Introducción a la tarjeta con circuito integrado (página 2)

TIPOS
DE TARJETAS CON
CIRCUITO INTEGRADO

Las tarjetas con circuito integrado también son
llamadas tarjetas inteligentes o tarjetas con chip, sin embargo
estos términos no son sinónimos y los distintos
tipos de tarjeta se distinguen por el tipo de chip que tienen y
la interfaz que usan para comunicarse con el lector.

Hay tres tipos de chips que están asociados con
estas tarjetas: solo memoria, cableado
lógico y microcontrolador.

Tarjetas con circuito integrado con chip de solo
memoria. Estas tarjetas son como bandas magnéticas
electrónicas y su objetivo es el
suministrar una mayor seguridad que la
tarjeta con banda magnética tradicional. Su ventaja sobre
las tarjetas con banda magnética es su capacidad de
memoria (hasta 16Kbits) y el menor costo que tiene
el dispositivo lector/escritor de la tarjeta. Las tarjetas con
chip de solo memoria simplemente almacenan datos. Estas
tarjetas pueden tener una memoria que no se puede
reescribir.

Las primeras versiones eran de solo lectura, baja
capacidad (máximo 160 unidades de valor),
tarjetas prepago con bajo nivel de seguridad. Versiones
más modernas usan memorias de
lectura/escritura y
esquemas de conteo binario que permite que las tarjetas lleven
más de 20000 unidades de valor. Muchas de estas tarjetas
tienen esquemas avanzados de autenticación en el
chip.

Tarjetas con circuito integrado cableado
lógico. Contiene un maquina de estado basado
en lógica
que suministra encriptación y autenticación de
acceso a la memoria y
su contenido. Suministra un sistema de
archivos
estáticos que soporta múltiples aplicaciones, con
acceso encriptado al contenido de la memoria opcional. El sistema
de archivos y el juego de
comandos solo
pueden ser cambiados rediseñando la lógica del
circuito integrado. Estas tarjetas incluyen variaciones como las
I-Class o MIFARE.

Tarjeta con circuito integrado microcontrolador
seguro. Estas tarjetas contienen un microcontrolador, un
sistema
operativo, una memoria lectura/escritura que puede ser
actualizada muchas veces. Estas tarjetas contienen y ejecutan
lógica y cálculos y almacenan datos de acuerdo con
su sistema operativo. Todo lo que necesita la tarjeta para operar
es una fuente de poder y un
puerto de comunicación. Esta disponible en tarjetas
de contacto, no contacto y de interfaz-dual. Este tipo de
tarjetas son las que se conocen como tarjetas
inteligentes.

Hay dos tipos básicos de interfaz de tarjetas con
circuito integrado: las de contacto y las de no contacto. El que
sea de contacto o no de contacto se refiere al suministro de
corriente y bajo que esquema son transferidos los datos de la
tarjeta al dispositivo lector y viceversa. Las tarjetas pueden
tener los dos tipos de chips (llamadas hibridas) o que usan una
chip de interfaz dual llamado tarjetas "combi".

Tarjeta Inteligente de Contacto. Estas tarjetas
requieren ser insertadas en un lector de tarjeta inteligente con
una conexión directa a un micromódulo conductivo en
la superficie de la tarjeta.

Figura 6. Tarjeta Inteligente de
contacto

Tarjeta Inteligente de no contacto. Estas
tarjetas deben estar ubicadas cerca del lector (generalmente no
superior a 10 centímetros) para que se realice el
intercambio de información. El intercambio de
información se realiza con ondas de radio frecuencia,
esta comunicación se logra con una antena interna tanto en
la tarjeta como en el lector.

Figura 7. Tarjeta Inteligente de no
contacto

Tarjeta Inteligente Híbrida. Estas
tarjetas contienen dos chips en las tarjetas, una que soporta la
interfaz de contacto y otra que soporta la interfaz de no
contacto. Por lo general los chips contenidos en la tarjeta no
están conectados entre sí.

Tarjeta Inteligente de interfaz dual. Estas
tarjetas contienen un solo chip que soporta los dos tipos de
interfaz, los de contacto y los de no contacto, permitiendo el
acceso a la información por cualquiera de las dos
vías.

TIPOS DE MEMORIAS USADAS EN LAS TARJETAS
INTELIGENTES

Memoria de sólo lectura – ROM. Contiene el
sistema operativo del circuito integrado. El sistema operativo o
el juego de comandos controla todas las comunicaciones
entre el chip el dispositivo lector. El sistema operativo
controla el acceso a los archivos del sistema o applets. La
memoria es escrita durante su producción por el productor manufacturero y
una vez escrito, no puede ser alterado.

Memoria de sólo lectura programable y borrable
– EEPROM. Es una memoria no volátil y es memoria
lectura/escritura para el almacenamiento de
datos. El acceso a la memoria EEPROM es controlado por el sistema
operativo del circuito integrado. La memoria puede contener 128
Kbytes de memoria con el potencial para más de 256
Kbytes.

La memoria puede contener datos como el numero de
identificación personal (PIN)
que solo puede ser acezado por el sistema operativo, otros datos,
como el numero serial de la tarjeta, pueden ser escritos en la
memoria EEPROM durante su fabricación. EEPROM es
típicamente usado para aplicaciones de datos y para
ciertas funciones
filtradas. La mayoría de las memorias EEPROM son usadas
para almacenar datas como registros
biométricos, datos financieros, tarjetas de pago,
información demográfica y registro de
transacciones. La memoria puede ser programada o borrada de
decenas hasta cientos de miles de veces.

Memoria de acceso aleatoria – RAM. Es una memoria
volátil, usada para almacenamiento temporal de registros
por el microcontrolador.

Memoria RAM
ferroeléctrica – FRAM (También llamada Fe-RAM).
Es otro tipo de memoria no volátil. Esta memoria puede
leer datos cientos de veces más rápido a bajo
voltaje. Esta memoria combina la velocidad de
lectura y escritura de una memoria dinámica RAM con la de almacenar datos
cuando se apaga la fuente de
poder. Como es una memoria rápida con bajos
requerimientos de poder, tiene muchas aplicaciones en
dispositivos de pequeños consumidores. FRAM es más
veloz que una memoria flash. Se espera
que remplace las memorias EEPROM y SRAM para algunas aplicaciones
y tiene el potencial para convertirse en una componente clave en
aplicaciones inalámbricas futuras.

Memorias Flash. Es un tipo de memoria
permanentemente energizada, no volátil que puede ser
borrada y reprogramada en unidades de memoria llamadas bloques.
Las memorias flash son menos costosas que las memorias EEPROM,
pero no puede ser programada y borrada tantas veces y por lo
general no puede programarse o borrarse bytes sencillos de
memoria.

SELECCIÓN DE UNA TARJETA
INTELIGENTE

Las tarjetas inteligentes son más costosas y
complejas que otras tecnologías usadas para la
identificación de personas. Sin embargo las tarjetas
inteligentes tienen capacidades especificas que otras
tecnologías no proveen, incluyendo características
de seguridad que evitan el robo de identidad.
Durante la selección
se debe determinar que características suministran
suficiente valor agregado para justificar el precio y el
costo de oportunidad asociado con la implementación. La
capacidad de la tarjeta es finita, aunque esta en
aumento.

Portabilidad. Las tarjetas con CI permiten
transportar la información a cualquier locación
física que
se desee. La tarjeta permite que la información se mueva
con el cliente entre los
proveedores.
La información puede ser acezada donde sea y cuando quiera
que sea necesario. Las tarjetas suministran distintos niveles de
seguridad que garantizan la integridad de los datos.

Las tarjetas están diseñadas para
administrar la protección de interceptaciones
ilícitas, modificación o sustitución. Las
tarjetas permiten el compartir información entre distintos
sistemas,
así como permite mover información entre
aplicaciones.

Autenticación de la Identidad / seguridad de
la información. Suministrando mecanismos para la
autenticación segura de identidad a través de
certificados digitales y/o plantillas biométricas. Cuando
una Las tarjetas con CI por si misma es usada para realizar la
verificación de identidad uno-a-uno en vez de a
través de un equipo externo, un mayor grado de
confidencialidad y seguridad de la verificación de la
credencial se logra.

Llenado automático de formularios. Las
tarjetas suministran la capacidad de llenar formularios con
datos que se llevan en la tarjeta, reduciendo la captura
redundante de datos.

Habilitador de multi-aplicaciones. Más de
una aplicación puede residir en la plataforma de la
tarjeta.

Actualización de aplicaciones. La construcción de las tarjetas con CI con
plataformas abiertas son dinámicas y nuevas aplicaciones e
incluso estructuras de
datos aún después de haber sido emitidas pueden ser
insertadas en las tarjetas.

Soporte para múltiples tecnologías.
Las tarjetas soportan diferentes tecnologías e interfaces.
Los chips pueden estar enveidos en tarjetas de proximidad y
pueden ser combinadas con otras tecnologías como banda
magnética y código
de barras. Tecnologías como infraestructura de llave
publica (PKI) o biométricos pueden ser adicionadas a las
funcionalidades de la tarjeta.

Arquitectura de Red. El siguiente diagrama es un
ejemplo conceptual de la arquitectura de
la red que se
requiere en un sistema que utilice tarjetas con circuito
integrado, la existencia o no de ciertos componentes de la red,
dependen de las necesidades específicas del
usuario.

Figura 8. Ejemplo conceptual de
arquitectura de red

CARACTERÍSTICAS TARJETA CON CIRCUITO
INTEGRADO DE CONTACTO

La norma ISO7816 estableció las
características que deben cumplir las tarjetas con
circuito integrado, en cuanto a las características
físicas de la tarjeta, dimensiones, ubicación de
los contactos, definición de los protocolos de
señales
eléctricas y su transmisión.

Figura 9. Tamaño mínimo del
contacto

Figura 10. Ubicación de los
contactos

Figura 11. Asignación de
contactos

Tabla 1. Asignación
Contactos

Convenciones:

Vih : Nivel de voltaje de entrada alto

Vil : Nivel de voltaje de entrada bajo

Vcc : Fuente de suministro de voltaje en Vcc

Vpp : Voltaje programado en Vpp

Voh : Nivel de voltaje de salida alto

Vol : Nivel de voltaje de salida bajo

tr : Tiempo de
levantamiento entre 10% y 90% de la amplitud de
señal

tf : Tiempo de caída entre 90% y 10% de la
amplitud de señal

Iih: Nivel alto de corriente de entrada

Iil : Nivel bajo de corriente de entrada

Icc: Suministro de corriente en Vcc

Ipp: Corriente de programación en Vpp

Ioh: Nivel alto de corriente de salida

Iol: Nivel bajo de corriente de salida

Cin: Capacitancia de entrada

Cout: Capacitancia de salida

Contacto 7 – Entrada/Salida (I/O)

Este contacto es usado como entrada (modo
recepción) o salida (modo transmisión) para
intercambio de datos, existen dos posibles estados para
I/O:

• marca o estado alto (estado Z), si la tarjeta y el
  dispositivo de interfaz están en modo recepción o
  si el estado es
  impuesto por
  el transmisor.
• Espacio o estado bajo (estado A), si este estado es
  impuesto por el transmisor

Cuando los dos finales de la línea están
en modo de recepción, la línea debe mantenerse en
estado Z, cuando los dos finales están en modo de
transmisión no-iguales, el estado de la línea debe
ser intermedio. Durante las operaciones, el
dispositivo de interfaz y la tarjeta no deben estar ambos en modo
de transmisión.

Tabla 2. Características Eléctricas de I/O
bajo condiciones normales de operación.

Contacto 6 – Vpp

Este contacto puede proporcionar el voltaje exigido para
programar o borrar la memoria no-volátil interior. Existen
dos posibles estados para Vpp; Estado ocioso y estado activo. Se
debe mantener el estado ocioso por el dispositivo de interfaz
hasta que el estado activo es requerido

Tabla 3. Características Eléctricas de Vpp
bajo condiciones normales de operación.

Levantamiento de tiempo de caída: 200m s máximo. La rata de cambio de Vpp
no debe exceder 2V/m s. El
máximo poder Vpp*Ipp no debe exceder 1.5W cuando el
periodo sobre cualquier periodo de 1s.

Contacto 3 – Reloj (CLK)

La frecuencia actual, entregada por el dispositivo de
interfaz en CLK, es designado igual por Fi la frecuencia inicial
durante la respuesta a reinicializar, o por el fs la frecuencia
subsiguiente durante la transmisión
subsiguiente.

El ciclo de trabajo para
operaciones asíncronas debe estar entre 45% y 55% del
periodo durante una operación estable. El cuidado se debe
tener cuando se cambian frecuencias (de fi a fs) para asegurarse
que el pulso no sea inferior al 45% del periodo más
corto.

Tabla 4. Características Eléctricas de CLK
bajo condiciones normales de operación.

Contacto 2 – Reinicializar (RST)

Tabla 5. Características Eléctricas de RST
bajo condiciones normales de operación.

Contacto 1 – Vcc

Este contacto es usado para suministrar el voltaje
Vcc

Tabla 6. Características Eléctricas de Vcc
bajo condiciones normales de operación.

Características Física de la
Tarjeta

La Norma ISO 7816
especifica las características físicas de tarjetas
de identificación incluso los materiales de
la tarjeta, la construcción, características, y
dimensiones para cuatro tamaños de tarjetas.

Esta Norma Internacional especifica los requisitos para
tarjetas usadas para la identificación. Tiene en la cuenta
ambos aspectos el humano y de la máquina y los requisitos
mínimos de los estados.

Las tarjetas flexibles delgadas no están dentro
del alcance de esta norma internacional.

Tipos de tarjetas:

ID-1 nominalmente 85,60 mm ancho por 53,98 mm
alto por 0,76 mm espesor

ID-2 nominalmente 105,00 mm ancho por 74,00 mm
alto por 0,76 mm espesor

ID-3 nominalmente 125,00 mm ancho por 88,00 mm
alto por 0,76 mm espesor

ID-000 nominalmente 25 mm ancho por 15 mm alto
por 0,76 mm espesor

Figura 12. Posicionamiento
del chip en la tarjeta inteligente

Nota 1: La definición del frente de la tarjeta es
tecnología
dependiente. Por ejemplo tarjetas que soportan contactos ICC o
relieve
siempre tienen esta tecnología en el frente de la tarjeta,
y la banda magnética siempre aparece en la parte de
atrás. No todas las tecnologías de tarjeta
necesitan definir el frente de la tarjeta.

Nota 2: Las tolerancias no pueden aplicarse a materiales
no-plásticos

Opacidad, tarjeta tamaño ID-1

Toda maquina lectora de tarjeta deberá tener una
densidad de
transmisión óptica
superior a 1.3 para el rango de 450nm a 950nm, y superior a 1.1
para el rango de 950nm a 1000nm en todas las áreas de la
tarjeta excepto en el área c y área d como se
muestra en la
figura. El área c y d deben ser ópticamente
transparentes y no tienen una densidad óptica de
transmisión especificada.

Nota 1: Esta característica es requerida para
aplicaciones en donde la presencia de la tarjeta es detectada por
su atenuación de luz transmitida
entre la fuente y el sensor.

Nota 2: no habrá ningún requisito de
opacidad para el rango de 450 nm-850 nm en la próxima
revisión de ISO/IEC 7810. Hasta entonces, es posible que
un número limitado de terminales no puedan detectar
tarjetas que tienen un rango más bajo que el especificado
en la frecuencia de rango de los 450 nm-850 nm.

Figura 13. Áreas en tarjetas de
tamaño ID-1 sin especificaciones de opacidad

Figura 14. Relación de
tamaño entre tarjetas ID-000 y ID-1

Figura 15. Límites
área de alivio

Nota: La tarjeta de tamaño ID-000 puede ser
asegurada a la tarjeta de tamaño ID-1 por algún
número de puentes o cuerdas alrededor del perímetro
de la tarjeta de tamaño ID-000 (3 es
común)

Nota: Capacidad de marco igual FSC+Marco ID+Dato+CRC,
Datos igual bytes por marco * byte por byte. Capacidad de Track
igual Marcos+FSC.

Tabla 7. Capacidad de datos en tarjetas

OPERACIÓN CON TARJETAS CON CIRCUITO
INTEGRADO

El diálogo
entre la tarjeta y el dispositivo de interfaz debe ser conducido
a través de los siguientes pasos:

• Conexión y activación de los contactos
  por la interfaz del dispositivo.
• Reinicializar la tarjeta.
• Respuesta al restablecimiento por la
  tarjeta.
• Intercambio subsiguiente de información entre
  la tarjeta y el dispositivo de interfaz.
• Desactivación de los contactos por la interfaz
  del dispositivo.

Nota: Un estado de activación Vpp no debe ser
suministrado y mantenido solo cuando lo requiere la
tarjeta.

Conexión y activación de
contactos

Los circuitos
eléctricos no deben ser activados hasta que los
contactos sean conectados a la interfaz del dispositivo para
evitar posibles daños a las tarjetas que se sometan al
estándar ISO 7816.

La activación de los contactos por la interfaz
del dispositivo debe seguir los siguientes pasos:

• Reinicializar (RST) está en estado
  L
• Vcc debe ser inicializado.
• Entrada/Salida (I/O) en la interfaz del dispositivo
  debe ponerse en modo de recepción.
• Vpp debe ser elevado a estado de reposo.
• Reloj (CLK) debe ser suministrado con un reloj
  equipado y estable.

Reinicializar la tarjeta

Un restablecimiento de tarjeta es inicializado por la
interfaz del dispositivo, donde la tarjeta debe
responder:

Transmisión asíncrona: Los caracteres son
transmitidos en la línea I/O en modo halfduplex
asíncrono. Cada carácter incluye un byte de 8
bits.

Transmisión síncrona: Una serie de bits
son transmitidos en la línea I/O en modo halfduplex en
sincronización con la señal del reloj en
CLK

Para el final de la activación de los contactos
(RST es en L, Vcc inicializado y estable, I/O en modo de
recepción en la interfaz del dispositivo, Vpp estable y en
nivel de reposo, CLK entregado con un reloj equipado y estable),
la respuesta asíncrona de la tarjeta esta lista para
reinicializar.

La señal del reloj se aplica a CLK en el momento
T0. La línea I/O se declarará al estado Z dentro de
200 ciclos de reloj de la señal del reloj (t2) aplicado al
CLK (tiempo t2 después de T0).

Una tarjeta con un reinicializar activo bajo es
restablecido manteniendo RST en estado L por al menos 40000
ciclos de reloj (t3) después de que la señal de
reloj es aplicada en CLK (tiempo t3 después de T0).
Así si no se recibe respuesta para el inicio del
restablecimiento antes de los 40000 ciclos del reloj (t3) con RST
en estado L, RST será puesto en estado H (en tiempo T1).
La respuesta a reinicializar en I/O debe empezar entre 400 y
40000 ciclos de reloj (t1) después de que el borde
creciente de la señal en RST (tiempo t1 después de
T1).

Si la respuesta al restablecimiento no empieza dentro de
los 40000 ciclos de reloj (t3) con RST en estado H (t3
después de T1), la señal en RST debe retornar a
estado L (en tiempo T2) y los contactos deben desactivarse por la
interfaz del dispositivo

Figura 16. Restablecimiento de la
tarjeta

Con una tarjeta respondiendo sincrónicamente, el
dispositivo de interfaz pone todas las líneas en estado L.
Vcc es energizado, Vpp se pone en estado de reposo, CLK y RST
permanecen en estado L, I/O es puesto en estado de
recepción en la interfaz del dispositivo, RST debe
mantenerse en estado H por al menos 50m s (t12), antes de regresar al estado L
nuevamente.

El pulso del reloj es aplicado después de un
intervalo (t10) del levantamiento del borde de la señal de
restablecimiento. La duración del estado H del pulso del
reloj puede tener cualquier valor entre 10m s y 50m s; no
más de un pulso de reloj durante el restablecimiento en
alto pude ser permitido. El intervalo de tiempo entre la
caída del borde en CLK y RST es t11.

El primer bit de dato es obtenido como una respuesta al
restablecimiento en I/O cuando CLK esta en estado L y es valido
después del intervalo t13 de la caída del borde en
RST.

Figura 17. Restablecimiento de la tarjeta
cuando una respuesta síncrona es esperada

Nota:

2. El estado interno de la tarjeta se asume que no esta
   definido antes del restablecimiento.
3. En orden a continuar el dialogo con
   la tarjeta, RST debe mantenerse en el estado donde una
   respuesta en I/O ocurra.
4. El restablecimiento de la tarjeta se puede
   inicializar por el dispositivo de interfaz a su
   discreción en cualquier momento.
5. Dispositivos de interfaz pueden soportar una o
   más de estos tipos de comportamiento de restablecimiento.

Desactivación de contactos

Cuando el intercambio de información es terminado
o abortado, los contactos eléctricos deben ser
desactivados.

La desactivación por el dispositivo de interfaz
debe consistir en una serie de operaciones
consecutivas.

• Estado L en RST
• Estado L en CLK
• Vpp inactivo
• Estado A en I/O
• Vcc inactivo

Respuesta a reinicializar

Hay dos tipos de transmisiones consideradas

Transmisión asíncrona: Los caracteres son
transmitidos en la línea I/O en modo halfduplex
asíncrono. Cada carácter incluye un byte de 8
bits.

Transmisión síncrona: Una serie de bits
son transmitidos en la línea I/O en modo halfduplex en
sincronización con la señal del reloj en
CLK

Respuesta a un restablecimiento de transmisión
asíncrona

Duración de bit: La duración nominal de
bit usado en I/O es definido como una unidad de tiempo elemental
(etu).

Para tarjetas que tienen reloj interno, el etu inicial
es 1/9600 s.

Para tarjetas que usan reloj externo, hay una
relación lineal entre la etu usada en I/O y el periodo
suministrado por la interfaz de dispositivo en CLK.

La etu inicial es 372/fi s donde fi es en
Hertz.

La frecuencia inicial fi es suministrada por la interfaz
del dispositivo en CLK durante la respuesta a
reinicializar.

En orden para leer el carácter inicial (TS),
todas las tarjetas deben inicialmente ser operadas con fi en el
rango de 1MHz a 5 MHz.

Marco del carácter durante la respuesta a
reinicializar: Antes de la transmisión de un
carácter, I/O debe estar en estado Z.

Un carácter esta compuesto por 10 bits
consecutivos:

• Un bit inicial en estado A
• Ocho bits de información, designados ba a bh y
  llevando un byte de datos
• Un décimo bit bi usado para verificar la
  paridad.