磁卡与卡识别

磁卡与卡识别第1页，共52页，2023年，2月20日，星期二本课程主要内容图像识别技术条码识别技术语音识别技术射频识别技术生物特征识别技术其它识别技术…磁卡及IC卡识别技术第2页，共52页，2023年，2月20日，星期二本课程主要内容图像识别技术条码识别技术语音识别技术射频识别技术生物特征识别技术其它识别技术…磁卡及IC卡识别技术第3页，共52页，2023年，2月20日，星期二通常，磁卡的一面印有说明提示性信息,另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。

磁卡的概念磁卡是以液体磁性材料或磁条为信息载体，将液体磁性材料涂覆在卡片上（或存折）或将宽约

6-14mm的磁条压贴在卡片上（如银联卡）。第4页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的分类及特点视使用基材的不同，磁卡可分为PVC卡、PET卡和纸卡三种。视磁层构造的不同，又可分为磁条卡和全涂磁卡两种。磁卡成本低廉，易于使用，便于管理，且具有一定的安全特性，因此它的发展得到了许多世界知名公司，特别是各国政府的鼎立支持，使得磁卡的应用领域非常广泛，如电话预付费卡、门票、储蓄卡、信用卡等。

第5页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的记录原理根据电磁学理论，可把磁性材料假定为由许多非常细小的磁畴组成。磁畴本身具有南极和北极，相当于一块小的永久磁铁。磁性材料在未经磁化时，磁畴的排列杂乱无章，彼此的磁性相互抵消，因此整体来说不显示磁性。如果我们让磁性材料置于磁场内，磁畴受到磁化力的影响就会产生一种趋向于统一排列的趋势，磁性材料就被磁化了。第6页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的记录原理当磁场强度H较小时，磁畴的排列方向还不能完全一致，彼此间相互抵消磁力的现象还不能完全消除，因此磁性材料对外显示的磁性即磁感应强度B

还不能达到最大值。如果增加磁场强度H的值，磁畴的排列更趋整齐，这时磁性材料的磁感应强度B

也将增大。当磁场强度H达到某个临界值的时候，磁性材料的磁感应强度B将达到最大值，此后再增加磁场强度H

，磁性材料也不会有更大的磁感应强度B

。当磁性材料达到磁饱和状态后，如果减小磁场强度H

，磁性材料的磁感应强度B并不沿着起始磁化曲线减小，

B的变化滞后于H的变化，这种现象叫磁滞。第7页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的记录原理磁性材料的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。第8页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的记录原理磁头由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线圈构成。记录时，磁卡的磁性面以一定的速度移动，或者磁头以一定的速度移动，磁头的空隙和磁性面相接触。磁头的线圈一旦通上电流，空隙处就产生与电流成比例的磁场，于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。如果记录信号电流随时间而变化，则当磁卡上的磁性体通过空隙时（因为磁卡或磁头是移动的），便随着电流的变化而不同程度地被磁化。磁卡被磁化之后，离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁Br。

第9页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的记录原理磁卡上面的剩余磁感应强度Br在磁卡工作过程中起着决定性的作用。当磁卡以一定的速度通过磁头的空隙时时，因为空隙的有效磁阻远大于工作磁头铁芯的磁阻，所以磁卡上磁通量的绝大部分输入到工作磁头铁芯，并与工作磁头上线圈绕组发生交连，因而感应出电动势，从而传输了被记录的信号。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡国际标准

主要是对卡的物理特性和记录技术进行规定：ISO7810：规定了卡的物理特性，包括卡的材料、构造、尺寸。磁卡的尺寸为：宽度85.72mm—85.47mm高度54.03mm—53.92mm厚度0.76±0.08mm卡片四角圆角半径3.18mm一般讲卡的尺寸为：85.5×54×0.76ISO7811－1：规定了卡上凸印字符的要求（字符集、字体、字符间距和字符高度）。ISO7811―2：规定了卡上磁条的特性、编码技术和编码字符集。ISO7811―3：规定了ID-1型卡上凸印字符的位置ISO7811―4：规定了卡上只读的Track1和Track2的记录技术标准。ISO7811―5：规定了卡上可读／写的Track3的记录技术标准。磁卡的国际标准第11页，共52页，2023年，2月20日，星期二一般而言，磁卡上的磁带有3个磁道，分别为Track1，Track2和Track3。每个Track都记录着不同的信息，这些信息有着不同的应用。Track1和Track2是只读磁道，在使用时磁道上记录的信息只能读出而不允许写或修改。Track3为读写磁道，在使用时可以读出，也可以写入。

Track1，2，3宽度相同，大约在2.80mm左右，用于存放用户的数据信息；相邻两个Track约有0.05mm的间隙，用于区分相邻的两个磁道。磁卡的物理结构及数据结构第12页，共52页，2023年，2月20日，星期二Track1：记录密度为210BPI，可以记录0～9数字及A～Z字母等；总共可以记录多达79个数字或字符（包含起始结束符和校验符），每个字符由7个bit组成。由于Track1上的信息不仅可以用数字0～9来表示，还能用字母A～Z来表示信息，因此Track1上信息一般记录了磁卡的使用类型、范围等一些“标记”性、“说明”性的信息。例如银行用卡中，Track1记录了用户的姓名、卡的有效使用期限以及其它的一些“标记”信息。Track2：记录密度为75BPI，可以记录0～9数字，不能记录A～Z字符，总共可以记录多达40个数字（包含起始结束符和校验符）；每个数据由5个bit组成。

Track3：记录密度为210BPI，可以记录0～9数字，不能记录A～Z字母，总共可以记录多达107个数字或字符（包含起始结束符和校验符）；每个字符由5个bit组成。磁卡的物理结构及数据结构第13页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡应用系统的构成要素一个标准的磁卡应用系统通常包括：磁卡、接口设备（磁卡读写器）、PC，较大的系统还包括通信网络和主计算机等，如下图所示：磁卡磁卡读写器第14页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的使用磁卡使用中容易受到诸多外界磁场因素的干扰：☆磁卡在钱包、皮夹中距离磁扣太近，甚至与磁扣发生接触。☆与带磁封条的通讯录、笔记本接触。☆与手机等能够产生电磁辐射的设备长时间放在一起。☆与电视机、收录机等有较强磁场效应的家用电器距离过近。☆在超市使用磁卡时，与超市中防盗用的消磁设备距离太近甚至接触。☆多张磁卡放在一起时，两张卡的磁条互相接触。另外，磁卡受压、被折、长时间磕碰、曝晒、高温，磁条划伤弄脏等也会使磁条卡无法正常使用。同时，在刷卡器上刷卡交易的过程中，磁头的清洁、老化程度，数据传输过程中受到干扰，系统错误动作，收银员操作不当等都可能造成磁卡无法使用。第15页，共52页，2023年，2月20日，星期二磁卡的安全性及存在的问题磁卡难以满足对安全性要求较高的应用需求：磁卡的保密性和安全性较差。磁条上的信息比较容易读出，非法修改磁条上的内容也较容易，所以大多情况下磁卡都是作为静态数据输入使用。虽然Track3可读写，并且有金额字段，也只是用于小金额的应用领域，例如电话卡。使用磁卡的应用系统需要有可靠的计算机系统和中央数据库的支持。在金融行业，作为金融交易卡的磁卡，一般配合强大、可靠的计算机网络系统使用，金额、交易记录等信息，均保存在金融机构计算机的数据库中，用户所持的卡片只是提供用户的主帐号等索引信息，便于在数据库中迅速找到用户数据。第16页，共52页，2023年，2月20日，星期二小结磁卡的记录原理磁卡的物理结构及数据结构磁卡应用系统的构成要素磁卡技术的优缺点实际生活中的磁卡应用实例第17页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的概念IC卡又称集成电路卡（IntegratedCircuitCard），其外观是一块塑料材料，通常还印有各种图案、文字和号码，称为“卡基”，在“卡基”的固定位置上嵌装一种特定的IC芯片。应用领域：银行、交通、通信、卫生、社保、公用事业……第18页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的发展及应用情况1972年，RolandMereno（法）提出IC卡设想。1976年，Bull公司（法）研制出世界上第一张IC卡。IC卡自问世以来，在欧洲发展最快。美国磁卡使用十分普遍，很长时间IC卡应用进展缓慢，主要在安全性要求较高的领域才应用IC卡。例如，美国军人的身份证全部使用IC卡识别系统。新加坡大学生的学生证都用IC卡，它既可作为身份证明，又可记录学生成绩、图书及体育用品的借用情况、出勤情况，也可在校内作餐卡及小额费时使用。中国IC卡应用发展最快的是各类行业性卡，如电信领域的公用电话IC卡和移动通信SIM卡、石化领域的加油卡、劳动和社会保障部门的社会保障卡、建设部门的城市公用事业卡等。第19页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类根据读写方式的不同可将IC卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡两种类型。接触式IC卡。所谓接触式IC卡，就是在使用时通过有形的金属电极触点将卡的集成电路与外部接口设备直接接触连接，提供集成电路工作的电源并进行数据交换的IC卡。接触式IC卡表面８个或６个镀金触点，用于与读写器接触，通过电流信号完成读写。读写操作（称为刷卡）时须将IC卡插入读写器，读写完毕，卡片自动弹出，或人为抽出。接触式IC卡刷卡读写速度相对慢，但可靠性高，多用于存储信息量大，读写操作复杂的场合。第20页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类非接触式IC卡。非接触式IC卡与接触式IC卡有同样的芯片技术和特性，最大的区别在于卡上设有射频信号或红外线收发器，在一定距离内即可收发读写器的信号，因而和读写设备之间无机械接触。在IC卡的电路基础上带有射频收发及相关电路的非接触式IC卡被称作“射频卡”或“RF卡”。这种IC卡常用于身份验证，电子门禁等场合。卡上记录信息简单，读写要求不高，卡型较灵活，可以做成各种形式。第21页，共52页，2023年，2月20日，星期二根据IC内芯片类型的不同，可以把IC卡分为存储器卡、逻辑加密卡和CPU卡三种类型。IC卡的分类存储器卡。存储器卡卡内嵌入的芯片为存储器芯片，它具有

如下特点：卡内嵌入的芯片多为通用E2PROM（或FlashMemory）；无安全控制逻辑，可对片内信息不受限制地任意存取；卡片制造中也很少采取安全保护措施；不完全符合或支持ISO/IEC7816国际协议，而多采用2线

串行通信协议（I2C总线协议）或3线串行通信协议（SPI

协议）。第22页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类存储器卡的逻辑结构：存储器卡功能简单，没有（或很少有）安全保护逻辑，但价格低廉，开发使用简便，存储容量增长迅猛，因此多用于某些内部信息无须保密或不允许加密（如急救卡）的场合。存储器卡的代表产品为美国Atmel公司的E2PROM卡AT24Cxx系列和AT93系列，FlashMemory卡AT45D系列。第23页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类AT24Cxx系列IC卡芯片的参数：第24页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类逻辑加密卡。逻辑加密卡内嵌芯片在存储区外增加了控制逻辑，在访问存储区之前需要核对密码，只有密码正确，才能进行存取操作。逻辑加密卡信息保密性较好，使用与普通存储器卡相类似。逻辑加密的结构如下图所示：第25页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类逻辑加密卡具有如下特点：具有安全控制逻辑，安全性能较好。

同时采用ROM、PROM、E2PROM等存储技术。

从芯片制造到交货，均采取较好的安全保护措施，如运输

密码TC(TransportCode)的使用。

支持ISO/IEC7816国际标准。

为提高安全性，逻辑加密卡的存储空间被分为多个不同的

功能区。第26页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类一种典型的存储结构：第27页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类逻辑加密卡的应用场合：由于具有一定的保密功能，且价格较CPU卡低，因此在需要保密但对安全性要求不是太高的场合，逻辑加密卡得以大量应用，如电话卡、网吧上网卡、停车卡等，已成为目前IC卡在非金融领域的最主要的应用形式。逻辑加密卡的代表产品为：Atmel的AT88SC06/101/102/200Philips的PC2032/2042Siemens的SLE4404/4406/4418/4428/4432/4432/4442第28页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类CPU卡。CPU卡也称智能卡（SmartCard），在IC卡家族中出现最晚，也最具生命力。CPU卡中的集成电路包括：CPU：CPU一般均为兼容于８位字长单片机（如MC68HC05、Intel8051等）的微处理器，它将在片内操作系统（COS）的控制下，实现卡与外界的信息传输、加密、解密和判别处理等。E2PROM：供用户访问的存储区，用于保存卡的各种信息、密码、密钥、应用文件等，1～16KB；RAM：随机存储器，存放中间处理结果及作为卡与读写器间信息交换的中间缓存器，

128B～1KB；ROM：只读存储器，存放片内操作系统（ChipOperationSystem，COS），

3～16KB；I/O接口：负责与读写终端进行通信。

第29页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类CAU：加密运算协处理器。CPU卡通常采用DES、RSA等加密、解密算法提高系统的安全度，8位的CPU将难以胜任，因此多设有专用加密、解密运算协处理器CAU。例如，Siemens的SLE44C20，内含8位字长的CPU、15KB的ROM、32B的PROM、2KB的EEPROM和256B的RAM。

第30页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类CPU卡具有如下特点：有很高的数据处理和计算能力以及较大的存储容量，因此应用的灵活性、适应性较强。极强的安全防伪能力。它不仅可验证卡和持卡人的合法性，而且可鉴别读写终端，已成为一卡多用及对数据安全保密性特别敏感场合的最佳选择，如银行和手机SIM卡等。真正意义上的“智能卡”。第31页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的分类根据与外界数据传输方式的不同可将IC卡分为串行通信卡和并行通信卡。串行通信卡是目前最常用的卡，也是目前国际标准中所规定的接口方式。采用串行方式与外界交换信息，卡芯片引脚较少，易于封装和接口。但随着芯片存储容量的增大，引发了两个问题：一是芯片面积急剧增长，给卡的封装带来困难；二是读写时间过长，读写1MB的容量需要12分钟。并行通信卡由于采用并行通信，故不存在上述确定，但国际标准中尚无此类接口标准。深圳艾柯电子公司研制的并行IC卡的引脚数多达32个，不仅速度极快，而且容量增大。与串行通信卡一样，它也有存储型、逻辑加密型和CPU型，并已在纳税申报等系统中得以应用。第32页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的国际标准ISO/IEC推出的7816国际标准是IC卡遵循的主要国际标准，它有10个部分，分别对IC卡的物理特性、触点尺寸与位置、电信号与传输协议、行业间交换命令等做出了详细规定。IC卡外形图：第33页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的国际标准IC卡内部结构剖视图：半导体芯片。半导体芯片是IC卡的核心组成部分，一般为采用0.38～0.8μm的HCMOS或NMOS工艺制造的超大规模集成电路。在半导体芯片中包括存储器、译码电路、接口驱动电路、逻辑加密控制电路，甚至微处理器单元（CPU）等各种功能电路。其外形大小约为2mm×1mm×0.3mm。第34页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的国际标准IC卡内部结构剖视图：电极膜片。电极膜片是半导体芯片的引脚与外部设备接触连接的导电体，实际是一种精密的印刷电路板。电极膜片的大小约为：长9.62～13.65mm，宽9.32～11.56mm。电极膜片的外形一般为矩形或椭圆形，这种形状上的差异主要是为了改善卡片的抗扭曲方面的机械特性。电极膜片上共有多个芯片电极，每个电极的中心位置和最小面积是有规定的，但各电极表面分隔形状没有规定。.第35页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的国际标准IC卡内部结构剖视图：塑料基片。塑料基片是半导体芯片和电极膜片的载体，一般采用PVC、PET和ABS塑料材料。目前国内IC卡基片材料大都使用PVC。但随着制卡技术不断发展和对工业环保的要求，PVC材料的使用将会逐渐受到一定的限制。塑料基片的大小，为85.6mm×53.98mm×0.75mm。第36页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的国际标准IC卡有8个触点，即集成电路引脚，从C1到C8，如下图所示。国际标准ISO/IEC7816-2对IC卡的触点尺寸和芯片位置以及功能作了具体的规定。第37页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡的国际标准国际标准ISO/IEC7816-2规定的IC卡的触点功能：触点编号功能触点编号功能C1C2C3C4C5C6C7C8Vcc(电源电压)RST(复位信号)CLK(时钟)保留使用GND(地)Vpp(编程电压)I/O(数据输入/输出端)保留使用第38页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡应用系统的构成要素一个标准的IC卡应用系统通常包括：IC卡、IC卡接口设备（IC卡读写器）、PC，较大的系统还包括通信网络和主计算机等，如下图所示：第39页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡应用系统的构成要素（1）IC卡。IC卡是由持卡人掌管的、记录有持卡人特征代码和文件资料的便携式信息载体。（2）IC卡读写器。IC卡读写器是卡与PC进行信息交换的桥梁，而且常常是IC卡的能量来源。其核心通常为工业控制单片机，如Intel的51系列等。（3）PC。PC是系统的核心，完成信息汇总、统计、计算、处理、报表的生成、输出和指令的发放、系统的监控管理以及卡的发行与挂失、黑名单的建立等。（4）网络与计算机。在金融服务等相对大的系统中，网络是使前端PC与上级控制、授权、服务、管理中心，即中央计算机（主计算机）连接的必备条件。第40页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡芯片SLE4442介绍SLE4442是德国Siemens公司生产的逻辑加密卡。它具有256个Byte的存储容量和完全独立的可编程安全代码（ProgrammableSecurityCode，PSC）存储器。SLE4442的能够满足通常应用领域的各种要求，是目前国内应用较多的一种IC卡芯片。卡触点符号功能C1VCC电源电压C2RST复位信号C3CLK时钟信号C4NC未连接C5GND地C6NC未连接C7I/O双向数据线（漏极开路）C8NC未连接第41页，共52页，2023年，2月20日，星期二（1）采用多存储器结构；（2）按照字节寻址；（3）2线连接协议，复位响应满足ISO/IEC7816-3标准；（4）触点配置及串行接口满足ISO/IEC7816（同步传输协议）；（5）仅当正确输入3Byte的可编程安全代码（PSC）后方可修

改数据；（6）芯片采用NMOS工艺技术，每个字节的写入/擦除编程时间

为2.5ms；（7）数据保持时间至少10年。IC卡芯片SLE4442介绍SLE4442的特点如下：第42页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡芯片SLE4442介绍SLE4442的存储器包括3个存储器：256Byte的E2PROM型主存储器；4Byte的PROM型保护存储器；4Byte的E2PROM型加密存储器。主存储器保护存储器加密存储器第43页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡芯片SLE4442介绍主存储器为可重复擦除使用的E2PROM型存储器，按字节寻址、擦除和写入。主存储器的地址是从0（00H）～255（FFH），共256Byte。主存储器可分为保护数据区和应用数据区。主存储器前32Byte为保护数据区，地址从0（00H）～31（1FH）。这部分的数据读出不受限制，但擦除和写入操作均受到保护存储器内部数据状态的限制。根据这一特性，保护数据区一般均作为IC卡的标识数据区，存放一些固定不变的标识参数，如厂商代码、发行商代码等。主存储器后224Byte为应用数据区，地址从32（20H）～255（FFH）。这部分的数据读出不受限制，但擦除和写入均受控于加密存储器数据校验比较结果的影响。第44页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡芯片SLE4442介绍保护存储器是一个4Byte的一次性可编程只读存储器（PROM），它按位寻址和写入，每个被写“0”的Bit所对应控制的主存储器的字节单元不再接受任何擦除和写入操作命令，从而使得该字节单元内的数据不可再被改变。因此，对保护存储器单元的写入一定要特别小心。第45页，共52页，2023年，2月20日，星期二IC卡芯片SLE4442介绍加密存储器是一个4Byte的E2PROM型存储器。在这个存储器中，第1个Byte为“密码输入错误计数器”。密码输入错误计数器的有效位是低3位。在芯片初始化时，计数器设置成“111”。这一个字节是可读的，每次比较密码时