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La Carte à Microprocesseur carte à puce

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  • La Carte Microprocesseurcommunment denomm

    carte puceUn systme mobile en plein essor

    Didier Donsez (Univ. Joseph Fourier, Grenoble 1)En collaboration avec

    Gilles Grimaud (Univ. Lille 1)Sbastien Jean (Univ Pierre Mends France, Grenoble 2)

    Sylvain Lecomte (Univ. Valenciennes)

    http://membres-liglab.imag.fr/donsez

  • 24/02/2011

    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Sommaire

    Sur la carte elle-mme : 1. Historique 2. La fabrication de la carte et cycle de vie 3. La normalisation

    Sur son architecture : 1. Communication Carte Lecteur 2. La norme 7816-4 3. La scurit

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Dfinition de la carte microprocesseur

    support lectronique de donnes dot d'une capacit de traitement, qui se prsente sous la forme d'une carte format

    rduit possdant un microprocesseur et son

    environnement (mmoires, entres/sorties).

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Un peu de vocabulaire Carte mmoire :

    Mmoire de 256 1024 bits R/W sans protection, mais possibilit d utiliser des

    fusibles Ex : Tlcarte, carte de stationnement, cinma

    Carte logique cble : Mem : 4600 bits protgs par des circuits Contrle de code du porteur

    ex : carte d accs physique

    Carte microprocesseur Processeur encart possibilit de calculs algorithmiques

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    Historique 1951 :

    Carte plastique Diners Club (Frank McNamara) 1970 :

    La carte mmoire connat un succs grandissant 1974-1975 :

    Roland Moreno remplace l'enregistrement magntique par un composant lectronique et cre la socit INNOVATRON

    1981 : Premier Microcalculateur Auto Programmable Monolithique.

    1984 : Lancement de la tlcarte

    1986 : Apparition des cartes bancaires "haut de gamme" VISA

    1989 : Premire version du GSM

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Quelques spcimens de mon Zoo

  • Cot matriel

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    hauteur :53,98 mm+/- 0,05

    longueur : 85,6 mm +/- 0,12

    paisseur : 0,75 mm +/- 0,02

    - Norme ISO 7816-1 : Caractristiques physiques (2me partie)

    - Norme ISO 7816-2 : Caractristiques lectriques

    - Norme ISO 7810 : Caractristiques physiques (1re partie)

    vcc gndrst vpp

    i/oclk

    Caractristiques de la carte

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    VCC

    RST

    CLK

    (RFU)

    GND

    (VPP)

    I/O

    (RFU)

    criture mmoire EPROMSignal de R.A.Z.

    3.58 ou 4.92 MHz

    3 v. ou 4.75-5.25 v.

    1 seule ligne ==> semi-duplex

    La carte avec contact (i)

    ISO 7816-2

    Rserv unusage futur

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    La carte avec contact (ii)

    ISO 7816-2

    USB (ex: eGate de Schlumberger) 2003

    VCC

    RST

    CLK

    D+

    GND

    (VPP)

    I/O

    D-Bus USB

    3 v. ou 4.75-5.25 v.

    Bus USB ==> full duplex(1,5 Mbit/s 12 Mbit/s)

    VCC

    RST

    CLK

    (RFU)

    GND

    (VPP)

    I/O

    (RFU)

    criture mmoire EPROMSignal de R.A.Z.

    3.58 ou 4.92 MHz

    3 v. ou 4.75-5.25 v.

    1 seule ligne ==> semi-duplex

    Rserv unusage futur

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    pastille de contact wafer support

    en rglette

    choix et dcouped'une pastille

    choix et dcouped'un chip

    collage du chipsur la pastille

    microcablage etprotection du chip

    mise en carte

    lamage

    plastique

    Carte assemble

    E

    N

    C

    A

    R

    T

    A

    G

    E

    Fabrication et Personnalisation dune carte (i)

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    carte assemble

    test et pr-personnalisation

    carte pr-personnalise

    personnalisation par l'metteur

    carte personnalise

    utilisation par le porteur

    Mort

    BankCO

    BankCO

    Didier

    BankCO

    Didier

    Perso physique

    Perso logique

    Fabrication et Personnalisation dune carte (ii)

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Fabrication et Personnalisation dune carte (iii)Station de personnalisation

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Architecture matrielle

    Micro-Processeur

    MmoireVolatile

    ROM

    BlocScurit

    EntresSorties

    MmoireProg.

    MmoireDonnes

    du 8 bits (6805) au 32

    bits RISC (ARM 7)

    de 2 128 Ko

    suivant les

    besoins

    Jusque 128 Ko suivant

    les besoins

    Crypto-Processeur

    DES, RSA,

    EC, SHA

    de 128 octets

    environ 4 Ko

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Types de mmoire dans la Carte

    RAM

    Statique

    EEPROM Flash-RAM F-RAM(exprimentale)

    Persistance Volatile Non Volatile Non Volatile Non Volatile

    Tps Accs Read 0.1 s 0.15 s 0.15 s 0.1 s

    Tps Accs Write 0.1 s 10 s 10 s 0.4 s

    Tps Effacement (Reset) Sans 5 000 s 100 000 s Sans

    Granularit Effacement Sans 4 Octets 64 Octets Sans

    Nombre de Cycles

    garanti

    Trs grand 105

    en Ecriture

    105

    en Ecriture

    1010 en

    Ecriture/Lecture

    Taille du point mmoire > 100 m > 30 m < 10 m < 10 m

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    Comparaison Architecture

    Smart Card Personal

    Computer

    Ratio

    RAM 1 kbyte 128 Mbytes 130000

    Storage 64 kbytes 6 Gbytes 100000

    Baud Rate 192 kbits 100 Mbits 500

    CPU Speed 20 Mips 500 Mips 25

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    Les diffrentes formeset interfaces de communication

    Cartes avec contact (Module SIM GSM) ISO 7810, 7816-1, 7816-2 USB ou OTG (USB pour mobile)

    Cartes sans contact Plusieurs normes

    Cartes Hybrides combinaison contact et sans contact

    Boutons Produits iButton (bus DS 1-Wire) JavaRing (iButton mont sur bague)

    Dongle Srie, parallle, USB

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    Les terminaux carte Contact / sans contact Simple / complexe (keypad,LCD, multi-slot, biometrie )

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    La normalisation Les normes ISO:

    7816-1 et 2 : caractristiques physiques des cartes 7816-3 : Signaux lectroniques et protocole de

    transmission 7816-4 : Echange d information et systme de fichier 7816-7 : spcification d un carte contenant des tables

    SQL

    Norme Europ Telecom Standard Institut: GSM 11.11 : dfinition de la carte SIM TE 9 : spcification de cartes et terminaux

    Comit Europen de Normalisation: TC 224 : Cartes et quipements associs : des

    caractristiques physiques, la spcification d applications (sant, transport, voyage arien)

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    Lvolution matrielle 2004 100Mhz E2+ & FullDuplex 1MB RSA2048 en 50ms 2006 200Mhz Bluetooth/UWB 4MB RSA2048 en 10ms 2008 400Mhz Bluetooth/UWB 16MB 2010 800Mhz Dynamic Display 50MB

    Microphone Battery (2003 : CEA Grenoble 500m dpaisseur) FingerPrint Sensor Pad Rock-n-roll interface (scrolling avec la gravit)

    Daprs Bertrand du Castel

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Lvolution matrielle :Exemple : Java-Powered iButton

    http://www.ibutton.com Packaging : capsule tanche en mtal

    Peut-tre mont sur bague (Java Ring) Chaque fois quun Gonda dsirait quelque chose de nouveau, des vtements, un bagage,

    des objets, il payait avec sa clef. Il pliait le majeur, enfonait sa clef dans un emplacement prvu cet effet, et son compte, lordinateur central tait aussitt diminu de la valeur de la marchandise ou du service demand. La Nuit des Temps, Ren Barjavel

    Communication : 1-Wire Un fil pour les changes et lalimentation Dbit : 16,6 Kbit/s et 144 Kbit/s

    Horloge temps rel (Secure timestamping) Mmoire

    64Ko de ROM (OS+JVM) 6Ko 135Ko de NV-RAM 100 ns (Non Volatile RAM : 10 ans)

    API JavaCard 2.0 Entiers 32 bits javacardx.crypto : Crypto SHA-1, RSA DES, 3DES

    Cot terminal OCF, OneWireContainer PKCS#11, MS CSP, X509, Win2000 log on

    Joli conceptmais

    concept abandonn

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    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Lvolution matrielle :Exemple: Cyberflex eGate

    Axalto (ex Schlumberger) Brevet WO0016255 Capacit

    32 de FlashRAM

    Format ISO7816-1, GSM11.11

    Interface USB/OTG (de 1.5 MBits/s 12 Mbits) TCP/IP+USB pour la couche physique (bulk mode) Full duplex

    Crypto : RSA, DES, AES (trs haut dbit)

    Programmation JavaCard Mini-Serveur HTTP et SOAP

  • 24/02/2011

    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Lvolution matrielle :Exemple: la cl MicroVault

    Cl USB Micro Vault cl USB reconnaissance dempreinte digitale. 8 identifications biomtriques diffrentes sur le

    MicroVault.

    Fonctions File and Folder Encryption/Decryption Screen Saver Lock ID / Password Auto Login Access to Favourites

  • 24/02/2011

    Cartes Microprocesseur, 1997-2011

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    Lvolution matrielle : Exemple Un afficheur, un clavier

    protection contre les terminaux trafiqus

    Une horloge viter les attaques temporelles

    Une batterie la mmoire volatile est plus

    dure observer ! Le processeur peut tre rveiller

    pour rappelerdes vnements au

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