IC卡预付费电度表的**及防范技术

摘   要：IC卡预付费电度表因其技术成熟、批生产质量稳定、可以预先收费等优点，在**得到了广泛的应用。但在产品的开发及应用实践中，我们发现了众多的IC卡预付费电度表**问题。        IC卡预付费电度表因其技术成熟、批生产质量稳定、可以预先收费等优点，在**得到了广泛的应用。我公司也在北京供电局的指导下，积极参予了IC卡预付费电度表的开发和批量生产。但在产品的开发及应用实践中，我们发现了众多的IC卡预付费电度表**问题。经过一年多时间的努力，我们逐步深入认识并逐步进行解决，现己取得了较好的结果。现将我们所做的工作向各位报告如下：  

一、IC卡预付费电度表存在的主要**问题  

        在产品的开发及应用实践中，我们发现IC卡预付费电度表存在如下几类**问题：a）卡内数据的**性问题。普通存贮卡数据虽经加密运算处理，但由于IC卡预付费电度表内的单片机要完成大量的实时工作，固而无力对数据进行较复杂的加密工作。再加上普通存贮卡电表不易实现一表一卡，加密一但泄露或破译，伪卡将会出现而给供电部门造成巨大经济损失。逻辑加密卡虽能实现一表一卡，使系统不出现**崩溃的结果，但从卡口上接一记忆示波器，可轻易获得各卡密钥而达到单表偷电的目的。而且上述两种卡的初始化卡及生产用卡构成格式一但泄露或破译，将会无需买卡而用电（将表转回生产状态，在生产状态下用电）。这些都将会给供电部门造成巨大经济损失。b）卡表内单片机程序被读出而导致加密要素被黑客所知问题。很多表厂由于工期紧或生产不稳定，卡表内单片机使用0TP类型来现场烧录。而很多单片机由于在烧录过程中要比较，固而其程序机器码可以读出。通过反汇编可以得到源程序，通过分折源程序，可以误出偷电和制作伪卡的方法。c）卡表电子模块的抗干扰能力较差问题。卡表电子模块若电压变化的适应能力较差（例如短时低压造成死机而电压恢复后不正常工作）、抗电源传来的干扰能力差（例如电子整流器、负离子发生器、**紫外灯、带开关电源的设备、微波炉或大负载通断等）、抗外界干扰能力差（例如电表附近有电焊、冲击电钻、强发射电台、手机等工作）而出现死机而又不关断用户电源，则用户将不买卡而用电，从而造成无意识偷电。d）卡表防不留痕迹的恶意攻击的问题。根据推测和介绍，恶意攻击者将会采取在卡座中抵插入金属片使卡座有关电路短路、用金属钩使某些结点短路、外加交流220V烧坏主IC、外加直流电压烧坏电子模块电源、外加静电高压（例如用煤气点火气、**）使主IC死机等方法使电表不留痕迹的破坏而达到偷电的目的。  

       综上所述，IC卡预付费电度表的**状况非常严重，苦不解决上述问题并采取相应防范措施，IC卡预付费电度表的推广及应用将面临极大困难，勉强使用，也难保不会给国家造成巨大损失。   

二、确保卡内数据**及防止单片机程序被读的方法  

        为了彻底解决卡内数据的**，我们在北京供电局一户一表中心的指导下，按照《北京供电局一户一表实施规范》的要求，使用了SAM 机制来构成卡表的基本**机制，并使用西门子的CPU卡作为用户卡，其卡的**水平达到了金融级。其基本原理是：SAM模块和CPU卡（均由供电局统一提供）互成一对，双向相互进行认证（内部认证、外部认证），并采用对随机数进行加密的方法来进行密钥的确认，加上卡口的输出数均为密文等严密的**措施确保了卡内密钥无法获得和破译、卡内数据无法进行非法修改。我使用的CPU卡的**性得到了人民银行总行的确认，所使用的SAM机制亦是人民银行总行首推的**机制。至今，使用我们相同方案的IC卡，国内外均无一例被破译和复制的报告。   

       为确保卡表的**，北京规标不设初始化卡。各生产厂家生产的电表，出厂前均使用供电局提供的更改密钥卡进行密钥更改，密钥更改后（对表中的SAM模块进行），除非同时掌握供电局和银行分别控制的四组密钥，方能将电表转回生产状态。否则，其营运状态不可逆转。如此彻底解决上述的初始化卡导致的问题。  

       另外，在电表的单片机选型中，我们选用法国ST公司的ST62系列芯片。该系列芯片的0TP在烧录并校验完程序后，可将外部读写线烧断，使该芯片永远无法读出内藏的单片机程序，从而杜绝了破译与作伪。即使从其它渠道掌握了源程序，但由于电表中有关密钥部伤仍在SAM模块中（该模块由供电局提供并出厂前更换密钥），破译者也无法获得密钥。  

       因此我们认为，我们电表的数据**性是非常可靠的，即使是专业高手使用大型计算机，也无法做到通过卡片窃电。  

三、提高卡表电子模块的抗干扰能力的主要途径  

       在我们的卡表设计中，我们选用国外用于机床控制、其抗干扰能为工业二级（其管脚点抗干扰能力比一般工业芯片高5倍）的ST62系列单片机，以确保电子模块的基本抗干扰能力。另外，我们使用了国际上*先进的镜象干扰抑制法以除掉共模干扰、多重网路滤波去掉其它干扰、软件狗及硬件狗自动去除死机、片内EEPRC0M防止数据丢失、安规电容去除瞬间高压脉冲等多种综合技术再加上精心布板、多种干扰模拟等方法确保了电子模块的高抗干扰能力。  

       产品设计成功后，我们将抽样样表送权威部门检测，其抗扰能力大大高于IEC标准。例如，快速脉冲群可抗到6000V、静电可抗到16KV、注射干扰可抗至5V／m在实际使用中，也从未发现过由于自然和人为干扰而造成电表死机的事件。  

四、提高卡表电子模块的抗攻击能力的方法  

        在低成本实现抗恶意攻击卡口技术方面，我们在日本某公司的帮助下，成功的开发出售价仅人民币数元的四通道、五通道抗攻击模块。该模块装入外卡口到单片机管脚之间（含电源），若由外卡口任一引线之间加入AC不超过600V、 DC不超过2500V、静电不超过30000V（模块有吸收静电能量的功能）的各种电攻击，模块在不超过0.1ms内将电攻击隔离，当电攻击撤消后，外卡口到单片机管脚之间通道重新开通。经日方充许，该技术我们己在国家**局成功申请了**，并投入了大批量使用。  

       抗攻击模块的开发成功，使得卡口的抗攻击问题得到了轻松的解决，若干原来较困难的事，现在变得非常简单。  

五、结束语  

        经过一年多的努力，在卡表的**性上我们已取得一定的成果。这些成果的应用，使得卡表成熟起来，可以进行大批量使用。*近多位专家针对市场上的许多**卡表提出了质询，这些想法与我们不谋而合。我们愿意与众多厂家一起，更进一步提高卡表的**性，让用户放心、供电部门放心、专家放心。以使卡表朝着正确方发展。