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智能卡通讯干扰试验的方法经验探析

来源:原创论文网 添加时间:2019-11-20

  摘    要: 智能卡的使用环境差异很大, 有的电磁兼容环境很恶劣, 既有来自电源的传导干扰, 也有来自空间的辐射干扰。智能卡在通讯过程中受到干扰后, 除了出现通讯中断、延时、死机等异常外, 还存在指令跑飞、写地址变化、写数据变化等造成数据破坏的情形, 因此, 智能卡必须具备一定的抗干扰能力。评估智能卡的抗干扰能力一般通过固定时间内再现数据破坏的数量来确定。再现智能卡数据破坏不是很容易的事情, 不是简单地对智能卡施加外来干扰, 其中有一些经验和诀窍。本文介绍了一些智能卡通讯中干扰的经验和诀窍。

  关键词: 通讯干扰; 指令; 释放;

  Abstract: Smart cards are used in different environments, which may be abominable because of EMC. Smart cards are influenced not only by the transmission interference from power supply, but also by the radiation interference from space. When a smart card is disturbed in the communication process, besides communication interruption, delay, crash and other abnormalities, there are also cases of data destruction caused by command flight, address change and data change. Therefore, smart card must have certain anti-interference ability. The anti-jamming capability of smart cards is generally determined by the number of cards which reproduce data corruption per unit time. It is not easy to reappear smart card's data corruption, In order to achieve this goal, one needs not only to simply apply interference to smart card, but also to know some experience. This paper aimed to introduce some experience and knowhow for the implementation of smart card communication interference.

  Keyword: Communication interference; instruction; release;

  1、 引言

  在通讯中干扰测试过程中, 同一批次的测试卡, 在同一测试设备上, 有的卡很快出现数据破坏, 有的卡测试很长时间也不破坏, 对此现象, 我们一般以干扰的随机性加以解释。但有时候, 我们观察到, 不同的测试卡, 即使施加相同的干扰, 乱码的程度却是不同的。这意味着, 同一批次的测试卡, 在遇到相同程度的干扰时, 进入通讯异常后跑飞的概率是不尽相同的, 这与卡片个体间等效电容和电感等因素的差异性相关。我们还发现, 不同的COS, 下载到同一测试卡上, 通讯干扰测试时乱码的程度也是不同的。如果COS相同, 而智能卡芯片型号不同, 因硬件完全不同, 通讯干扰结果经常会出现整体性的差异。

  乱码程度不同的原因, 有智能卡芯片硬件差异的原因, 也有不同COS防护效果不同的原因, 还和电压检测、频率检测、毛刺检测等传感器是否打开相关。

  一般认为, 弱干扰导致数据破坏的概率肯定低, 强干扰导致数据破坏概率肯定高, 依据长期积累的通讯干扰测试经验, 不完全是这样。在某些通讯干扰测试再现数据破坏的实例中, 弱干扰导致数据破坏的概率反而比强干扰导致数据破坏概率高, 这说明, 通讯干扰的过程, 是相对复杂的, 与很多因素相关, 需要积累一定测试经验和技术诀窍, 才能达到在通讯干扰中再现数据破坏的最佳效果。
 

智能卡通讯干扰试验的方法经验探析
 

  真实环境中出现数据破坏时, 智能卡遇到的是各种复杂的外来干扰, 而实验室的通讯干扰测试, 并不能完全反映真实环境的干扰。因此, 在通讯干扰再现数据破坏的测试中, 要尽可能考虑到环境中的各种复杂因素, 施加环境中可能存在的有效干扰, 尽快地再现数据破坏。通过总结测试经验和技术诀窍, 可以提高有效干扰的概率, 使实验室的测试结果与智能卡在使用环境中的数据破坏实际概率更吻合。本文将就智能卡通讯中干扰的一些具体经验和诀窍加以说明。

  2、 通讯干扰时干扰释放的时机

  通讯中干扰时, 干扰释放的最佳时机为:上电后, 通过延时开关对干扰释放进行一段延时, 让复位、选文件指令先执行, 等到执行写数据指令时, 才真正释放干扰。最佳的通讯干扰过程例如下所示:

  释放干扰的时机如图1所示。

  通讯干扰测试时, 对写指令释放干扰更能再现有效的原因是, 智能卡芯片执行写指令时受到干扰更容易发生数据破坏。

  一条完整的写指令包括以下部分:写命令头 (ins) +写目标地址 (addr) +要写的数据 (data) 。

  图1 通讯干扰时释放干扰的时机
图1 通讯干扰时释放干扰的时机

  当要写的数据因为干扰产生误码时, 要写的数据就会变成一个错误的数据, 因此在写目标地址上写上错误的数据;当写目标地址出现误码时, 就会在错误的其他地址上写上数据;当写命令头 (ins) 出现误码时, 可能变成别的可执行命令, 从而执行一个错误指令, 这时, 可能出现指令跑飞的情况。而非写指令的目标地址和数据出错时, 很难改写数据。智能卡实际使用环境的数据破坏实例中, 大部分都是写目标地址和要写的数据发生误码产生数据破坏, 因此, 通讯干扰测试时一般基于循环执行写指令进行。

  3、 判断通讯干扰是否成功施加的基本方法

  如何判断通讯干扰是否成功施加, 不能光看干扰程度的大小, 而是需要观察log, 根据log的乱码状况来判定。如图2所示, 当返回错误值或乱码出现在写指令时间段时, 说明干扰的时机是对的。

  图2 精准通讯干扰
图2 精准通讯干扰

  如图3所示, 当返回错误值或乱码出现在选目录和选文件时间段时, 说明干扰的时机是不合适的。

  图3 非精准的通讯干扰
图3 非精准的通讯干扰

  4 、干扰波形的选取

  对于干扰波形的选取, 也不是干扰越强越好, 具体要看是否对芯片的通讯过程造成有效干扰。

  如图4和图5所示, 强干扰造成了芯片复位失败, 却使芯片因未能成功复位而未进入工作状态, 显然难以造成数据破坏。

  图4 强干扰通讯干扰波形
图4 强干扰通讯干扰波形

  图5 强干扰造成的复位失败
图5 强干扰造成的复位失败

  如图6和图7所示, 由于弱干扰明显未引起芯片指令执行异常, 这种情况也很难造成数据破坏。

  图6 弱干扰通讯干扰波形
图6 弱干扰通讯干扰波形

  图7 弱干扰未造成通讯指令异常
图7 弱干扰未造成通讯指令异常

  选取干扰波形的另外一个原则是, 对于干扰敏感的芯片, 选择弱干扰波形, 对于干扰不敏感的芯片, 选择强干扰波形。芯片本身是否对干扰敏感, 和芯片硬件的滤波能力、传感器是否打开以及软件的防护措施相关。如同一款芯片, 当打开了传感器, 可以选择弱干扰波形, 便可以成功地进行干扰, 如果强行施加强干扰波形, 可能直接造成芯片频繁复位, 未成功进入指令工作状态。当关闭传感器后, 芯片可能对干扰不再敏感, 此时, 可以施加强干扰, 进行再现数据破坏失效的通讯干扰测试。

  5、 通讯干扰测试中的其它经验和诀窍

  1) 通讯干扰测试前, 要对测试样品的电性进行测试, 通讯干扰测试后, 要再次确认测试样品的电性。如果通讯干扰测试后样品的电性发生了变化, 则判断出现了硬件破坏, 此次通讯干扰测试视为无效。

  2) 通讯干扰的强度不仅仅和毛刺的尖峰电压值相关, 还和毛刺的瞬时电流值相关, 使用瞬变脉冲群干扰时, 要特别注意瞬时电流的设置引起干扰效果的不同。

  3) 通讯干扰测试时, 从干扰器出来的干扰波应直接施加在智能卡芯片的VCC和GND, 尽可能不使用延长线或延长板。因为干扰未直接加到智能卡芯片上时, 会弱化通讯干扰的效果。

  4) 要提高通讯干扰测试的失效再现成功率, 干扰测试中, 要使测试卡不停循环保持一种在正常工作中突遇异常干扰的状态。

  6、 结论

  本文从通讯干扰释放时机、干扰有效性判断、干扰波形选取等方面, 详细介绍了智能卡通讯中干扰的具体经验和诀窍, 掌握了这些经验和诀窍, 就能够提高通讯中干扰测试的失效再现成功率, 保证通讯干扰的有效性。

  参考文献

  [1]IEC 61000-4-4-2004 electromagnetic compatibility test and measurement technology electrical fast transient pulse immunity test.

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