KR100826731B1 - 멀티포트카드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ISO 7816 형태의 8개 접점의 로제트와 한개 이상의 표준 양방향 채널을 포함하는 기존 스마트카드에 관한 것이다. 이 표준 양방향 채널을 통해 500 Kbit/sec의 속도에서 데이터 교환이 가능하다. 수 Mb의 정보 처리를 필요로하는 환경에서 이러한 카드를 이용하기 위해, 표준 양방향 채널의 비사용 접점에 링크되는 고속 시리즈 채널을 이 카드에 추가하고 여러개의 코딩/디코딩 모듈과 멀티플렉싱 모듈(MUX)이 링크되는 제 2 버스(HSD)의 포맷을 형성한다. 이 모듈들은 카드의 기존 버스에 또한 링크된다.

Description

멀티포트카드{MULTIPORT CARD}

본 발명은 스마트카드에 관한 것으로서, 특히, ISO 7816 형태의 스마트카드에 관한 것이다.

이 카드들은 메모리, 마이크로프로세서, 모뎀같이 다수의 전자식 부품을 포함하는 소형 모듈 형태로 제시된다. 기술이 급속히 발전함에 따라, 대형 시스템용으로 예약해두었던 성능들이 이제부터는 스마트카드로 구현된다.

ISO 7816 표준은 8개 접점의 로제트를 이용하여 실행되는 이러한 카드의 인터페이스를 규정하며, 그 기능들이 이 표준에 의해 규정된다.

이러한 카드의 개념은 이 데이터의 보호에 관해 대단한 보안성을 제공하는 휴대용 데이터 장치의 필요성에 의해 제시되었다. 그 구조와는 별도로, 이 데이터 장치들은 소량의 입력/출력을 필요로하는 처리 및 저장 환경에 이용된다. 실제로, ISO 7816 표준에 따르면, 해프-듀플렉스 모드에서 양방향 모드로 이 기능을 위해 단 하나의 연결만이 사용된다.

이 방식으로, 이 카드들의 전개는 고속 데이터 처리가 다른 장치에서 실행되면서 환경을 제어하는 데 그 용도를 제한하는 이 구조에 의해 제한된다.

이는 특히 페이-TV(pay-TV)의 경우 그러하다. 이 경우에는 신호들이 시간에 따라 변하는 키에 의해 코딩된다. 디코더에 도달하는 오디오/비디오 데이터의 흐름에는 암호화된 형태로 키를 내장하는 관리 메시지(EMM)가 추가된다. 이러한 메시지가 인식되면, 보안 모듈로 작용하는 스마트카드로 전달된다.

본 실시예에서, 스마트카드는 여러 다른 키들을 내장하며, 이 키를 이용하여 이 메시지들을 해역할 수 있고 가입자가 이 데이터를 볼 권리를 가지고 있는 지를 확인할 수 있다. 가입자에게 권리가 있다면, 카드는 그 정보를 디코더에 전송하여 코딩된 데이터를 디코딩시킨다.

이 방법은 여러 가지 단점을 가진다. 첫 번째는 보안 요소로 간주되지 않는 디코더에 암호화없이 키를 공급하여야 한다는 점이다. 이는 키가 규칙적인 간격, 가령 매초마다 변경되는 이유이기도 하다. 이 구조가 여러 측면에서 만족스럽지만, 데이터 저장의 경우처럼 다른 환경에서는 실제적인 문제가 된다. 이러한 종류의 환경에서, 키의 유효 구간 표시가 사라지고, 스마트카드만이 디코딩할 수 있는 키인 코딩된 데이터에 관련된다.

디코더, 본 예에서 컴퓨터에 키를 공급하는 것은 제 3 자에게 키를 뺏길 수 있고 제어되지 않는 상태에서 공개될 위험성을 내포한다.

이 문제를 해결하기 위해, 가능한 해법은 스마트카드 내부에서 직접 데이터를 디코딩하는 것이다. 이 방식에서는 코딩 키가 카드를 떠나지 않는다. 왜냐하면 이 키는 코딩된 데이터 처리를 위해 카드 내부에서 직접 사용되기 때문이다.

이 종류의 이용은 입출력 포트가 10~100 Kbit/sec의 전송율을 가지는 카드 ISO 7816의 물리적 제약에 직면한다.

ISO 14443 형태의 비접촉식 카드를 이용할 때 같은 형태의 문제가 발생한다. 그 전송율은 106~425 Kbit/sec이다.

이 카드의 어떠한 구조적 수정은 ISO 7816 및 ISO 14443 표준의 판독기와의 호환성 문제에 직면하게 된다.

본 발명의 목적은 기존 카드 판독기와의 호환성을 유지하면서도 다른 서비스를 제공하는, 즉, 데이터 전송율에 의해 요구되는 속도로 카드 내부에서 코딩된 데이터를 디코딩하는 서비스를 제공하는 스마트카드를 제작하는 것이다.

이 목적은, 비사용 접점에 링크되는 고속 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 8개 접점의 ISO 7816 표준의 로제트와, 한개 이상의 표준 양방향 채널을 가지는 스마트카드에 의해 달성된다.

비사용 접점이란 표준에 의해 특정 기능을 가지지 않는 접점이나, 현재의 카드 생성시 더 이상 사용되지 않는 접점을 의미한다.

이 범주에서, 5V보다 큰 전압(대략 12V~21V)을 비휘발성 메모리에 공급하는 접점 Vpp와 두 접점 RFU(Reserved for Future Use)을 이해하여야 한다. NVRAM, EEPROM, FLASH같은 새 기술의 비휘발성 메모리가 개발됨에 따라, 이 전압은 카드 자체에서 발생되며, 이 접점은 이제 더 이상 사용되지 않는다.

이 여분 라인을 이용할 수 있는 덕분에, ISO 7816 표준에 사용되는 것과는 다른 프로토콜을 규정할 수 있고, 따라서 다른 분야에 문호를 연다.

이 접점들이 가용해짐에 따라, 클럭 라인(CLK), 입력 라인(IN), 그리고 출력 라인(OUT)에 고속 링크를 구현할 수 있다. 입/출력 라인에 의해 양방향으로 기능하는 표준 채널에 의해서처럼 카드의 여러 다른 접근 채널을 함께 이용할 수 있다. 이 고속 채널은 고속 코딩-디코딩 모듈처럼 기존 기능에다가 새 기능을 추가한다.

이 고속 채널을 이용하면 카드 구조에 영향이 있다. 이제부터는 전부 카드 내부에서 실행되는 디코딩(또는 코딩) 모듈을 제시하는 것이 가능하다. 이를 위해, 고속 채널을 통해 도달하는 데이터는 전용 디코딩 모듈을 향해 보내진다. 실제로, 이 데이터들은 마이크로프로세서를 통과할 필요가 없고, 내부 고속 버스에 의해 전용 디코딩 모듈까지 직접 이동할 수 있다.

이를 위해, 발명에 따르는 스마트카드는 고속 채널과 한개 이상의 전용 모듈 사이에서 직접 접근을 가능하게 하는 멀티플렉싱 수단을 포함한다. 이 수단은 필요할 경우 고속 채널 흐름을 마이크로프로세서를 향하도록 하게 할 수도 있다. 일부 마이크로프로세서들이 수Mb/s 속도에서 데이터를 처리할 수 없을 경우, 좀더 발전된 다른 버전들이 이 처리를 가능하게 할 수 있고, 어떤 전용 모듈로 대체할 수 있다. 따라서, 마이크로프로세서는 소프트웨어에 의해, 전자회로(논프로그래머블) 덕택에 수학적 연산을 실행하는 전용 모듈에서 치환될 수 있을 것이다.

발명에 따라, 멀티플렉싱 수단은 여러 전용 모듈을 직렬화(serialize)할 수 있다. 발명에 따르는 카드는 코딩 모듈을 향하여 출력되는 제 1 데이터 압축 모듈을 포함할 수 있다.

고속 채널의 바이어스에 의한 데이터 처리 중, 나머지 통신 수단은 여전히 가용하다. 특히, ISO 7816 표준의 입출력 링크나 ISO 14443 표준의 비접점 링크는 여전히 가용하다. 따라서, 이 수단들을 이용하여 제어 정보를 전달할 수 있다. 이때 이 제어 정보는 디코딩 모듈의 매개변수나 이 매개변수들에 부착된 권리같은 카드의 관리 정보 전송에 사용된다.

발명에 따라, 멀티플렉싱 수단은 데이터 흐름으로부터 어떤 종류의 데이터를 분리시키기 위해 추출 및 주입 수단을 포함한다. 페이 TV용 수치 데이터 흐름은 오디오나 비디오같은 유용한 데이터와 제어 데이터를 포함한다. 이 흐름이 고속 채널을 향할 때, 여러 관리 정보뿐 아니라 디코딩 키 상에 정보를 내장하는 제어 데이터를 추출할 필요가 있다.

이 추출 및 주입 모듈은 마이크로프로세서에 의해 주문되며, 메시지가 인지 기준에 대응할 경우 이 메시지는 마이크로프로세서를 향해 전달된다.

이러한 카드에 의해 처리되는 데이터는 일반적으로 블록으로 조직된다. 각각의 블록은 블록 식별자에 의해 시작되고, 상기 블록에 내장된 정보 종류를 설명한다.

역기능, 즉 데이터의 코딩에서, 이 모듈은 고속 버스로부터 도달하는 흐름에 제어 데이터를 삽입할 수 있다. 이 제어 데이터들은 중앙 유닛에 의해 발생되어, 예를 들어 데이터 흐름을 인증하고 코딩된 형태로 제어 워드를 전송하며, 또는 이동경로 및 상태 정보를 전달할 수 있다. 이 측면에서, 이 추출 및 주입 모듈은 고속 버스로부터 유입되는 데이터 블록과 중앙 유닛으로부터 유입되는 데이터 블록을 수신하는 버퍼 메모리를 포함한다. 버퍼 메모리가 제어 데이터의 블록을 내장할 경우, 고속 버스로부터 유입되는 데이터 블록의 마지막에서 제어 데이터 블록이 흐름 에 삽입된다. 이 흐름은 정형 모듈을 향해 전송되어 고속 출력 포트를 향한다.

이 구조 덕분에, 데이터 보안성을 크게 증가시키는 방식으로 스마트카드 내부에서 모든 흐름을 처리할 수 있다. 제어 워드같은 관리 정보를 포함하는 카드 내부에 코딩된/디코딩된 데이터의 완전한 흐름을 생성하는 것이 또한 가능하다.

한 실시예에 따라, 고속 채널은 USB(Universal Serial Bus) 표준을 따른다. 이 인터페이스의 특징은 신호들이 두개의 접점을 이용하는 것으로서 하나는 유입 데이터용(IN)이고, 다른 하나는 출력 데이터용(OUT)이다.

발명에 따르는 스마트카드는 프로토콜 감지 모듈을 포함하며, 이 모듈은 스마트카드를 USB 프로토콜에 적응시키고 클럭 재생성 등에 의해 스마트카드의 내부 프로토콜에서 이를 변환시킨다.

도 1은 발명에 따르는 스마트카드와 스마트카드 판독기의 구조도.

도 1에는 공지기술에 따른 두 종류의 링크가 존재한다. 즉, 갈바닉 링크(A)와 비접촉 링크(B)가 존재한다. 공지 카드들은 일반적으로 이 링크들 중 하나만을 포함하지만, 이러한 카드를 제작하는 것이 호환성 이유 때문에 가능하다.

입출력 링크는 버퍼 메모리(BUF)와 결합되는 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)를 향해 전달된다. UART에 도착하는 신호들은 잡음 및 그 외 다른 간섭을 제거하기 위해 포맷을 따르게 되고 여파된다. 버퍼 메모리(BUF)는 마이크로프로세서에 의해 처리되기 전에 유입 데이터를 저장하는 데 사용된다.

비접촉 채널(B)에 의해 비슷한 처리과정이 실행된다. 판독기에서 방출되는 신호들은 이와 동시에 카드에 공급된다. 이는 카드(20) 안테나가 4배 함수를 가지는 이유이다. 즉, 카드와 판독기 사이에서 데이터를 송수신하고, 마이크로프로세서에 대한 클럭을 제공하며, 그리고 카드를 공급한다. 공급 모듈(SPL)은 고주파 반송파를 카드가 이용가능한 전압으로 변환한다. 이 모듈 위에는 모뎀같이 변조된 신호의 정형 모듈이 있다.

이에 따라 얻어지는 전압은, 특히 여러 공급 소스가 가용할 때, 공급 소스의 선택에 책임이 있는 공급 관리 모듈 PWRM에 전달된다. 카드가 판독기에 의해 갈바닉 방식으로 공급되는 실시예에서, 공급 관리 모듈(PWR)은 판독기로부터 유입되는 갈바닉 전류를 주로 선택한다. 이 규칙적인 전압 VP는 카드의 구성요소에 분산된다.

UART에 의해 디코딩되는 정보는 도면에서 굵은 실선으로 표시되는 표준 버스(STB) 상에서 접근가능하다. 이 버스는 관리 콘트롤러로 중앙 유닛(CPU)과 자신들 사이에서 모든 모듈을 링크하게 한다. 그 메모리 필요성에 따라, 카드는 프로그램 메모리(ROM, NVRAM), 작업 메모리(RAM), 그리고 저장 메모리(NVRAM)로 구성되는 메모리 어셈블리(MEM)를 가진다. 여러 종류의 이 메모리들은 메모리 관리자(MM)에 의해 관리될 수 있다. 이 모듈은 여러 다른 메모리에 대한 접근 권리의 관리를 또한 포함한다.

발명에 따르는 카드는 도면에서 점선으로 표시되는 제 2 고속 버스(HSB)를 포함한다. 이 HSB 버스는 병렬 형태나 직렬 형태이며, Mb/s 이상의 속도를 제공한 다. 이 버스에 연결된 모듈들은 초기화값, 키, 그리고 그 외 다른 주문 정보의 전송을 위해 표준 버스 상에 연결된다. 고속 HSB 버스에는 여러 다른 지원 프로토콜에 따르는 전용 코딩/디코딩 모듈들이 연결된다. 이 방식으로, IDEA, DES, 트리플-DES, 해시, 또는 AES-형 모듈들을 예상할 수 있다. 더욱이, 압축/압축해제 모듈같은 다른 전용 모듈도 필요에 따라 추가될 수 있다.

FPLA(Field Programmable Logic Array) 기술을 이용한 모듈은 미래 코딩 알고리즘의 동작을 프로그래밍하게 한다. 중앙 유닛 CPU는 정보의 코딩이나 그 외 다른 기능에 필요한 동작을 실행하도록 이 모듈을 설정할 수 있다. 이 종류의 모듈은 일반적으로, 단일 기능 블록(가령, 시프팅 레지스터, XOR)을 배열하며, 이는 선택된 복소 함수를 실행할 필요성에 따라 연결된다.

발명의 중요한 태양은 고속 채널을 구성하는 요소들에 의해 표시된다. 제 1 프로토콜 감지 모듈 DP는 신호의 포맷을 형성하고 사용된 프로토콜을 인식하는 기능을 한다. 신호들은 세 배선과의 도기화된 버스 시리즈 상에서(한 예임) 내부 프로토콜에 따라 변환된다. 이 모듈은 외부 인터페이스에 대해 규정된 표준에 적응하는 기능을 한다. 프로토콜 감지는 자동적으로 실행된다. 예를 들어, 사용되는 전송 주파수나 클럭 신호의 유무에 따라 실행된다.

신호들이 공지 프로토콜에 따라 포맷 형성되면, 신호들은 멀티플렉서 MUX를 향하게 된다. 이 모듈은 필요에 따라 타겟 모듈에 신호들을 보낼 수 있다. 중앙 유닛 CPU는 IDEA 코딩 모듈을 향해 고속 채널의 신호를 전송하도록 멀티플렉서를 설정할 수 있다(한 예임). 흐름이 진행중일 때, 추출 및 주입 모듈 FF는 데이터를 분 석하고, 프로그래밍된 기준에 응답하는 데이터를 추출한다. 인식 기준이 충족될 경우, 추출 및 주입 모듈 FF에 의해 인터럽션이 발생하여, 이 데이터들의 가용성을 중앙 유닛 CPU에 알린다.

멀티플렉서 MUX 모듈은 데이터 흐름 처리 용량이 충분할 경우 중앙 유닛 CPU를 향해 데이터를 전송할 수 있다. 타겟 모듈이 처리할 수 있기 전에 임시로 데이터를 저장하는 버퍼 메모리를 MUX 모듈 내에 통합하는 것도 역시 가능하다.

상술한 바와 같이, 추출 및 주입 모듈 FF는 양방향으로 기능하고, 고속 채널을 통해 제어 블록을 삽입하게 한다.

이 종류의 카드가 내부 클럭 제너레이터를 가지지 않으나, 이는 카드 판독기로부터 유입되는 클럭 신호에 따라 좌우된다는 것이 알려져 있다. 우리의 경우에, 세 개의 클럭 소스가 가능하다. ISO 7816 표준에 따르는 기존의 입력 CLK, 비접촉 전송으로부터 추출되는 C1 클럭, 또는 고속 버스 C2에 동반되는 클럭이 그것들이다. 클럭 관리 모듈 CLKMM은 이 소스들을 관리하며, 클럭 펄스를 카드가 수신하는 것을 보장한다. 이 모듈은 필요에 따라 주파수를 증분하거나 분할하는 수단을 또한 포함한다. 이 모듈은 필요에 따라 여러 클럭 펄스 신호들을 생성할 수 있다. 가령, 중앙 유닛 CPU에 대한 제 1 주파수와 고속 모듈(DVD, PKC, IDEA)에 대한 제 2 주파수를 생성할 수 있다.

여러 다른 클럭 소스의 관리는 수직구조로 규정된 기준에 따른다. 우선순위는 ISO 7816(CLK), 비접촉 소스 ISO 14463(C1), 그리고 마지막으로 고속 채널 소스(C2)이다.

본 발명은 고속 채널에 의해 스마트카드와 통신하기 위한 수단을 포함하는 카드 판독기에 또한 관련된다.

이 판독기는 다양한 종류의 카드에 적응할 수 있어야 한다. 컴퓨터를 향한 판독기의 인터페이스는 데이터의 고속 전송을 가능하게 하는 USB이다. 스마트카드는 프로토콜을 지원하지 않을 수 있고, 세 배선 연결(IN, OUT, CLOCK)을 필요로 할 수 있다. 이 경우에, 판독기는 표준 USB에 응답하는 신호를 카드가 수용할 수 있는 프로토콜로 변환하게 하는 인터페이스를 포함한다. 카드 종류 식별, 그리고 통신 용량 식별은 표준에 규정된 전통적 채널에 의해 실행된다. 이 채널들은 ISO 7816 형태(갈바닉 채널)일 수도 있고, ISO 14443 형태(전자기식 채널)일 수도 있다.

판독기의 특정 실시예에 따라, 추출 및 주입 모듈 FF가 판독기 내부에 위치한다. 이 방식으로, 모든 흐름은 USB 인터페이스같은 고속 채널에 의해 도달할 수 있고, 본 판독기에서는, 관리 메시지를 인지할 것이다. 관리 메시지는 전통적 채널에 의해 스마트카드로 전달될 것이다.

Claims (6)

1. 디코딩 모듈, 제 1 버스(STB)에 링크된 중앙 유닛(CPU), 한개 이상의 표준 양방향 채널, 그리고 표준 양방향 채널의 비사용 접점에 링크된 고속 시리즈 채널을 포함하는 ISO 7816-계열의 8개의 접점의 로제트를 포함하는 스마트카드로서,

   고속 시리즈 채널은 제 2 버스(HSB)에 연결되고, 스마트카드는 제 2 버스(HSB)에 의해 링크되는 다수의 코딩-디코딩 모듈과 멀티플렉싱 모듈(MUX)을 포함하며, 상기 코딩-디코딩 모듈 및 멀티플렉싱 모듈(MUX)은 제 1 버스(STB)에 마찬가지로 링크되는 것을 특징으로 하는 스마트카드.
2. 제 1 항에 있어서, 이 코딩-디코딩 모듈은 IDEA, 또는 AES, 또는 해시(Hash), 또는 DES, 또는 트리플 DES인 것을 특징으로 하는 스마트카드.
3. 제 1 항에 있어서, 멀티플렉싱 모듈(MUX)은 별 형태(star configuration)로 연결되고 여러 코딩-디코딩 모듈을 직렬화(serialize)시키는 것을 특징으로 하는 스마트카드.
4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 스마트카드는 고속 채널의 데이터를 수신하여 이를 지정된 값과 비교하고 인식된 데이터를 중앙 유닛(CPU)에 전송하는 역할을 하는 추출 및 주입 모듈(FF)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트카 드.
5. 제 4 항에 있어서, 추출 및 주입 모듈(FF)은 제어 데이터의 입력부와 버퍼 메모리를 포함하여 고속 버스(HSB)로부터 유입되는 데이터 흐름에 이 데이터들을 삽입하게 하는 것을 특징으로 하는 스마트카드.
6. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 표준 양방향 채널이 ISO 14443 규약을 따르는 비접촉식 채널인 것을 특징으로 하는 스마트카드.

Images