JP2022126098A

JP2022126098A - Ｉｃカード、データの送信方法およびｉｃチップ

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Publication number: JP2022126098A
Application number: JP2021023977A
Authority: JP
Inventors: 雄介橋村; Yusuke Hashimura
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2021-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2041-02-18
Also published as: JP7409335B2

Abstract

【課題】ＩＣカードと接続装置との間におけるコリジョンの発生を防止できるＩＣカードを提供する。【解決手段】ＩＣカード１は、データの送信を開始する際、入出力ポート１２１の機能を入力ポートに設定して、入出力ポート１２１のレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測し、時間が判定時間に達すると、入出力ポート１２１の機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始する送信処理部１０を備えている。なお、ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることが好適である。【選択図】図３

Description

本発明は、端末などの接続装置とデータを送受信するＩＣカードに関する。

近年、半導体集積回路であるＩＣチップを実装したＩＣカードの用途は広がり、ＩＣカードが送受信するデータのサイズは増加傾向にある。更に、ＩＣカードが物理的に過酷な環境で使用されることも増加している。

例えば、ＩｏＴ機器に実装するＩＣカードであるＳＡＭ（Secure Application Module）には、インターネットで標準的に利用されているプロトコルであるＴＬＳ（Transport Layer Security）の相互認証に用いる暗号鍵およびデジタル証明書が格納される。暗号鍵（公開鍵）の鍵長にもよるが、鍵長が１０２４ビットの場合、デジタル証明書のサイズは約１Ｋバイトになる。また、ＳＡＭを実装するＩｏＴ機器は、屋外など、物理的に過酷な環境に設置されることが多い。

特殊なＩＣカードでない限り、ＩＣカードは、半二重通信方式で接続装置とシリアル通信する。半二重通信方式のシリアル通信に対応したＩＣカードでは、ＩＣカードと接続装置との間におけるコリジョン（ＩＣカードと接続装置がほぼ同時にデータを送信すること）を回避するために、送信モードと受信モードを切り替えている。ＩＣカードに係る国際規格である非特許文献１では、ＩＣカードおよび接続装置は，データの送信が完了すると受信モードに切り替え、データの受信が完了すると送信モードに切り替える。

ISO/IEC 7816 Part3

ＩＣカードが物理的に過酷な環境で使用されると、ＩＣカードは、ノイズの影響を受け易くなる。ＩＣカードがデータを送信している途中でノイズが発生すると、ノイズの影響により、ＩＣカードと接続装置との間におけるコリジョンが発生し易くなる。これは、ノイズにより、接続装置またはＩＣカードが誤動作するためと考えられる。当然のことながら、ＩＣカードが送信するデータのサイズが増加すると、ＩＣカードがデータを送受信している途中でノイズが発生し易くなり、ＩＣカードと接続装置との間におけるコリジョンが発生し易くなる。

そこで、本発明は、ＩＣカードが送受信するデータのサイズが大きく、かつ、ＩＣカードが物理的に過酷な環境で使用されても、ＩＣカードと接続装置との間におけるコリジョンの発生を防止できるＩＣカード、データの送信方法およびＩＣカード用のＩＣチップを提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１発明は、データの送信を開始する際、入出力ポートの機能を入力ポートに設定して、入出力ポートのレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測し、前記時間が判定時間に達すると、入出力ポートの機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始する送信処理部を備えたことを特徴とするＩＣカードである。なお、第１発明において、ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることが好適である。

上述した課題を解決する第２発明は、データの送信を開始する際、入出力ポートの機能を入力ポートに設定して、入出力ポートのレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測するステップ、前記時間が判定時間に達すると、入出力ポートの機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始するステップを備えたことを特徴とするデータの送信方法である。なお、第２発明において、ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることが好適である。

上述した課題を解決する第３発明は、データの送信を開始する際、入出力ポートの機能を入力ポートに設定して、入出力ポートのレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測し、前記時間が判定時間に達すると、入出力ポートの機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始する送信処理部を備えたＩＣチップである。なお、第３発明において、ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることが好適である。

上述した本発明によれば、ＩＣカードは、データの送信を開始する前に、接続装置からデータが送信されていないこと、および、ノイズが発生していないことを確認できる。よって、本発明によれば、ＩＣカードが送受信するデータのサイズが大きく、かつ、ＩＣカードが物理的に過酷な環境で使用されても、ＩＣカードと接続装置との間におけるコリジョンの発生を防止できる

本実施形態に係るＩＣカードと接続装置の接続を説明する図。ＩＣカードに実装するＩＣチップを説明する図。ＩＣカードが備える送信処理部の動作を説明する図。

ここから，本発明に係る実施形態について記載する。本実施形態は，本発明の理解を容易にするためのものである。本発明は，本実施形態に限定されるものではない。特に限定しない限り、各々の構成要素は単数でも複数でもよい。また，特に断りのない限り，図面は，本発明の理解を容易にするために描かれた模式的な図である。

図１は、本実施形態に係るＩＣカード１と接続装置２の接続を説明する図である。接続装置２は、ＩＣカード１と電気的に接続する端末になる。接続装置２には、通信装置または各種機器（例えば，ＩｏＴ機器）が含まれる。ＩＣカード１は、信号線２０により接続装置２と接続する。このため、ＩＣカード１の表面には、樹脂モールドしたＩＣチップ１２を実装した外部端子１１が設けられている。

図１で図示したＩＣカード１の形状は、ＩＳＯ７８１０で規定されたＩＤ－０００型になっている。ＩＳＯ７８１０で規定されたＩＤ－０００型は、スマートフォン、ＩｏＴ機器などに実装されるＳＩＭの形状である。ＩＣカード１の形状は、図１で図示した形状に限定されない。例えば、ＩＣカード１の形状は、クレジットカードおよびキャッシュカードで利用されているＩＤ－１型でもよい。更に、ＩＣカード１は、ｅＳＩＭ（Embedded SIM）でもよい。

図１で図示した外部端子１１は、ＩＳＯ７８１６－３に準じたものになっている。外部端子１１に設けられた端子の数は８個であるが、本実施形態に係るＩＣカード１が使用する端子の数は５個である。ＩＣカード１に設けた外部端子１１には、供給電圧端子Ｃ１、リセット端子Ｃ２、クロック端子Ｃ３、グランド端子Ｃ５および入出力端子Ｃ７が、ＩＳＯ７８１６－３に従い配置されている。なお、本実施形態のＩＣカード１では、端子Ｃ４、Ｃ６，Ｃ８は使用しないが、これらの少なくとも一つを使用する形態も想定できる。また、外部端子１１の形状も任意である。

接続装置２との接続に使用する５個の端子は、接続装置２とそれぞれ信号線２０により接続している。外部端子１１の供給電圧端子Ｃ１は、接続装置２の供給電圧端子Ｔ１と接続している。外部端子１１のリセット端子Ｃ２は、接続装置２のリセット端子Ｔ２と接続している。外部端子１１のクロック端子Ｃ３は、接続装置２のクロック端子Ｔ３と接続している。外部端子１１のグランド端子Ｃ５は、接続装置２のグランド端子Ｔ５と接続している。外部端子１１の入出力端子Ｃ７は、接続装置２の入出力端子Ｔ７と接続している。

図２は、ＩＣカード１に実装するＩＣチップ１２を説明する図である。ＩＣカード１に実装するＩＣチップ１２は、ＣＰＵ１２０（Central Processing Unit），入出力ポート１２１，クロックパルスジェネレータ１２３（図２では、ＣＰＧ: Clock Pulse Generator）、ＲＯＭ１２４（Read Only Memory），ＲＡＭ１２５（Random Access Memory）、ＮＶＭ１２６（Non-volatile memory）、タイマー１２２、および、これらが接続するバス１２７を含んでいる。また、ＩＣチップ１２は、ＩＣカード１の外部端子１１と接続するパッドとして、供給電圧パッドＰ１、グランドパッドＰ５、リセットパッドＰ２、クロックパッドＰ３および入出力パッドＰ７を含んでいる。

ＣＰＵ１２０は、データや命令を処理する回路である。ＲＯＭ１２４は、電気的に書き換えできない不揮発性メモリである。ＲＡＭ１２５は、揮発性メモリである。ＮＶＭ１２６は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリである。タイマー１２２は時間を計測する回路である。

外部端子１１のグランド端子Ｃ５は、ＩＣチップ１２のグランドパッドＰ５と接続し、ＩＣカード１と接続装置２において基準電圧は同じになる。外部端子１１の供給電圧端子Ｃ１は、ＩＣチップ１２の供給電圧パッドＰ１と接続する。接続装置２から供給電圧端子Ｃ１を介して供給電圧パッドＰ１に供給された供給電圧がＩＣチップ１２の動作電圧になる。

外部端子１１のリセット端子Ｃ２は、ＩＣチップ１２のリセットパッドＰ２と接続している。リセットパッドＰ２はＣＰＵ１２０と接続している。接続装置２が外部端子１１のリセット端子Ｃ２に入力したリセット信号は、リセットパッドＰ２を介して少なくともＣＰＵ１２０に入力される。

外部端子１１のクロック端子Ｃ３は、ＩＣチップ１２のクロックパッドＰ３と接続している。クロックパッドＰ３はクロックパルスジェネレータ１２３と接続している。接続装置２が外部端子１１のクロック端子Ｃ３に入力したクロック信号は、クロックパッドＰ３を介してクロックパルスジェネレータ１２３入力される。クロックパルスジェネレータ１２３は、クロックパッドＰ３に入力されたクロック信号から、ＣＰＵ１２０が用いる内部クロックを生成する。

接続装置２と接続する外部端子１１の入出力端子Ｃ７は、ＩＣチップ１２の入出力パッドＰ７と接続している。入出力パッドＰ７は、ＣＰＵ１２０の外部インタフェースとなる回路である入出力ポート１２１と接続している。

入出力ポート１２１は、外部端子１１と接続している接続装置２とシリアルな半二重通信方式の通信を行えるように構成されている。入出力ポート１２１に係るレジスタの設定により、入出力ポート１２１は、入力ポートまたは出力ポートのいずれかとして機能する。

入出力ポート１２１の論理的なレベルは、ＬｏｗレベルとＨｉｇｈレベルの２つである。ＣＰＵ１２０の動作電圧に応じて、Ｌｏｗレベルの電圧最大値とＨｉｇｈレベルの電圧最小値が定められるのが一般的である。出力ポートとして機能するとき、入出力ポート１２１は、入出力パッドＰ７にかける電圧を制御することで、出力する入出力ポート１２１のレベルを制御できる。入力ポートとして機能するとき、入出力ポート１２１は、入出力パッドＰ７にかかっている電圧を読み取ることで、入出力ポート１２１のレベルを判別できる。

ＩＣカード１は、入出力ポート１２１を制御してデータを送信する機能である送信処理部１０を備えている。送信処理部１０は、ＣＰＵ１２０を動作させるコンピュータプログラムにより実現される。このコンピュータプログラムは，ＲＯＭ１２４またはＮＶＭ１２６などに記憶される。ＣＰＵ１２０がこのコンピュータプログラムを実行することで、ＣＰＵ１２０は、送信処理部１０として機能する。なお、送信処理部１０に係る機能は、ＩＣカード１のオペレーティングシステムによって提供されるのが一般的である。

本発明の目的を達成するために、ＩＣカード１が備える送信処理部１０は、入出力ポート１２１を制御してデータを送信する処理を開始する前に、入出力ポート１２１のレベルを監視し、接続装置２からデータが送信されていないこと、および、ノイズが発生していないことを確認する。

接続装置２とＩＣカード１の間でデータの送受信が行われないとき、入出力ポート１２１のレベルはＨｉｇｈレベルである。接続装置２がデータを送信するとき、接続装置２によって入出力ポート１２１のレベルはＬｏｗレベルになる。また、接続装置２とＩＣカード１を電気的に接続する信号線２０にノイズがのることで、入出力ポート１２１のレベルがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変わることがある。よって、入出力ポート１２１を制御してデータを送信する処理を開始する前に、入出力ポート１２１のレベルがＬｏｗレベルでないことを確認すれば、ＩＣカード１の送信処理部１０は、入出力ポート１２１を制御してデータを送信する処理を開始する前に、接続装置２からデータが送信されていないこと、および、ノイズが発生していないことを確認できる。

具体的に、ＩＣカード１の送信処理部１０は、入出力ポート１２１を制御してデータを送信する処理を開始する際、Ｈｉｇｈレベルが続いている時間を計測する。そして、ＩＣカード１が備える送信処理部１０は、この時間が判定時間に達すると、判定時間の間、入出力ポート１２１のレベルはＬｏｗレベルにならなかったと判定し、データを送信する処理を開始する。

図３は、ＩＣカード１が備える送信処理部１０の動作を説明する図である。図３の説明は、本発明に係るデータの送信方法の説明も兼ねている。

本実施形態に係る送信処理部１０は、データの送信を開始する際、まず、最初のステップＳ１として、入出力ポート１２１の機能を入力ポートに設定する。

次のステップＳ２にて、ＩＣカード１の送信処理部１０は、入出力ポート１２１のレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測するために、タイマー１２２の計測時間を初期化してから、タイマー１２２を作動させる。

次のステップＳ３にて、ＩＣカード１の送信処理部１０は、入出力ポート１２１のレベルを確認する。入出力ポート１２１のレベルがＬｏｗレベルの場合、ＩＣカード１の送信処理部１０は、ステップ４にてタイマー１２２を停止させて、ステップＳ２に処理を戻す。入出力ポート１２１のレベルがＨｉｇｈレベルの場合、ステップＳ５にて、ＩＣカード１の送信処理部１０は、タイマー１２２の計測時間を確認する。ＩＣカード１の送信処理部１０は、タイマー１２２の計測時間が判定時間に達していない場合、ステップＳ３に処理を戻す。ＩＣカード１の送信処理部１０は、タイマー１２２の計測時間が判定時間に達している場合、ステップＳ６にて、入出力ポート１２１の機能を出力ポートに設定する。そして、ＩＣカード１の送信処理部１０は、ステップＳ７にて、データを送信する処理を開始して、図３の手順は終了する。データを送信する処理において、ＩＣカード１の送信処理部１０は、入出力ポート１２１を制御して、1ビットずつデータをビット順に送信する。

判定時間としては、例えば、ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を用いることが望ましい。「Block Guard Time」は接続装置２とＩＣカード１の間における逆方向の連続したキャラクタの先頭エッジの最小間隔のことである。ISO/IEC 7816 Part3では、接続装置２からキャラクタを受信した後、ＩＣカード１は、データを送信する前に「Block Guard Time」が経過するまで少なくとも待つ必要があるため、判定時間として、「Block Guard Time」を用いることが望ましいと言える。

１ＩＣカード
１０送信処理部
１１外部端子
Ｃ７入出力端子
１２ＩＣチップ
１２０ＣＰＵ
１２１入出力ポート
１２２タイマー
Ｐ７入出力パッド
２接続装置

Claims

データの送信を開始する際、入出力ポートの機能を入力ポートに設定して、入出力ポートのレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測し、前記時間が判定時間に達すると、入出力ポートの機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始する送信処理部を備えたことを特徴とするＩＣカード。
ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることを特徴とする、請求項1に記載したＩＣカード。
データの送信を開始する際、入出力ポートの機能を入力ポートに設定して、入出力ポートのレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測するステップ、前記時間が判定時間に達すると、入出力ポートの機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始するステップを備えたことを特徴とするデータの送信方法。
ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることを特徴とする、請求項３に記載したデータの送信方法。
データの送信を開始する際、入出力ポートの機能を入力ポートに設定して、入出力ポートのレベルがＨｉｇｈレベルになっている時間を計測し、前記時間が判定時間に達すると、入出力ポートの機能を出力ポートに設定して、データを送信する処理を開始する送信処理部を備えたＩＣチップ。
ISO/IEC 7816 Part3に規定されている「Block Guard Time」を判定時間とすることを特徴とする、請求項５に記載したＩＣチップ。