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今日芯片卡的發(fā)展重點，已從基礎的電子電機技術，轉移到更高層次的流程整合、業(yè)務統(tǒng)合，如果讓一張芯片卡的價值效益最大化？如何讓一張芯片卡達到最廣遍的通行適用？如何減少每個人身上的芯片卡數(shù)目，這些就成了新一波的課題，本文以下將針對EE層面的新發(fā)展、新趨勢進行更多的了解與說明。 所以，今日芯片卡的發(fā)展重點，已從基礎的電子電機技術，轉移到更高層次的流程整合、業(yè)務統(tǒng)合，如果讓一張芯片卡的價值效益最大化？如何讓一張芯片卡達到最廣遍的通行適用？如何減少每個人身上的芯片卡數(shù)目，這些就成了新一波的課題，不過這樣的課題已不是電子工程（Electronic Engineering；EE）層面，而是信息技術（Information Technology；IT）層面，甚至是商務（Business；Biz）層面，包括數(shù)據(jù)庫的連通、異業(yè)結盟的格式轉換、交易查核的互通、活動方案、營運模式、拆帳等等。 縱然如此，但最基礎的EE層面依然有其持續(xù)性的進步與強化，因此，本文以下將針對EE層面的新發(fā)展、新趨勢進行更多的了解與說明。 雙界面化的發(fā)展 事實上早在多年前即有雙接口（Dual Interface）的芯片卡，然而近年來雙接口的芯片卡有逐漸轉熱的趨勢，此中的代表即是荷蘭Philips（今日為NXP）與日本Sony所合力推行的NFC（Near Field Communication）。 NFC主要是期望讓既有的GSM手機的SIM卡（也包含之后的CDMA的RUIM卡與UMTS的USIM卡）能再具備一個近接感應接口，如此SIM卡將不僅只用于原有電信營運上的身份辨識、計費，也可以用于更多的服務上，特別是當成電子錢包、電子車票來運用。除此之外，NFC也可用于加密金鑰（Key）的暫存、暫攜、傳遞交換，完成其它無線通訊裝置（如WiFi、Bluetooth等）的金鑰配發(fā)、布署。 同樣的，日本Renesas也從既有接觸式的AE-4系列芯片卡中，衍生發(fā)展出雙接口版的Dualway系列，Dualway系列一方面在接觸接口上合乎 ISO 7816的規(guī)范，另一方面在非接觸的感應上也合乎ISO 14443B的規(guī)范，同時也合乎FeliCa（Sony所研創(chuàng)）的技術規(guī)范。 圖說：內含64KB記憶容量的USIM卡，USIM主要是供3G（UMTS）手機及服務而用。 值得注意的是，雙接口的芯片卡雖沒有太高的技術門坎，但從各種角度看，NFC都將成為未來雙接口芯片卡的主流標準，一是NFC可兼容過往絕大多數(shù)的非接觸式芯片卡，另一則是NFC的技術標準與實現(xiàn)作法已愈來愈清晰，包括記錄格式、交換格式、加密傳輸方式等都已完成定義，甚至連加密芯片與NFC間的接口也都完成定義，即S2C（SigIn-SigOut-Connection）接口，且除了NFC之外，也未見其它有力的雙接口標準規(guī)范。 當然，NFC在規(guī)范定義上，也提供了類似今日USB隨身碟的檔案傳輸應用，只不過NFC卡是用無線感應傳輸，USB隨身碟是以USB端口的接觸式接口進行傳輸。然而NFC不會成為無線感應式的USB隨身碟，原因在于內存類型，NFC內所用的內存為EEPROM，USB隨身碟則為NAND Flash，兩者在密度與存取特性上有著許多的不同，EEPROM適合小資料量的修改、存取，相對的NAND Flash是以較大的區(qū)塊數(shù)據(jù)進行存取。 不過，由于NFC的應用型態(tài)多半是附著于手持裝置內，如手機、PDA等，若手機、PDA等裝置本身就內建大量的Flash Memory，或者可連接其它的記憶卡等，如此NFC一樣有機會進行感應式檔案傳輸，然而NFC目前的傳輸率遠不及USB（424kbps對 12Mbps/480Mbps），所以仍只適合小量傳輸。 圖說：許多精簡型計算機（Thin Client）都已內建智能卡的卡片閱讀機（卡片／芯片存取器），圖為美國升陽計算機（Sun Microsystems）公司的精簡型計算機：Sun Ray 2，該機上端的垂直縫隙即是芯片卡的入卡處。（資料來源：Sun.com） 更貼近產(chǎn)業(yè)需求 更貼近各類產(chǎn)業(yè)的需求也是芯片卡的持續(xù)性趨勢，例如在政府、國防等機構單位需要的是更高安全度的芯片卡，如此芯片業(yè)者便會積極通過各種安全驗證，例如 CC（Common Criteria）認證的EAL4+、EAL5層級等（EAL1-7，數(shù)字愈高安全性愈高）。 或者在大眾交通運輸上，由于進出車站人數(shù)相當多，為了加速通關，芯片卡的感應速度必須更快，一般而言的感應程序需0.3秒，而Sony的FeliCa為了更適合電子車票的用途，在感應速度上有特別的專精強化，只需要0.1秒即可完成感應，以此來加速通關。 另外，在手持運用的設計上，期望能夠用更省電的芯片卡，如此才能為手持裝置保留更多的用電，對此通常會在芯片內再進行工作電壓與頻率的轉換、調節(jié)，并且支持省電模式。或者在一些容易讓外力壓擠的環(huán)境上，業(yè)者也會使用更具強韌性的芯片封裝技術，使芯片具有一定的外力抗受性，讓芯片更加耐用，此外也會有過電壓偵測與保護、過熱感測與保護等。 圖說：Java Card、MULTOS等都在芯片卡上執(zhí)行其虛擬機器（Virtual Machine），以虛擬機器的作法讓卡片上的應用程序具備可移植性、移植性、交換性，圖為Java Card技術架構圖。 類似的，接觸式芯片也在強化靜電抗受性，讓使用者即便用手指接觸芯片接腳，也不會使芯片受靜電破壞。或者是一些消耗性的芯片卡（如：電話卡），則是力求價格低廉。 此外，業(yè)者也能提供各種封裝（或供貨方式），以盡可能滿足各種芯片卡應用的需求，例如Infineon即有MCC2、MCC8、MFCC1、M8.4等各種封裝，其中M8.4即是針對雙接口需求而設計的封裝。或如Renesas提供晶圓（Wafer）供貨或膠帶式（Chip On Tape；COT）供貨，晶圓供貨可以讓用戶再行整合、封裝等運用，膠帶式也適合再進行其它的嵌入式設計。 圖說：德國英非凌（Infineon）的智慧卡：SLE 88CFX4003P，該智能卡是針對高階防護應用需求而設計，內部具有400KB的EEPROM、168KB的ROM、以及16KB的RAM等，此外還有32位的處理器、快取機制、內存管理機制等。（資料來源：Infineon.com） 安全機能的強化 今日芯片卡之所以大量取代磁條卡，首要的需求考慮即是安全性，所以持續(xù)強化安全性也是芯片卡必然的課題。舉例而言，今日的芯片卡多會具備內存防火墻的功效機能，在未得到權限許可下，各應用程序只能存取自有權限下的內存空間、地址，而無法跨區(qū)存取，如此在異業(yè)整合、結盟時，各業(yè)者間才能相互獲得保障，不致使自己的商務信息、客戶信息、或客戶隱私等遭到竊截外泄，此種機能在Renesas方面稱為防火墻管理單元（Firewall Management Unit；FMU），在德國Infineon方面則稱為「硬件內存管理及防護單元，Hardware Memory Management and Protection Unit」，詞稱雖不同，但功效作用相近。 再者，若有惡意人士企圖用精巧的探針手法進行數(shù)據(jù)竊取，芯片卡內也會偵測到此類的侵入，并在未侵入成功前先行將數(shù)據(jù)刪除，以此保全數(shù)據(jù)的私密性，此稱為「Anti Snooping」技術。 同樣的為了安全需求，芯片卡內都具備了隨機隨機數(shù)的產(chǎn)生機制，不過為了更安全起見，今日幾乎所有的芯片卡都已經(jīng)舍棄過往以軟件隨機數(shù)表所產(chǎn)生的隨機數(shù)，用軟件方式產(chǎn)生的隨機數(shù)仍有其脈絡可循，相對的用以硬件方式實現(xiàn)的隨機數(shù)產(chǎn)生器就無法追尋數(shù)字的產(chǎn)生規(guī)則、脈絡，此種作法稱為「Hardware Random Number Generator」，或者是「True Random Number Generator；TRNG」，而過往用軟件方式實現(xiàn)的作法則稱為「Pseudo-Random number generator；PRNG」。 當然！硬件法的另一好處是隨機數(shù)的產(chǎn)生速度更快、產(chǎn)生程序的用電更精省，此也有助于芯片卡的認證查核程序、交易處理程序，同時在電力有限的手持應用上也可受用。 隨機隨機數(shù)的產(chǎn)生，主要是用于金鑰的加密，而芯片卡為了強化安全性，無論在加密算法的類型上，以及金鑰長度等方面，都進行更多的強化，例如過往僅支持 3DES（Triple Data Encryption Standard）對稱加密，而今則多半要再支持AES（Advanced Encryption Standard）對稱加密，其它也要支持RSA（Ron Rivest、Adi Shamir、Adleman）非對稱加密、SHA-1（Secure Hash Algorithm）雜湊、橢圓曲線（Elliptic Curves）加密等。 圖說：Renesas在芯片卡方面的展望圖（Roadmap），包括AE-3系列、AE-4系列、以及AE-5系列等，其中AE-3系列使用16位處理器，AE-4系列也是使用16位處理器，但在追加更多的外圍功效（部分AE-4系列提供雙接口，稱為Dualway系列），而AE-5系列則使用32位處理器。 更多的硬件加速 若更廣義看待，將隨機隨機數(shù)產(chǎn)生由軟件改成硬件，只是芯片卡諸多硬件化加速發(fā)展的一環(huán)，其余還有更多的硬件化發(fā)展。算法即是其一，部分芯片卡只支持原有的少數(shù)幾種算法，或者雖支持某種算法，但支持的金鑰長度有限，此類型的芯片卡為了支持更先進的算法（如：3DES提升到AES），以及更長的金鑰長度（如：1024-bit提升到2048-bit），在原有硬件設計已無法改變的情況下，只能以增寫程序的方式來補強實現(xiàn)，但也因為用軟件方式實現(xiàn)，執(zhí)行的時間與用電都會大增。因此，芯片卡業(yè)者都盡可能在新的芯片上加入更多的算法、更多金鑰長度等支持，并以硬件方式實現(xiàn)。 除了隨機隨機數(shù)、算法外，今日芯片卡上的應用程序也多半會在虛擬機器（Virtual Machine）的執(zhí)行環(huán)境中執(zhí)行，例如Java Card、MULTOS等，如果完全以軟件方式來執(zhí)行虛擬機器及程序代碼，且芯片內的處理器沒有足夠的運算效能的話，則執(zhí)行速度將相當緩慢。因此業(yè)者也積極強化此方面，以硬件方式讓虛擬機器的執(zhí)行獲得加速，如此芯片內的處理器將可挪出更多的運算效能，并更專注在應用程序的執(zhí)行上，而非虛擬機器的執(zhí)行。 內存的強化 最后，內存的強化也不可免，無論ROM、RAM、EEPROM等的容量都隨著半導體制程技術的進步而擴增，同時內存的可抹寫次數(shù)也不斷增加，數(shù)據(jù)持存的年限也不斷提升，以及讀出、寫入、抹除等的速度愈來愈快等。凡此種種，都將使芯片卡的應用更加普及與多樣。 圖說：2005年6月6日，Renesas發(fā)表AE55C1的芯片卡，該芯片卡具有16個16位的緩存器，每個指令只要1-2個狀態(tài)（State）的時間即可執(zhí)行完成，內部運作頻率最高達20MHz，此外還具備40KB的EEPROM（使用MONOS制程技術）、240KB的ROM、以及8KB的RAM，DES加解密演算具有硬件加速引擎等。 |
