is executed between the initial response and the reception of the command APDU, what can be processed within the expected command APDU reception time may be executed.
以上説明した本実施形態のICカードおよびICカードの起動方法によれば、ハードウェアの異常を内包したままコマンドAPDU処理を行なうことがなくなるので、ICカードの不正な動作や、コマンドAPDU処理中のエラー発生を防止することができる。またその結果として、ICカード内のデータを悪意のある攻撃者から保護することができる。 According to the IC card and the IC card activation method of the present embodiment described above, the command APDU processing is not performed while the hardware abnormality is included, so that the illegal operation of the IC card or the command APDU processing is not performed. An error can be prevented. As a result, data in the IC card can be protected from malicious attackers.
1 ICカード
10 リーダライタ
11 CPU
12 コプロセッサ
13 乱数発生器
14 I/O
15 ROM
16 RAM
17 EEPROM
21 受信部
22 送信部
23 レスポンス処理部
24 起動処理部
25 APDU処理部
26 待ち時間管理部
1
12
15 ROM
16 RAM
17 EEPROM
21
Claims (6)
前記起動要求信号を受信してから初期応答までの間に起動処理を実行する手段と、
前記初期応答の後に前記リーダライタからのコマンドAPDUを受信する手段と、
前記コマンドAPDUを受信した後でも前記起動処理が完了していない場合に、未完の起動処理の実行をし、該起動処理が完了した後に当該コマンドAPDUを実行処理するコマンドAPDU処理と当該コマンドAPDUに対するレスポンスとして該コマンドAPDU処理の結果であるレスポンスAPDUを生成する処理とを実行する手段と、
前記起動処理の完了に続いて実行される前記コマンドAPDU処理の結果として生成されたレスポンスAPDUを前記リーダライタに送信する手段と
を備えることを特徴するICカード。 An IC card having means for initially responding to a start request signal from a reader / writer within a specified time,
Means for executing an activation process between receiving the activation request signal and an initial response;
Means for receiving a command APDU from the reader / writer after the initial response;
If the activation process is not completed even after receiving the command APDU, an incomplete activation process is executed, and after the activation process is completed, the command APDU is executed, and the command APDU is processed. Means for executing a process for generating a response APDU as a result of the command APDU process as a response;
An IC card comprising: means for transmitting a response APDU generated as a result of the command APDU process executed following completion of the activation process to the reader / writer.
前記起動要求信号を受信してから初期応答までの間に起動処理を実行するステップと、
前記初期応答の後に前記リーダライタからのコマンドAPDUを受信するステップと、
前記コマンドAPDUを受信した後でも前記起動処理が完了していない場合に、未完の起動処理の実行をし、該起動処理が完了した後に当該コマンドAPDUを実行処理するコマンドAPDU処理と当該コマンドAPDUに対するレスポンスとして該コマンドAPDU処理の結果であるレスポンスAPDUを生成する処理とを実行するステップと、
前記起動処理の完了に続いて実行される前記コマンドAPDU処理の結果として生成されたレスポンスAPDUを前記リーダライタに送信するステップと
を含むことを特徴するICカードの起動処理方法。 An IC card activation processing method comprising means for initially responding within a specified time to an activation request signal from a reader / writer,
Performing a startup process between receiving the startup request signal and an initial response; and
Receiving a command APDU from the reader / writer after the initial response;
If the activation process is not completed even after receiving the command APDU, an incomplete activation process is executed, and after the activation process is completed, the command APDU is executed, and the command APDU is processed. Executing a process of generating a response APDU that is a result of the command APDU process as a response;
And a step of transmitting a response APDU generated as a result of the command APDU process executed following completion of the activation process to the reader / writer.
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