非接触式预付费智能表系统设计解决方案

非接触式预付费智能表系统的工作方式

首先，消费者为支付公用事业费用可通过银行、非接触式终端机或者互联网向非接触式智能卡上充值;然后，在消费者家中，智能卡中的充值金额可转到非接触式智 能表中，消费者就可安心享用公用事业服务了;如智能卡中余额不足，消费者可在商店购买充值卡向智能卡中充值即可。消费者家中也可留一张备用卡，以防智能卡 中余额不足或者消费者不想或不能立即向智能卡中充值等情况。否则，一旦智能卡中余额不足，消费者就不能享用公用事业服务了。可以预见在不久的将来，手机有可能代替智能卡实现这些功能。

图1 非接触式智能系统

智能电表需要智能产品与之配套。预付费电表是如何工作的?非接触电表系统包含硬件和软件两个部分。硬件包括一个非接触读卡器，一个主控制器，外围设备，一个天线和配套部分;软件包括微控制器固件，主机驱动程序软件和演示软件。

图2 含有非接触连接的电表系统框架图

从上面的框架图来看，智能卡明显是一个很复杂的系统，包含很多不同的元件。其中包括微控制器、显示驱动器、实时时钟、逻辑产品(一般产品，串行 EEPROM，桥接芯片，UART， 具有I2C的温度传感器)，电源管理产品(starplug家庭)，普遍适用的分立(BISS晶体管，肖特基二极管，可再生能源技术)和无线通信模块等。

非接触式预付费智能表系统的IC卡安全性问题

安全性极高的IC卡，可降低被操控的风险。 IC卡除提供最优化功能和最高安全性外，它还拥有简便易操作的先进操作系统和开放平台解决方案。首先在设计、制作IC卡的过程中，一切参数都应严加保密。另外在设计IC卡芯片时必须根据对智能卡芯片的攻击方法来制定相应的安全设计策略，主要可以采取如下安全设计策略。

(1)外加保护层：外加专防分析存储器内容的若干保护层，让黑客难以全部剥离这些保护层而不损及存储器。

(2)电荷保护：在E PROM电路里留有少量表示信息的电荷，一旦分析者用探针接近该电路，电荷便会消失，从而无法探测到存储器的内容。

(3)不可截听：对黑客来说，不断询问存储器单元并录下信号波形是必不可少的。芯片监控程序可防止对处理器/存储器数据总线和地址总线的截听。

(4)使用变化的加密密钥和加密算法：为了防止黑客通过使用微探针监听总线上的信号破密，可在卡中使用不同的加密密钥和加密算法，然后在它们之间每隔几周 就切换一次，且芯片的算法和密钥的存放区域在没有被广播呼叫激活以前不能被处理器控制。从而使早期的被动监测总线难以发现这些秘密。

(5)采用顶层探测器网格：充分利用深亚微米CMOS技术提供的多层金属，在重要的信号线顶层构成探测器网格能够连续监测短路和断路。当有电时，它能防止激光切割或选择性的蚀刻去获取总线的内容。根据探测器输出，芯片可立即触发电路将非易失性存储器中的内容全部清零。