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到底目前智慧卡的資源、功效等已發(fā)展到何種地步？本文以下將審視兩顆今日的高規(guī)格智慧卡：Renesas的AE58C及Infineon的SLE88CFX4003P，以從中瞭解智慧卡的技術(shù)已達(dá)何種層次。

?Renesas的AE58C（處理器）

AE58C的內(nèi)部具有一個32位元的處理器，該處理器可以執(zhí)行8位元、16位元、32位元的運算指令、乘法指令、除法指令、高速的區(qū)塊式資料傳輸指令、以及位元性的操控指令，例如位元資料的轉(zhuǎn)化與傳輸、位元條件研判後的分支等。

比較特別的是，一般的晶片卡，其晶片的運作速度是以外部的時脈頻率為基準(zhǔn)，讀卡機（Card Reader）對晶片卡的CLK接腳輸入時脈，時脈頻率高，晶片卡運作就快，相對的時脈頻率低，晶片卡就以較慢速運作。不過，AE58C並非完全依據(jù)CLK接腳的時脈頻率來運作，AE58C在處理器部分是使用內(nèi)部自有的時脈（internal clock）來運作，與CLK接腳的頻率無關(guān)，AE58C的處理器是以16MHz來運作。

此外，AE58C處理器在執(zhí)行指令時，只要1、2個機器週期（State）就能執(zhí)行完一個指令，相對於過去8位元的8051微控器，必須要6個週期才能完成一個指令的執(zhí)行，一直到後續(xù)發(fā)展才有4個週期完成一個指令，或1個週期完成一個指令的新結(jié)構(gòu)設(shè)計。

?Renesas的AE58C（記憶體）

接著是記憶體，AE58C具有288KB的EEPROM、480KB的ROM（Mask ROM）、以及18KB的RAM，其中EEPROM部分是用Renesas公司以MONOS（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）製程技術(shù)所製成，且在存取上是以1Bytes～128Bytes為一個區(qū)塊（Block）單位來進(jìn)行讀寫，並在抹除上可一次抹除一個分頁（Page）的記憶空間。另外也有對意外性寫入、意外性抹除等提供防護(hù)設(shè)計及措施。

進(jìn)一步的，EEPROM的寫入與抹除，通常需要使用比一般讀取時更高的電壓才行，過去這個較高的電壓都會透過晶片卡的外部接腳（Vpp）來取得，不過AE58C另有作法，AE58C直接在晶片內(nèi)設(shè)置一個電壓泵電路（Voltage Pumping Circuit），透過此電路將一般性供電的電壓進(jìn)行升壓，以此來取得寫入、抹除所需的較高電壓，如此就不用對讀卡機或相關(guān)的卡片存取器要求額外特定的寫入、抹除用的燒錄電壓。

還有，AE58C的EEPROM具有兩種寫入模式，一是一般性的寫入模式，另一則是快速的寫入模式。用一般性模式進(jìn)行寫入可以覆寫達(dá)10萬次，且寫入程序須耗時3mS（毫秒），抹除或不事先抹除的直接覆寫則只要1.5mS。

在安全性方面，AE58C具備了看門狗計時器（Watchdog Timer；WDT），可使程式執(zhí)行錯誤的晶片卡即時重置（Reset）；同時也具備了隨機亂數(shù)產(chǎn)生器，可支援金鑰加密時所需的隨機亂數(shù)。

此外也有防火牆機制，Renesas稱此為Firewall Management Unit，簡稱：FMU，F(xiàn)MU可禁止應(yīng)用程式存取到非其所屬的記憶體區(qū)，以避免不當(dāng)?shù)馁Y料外洩、竊取?；蛘撸?dāng)處理器執(zhí)行到未定義的不明指令時，也會即時偵知並進(jìn)行相關(guān)處理。

還有，AE58C內(nèi)建高頻偵測電路、低頻偵測電路、高電壓偵測電路、低電壓偵測電路、高溫偵測電路、低溫偵測電路等，一旦晶片運作時發(fā)生時脈過高、時脈過低、電壓過高、電壓過低、溫度過高、溫度過低等情事，AE58C都可以即時掌握並因應(yīng)。同樣的，AE58C具有非法存取偵測器（Illegal access detector），不合法的存取可以事先偵知並加以禁止。

同樣與安全性相關(guān)的，AE58C還有DES引擎，能夠以硬體方式加速DES加解密演算的執(zhí)行，另外也有加速AES演算的協(xié)同處理器、2112位元的模乘法（Modular Multiplication）協(xié)同處理器等。

?Renesas的AE58C（其他）

除了處理器、記憶體、安全性外，AE58C提供了2個I/O接腳：I/O-1與I/O-2，如此比ISO 7816原有定義的1個I/O接腳外又多提供1個，其中I/O-1接腳的內(nèi)部還有UART的支援，使串列傳輸?shù)墓πё珜懠皥?zhí)行更加便利。

在供電方面，AE58C支援三種電壓準(zhǔn)位：4.5V～5.5V、2.7V～3.3V、1.68V～1.92V，如此無論讀卡器使用的是5V、3.3V、2.5V、還是1.8V，都在AE58C的適用範(fàn)疇內(nèi)，且只要讀卡裝置提供上述三種電壓準(zhǔn)位的任何一種，即可讓AE58C正常運作，而不用同時提供二種、三種電壓準(zhǔn)位。

在時脈方面，AE58C內(nèi)建相鎖回路（Phase-Locked Loop；PLL）輸入，當(dāng)相鎖回路的輸入選擇位元為0時，AE58C可以使用1MHz～10MHz的時脈頻率，相對的選擇位元為1時，可接受的時脈頻率範(fàn)疇就限縮在1MHz～5MHz間。

當(dāng)然！AE58C也支援省電模態(tài)及機制，AE58C具有Sleep Mode 1、2兩種，在AE58C內(nèi)部的處理器執(zhí)行SLEEP指令後，即可讓AE58C時進(jìn)入休眠模式。另外在重置上也有兩種分別，即是冷重置與溫重置，兩種重置對RAM中的資料及暫存器的暫存值有不同的影響性。

與Renesas的AE58C相同的，Infineon的SLE88CFX4003P也屬高規(guī)格、高標(biāo)準(zhǔn)的晶片卡。

SLE88CFX3004P也是使用32位元的處理器（或稱：微控制器），此處理器運用Infineon公司的0.13um CMOS製程技術(shù)來實現(xiàn)，該處理器為RISC架構(gòu)，且在執(zhí)行上已採管線化（Pipelined）設(shè)計，並在研製過程中就已將安全防護(hù)的概念考慮進(jìn)去。

不過，SLE88CFX3004P在執(zhí)行處理的架構(gòu)設(shè)計上似乎更高階，更接近於微處理器的設(shè)計，不僅具有1KB的指令快取與2KB的資料快取，還具有記憶體管理單元（Memory Management Unit；MMU）、記憶體防護(hù)單元，透過記憶體管理機制，該處理器最高可獲得4GB的虛擬記憶體定址空間。

而在記憶體防護(hù)上，SLE88CFX3004P將記憶體劃分出多個封裝（Package），並為每個記憶體封裝賦予一個存取權(quán)限（Access Rights），最多可以有256個不同的存取權(quán)階，且權(quán)限的控制、存取的禁止等動作都是透過硬體電路來執(zhí)行，使不同的卡片應(yīng)用程式都獲得嚴(yán)密的資料存取防護(hù)。

此外，無論是ROM、RAM、EEPROM記憶體，SLE88CFX3004P都提供硬體式的ECC（Error Correction Code）偵錯、更錯機制，使資料確保無誤。

同樣的，SLE88CFX3004P也採行內(nèi)部時脈電路的設(shè)計，最高可達(dá)66MHz。同時時脈頻率可依據(jù)供電類別進(jìn)行自動調(diào)整，一共有A、B、C三種供電類別。另外也支援相鎖回路模式（PLL Mode）。

更重要的是，SLE88CFX3004P的處理器也對虛擬機器的執(zhí)行機制提供硬體化的加速設(shè)計，透過特別增訂的指令集，即可讓Java Card、MULTIOS等的虛擬機器更快執(zhí)行。

在記憶體方面，SLE88CFX4003P具有400KB的EEPROM、110KB～168KB的ROM、以及16KB的RAM。

尤其是在EEPROM方面，SLE88CFX4003P允許開發(fā)工程師依據(jù)應(yīng)用需求而自由地組態(tài)、配置EEPROM，例如A應(yīng)用需要較多的資料儲存，但不需要太多的程式儲存，如此即可將EEPROM規(guī)劃成256KB的程式碼儲存區(qū)，以及144KB的資料儲存區(qū)。反之若B應(yīng)用需要較多的程式碼儲存，這時規(guī)劃配置就可重新權(quán)衡取捨，將321KB規(guī)劃給程式碼，再將所剩的79KB配置成資料儲存區(qū)。

至於ROM方面並沒有太多的特別，主要是供使用者儲存更多的固定程式與資料（如資料表），RAM方面也類似，RAM除了做為資料變數(shù)的暫存外，也可做為資料緩衝區(qū)（Buffer），以及堆疊（Stack，大陸方面稱為：堆棧）資料的存放區(qū)。

要注意的是，SLE88CFX4003P還有130KB的隱藏ROM，以及20KB的隱藏EEPROM，這是為支援高安全防護(hù)性、模組化PSL（Platform Support Layer）與STS等而保留的硬體資源。

接著我們針對EEPROM再更深入說明，SLE88CFX4003P的EEPROM允許50萬次的寫入/抹除，不過這是以每個分頁為單位的抹寫次數(shù)，若以每4KB為一個扇區(qū)（Sector）來進(jìn)行寫入／抹除，則最大可允許1650萬次的抹寫。

同樣的，SLE88CFX4003P也具有最少10年的資料保存、持留，不過這項保證也加註更具體的環(huán)境條件：須保持在攝氏25度的環(huán)境中。

此外，SLE88CFX4003P的EEPROM只要1mS的時間即可完成寫入程序，抹除也只要1.3mS，至於抹寫所需的電壓也一樣是在晶片內(nèi)自行進(jìn)行電壓調(diào)整而獲得，不用倚賴外部特定電壓的支援。

較耐人尋味的是，SLE88CFX4003P允許EEPROM一邊進(jìn)行程式寫入（過去多俗稱：燒寫），一邊進(jìn)行I/O接腳上的資料傳輸，使整體運作更為加速。另外SLE88CFX4003P一次就可以寫入一個分頁的資料（一個分頁最大可以有128Bytes），或一次就可以抹寫一個扇區(qū)的資料。

?Infineon的SLE88CFX4003P（安全性）

在安全性上，SLE88CFX4003P也具備高低電壓感測器、高低頻感測器、溫度感測器、故障感測器、看門狗計時器等，除此之外每個SLE88CFX4003P都有一組獨一辨識的序號，且在晶片的電路佈局（Layout）上也已經(jīng)針對安全防護(hù)需求進(jìn)行最佳化。

更值得一提的，SLE88CFX4003P也對記憶體的儲存內(nèi)容進(jìn)行硬體性的加密防護(hù)，如此即便對智慧卡進(jìn)行精密的拆解，也難以得知確切的資料內(nèi)容。

除這些外，在硬體加解密引擎上，SLE88CFX4003P具備1408位元的加密引擎，並針對RSA與Elliptic Curves加密進(jìn)行最佳化，最高能支援2048位元的金鑰長度，同時還有704Bytes的RAM記憶體以支援加密運算。

此外，SLE88CFX4003P也具備硬體式的DES/3DES加速器、隨機亂數(shù)產(chǎn)生器（合乎AIS-31規(guī)範(fàn)），最重要的是SLE88CFX4003P通過CC（Common Criteria）認(rèn)證，達(dá)EAL5+的高安全級數(shù)，這必須交由政府特屬的機構(gòu)才能進(jìn)行驗證認(rèn)證，一般民間實驗室只能進(jìn)行EAL1～4層級的認(rèn)證。

?Infineon的SLE88CFX4003P（其他）

最後，SLE88CFX4003P也具有省電模式，進(jìn)入休眠模式後的用電不到100uA，至於運作中的用電則與工作頻率有關(guān)：每MHz約0.35mA的用電。

另外在外部供電電壓與外部時脈頻率上，可接受的電壓範(fàn)疇為1.62V～5.5V，可接受的頻率範(fàn)圍則為1MHz～10MHz。工作溫度為-25℃～85℃，可承受的靜電電壓超過6000V。