На самом деле чип на карте - это полноценный микрокомпьютер, и порой весьма сложный. На карте даже установлена своя собственная операционная система. Как же она устроена и какие возможности есть на чипе банковской (и не только) карты.
Ну, без центрального процессора никакой компьютер работать не сможет. Поэтому это устройство идет первым пунктом. Кстати, на всякий случай объясню, что эта многоножка делает вообще. Самое сердце микропроцессора - его Арифметико-Логическое Устройство (АЛУ). Точнее, не сердце, а его "думалка". Другой орган, может и поважнее сердца. Именно этим местом процессор выполняет конкретную операцию над числами (операндами). А какую именно операцию - определяется по текущей команде программы. Процессор этим своим АЛУ умеет выполнять строго ограниченный набор операций. "Строго ограниченный" - не значит "маленький", а значит "ничего другого сверх того, что есть в этом наборе". И именно этим разнообразием (в некоторых случаях весьма большим) команд и обеспечивается универсальность микропроцессорного устройства. До изобретения процессора устройства могли выполнять только строго заданную операцию (пусть даже и весьма сложную). А с появлением процессора возникла возможность на одном и том же устройстве выполнять разные операции, да еще и определяемые без изменения структуры устройства, одним написанием программы.
Микрочип пластиковой карты содержит микропроцессор разрядностью 8, 16, или уже даже 32 разряда. Т.е., как мы видим, вполне серьезная такая штука. Обычно это RISC-процессоры, которые зарекомендовали себя как устройства с более прогнозируемым временем выполнения разных команд (тот самый "строго ограниченный набор операций"). Все потому, что каждая команда выполняется за один такт процессора. Противоположный подход, с большим набором команд, выполняющихся за разное количество тактов - в архитекутре CISC.
Частоты, на которых работают микропроцессоры карт, лежат в диапазоне 1-33 МГц, но у рекордсменов показатели достигают 66 МГц при разрядности в 32 бита. А может быть, сейчас уже и выше.
Кстати говоря, чиповые карты называются "микропроцессорными", хотя термин этот не совсем точен. Дело в том, что на самом деле чип карты представляет собой, скорее, микроконтроллер, или даже более того - SoC (System-On-Chip), целую систему. Тогда как микропроцессор - это просто главный узел микроконтроллера (или системы на чипе). Говорю это потому, что в чипе карты присутствует еще весьма большое количество других устройств. Переходим к ним.
На чипе карты размещена еще память, причем целых три вида. Это ROM (память только для чтения), RAM (оперативная память, на чтение и запись) и EEPROM (электрически перепрограммируемая память, энергнонезависимая; для простоты - что-то вроде флэшки, но не флэш, там немного другая технология).
Прежде, говорить о емкости этой памяти, нужно небольшое отстутпление. Как вы знаете, все элементы микрочипа "наносятся" на поверхность кристалла кремния. При этом они занимают какую-то площадь на нем. Чем сложнее устройство, которое мы формируем на кристалле, тем больше необходимая площадь кристалла (при одной и той же технологии ненасения). Так вот, меньше всего места требует ROM. Связано это с его простым устройством. При записи ("прошивании") ROM там фактически просто пережигаются "перемычки" с помощью повышенного тока. Назад уже никак, на то оно и read-only. Но и от питания или его отсутствия состояние перемычек уже никак не зависит.
Примерно в 4 раза больше места на чипе занимает 1 бит памяти EEPROM. Дополнительное место уходит на то, чтобы добавить структуры управления ячейкой памяти. Содержимое этой памяти не зависит от наличия питания.
И максимальное место, в 16 раз (!) больше, занимает RAM. Все потому, что реализуется ячейка такой памяти с помощью триггеров, а это такие устройства, для которых надо использовать несколько транзисторов (плюс пассивные элементы), что и требует соответствующего места.
Так вот, размер ROM обычно 16-196 Кб, хотя есть карты с размером ROM более 256 Кб. В эту память прошивается операционная система и системные приложения.
RAM вмещает обычно от 256 байтов до 4 Кб. Для Java-карт размер обычно лежит в пределах от 4 до 8 Кб, хотя на рынке есть предложения до 16Кб. Небольшая, правда? Здесь хранятся переменные программы, буферы и проч. С отключением питания эта память превращается в тыкву.
EEPROM обычно вмещает от 2 до 72 Кб, но известны карты с размером до 1 Мб. Прям почти целая флэшка в бумажнике. Чем хороша эта память - при отключении питания она все сохраняет. Здесь хранятся ключи, журналы, настройки, да и вообще любые файлы.
На чипе может быть криптосопроцессор. Это, с одной стороны, более "тупое" устройство, которое умеет намного меньше, чем центральный процессор. Но зато он умеет это делать намного лучше! Дело в том, что криптографические операции - весьма ресурсоемкая задача. Особенно, если речь идет об асимметричной криптографии. При той же криптостойкости вычисления для асимметричной криптографии занимают на два порядка (в 100 раз!) больше времени. А это уже весьма заметно. Например, шифрование открытым ключом на центральном 8-разрядном процессоре пластиковой карты может занять 10-20 секунд (!), в то время как нормальный криптосопроцессор выполняет эту операцию за пару десятков милисекунд. С учетом того, что полное время обработки транзакции не должно превышать 3 секунды, вариант с центральным процессором отпадает. Поэтому для карт без криптосопроцессора некоторые виды аутентификации просто недоступны. Как итог - транзакция проходит с гораздо меньшим уровнем безопасности (SDA-аутентификация). Вроде бы зачем тогда такие чипы? А дело в том, что криптосопроцессор заметно удорожает чип, а учитывая то, что карточный бизнес для банка в основном убыточен, криптосопроцессоры встречаются уже не в самых дешевых картах, все-таки не Visa Electron, а что-то посерьезнее.
Из более-менее экзотических устройств, можно упомянуть еще генератор случайных чисел. Дело в том, что в криптографических вычислениях широко применяются случайные числа. От генерации ключей до добавления случайного числа в подписываемый запрос. Но тут есть нюанс. В обычных компьютерах специального устройства, которое было бы источником случайных чисел, нет. В них используется генератор псевдослучайных чисел. Для формирования числа используется разнообразная информация, преимущественно - текущие показания (в микро-тиках) часов реального времени. Но числа, которые генерирует этот генератор, не являются абсолютно случайными, и в таких чувствительных вещах, как криптографические вычисления, их использовать недопустимо. Кстати, вспомнил, что одна преступная группировка разработала способ обыгрывать игровые автоматы, потому что в них использовался генератор псевдослучайных чисел. Там какой-то непростой такой алгоритм был... Интересная схема, где игрок через телефон (специально разработанное приложение) фиксировал время реакции программы в какой-то момент времени, это значение сообщники использовали для расчетов ставки... Собственно, главное, что из этого следует - если есть "псевдо" в случайности, то безопасность резко снижается. Поэтому на карте может быть специальное устройство, которое генерирует по-настоящему случайное значение.
Для взаимодействия с внешним миром на чипе есть еще такая штука - UART, асинхронный приемо-передатчик. Именно его лапки выведены на контактные площадки карты. У карты ведь нет ни монитора, ни терминала, а взаимодействовать с внешним миром ей как-то надо. Вот этим и занимается это устройство.
Кроме него на карте может быть еще.... USB-интерфейс! Если на карте не шесть площадок, а восемь, то с большой вероятностью нижние две, которые в стандарте обозначены как "зарезервированные для будущего применения", подразумевают подключение по USB v1.1 (до 12 МБит/с, на всякий случай).
Ну и чтобы все эти устройства на чипе могли между собой взаимодействовать, там есть еще всякие контроллеры типа контроллер доступа к памяти, контроллер магистральной шины, тактовый генератор (до какого-то момента, кстати, тактового генератора на картах не было, использовался сигнал тактирования, подаваемый терминалом) и много других служебных устройств.
Как видите, весьма непростой кусочек кремния лежит в вашем кошельке.
По материалам Технологии денег