เรียนรู้สมาร์ตการ์ด ตอนที่1

รูปที่ 1 สมาร์ตการ์ดในชีวิตประจำวัน

หลายคนอาจไม่รู้ว่าสมาร์ตการ์ดคือคืออะไร ทั้งๆ ทีมันเป็นสิ่งที่ใกล้ตัวเรามากที่สุดชิ้นหนึ่ง สมาร์ตการ์ดที่ในเด่นชัดในชีวิตประจำวันเราได้แก่บัตรประชาชน และ ซิมการ์ด ( SIM Card ) ในโทรศัพท์มือถือ ซึ่งสมาร์ตการ์ดสามารถทำงานได้หลายรูปแบบ เช่นบัตรโทรศัพท์ใช้สมาร์ตการ์ดในรูปแบบหน่วยความจำ ซิมการ์ดในโทรศัพท์มือถือใช้สมาร์ตการ์ดในรูปแบบไมโครโปรเซสเซอร์

พื้นฐานของสมาร์ตการ์ด

รูปที่ 2 พื้นฐานของสมาร์ตการ์ด

เริ่มแรกสมาร์ตการ์ดพัฒนามาจากการนำหน่วยความจำ (EEPROM) มาฝังในบัตรพลาสติกแล้วนำมาใช้งาน โดยใช้หน้าสัมผัสของบัตรต่อกับเครื่องอ่านการ์ด การอ่านข้อมูลจากการ์ดทำใด้โดยอินเตอร์เฟสกับหน้าสัมผัสของการ์ด เนื่องจากขนาดพื้นที่หน้าสัมผัสของการ์ดมีจำกัดดังนั้นจึงต้องมีการออกแบบ ให้หน้าสัมผัสมีการใช้งานน้อยที่สุด ระบบที่สอดคล้องกับการใช้งานดังกล่าวก็เห็นจะเป็นระบบ I2C (Inter-IC Communication) ซึ่งได้รับการพัฒนามาจากบริษัทฟิลิปส์ , Synchronous และ UART จุดมุ่งหมายหลักของการสื่อสารแบบนี้ คือต้องการให้ไอซีสามารถติดต่อสั่งงานหรือควบคุมภายใต้สายสัญญาณ 2 เล้น

ชนิดของสมาร์ตการ์ด

ถ้าเราจะแบ่งโดยใช้ชนิดของชิปสมาร์ตการ์ด สามารถแยกได้ 2 แบบคือ แบบ Memory ได้แก่พวกบัตรโทรศัพท์ อีกแบบหนึ่งคือ แบบไมโครโปรเซสเซอร์ ได้แก่ซิมการ์ดในโทรศัพท์มือถือ หรือถ้าจะยึดหน้าสัมผัสก็อาจจะแบ่งได้เป็น 3 แบบ คือ 1.แบบสื่อสารโดยใช้หน้าสัมผัส 2. แบบสื่อสารโดยไม่ใช้หน้าสัมผัส 3. ใช้ทั้งแบบมีหน้าสัมผัสและไม่มีรวมกัน

Memory Card (Synchronous card)

สมาร์ตการ์ดชนิด Memory ใช้การสื่อสารแบบอนุกรมตามสัญญาณนาฬิกาที่ให้กับชิป และการรับส่งข้อมูลต้องสอดคล้องกับสัญญาณนาฬิกา สมาร์ตการ์ดชนิดนี้มีโครงสร้างที่ประกอบไปด้วย ขาอินพุทและเอาท์พุท , หน่วยความจำข้อมูลหรือ RAM , หน่วยความจำสำหรับเก็บชุดคำสั่งหรือ ROM ขาต่างๆ ของสมาร์ตการ์ดยี่ห้อหนึ่งมีตำแหน่งของหน้าสัมผัสและหน้าที่การทำงานดังรูปและตารางต่อไปนี้

รูปที่ 3 สัญญาณ/ไฟเลี้ยงสมาร์ตการ์ด

รูปที่ 4 หน้าสัมผัส (Contact) สมาร์ตการ์ด

ชื่อหน้าสัมผัสและหน้าที่ดังตารางต่อไปนี้

รูปที่ 5 Pin Function

สมาร์ตการ์ดในรุ่นแรก ๆ เป็นสมาร์ตการ์ดประเภท Free Access Memory สมาร์ตการ์ดแบบนี้สามารถทำการอ่านและเขียนข้อมูลใน Address ต่าง ๆ ได้โดยไม่ต้องมีรหัสผ่าน จุดนี้เป็นจุดอ่อนของสมาร์ตการ์ดรุ่นก่อน ๆ ในปัจจุบันนี้สมาร์ตการ์ดมีการเข้ารหัสที่ยากแก่การเข้าถึงข้อมูลโดยการ Hack

สมาร์ตการ์ดแบบที่ใช้ในบัตรโทรศัพท์ TOT ในประเทศไทยนั้นเป็น Memory Card ชนิด Token ภายในสมาร์ตการ์ดนี้จะมีการเก็บข้อมูลในลักษณะของ Counter ซึ่งเมื่อทำการใช้ไปหน่วยความจำก็จะถูกลดลงเรื่อย ๆ เมื่อใดที่หน่วยความจำถูกใช้หมดแล้วย่อมหมายถึงบัตรนั้นไม่สามารถใช้โทรออกได้แล้ว แต่ถึงบัตรจะถูกใช้หมดแล้วก็ตาม แต่ก็ยังสามารถอ่านข้อมูลจากบัตรได้

Processor Card (Asynchronous Card)

สมาร์ตการ์ดแบบ Processor Card มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Asynchronous เพราะใช้การสื่อสารแบบ Asynchronous ในการติดต่อ สมาร์ตการ์ดชนิดนี้ได้เพิ่มหน่วยประมวลผล (Processor) เข้าไปด้วย ทำให้สมาร์ตการ์ดชนิดนี้มีทั้ง Memory และ Processor การที่ใส่ Processor ทำให้ต้องเพิ่มหน่วยความจำสำรองเข้าไป ทั้งให้ราคาของการ์ดชนิดนี้มีราคาสูงขึ้นด้วยซึ่งแปรผันตรงกันความสามารถในการทำงานของมัน หน้าสัมผัสของการ์ดชนิดนี้เหมือนกับแบบ Free Access Memory เพราะใช้มาตราฐาน ISO-7816 เหมือนกัน การเข้าถึงข้อมูลของการ์ดขนิดนี้ไม่สามารถทำได้เหมือน Free Access Memory การเข้าถึงข้อมูลต้องกระทำผ่านทาง Processor เท่านั้น เพราะหน่วยความจำจะอยู่ในความควบคุมของ Processor ถึงแม้จะมีการเข้าถึงข้อมูลที่ยากกว่า Free Acess Memory แต่ก็มีความปลอดภัยสูงจากการ Hack

Contactless Card

สมาร์ตการ์ดแบบ Contactless ไม่ใช้หน้าสัมผัสในการเข้าถึงข้อมูล ระบบของสมาร์ตการ์ดแบบนี้เป็นระบบที่ทันสมัยที่สุดเลยก็ว่าได้ การสื่อสารกับสมาร์ตการ์ดชนิดนี้ใช้การสื่อสารโดยใช้คลื่นวิทยุ โดยการส่งความถี่ 13.56 MHz ไปยังสมาร์ตการ์ด ที่ตัวสมาร์ตการ์ดจะมีเสาอากาศที่เป็นขดลวดที่ได้รับการแมชชิ่งมาอย่างดีคอยรับสัญญาณ จะเห็นได้ว่าสมาร์ตการ์ดประเภทนี้จะแปลกกว่าชนิดอื่นตรงที่ว่าใช้กระแสไฟฟ้าที่มาจากคลื่นวิทยุทำงานเท่านั้น ดังนั้นการออกแบบสมาร์ตการ์ดแบบนี้จึงต้องออกแบบให้ใช้ไฟต่ำที่สุดเท่าที่จะน้อยได้ ไม่งั้นจะไม่เพียงพอในการทำงานของการ์ด ถ้ามองดูที่สมาร์ตการ์ดประเภทนี้แล้วเราไม่ออจบอกได้ว่าเป็นสมาร์ตการ์ดแบบ Contactless เพราะรูปร่างภายนอกเหมือนบัตรพลาสติกใบหนึ่ง สมาร์ตการ์ดแบบนี้ พบบ่อยในอาคารที่จอดรถ เพราะว่าสามารถอ่านข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว หรือจะพบว่านิยมใช้เป็น Security Card

Com – Bi Card

สมาร์ตการ์ดชนิดนี้เป็นการรวมเอาสมาร์ตการ์ดแบบมีหน้าสัมผัสและไม่มีหน้าสัมผัสเข้าด้วยกัน โดยการใช้หน่วยความจำเข้าด้วยกันในการใช้งานที่ต้องการความปลอดภัยสูงก็จะใช้การเข้าถึงแบบมีหน้าสัมผัส โดยผ่านตัวโปรเซสเซอร์ ส่วนงานที่ต้องการความรวสดเร็วสะดวกสบายก็จะใช้การสื่อสารทางคลื่นวิทยุโดยไม่มีการใช้หน้าสัมผัส

รูปที่ 6 โครงสร้างภายในของสมาร์ตการ์ดชนิด Com – Bi Card

Hybrid Card

สมาร์ตการชนิดนี้มีลักษณะโครงสร้างเหมือนการ์ดประเภท Com – Bi Card แต่จะแตกต่างกันที่หน่วยความจำข้อมูล โดยหน่วยความจำระหว่างมีหน้าสัมผัสและไม่มีหน้าสัมผัสจะถูกแยกออกจากกันอย่างสิ้นเชิง เพื่อความสะดวกในการใช้งาน ในปัจจุบัน Hybrid Card จะมีความหมายรวมถึงบัตรที่มีคุณสมบัติในการใช้งานตั้งแต่สองอย่างขึ้นไปเช่น การ์ดที่มีทั้งแถบแม่เหล็กและชิปสมาร์ตการ์ด , บัตรสมาร์ตการ์ดที่มีหน้าสัมผัสและไม่มีหน้าสัมผัส

รูปที่ 7 โครงสร้างภายในของสมาร์ตการ์ดชนิด Hybrid Card

ISO7816 มาตราฐานบัตรสมาร์ตการ์ด

รูปที่ 1 สมาร์ตการ์ดในชีวิตประจำวัน

ในปัจจุบันบัตรสมาร์ตการ์ดผลิตออกมาจากหลายถ้าหากแต่ละโรงงานมีรูปแบบการอ่านข้อมูล รูปร่างของบัตรไม่เหมือนกัน คงยากที่จะสร้างเครื่องอ่าน เขียนสมาร์ตการ์ดที่สามารถอ่านข้อมูลได้ทุกบริษัท ดังนั้นบัตรสมาร์ตการ์ดจึงต้องมีมาตราฐานเพื่อให้แต่ละโรงงานผลิตการ์ดออกมาในรูปแบบเดียวดัน มาตราฐานที่ว่าสำหรับสมาร์ตการ์ดคือ มาตราฐาน ISO 7816

มาตราฐานของสมาร์ตการ์ดแบบมีหน้าสัมผัส แบ่งออกเป็น 10 หมวด และแบบที่ไม่มีหน้าสัมผัสจะถูกกำหนดมาตราฐานอยู่ใน ISO 14443

  • ISO7816 – 1 (1987) : Physical chracteristics คือคุณสมบัติทางกายภาพนั่นเอง ประกอบด้วย ความทนทานต่อการใช้งาน ความทนทานต่อแสง, ขนาดความหนาของชิป, ความต้านทานต่อแรงกด, ความทนทานต่อแรงบิดงอ เป็นต้น Amedment 1 (1998): Revise edition March 1998
  • ISO7816 – 2 (1998) : Dimension and location of contacts คือมาตราฐานที่กำหนดขนาดและตำแหน่งของหน้าสัมผัส Revise edition March 1998

รูปที่ 2 ขนาดมาตราฐาน

  • ISO7816 – 3 (1989) : Electronics signals and transmission protocol คือมาตราฐานที่กำหนดรูปแบบเรงดันสัญญาณทางไฟฟ้า และโปรโตคอลที่ใช้ในการสื่อสาร Introduce of 3 volts ICCs
  • ISO7816 – 4(1995) : Industrial commands and response คือมาตราฐานที่กำหนดครายละเอียดเกี่ยวกับชุดคำสั่งที่ใช้ในสมาร์ตการ์ด กำหนดให้ชุดคำสั่งของสมาร์ตการ์ดต้องเหมือนกัน Amendment 1 : (1998) : Revision Secure Meassaging
  • ISO7816 – 5 (1994) : Registration system for application indentifier คือมาตราฐานที่กำหนดโครงสร้างไฟล์ภายในสมาร์ตการ์ด ที่เกี่ยวกับระบบความปลอดภัย Amendment 1 (1996) : Registration of identifiers
  • ISO7816 – 6(1995) : Data elements for interchange คือมาตราฐานที่กำหนดข้อมูลในเรื่องของชื่อแลพโครงสร้างของไฟล์ในสมาร์ตการ์ด Amendment 1 (DES) : Registra of IC Manufacturers
  • ISO7816 – 7(1998) : Smart Card Query Langaage command คือการกำหนดภาษาที่ใช้ในการเขียนคำสั่งภายในสมาร์ตการ์ด
  • DIS 7816 – 8 : Inter – industry Security Commands
  • CD 7816 – 9 : inter – industry Enhanced Commands
  • ISO 7816 – 10 (1999) : Synchronous cards