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从 M1 卡被复制说起:一颗自研 COS,如何把安全做进一张 CPU 卡里

10/13 14:23
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一个绕不开的痛点门禁、园区一卡通、智能锁这类场景里,大量在用的还是 M1 卡。它的加密算法早已被公开破解,卡内只做存储、不做运算,卡号与数据以可读形式存放——用百元级工具,几十秒就能完整复制一张。问题的根子不在"卡被偷了",而在卡片本身没有可信的计算与密钥保护能力。


FSVCOS3.0:卡片里的安全操作系统

深圳市福芯微电子自研的 FSVCOS3.0,是一套运行在智能卡微处理器上的 COS,官方适配型号为 FSV9816A3/A4(容量配型按 ATS 规则以 2^x KB 计)。它把防线拆成三层:

算法层——支持 SINGLE DES、TRIPLE DES 以及国密 SSF33、SM1(分组与密钥长度均为 128bit),并具备密钥分散与随机数生成能力。关键在于算法运算全部发生在卡内,密钥永远不出芯片。

传输层——提供明文、密文、MAC、密文+MAC 四种数据传送模式。MAC 方式下,数据域附 4 字节校验和;校验和以 LKey 个 0x00 为初始值,对 CLA/INS/P1/P2/Lc 和数据域做 DEA 运算,最终取结果左侧 4 字节。配合发送序列计数器,重放与篡改都会失效。

文件与权限层——文件结构符合 ISO/IEC 7816-4,支持多级 DF/EF 与多类型密钥管理;权限用单字节描述(0x00 不设控、0xFF 完全禁止),安全状态由鉴别寄存器管理,每一层可描述 15 个外部认证密钥之一的密钥状态与单 PIN 状态。另有防拔机制:更新 EEPROM 过程中掉电,重新加电后自动触发恢复。

兼容存量设备,升级不必推翻重来

FSVCOS3.0 的上电流程遵循 ISO 14443 Type A 标准序列:REQA/WUPA → 防冲突返回 4 字节 UID+1 字节校验 → Select 返回 SAK,智能卡整体符合 ISO 14443-1/2/3/4。它支持三种上电姿态:

- 纯 CPU 模式:ATQA 0800、SAK 20

- CPU+M1 兼容模式:ATQA 0400、SAK 28

- 纯 M1 模式:ATQA 0400、SAK 08

三种姿态意味着现网按 14443A 寻卡的读头可以直接识别新卡,过渡期无需更换已部署的读卡器。同时手册明确支持 JR/T 0025 系列(PBOC 电子钱包/电子存折及非接触规范)与 CJ/T 304-2008《建设事业 CPU 卡操作系统技术要求》,金融与住建行业的合规路径是通的。

卡端+读头端,同源设计

读头侧可选 FSV9563 与 FSV9523:前者是高度集成单芯片 NFC 收发器,速率最高 848kbit/s,覆盖 14443A/MIFARE、14443B、FeliCa、ISO 18092 P2P 及 15693,提供 SPI(10Mbit/s)、I2C、UART 接口与一个独立的 SAM 安全模块 I2C 接口,512 字节 FIFO,读写距离可达 12cm;后者支持 14443A/B,读卡距离约 100mm,QFN32 封装、2.5~3.6V 供电,兼容 MIFARE Classic 加密。卡端密钥体系与读头端同源,端到端链路不必再对接第三方。

结语

把"可复制的存储卡"换成"带操作系统、会算密钥的安全终端",门禁、考勤、食堂、班车、智能锁都可以在同一张卡上跑,应用数量只受 EEPROM 容量限制,且每个应用独立管理自己的密钥与权限。对存量项目来说,这是成本与安全之间少见的"两全"选项。
参数依据《FSVCOSV3.0 用户手册》(适用型号 FSV9816A3/A4)及福芯微 NFC 读写芯片规格书,具体项目请以规格书与实测为准。

深圳福芯微

深圳福芯微

深圳市福芯微电子科技有限公司是一家专注微电子产品研发的高新技术企业,成立于2008年,公司自成立以来,秉承“用芯造福,回报社会”的理念,以创新定制中国芯为己任,依托十多年丰富的研发经验和国际先进的微电子发展理念,广泛与上下游优秀企业开展合作;逐步实现微电子国产替代进口的梦想,在NFC读写卡芯片、标签芯片、RFID超高频标签芯片、收音芯片等领域取得了国内先进水平,与客户共享、共生、共融、共赢,成为客户需求专业解决方案。

深圳市福芯微电子科技有限公司是一家专注微电子产品研发的高新技术企业,成立于2008年,公司自成立以来,秉承“用芯造福,回报社会”的理念,以创新定制中国芯为己任,依托十多年丰富的研发经验和国际先进的微电子发展理念,广泛与上下游优秀企业开展合作;逐步实现微电子国产替代进口的梦想,在NFC读写卡芯片、标签芯片、RFID超高频标签芯片、收音芯片等领域取得了国内先进水平,与客户共享、共生、共融、共赢,成为客户需求专业解决方案。收起

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