УСТРОЙСТВО USB-КЛЮЧА И СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СМАРТ-КАРТЫ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕЙСА USB
USB-SWITCH DEVICE AND CONNECTION METHOD OF SMART CARD BY MEANS OF USB INTERFACE

Область техники
Предлагаемые изобретения относятся к области электронных технологий, в частности к устройству USB-ключа и способу подключения смарт-карты с помощью интерфейса USB.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время устройство USB-ключа обычно используется для цифрового подтверждения права доступа. При соединении с ПК через интерфейс USB, устройство USB-ключа используют для цифрового подтверждения права доступа с помощью его внутреннего микропроцессора. Интерфейс USB устройства USB-ключа соединяется с внутренним микропроцессором после согласования протокола обмена. Обычное устройство USB-ключа может только взаимодействовать с ПК через интерфейс USB как USB-продукт, но не может быть опознано как смарт-карта в случае соединения с устройством считывания смарт-карт через интерфейс USB. Поэтому обычное устройство USB-ключа не может взаимодействовать с устройством считывания смарт-карт для реализации различных применений смарт-карты.
Краткое описание объектов изобретения
Согласно изобретениям предлагаются устройство USB-ключа и способ подключения смарт-карты с устройством USB-ключа через интерфейс USB. Устройство USB-ключа с интерфейсом USB может не только взаимодействовать с внешними устройствами через интерфейс USB как USB-устройство, но также может взаимодействовать с устройством считывания смарт-карт через интерфейс USB как контактная смарт-карта.
Такой результат достигается с помощью технических решений, описанных ниже. Согласно изобретению предлагается устройство USB-ключа. Устройство USB-ключа включает: микросхему защиты; схему синхронизации и генератор тактовой частоты, соединенные с микросхемой защиты; схему сопряжения USB с первым контактом D+ и первым контактом D-, соединенную с микросхемой защиты; схему интерфейса IO с двунаправленным интерфейсом и первым входным интерфейсом, соединенную с микросхемой защиты; интерфейс USB со вторым контактом D+ и вторым контактом D-, в котором второй контакт D+ соединен с первым контактом D+ схемы сопряжения USB, второй контакт D- соединен с первым контактом D- схемы сопряжения USB, второй контакт D+ соединен с двунаправленным интерфейсом или первым входным интерфейсом, а второй контакт D- соединен с первым входным интерфейсом или двунаправленным интерфейсом соответственно; и процессор интерфейса, соединенный со схемой сопряжения USB и схемой интерфейса IO соответственно и сконфигурированный для оценки уровня двунаправленного интерфейса после установки двунаправленного интерфейса во входной режим и подключения или отключения схемы сопряжения USB в зависимости от уровня двунаправленного интерфейса.
В одном из вариантов реализации двунаправленный интерфейс схемы интерфейса IO содержит второй входной интерфейс и выходной интерфейс.
В одном из вариантов процессор интерфейса содержит: установочный модуль, скомпонованный для установки двунаправленного интерфейса во входной режим; модуль оценки, сконфигурированный для оценки, имеет ли двунаправленный интерфейс низкий уровень или высокий уровень, когда двунаправленный интерфейс находится во входном режиме; и управляющий модуль, сконфигурированный для отключения схемы сопряжения USB, когда двунаправленный интерфейс имеет высокий уровень, и для включения схемы сопряжения USB, когда двунаправленный интерфейс имеет низкий уровень.
Возможно объединение схемы интерфейса IO с микросхемой защиты.
В одном из вариантов микросхемой защиты является микросхема смарт-карты.
Также возможен вариант, в котором схема синхронизации объединена с микросхемой защиты.
Как вариант, генератор тактовой частоты устанавливает частоту схемы синхронизации, равной 9600 бит в секунду.
Согласно изобретению предлагается также способ подключения смарт-карты с помощью устройства USB-ключа через интерфейс USB. Устройство USB-ключа является устройством USB-ключа согласно вышеописанным вариантам исполнения, а способ включает: установку двунаправленного интерфейса схемы интерфейса IO, соединенной с интерфейсом USB, во входной режим, когда устройство USB-ключа подключено к питанию; оценку, является ли уровень двунаправленного интерфейса высоким или низким. Если двунаправленный интерфейс имеет низкий уровень, подключается схема сопряжения USB для соединения микросхемы защиты с интерфейсом USB через схему сопряжения USB с тем, чтобы позволить устройству USB-ключа осуществить коммуникацию USB-устройства. Если уровень двунаправленного интерфейса оказывается высоким, отключается схема сопряжения USB для соединения микросхемы защиты с интерфейсом USB через схему интерфейса IO с тем, чтобы позволить устройству USB-ключа провести коммуникацию смарт-карты.
В одном из вариантов способ также включает использование схемы синхронизации в устройстве USB-ключа в качестве входной схемы синхронизации, когда устройство USB-ключа осуществляет коммуникацию смарт-карты.
В возможном варианте частота схемы синхронизации в устройстве USB-ключа составляет 9600 бит в секунду, что читается устройством считывания смарт-карт.
В соответствии с предлагаемыми изобретениями, при использовании схемы интерфейса IO и соединения интерфейса USB с микросхемой защиты через схему интерфейса IO и схему сопряжения USB соответственно устройство USB-ключа может определить, какие подсоединены внешние устройства (такие как интерфейс USB персонального компьютера или устройство считывания смарт-карт), после чего устройство USB-ключа может взаимодействовать с USB-устройством или с устройством считывания смарт-карт. Устройство USB-ключа согласно настоящему изобретению легко и просто в использовании, что позволяет обмен данных посредством коммуникации с устройством считывания смарт-карт. Более того, с устройством USB-ключа согласно настоящему изобретению нет необходимости обновлять или значительно переделывать существующие устройства считывания смарт-карт, за исключением выполнения параллельного интерфейса смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт для образования формы интерфейса USB, что несложно выполнить и распространять.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема устройства USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения;
Фиг.2 - другая возможная блок-схема устройства USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения;
Фиг.3 - блок-схема процессора интерфейса в устройстве USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения;
Фиг.4 - коммутационная схема устройства USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения;
Фиг.5 - другая коммутационная схема устройства USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения; и
Фиг.6 - последовательность операций в способе коммуникации устройства USB-ключа согласно второму объекту предлагаемого изобретения.
Подробное описание изобретения
Предлагаемое изобретение будет подробно описано далее со ссылками на прилагаемые чертежи и возможные варианты осуществления.
Объект 1 (устройство)
Первым объектом настоящего изобретения является устройство USB-ключа, которое можно использовать как маркер электронной подписи или как смарт-карту.
На Фиг.1 показана блок-схема устройства USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения. На Фиг.2 - другая блок-схема устройства USB-ключа согласно первому объекту предлагаемого изобретения. Как показано на Фиг.1 и Фиг.2, устройство USB-ключа содержит интерфейс 1 USB, схему 2 сопряжения USB, схему 3 интерфейса IO, микросхему 4 защиты, процессор 5 интерфейса, генератор 6 тактовой частоты и схему 7 синхронизации. На практике микросхема 4 защиты может использовать микросхему смарт-карты, такую как микросхема SHC 1216S.
Интерфейс 1 USB электрически соединен с микросхемой 4 защиты через схему 2 сопряжения USB и схему 3 интерфейса IO соответственно.
И схема 7 синхронизации, и генератор 6 тактовой частоты электрически соединены с микросхемой 4 защиты.
Схема 2 сопряжения USB имеет контакт D+ и контакт D-, и интерфейс 1 USB имеет контакт D+ и контакт D-. Контакт D+ интерфейса 1 USB электрически соединен с контактом D+ схемы 2 сопряжения USB, и контакт D- интерфейса 1 USB электрически соединен с контактом D- схемы 2 сопряжения USB.
Схема 3 интерфейса IO имеет двунаправленный интерфейс А и первый входной интерфейс В, в котором двунаправленный интерфейс А содержит второй входной интерфейс и выходной интерфейс.
Контакт D+ интерфейса 1 USB электрически соединен с любым одним интерфейсом схемы 3 интерфейса IO (т.е. или с двунаправленным интерфейсом А, или с первым входным интерфейсом В), а контакт D- интерфейса 1 USB электрически соединен с другим интерфейсом схемы 3 интерфейса IO. Другими словами, контакт D+ интерфейса 1 USB может быть электрически соединен как с двунаправленным интерфейсом А, так и с первым входным интерфейсом В схемы 3 интерфейса IO, контакт D- интерфейса 1 USB также может быть электрически соединен как с двунаправленным интерфейсом А, так и с первым входным интерфейсом В схемы 3 интерфейса IO, пока контакт D+ и контакт D- интерфейса 1 USB электрически соединены с разными интерфейсами схемы 3 интерфейса IO соответственно. Как показано на Фиг.1, контакт D+ интерфейса 1 USB электрически соединен с двунаправленным интерфейсом А схемы 3 интерфейса IO, а контакт D- интерфейса 1 USB электрически соединен с первым входным интерфейсом В схемы 3 интерфейса IO. Как показано на Фиг.2, контакт D+ интерфейса 1 USB электрически соединен с первым входным интерфейсом В схемы 3 интерфейса IO, а контакт D- интерфейса 1 USB электрически соединен с двунаправленным интерфейсом А схемы 3 интерфейса IO.
Процессор 5 интерфейса электрически соединен со схемой 3 интерфейса IO и схемой 2 сопряжения USB соответственно и сконфигурирован для оценки уровня двунаправленного интерфейса А после установки двунаправленного интерфейса А во входной режим и подключения или отключения схемы 2 сопряжения USB в зависимости от уровня двунаправленного интерфейса А.
На Фиг.3 дана блок-схема процессора 5 интерфейса в устройстве USB-ключа. Как показано на Фиг.3, процессор 5 интерфейса включает установочный модуль 51, а модуль 51 - модуль оценки 52 и управляющий модуль 53.
Установочный модуль 51 сконфигурирован для установки двунаправленного интерфейса А во входной режим.
Модуль 52 оценки сконфигурирован для оценки, имеет ли двунаправленный интерфейс А низкий или высокий уровень, когда двунаправленный интерфейс А находится во входном режиме.
Управляющий модуль 53 сконфигурирован отключать схему 2 сопряжения USB, когда двунаправленный интерфейс А имеет высокий уровень, и подключать схему 2 сопряжения USB, когда двунаправленный интерфейс А имеет низкий уровень.
Следует понимать, что модули процессора 5 интерфейса в устройстве USB-ключа могут быть аппаратными или программными модулями, поскольку они могут выполнять соответствующие функции.
В одном случае схема 3 интерфейса IO может быть встроена в микросхему 4 защиты.
В другом варианте, и схема 2 сопряжения USB, и схема 3 интерфейса IO, и генератор 6 тактовой частоты могут быть объединены в единой микросхеме, такой как микросхема ST7267.
И еще в одном варианте, и схема 2 сопряжения USB, и схема 3 интерфейса IO, и генератор 6 тактовой частоты, и микросхема 4 защиты могут быть объединены в единой микросхеме, такой как микросхема SHC 1408.
В одном варианте схема 7 синхронизации может быть встроена в микросхему 4 защиты, а частота схемы 7 синхронизации может быть установлена равной 9600 бит в секунду (что согласуется с частотой схемы 7 синхронизации обычного устройства считывания смарт-карт) генератором 6 тактовой частоты. Частота схемы 7 синхронизации может быть установлена и иной, если она согласуется с частотой схемы синхронизации внешнего устройства считывания смарт-карт.
Когда вышеописанное устройство USB-ключа соединено с внешним устройством считывания смарт-карт, контакт D+ и контакт D- интерфейса 1 USB в устройстве USB-ключа соединены с контактом D+ и контактом D- интерфейса USB в устройстве считывания смарт-карт соответственно. Поэтому, когда контакт D+ интерфейса 1 USB в устройстве USB-ключа соединен с двунаправленным интерфейсом А схемы интерфейса IO и контакт D- интерфейса 1 USB соединен с первым входным интерфейсом В схемы 3 интерфейса IO, контакт D+ интерфейса USB в устройстве считывания смарт-карт должен быть соединен с контактом DATA на схеме интерфейса подключения смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт и контакт D- интерфейса USB в устройстве считывания смарт-карт должен быть соединен с контактом RST на схеме интерфейса подключения смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт.
В отличие от предыдущего, когда контакт D+ интерфейса 1 USB в устройстве USB-ключа соединен с первым входным интерфейсом В схемы 3 интерфейса IO и контакт D- интерфейса 1 USB соединен с двунаправленным интерфейсом А схемы 3 интерфейса IO, контакт D+ интерфейса USB в устройстве считывания смарт-карт должен быть соединен с контактом RST на схеме интерфейса подключения смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт, а контакт D- на интерфейсе USB в устройстве считывания смарт-карт должен быть соединен с контактом DATA на схеме интерфейса подключения смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт.
Согласно предлагаемым изобретениям, устройство USB-ключа обычно используют как подчиненное USB-устройство. Схема 3 интерфейса IO (включающая по крайней мере один двунаправленный интерфейс и один входной интерфейс) в устройстве USB-ключа может быть встроена в микросхему 4 защиты, а контакты D+ и D- интерфейса 1 USB соединены соответственно с двумя интерфейсами (по крайней мере один из двух интерфейсов является двунаправленным) схемы 3 интерфейса IO параллельно. Когда USB-ключ подключен к питанию, двунаправленный интерфейс внутренней схемы 3 интерфейса IO устанавливается во входной режим (на данное время он находится в высокоимпедансном состоянии), после чего определяется уровень двунаправленного интерфейса. Если уровень двунаправленного интерфейса является низким уровнем, можно определить, что устройство USB-ключа соединено с ведущим устройством USB (таким как интерфейс USB персонального компьютера), и тогда устройство USB-ключа может взаимодействовать как USB-устройство. Если уровень двунаправленного интерфейса является высоким уровнем, можно определить, что устройство USB-ключа соединено с контактным устройством считывания смарт-карт, и тогда схема 2 сопряжения USB отключается, соединяя интерфейс 1 USB с микросхемой 4 защиты через схему 3 интерфейса IO, в которой контакт интерфейса 1 USB, соединенный с двунаправленным интерфейсом схемы 3 интерфейса IO, действует как контакт DATA интерфейса контактной смарт-карты, контакт интерфейса 1 USB, соединенный со входным интерфейсом схемы 3 интерфейса IO, действует как контакт RST интерфейса контактной смарт-карты, и частота схемы 7 синхронизации устанавливается читаемой для устройства считывания смарт-карт.
Таким образом, устройство USB-ключа может взаимодействовать с контактным устройством считывания смарт-карт согласно стандарту ISO7816. Фактическая схема соединения устройства USB-ключа согласно настоящему изобретению представлена на коммутационных схемах, показанных на Фиг.4 и Фиг.5.
Согласно предлагаемым изобретениям, при использовании схемы интерфейса IO и соединении интерфейса USB с микросхемой защиты через схему интерфейса IO и схему сопряжения USB соответственно устройство USB-ключа может определить, какое из внешних устройств (такое как интерфейс USB персонального компьютера или устройство считывания смарт-карт) к нему подсоединено, после чего устройство USB-ключа может взаимодействовать с USB-устройством или с устройством считывания смарт-карт. Устройство USB-ключа согласно настоящему изобретению легко и просто в использовании, что позволяет обмен данных посредством коммуникации с устройством считывания смарт-карт. Более того, с устройством USB-ключа согласно настоящему изобретению нет необходимости обновлять или значительно переделывать существующие устройства считывания смарт-карт, за исключением выполнения параллельного интерфейса смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт для образования формы интерфейса USB, что несложно выполнить и распространять.
Объект 2 (способ)
Вторым объектом предлагаемого изобретения является способ подключения смарт-карты с устройством USB-ключа через интерфейс USB. Устройство USB-ключа является устройством, описанным как первый объект изобретения. Как показано на Фиг.6, способ включает следующие этапы:
Этап 31: схему интерфейса IO, имеющую двунаправленный интерфейс и входной интерфейс, оснащают устройством USB-ключа с интерфейсом USB, и интерфейс USB соединяют с микросхемой защиты через схему интерфейса IO и схему сопряжения USB соответственно.
Этап 32: двунаправленный интерфейс схемы интерфейса IO устанавливают во входной режим, когда устройство USB-ключа подключено к питанию, и оценивают, является ли уровень двунаправленного интерфейса низким уровнем.
Этап 33: если уровень двунаправленного интерфейса является низким уровнем, микросхема защиты электрически соединяется с интерфейсом USB через схему сопряжения USB, чтобы позволить устройству USB-ключа осуществить подключение смарт-карты.
Этап 34: если уровень двунаправленного интерфейса не низкий, а высокий, схема сопряжения USB отключается для соединения микросхемы защиты с интерфейсом USB через схему интерфейса IO с тем, чтобы позволить устройству USB-ключа осуществить подключение смарт-карты.
На практике тактовую частоту также устанавливают такой, чтобы тактовая частота устройства USB-ключа соответствовала тактовой частоте внешне подключенного устройства считывания смарт-карт. Обычно тактовая частота ридера смарт-карт составляет 9600 бит в секунду.
Согласно настоящему изобретению, при использовании схемы интерфейса IO и соединении интерфейса USB с микросхемой защиты через схему интерфейса IO и схему сопряжения USB соответственно устройство USB-ключа может определить, какое из внешних устройств (такое как интерфейс USB персонального компьютера или устройство считывания смарт-карт) к нему подсоединено, после чего устройство USB-ключа может взаимодействовать с USB-устройством или с устройством считывания смарт-карт. Устройством USB-ключа согласно настоящему изобретению просто и легко пользоваться, что делает возможным обмен данными посредством соединения с устройством считывания смарт-карт. Более того, с устройством USB-ключа согласно настоящему изобретению нет необходимости обновлять или значительно переделывать существующие устройства считывания смарт-карт, за исключением выполнения параллельного интерфейса смарт-карт в устройстве считывания смарт-карт для образования формы интерфейса USB, что несложно выполнить и распространять.
Хотя были представлены и описаны поясняющие примеры, специалисту должно быть понятно, что в конструктивных вариантах, не отклоняясь от духа и смысла изобретения, могут присутствовать изменения, варианты и модификации. Поэтому объем испрашиваемой защиты определяется формулой изобретения.