Kapitel 2: Chipkarten

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1 Kapitel 2: Chipkarten Chip card technologies hold great promise as the replacement for magnetic stripe card technology. However, the adoption of chip cards on a mass scale has been slow to develop. One significant reason for this slow adoption is the lack of standards among many different vendor implementations of chip cards. The world s leading financial institutions that make up the membership of the Visa International Service Association have identified multiapplication chip cards as the strategic technology for future banking cards. Java SmartCards, Kap. 2 (1/17)

2 Plastikkarten 1. Diners Club Kreditkarte (50er Jahre) mit Aufdruck des Karteninhabers 2. Prägedruck 3. Magnetstreifen 4. Identification Card with Integrated Circuit (Patent 1968) 5. Speicherkarte (Memory Card) 6. SmartCard (Integrated Circuit Card, ICC) Java SmartCards, Kap. 2 (2/17)

3 SmartCards 8/16 Bit CPU 32K ROM 16 64K EEPROM 0,5 4K RAM 5 Mhz clock 1024 Bit RSA/3-DES Bit/sec C 1 C 2 C 3 C 5 C 6 C 7 1, 25 1, 1 C 1 : Vcc = 5V C 2 : Reset C 3 : Clock C 5 : Ground C 6 : Vpp C 7 : I/O Java SmartCards, Kap. 2 (3/17)

4 SmartCards 32 Bit CPU 240 K ROM 400 K EEPROM 16 K RAM 66 Mhz clock 2048 Bit RSA/EC C 1 C 2 C 3 C 5 C 6 C 7 1, 25 1, 1 C 1 : Vcc = 5V C 2 : Reset C 3 : Clock C 5 : Ground C 6 : Vpp C 7 : I/O Java SmartCards, Kap. 2 (4/17)

5 Normierung: ISO ( ) ISO Physical characteristics ISO Dimensions and location of the contacts ISO Electronic signals and transmission protocols ISO Inter-industry commands for interchange ISO Personal verification through biometric methods Normierung essentiell für globalen Masseneinsatz Java SmartCards, Kap. 2 (5/17)

6 ISO7816 1: Physical characteristics Schutz gegen UV Licht/Röntgenstrahlen Schutz vor (statischer) Elektrizität/Magnetfeld Breite 85.47mm mm, Höhe 53.92mm mm, Dicke 0.76mm mm Höhe der Kontakte: < 0.1 mm Differenz zur Karte Schutz gegen Druck auf die Oberfläche Verbiegen: 2cm längs, 1cm quer (30 pro sec., 1000 Mal) Verdrehen: 15 Grad (30 pro sec., 1000 Mal) Java SmartCards, Kap. 2 (6/17)

7 Spezifikation der Kontakte Java SmartCards, Kap. 2 (7/17)

8 ISO7816-3: Signale I/O : (C 7) serielle Datenübertragung VPP : (C 6) Programmierspannung (für EEPROM) GND : (C 5) Erdung CLK : (C 3) Takt (5 Mhz) wird ausgehandelt RST : (C 2) Reset VCC : (C 1) Stromversorgung: 4,75 V 5,25, 200 ma (C 4, C 8) unbenutzt Java SmartCards, Kap. 2 (8/17)

9 Weitere Spezifikationen EMV 4.1: Integrated Circuit Card Specification for Payment Systems Erweiterungen für Kreditkarten (PINs, authenticate) Europay, MasterCard, Visa Global Platform Card Specification life cycle, Card manager, security domains Global Platform, Visa PC/SC: Interoperability Specification for ICCs and Personal Computer Systems Kommunikation mit Kartenleser Bull, Gemplus/Gemalto, HP, IBM, Microsoft, Schlumberger, Siemens, Sun, Toshiba, VeriFone Java SmartCards, Kap. 2 (9/17)

10 ETSI (European Telecommunications Standards Institute): GSM, UMTS EN 726 (Europäische Norm): Anforderungen an Chipkarten und Endgeräte für Telekommunikationszwecke ISO 10202: Bankkarten ISO 14443: Identification cards Contactless integrated circuit(s) cards Proximity cards (= RFIDs) ISO 18092, ECMA 340, ETSI TS : Near Field Communication Interface and Protocol (NFC)... Java SmartCards, Kap. 2 (10/17)

11 Mitspieler Chiphersteller: Philips, Infineon, Hitachi, Siemens, Toshiba,... Betriebssysteme: JavaCard (SUN), MULTOS (Mondex), viele proprietäre JavaCard Kartenherausgeber: Gemplus/Gemalto, Schlumberger, Gieseke & Devriant, IBM Anwendungsspezifikationen: Visa, MasterCard, ZKA (Zentraler Kreditausschuss), gematik (Gesellschaft für Telematikanwendungen der Gesundheitskarte mbh), ICAO (International Civil Aviation Organization) Java SmartCards, Kap. 2 (11/17)

12 Anwendungen Authentifizierung Speicher für PINs und geheime Schlüssel Reisepass, Studentenausweis, Führerschein,... SIM Elektronische Geldbörse Sicherheit Kein Speicher-Auslesen (tamper-proof, physikalisch) + starke Kryptographie (digitale Signaturen) + kryptographische Protokolle (anwendungsspezifisch) Kein unauthorisierter Zugriff (kein Lesen, kein Schreiben) Elektronische Fahrkarten Java SmartCards, Kap. 2 (12/17)

13 Lebenszyklus einer SmartCard (EN 726) 1. Herstellung IC und Karte (Hersteller) Chip- und Modulherstellung, Einsetzen in Karte 2. Initialisierung der Karte (Kartenherausgeber, card issuer) Laden von Betriebssystem, geheimen Schlüsseln 3. Personalisierung der Karte (Anwendungsanbieter, application provider) Laden der Anwendung, geheimer Schlüssel, PINs etc. 4. Benutzung der Karte (Inhaber, card holder) 5. Beendigung der Benutzung Löschen der Anwendung, Sperren der Karte Java SmartCards, Kap. 2 (13/17)

14 Multiapplikative Karten/Global Platform Cardmanager gehört Card Issuer verwaltet Schlüssel lädt/löscht Anwendungen während der Benutzungsphase ist selbst Applikation mit Registry Security Domain gehört Application Provider verwaltet Schlüssel Delegated Management Privilege: darf selbst Anwendungen laden Java SmartCards, Kap. 2 (14/17)

15 Application Life Cycle Multiapplikative Karten: Mehrere Anwendungen dynamisch (in der Benutzungsphase) ladbar 1. Laden des (digital signierten) Anwendungscodes (Executable Load File) AID (application identifier) in registry 2. Installieren der Anwendung: installed Ressourcenallokation, Linking, AID, Initialisierung 3. Personalisieren der Anwendung: selectable/personalized 4. Beenden der Anwendung: blocked, locked, gelöscht Java SmartCards, Kap. 2 (15/17)

16 Eine Card Session Power Karte in Kartenleser Reset ATR, Answer to Reset Aushandeln Protokoll, Takt Cardmanager empfängt Kommandos Abfrage Applikationen (optional) select AID Auswahl Applikation Cardmanager schickt select + alle weiteren Kommandos (außer neuem select) an Applikation deselect (nicht garantiert!) Bei power off/reset kein deselect Rücksetzen von Authorisierungen bei select Java SmartCards, Kap. 2 (16/17)

17 JavaCard Architektur Applet 1 Applet 1 Applet 1 Card Manager JavaCard API Java Card VM JCRE Card specific Operating System Java SmartCards, Kap. 2 (17/17)