Как работают смарт-карты?

[chushpan]

Что такое смарт-карта?​

Смарт-карта — это пластиковая карта с встроенным микрочипом, который может хранить и обрабатывать данные. Смарт-карты широко используются в различных сферах: банковские карты, SIM-карты для мобильных телефонов, электронные паспорта, пропуски, карты лояльности и другие системы аутентификации и идентификации.

Как устроена смарт-карта?​

Смарт-карта состоит из следующих основных компонентов:

1. Пластиковый корпус:
   • Защищает внутренние элементы от повреждений.
   • Обычно имеет размеры стандартной банковской карты (ISO/IEC 7810).
2. Микрочип:
   • Является "мозгом" карты.
   • Может быть двух типов:
     • Контактный чип: Требует физического подключения к терминалу через металлические контакты.
     • Бесконтактный чип: Использует технологию NFC (Near Field Communication) для связи с терминалом.
3. Антенна (для бесконтактных карт):
   • Позволяет передавать данные на расстоянии без физического контакта.
4. Память:
   • Включает ROM (постоянная память), RAM (оперативная память) и EEPROM (энергонезависимая память для хранения данных).
5. Процессор (для смарт-карт с микропроцессором):
   • Выполняет вычисления, шифрование и управляет данными.

Как работает смарт-карта?​

Работа смарт-карты зависит от её типа и назначения. Рассмотрим основные этапы взаимодействия смарт-карты с терминалом.

1. Инициализация​

• Когда карта вставляется в терминал (или прикладывается к бесконтактному считывателю), терминал отправляет команду RESET.
• Карта отвечает ATR (Answer To Reset), который содержит информацию о поддерживаемых протоколах и параметрах связи.

2. Аутентификация​

• Терминал проверяет подлинность карты.
• Для этого могут использоваться различные методы:
  • Статическая аутентификация: Проверка цифровой подписи или сертификата карты.
  • Динамическая аутентификация: Генерация криптограммы (например, ARQC в EMV-картах).
  • PIN-код: Владелец карты вводит PIN для доступа к данным.

3. Обмен данными​

• После успешной аутентификации терминал может отправлять команды на карту.
• Команды могут включать:
  • Чтение данных (например, номер карты, срок действия).
  • Запись данных (например, обновление счетчика транзакций).
  • Выполнение криптографических операций (например, шифрование или генерация ключей).

4. Завершение работы​

• После завершения операции терминал отправляет команду DEACTIVATE или RELEASE.
• Карта переходит в режим ожидания.

Типы смарт-карт​

1. Контактные карты:
   • Требуют физического подключения к терминалу через металлические контакты.
   • Примеры: банковские карты с чипом, SIM-карты.
2. Бесконтактные карты:
   • Используют технологию NFC для связи с терминалом.
   • Примеры: карты для общественного транспорта, бесконтактные платежные карты.
3. Гибридные карты:
   • Сочетают контактный и бесконтактный интерфейсы.
   • Используются в сложных системах, например, в электронных паспортах.
4. Карты с памятью:
   • Содержат только память (ROM, EEPROM) и не имеют процессора.
   • Используются для простого хранения данных (например, карты лояльности).
5. Карты с микропроцессором:
   • Содержат процессор и операционную систему.
   • Могут выполнять сложные операции, такие как шифрование и аутентификация.
   • Примеры: банковские карты, Java Card.

Преимущества смарт-карт​

1. Безопасность:
   • Данные хранятся в защищенной памяти.
   • Поддерживается шифрование и аутентификация.
2. Удобство:
   • Легко использовать и переносить.
   • Бесконтактные карты позволяют совершать операции быстро.
3. Надежность:
   • Устойчивы к механическим повреждениям (по сравнению с магнитными полосами).
4. Гибкость:
   • Могут использоваться в различных системах (платежи, идентификация, транспорт).

Пример использования смарт-карт​

Сценарий: Оплата в магазине​

1. Клиент вставляет карту в терминал (или прикладывает бесконтактную карту).
2. Терминал отправляет команду RESET и получает ATR.
3. Терминал выбирает приложение (например, Visa или MasterCard) на чипе.
4. Чип генерирует ARQC (криптограмму для авторизации) и отправляет её в банк.
5. Банк проверяет ARQC и отправляет ARPC (ответную криптограмму).
6. Терминал завершает транзакцию и выдает чек.

Заключение​

Смарт-карты — это универсальные устройства, которые обеспечивают безопасное хранение и обработку данных. Они используются в различных областях благодаря своей надежности, безопасности и удобству. Понимание принципов работы смарт-карт важно для разработчиков, специалистов по безопасности и пользователей.

Если у вас есть дополнительные вопросы о работе смарт-карт или их применении, уточните их!

 

[Man]

Смарт-карта — это пластиковая карта со встроенным микропроцессором (чипом), способным выполнять вычисления, хранить данные и взаимодействовать с внешними устройствами (терминалами, ридерами).

1. Основные компоненты смарт-карты​

Компонент	Описание
Микропроцессор (CPU)	8/16-битный, частота 1–30 МГц (например, ARM SecurCore, Infineon SLE).
Память	ROM (ПЗУ, код ОС), EEPROM/Flash (данные), RAM (оперативная).
Криптографический сопроцессор	Ускоряет AES, RSA, ECC (есть не во всех картах).
Интерфейсы	Контактный (ISO 7816), бесконтактный (NFC, ISO 14443).
Операционная система	Например, Java Card, MultOS, проприетарные ОС.

2. Типы смарт-карт​

2.1. По интерфейсу​

• Контактные (банковские EMV-карты, SIM) — требуют вставки в ридер.
• Бесконтактные (PayPass, транспортные карты) — работают через NFC.
• Гибридные (оба варианта, например, карты МИР).

2.2. По функционалу​

• Платежные (Visa, Mastercard с чипом).
• Идентификационные (пропуски, электронные паспорта).
• SIM/eSIM (мобильные операторы).
• Специальные (криптокошельки, например, Ledger).

3. Как происходит взаимодействие?​

3.1. Контактные карты (ISO 7816)​

1. Физическое подключение:
   • Карта вставляется в ридер, контакты замыкаются.
   • Ридер подает питание (3.3V/5V) и тактовый сигнал.
2. Обмен данными:
   • Через APDU-команды (см. раздел про Java Card).
   • Пример:
     

     00 A4 04 00 0E 31 50 41 59 2E 53 59 53 2E 44 44 46 30 31 00

     (Выбор платежного приложения).

3.2. Бесконтактные карты (ISO 14443)​

1. Индукция питания:
   • Ридер создает электромагнитное поле (~13.56 МГц).
   • Антенна карты улавливает энергию и активирует чип.
2. Протоколы:
   • Type A/B (Mifare, Visa PayWave).
   • Обмен через RF-сигнал (аналогично APDU, но с доп. защитой).

4. Безопасность смарт-карт​

4.1. Механизмы защиты​

• Динамическая аутентификация: Одноразовые коды (как в EMV).
• Шифрование: AES-256, RSA-2048, ECC-P256.
• Secure Element: Изолированная среда для ключей.
• Анти-атаки: Защита от DPA/SPA (анализ питания), fault-инъекций.

4.2. Уязвимости​

• Клонирование Mifare Classic (Crack с 2008 года).
• Атаки на старые Java Card (через невалидацию APDU).
• Side-channel атаки (например, по времени выполнения RSA).

5. Пример: EMV-транзакция​

1. Терминал выбирает приложение на карте (SELECT PPSE).
2. Карта отправляет список поддерживаемых программ (AID).
3. Терминал передает сумму и параметры транзакции.
4. Карта генерирует криптограмму (ARQC) на основе:
   • Номера карты,
   • Случайного числа от терминала,
   • Ключа банка.
5. Банк проверяет ARQC и одобряет/отклоняет платеж.

6. Инструменты для анализа​

• Считыватели: ACR122u, Omnikey.
• Софт:
  • OpenSC (работа с APDU),
  • JCardSim (эмулятор Java Card),
  • Proxmark3 (для бесконтактных карт).

Вывод​

Смарт-карты — это мини-компьютеры с криптозащитой. Их ключевые особенности:
✔ Безопасное хранение ключей,
✔ Динамическая генерация кодов,
✔ Поддержка сложных протоколов (EMV, PKI).

Важно: Большинство современных карт нельзя скопировать без доступа к мастер-ключам. Для тестирования используйте эмуляторы (например, GlobalPlatform).

Хотите глубже изучить APDU или взлом Mifare? Спрашивайте!