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銀行卡里的“中國芯”
2022-06-01 10:06
來源:中國電子報、電子信息產業網
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  一顆封裝完好、表面呈現淡金色光澤的金融IC卡芯片正靜靜地被放置在實驗臺上,一面被一臺激光發射裝置對準,另一面則與一臺高精度檢測裝置連接。隨著指令的下達,數束激光光線瞬間擊打到事先預設好的芯片某一焦點之上,檢測裝置中平穩的讀數預示著芯片表現出了良好的抗穿透性。這是檢測實驗室日常一幕,正在檢測的產品是華大電子面向銀行系統開發的、用以替換磁條卡的一款金融IC卡芯片。

  10年前,人們使用的絕大多數銀行卡還是傳統的磁條介質銀行卡(簡稱磁條卡)。從2010年起,我國開始推動磁條卡向安全性更高、存儲容量更大、擴展功能更加突出的金融IC卡遷移。國內芯片企業經過10多年潛心發展,不斷提升和強化芯片安全測評能力,全面追趕國外芯片產品技術水平,打破了國外企業的壟斷。目前我國本土芯片在國內金融IC卡領域的占比已經過半,真正實現了“一顆小芯片方便千萬家”。

  

起步:協力攻克產品安全檢測認證關

  據華大電子總經理常峰介紹,文章開頭進行的是芯片故障注入攻擊測試,其目的是向芯片發射激光,使芯片中的某個寄存器出現翻轉,導致芯片的程序執行出現非預期的狀態,進而造成部分信息泄漏,模擬黑客攻擊的場景。未來,這顆芯片還將在實驗室中停留很長時間,接受7大類、數10種攻擊,以及其他各類嚴格縝密的檢測,確保其具備安全可靠的信息防護能力。

  金融IC卡,又稱芯片介質銀行卡,日常應用極為廣泛。 

  據統計,2016年中國商業銀行累計發卡量已經突破60億張,2021年達到99.3億張,真正成為了人們日常消費購物最主要的支付工具之一。然而,我國銀行卡在從磁條卡向金融IC卡遷移的過程并不輕松。啟動之初,我國本土芯片企業在該領域的市場占有率極低。當時的一份統計數據顯示,以恩智浦、英飛凌為代表的國際芯片巨頭在金融IC卡市場一度占據了90%以上的市場份額。

  對此,金融IC卡“麻雀雖小,五臟俱全”,相當于一臺嵌入式的微型計算機。而芯片則是金融IC卡的基本載體,是實現整個遷移工作的核心部分。這就要求金融IC卡芯片一方面要在產品層面保證生產安全,另一方面要在行業應用中實現信息安全。對于芯片企業來說,其產品就必須通過國際、國內的雙重認證,包括國家強制安全認證(CC EAL認證)和行業安全認證(銀聯認證、EMVCo認證)等。由于當時我國還沒有全面建立自身的金融IC卡芯片檢測認證體系,企業不得不將產品拿到國際上的實驗室去做檢測認證。

  通過CC EAL的安全檢測認證,要經受7大類安全攻擊的測試,包括激光注入攻擊、電磁注入攻擊、側信道攻擊等。2010年之前,在這方面我們幾乎是零積累,此后才開始模索。我們通過各種渠道,尋找能夠得到的公開資料,再根據這7大類攻擊的特點,思考設計路線,研究抵御攻擊的各種方法,并嘗試建立芯片的防護體系。而這只是送檢工作的一個方面。

  另一方面,是要思考如何把芯片的描述做好,如何將芯片安全防護能力描述得非常透徹。因為無論是國際還是國內,芯片安全檢測都是白盒檢測,這就要求送檢單位思考如何在規則范圍內更加清楚地將芯片安全防護設置描述出來。檢測方在了解測試方的安全手段后,再進行攻擊,而測試芯片也完全能對抗得住。

  盡管難度很大,但是華大電子經過多年的潛心研究以及和國內外相關單位的密切合作,于2013年一舉通過了CC EAL4+安全認證,同時也取得了國內的銀聯芯片卡產品安全認證、銀聯嵌入式軟件安全認證和國密二級產品資質等,并于2014年年初率先拿到了EMVCo芯片安全證書。其他國內企業也陸續通過相應的檢測認證。

  目前,國內主要的金融IC卡芯片設計企業,如華大電子、紫光同芯、復旦微電子、國民技術等,都已推出了自己的雙界面芯片產品,并在國內國際一系列信息安全檢測認證中取得良好成績,許多產品通過了目前安全認證中等級最高的EAL6+認證。

  成長:全產業鏈推進提升市場競爭力

  通過國際安全認證只是萬里長征的第一步,這意味著該款產品可以進入相關行業市場。而更為重要的則是借此契機,把國內金融IC卡芯片的相關產業鏈以及我國金融IC卡認證體系建立起來,如此才能更加切實地保障人民群眾生活消費能夠安全有序地展開。

  此前接受記者采訪時,英飛凌智能卡與安全事業部中國區負責人黃耀平介紹了金融IC卡芯片開發生產過程中的挑戰。金融IC卡芯片的工藝線寬從最初的0.22微米提升到0.13微米,進而達到現在90nm以下。工藝提升帶來的是更低的功耗、更快的運行速度及更高的存儲容量,這是一個必然的技術趨勢。但隨著更細線寬工藝的芯片實現,必然要求晶圓生產采用更為精密的設備以及生產流程管理,同時芯片版圖的設計生成也需要更為復雜甚至更多層的綜合邏輯。例如在90nm及以下工藝當中,存儲器的漏電流控制工藝將變得更為復雜,芯片設計要考慮高安全、低功耗和工作條件強健性等平衡實現,這些都直接導致了技術難度的急劇增加。目前,國際廠商以65nm工藝生產金融IC卡芯片已經較為成熟,同時正在研發40nm工藝。國內工廠已開始積極推進65nm工藝。

  封裝技術的發展對于金融IC卡的使用安全和可靠性也極為重要,如載板注塑封裝和載帶黑膠封裝可有效提高防拆解、抗彎折能力,采用CSP封裝可縮短電路連線,降低傳輸電耗,卡片的天線直接焊線封裝技術將有效提高卡的可靠性,增強抗彎曲、抗扭曲、抗點壓的能力,應對金融IC卡使用惡劣環境,在鍍金面采用厚化金工藝將提高接觸面抗腐蝕能力,可以有效延長卡的使用壽命。特別是在金融IC卡遷移過程中,我國要求采用雙界面卡進行替換,這對于封裝工藝有著特殊的要求。中電智能卡等國內封測企業為解決金融卡換發大批量供貨的需要,積極開發雙界面卡封裝工藝技術,研發天線與IC模塊直接焊接的獨特封裝工藝,技術創新極大地拓展了企業的市場空間,為公司的持續穩定發展打下了基礎。

  我國金融IC卡檢測認證體系的建立也是重要一環。中國銀聯董事柴洪峰指出,測試是保證芯片質量的關鍵,貫穿于金融IC卡芯片產業鏈中設計、制造、封裝各個環節。測試認證的重要性已經越來越引起產業鏈各企業的重視。從2010年起,我國開始著手建立銀行卡檢測中心(BCTC)牽頭的獨立的第三方專業技術檢測機構,按照國際、國家和金融行業有關技術質量標準對送檢的金融IC卡樣片進行檢測認證,承擔起我國銀行卡及其受理終端機具等產品的檢測。整個體系是從無到有一點點逐步建設起來的,其中滲透著所有從業者的艱辛努力。

  概括而言,從2010年開始起步,我國金融IC卡芯片大體經歷了三個發展階段:2010—2012年為積累階段。這一時期我國芯片企業與相關機構一起,以建立完整的芯片安全體系為主要目標,通過國內合作,并向國外學習,共同摸索芯片的檢驗測試。2013—2015年為成長階段。隨著2013年國內第一批通過國際國內雙重認證的金融IC卡芯片面世,我國金融IC卡芯片的能力再次邁上一個新的臺階。國內芯片商抓住此次成長機遇,通過優化設計,完善安全體系,提高產品性能,提升和強化芯片安全測評能力,全面追趕國外芯片產品技術水平。2016年以后至今為突破階段。國內在安全芯片領域涌現出多家代表性企業,通過安全體系和產品設計的優化和創新,搭建起新一代金融IC卡芯片產品平臺,實現了產品、市場的雙突破。中國金融IC卡芯片產品具備了進軍國際市場的能力。

  突破:金融IC卡不斷拓展市場邊界

  金融IC卡在信息安全檢測認證上對企業和產品的要求是極為嚴苛的。但是,這樣的體系一旦建立起來,對企業來說也是受益無窮。這些認證首先是對企業設計開發能力的認可,標志著公司的產品具備了與國際企業同樣的實力,甚至有些特點上還優于國外企業的產品。同時,企業也因此建立起一整套信息安全管理體系。這是更大的一筆資產,讓企業的能力大幅提升。企業還可以將這方面的能力應用于金融IC卡芯片以外的其他領域,帶動我國集成電路產業的整體發展。

  由于芯片介質在數據存儲、數據處理方面較傳統磁條介質優勢顯著,金融IC卡可以根據需求在借記卡或信用卡的基礎金融功能上,進一步集成社保、醫療、交通等領域的相關應用軟件,實現“一卡多用”。因此,這些年金融IC卡不斷拓展著市場邊界。以醫療保險應用為例,醫??ㄒ话阌僧數刂付ù磴y行承辦,是銀行多功能借記卡的一種。近年來,我國基本醫療保險參保人數持續增長,參保覆蓋面穩定在95%以上。

  更重要的是,隨著數字化、智能化的飛速發展,信息安全受到了廣泛重視,如何保證個人信息的安全可靠,免受黑客攻擊成為社會大眾新的需求。對于信息安全產品來說,實現起來并不是僅在原有產品之上是再疊加一個密碼算法就可以搞定的,而是需要更加綜合的安全保障能力。而以金融IC卡芯片為基礎,建立起來的一整套信息安全管理體系,同樣適合于移動通信、汽車電子、智能家居、物聯網、電子錢包等,在這些領域將大有用武之地。

  這些情況極大拓展了金融IC卡芯片相關產業鏈企業的市場空間。元禾璞華創投委會主席陳大同認為,我國集成電路產業的成長在很大程度上就受益于智能卡產業的帶動。我國的智能卡市場從上世紀90代初起步,至今經過20多年的發展,應用領域經歷了電信SIM卡、第二代身份證、社會保障卡等重大市場機遇,并向稅務、交通、建設及公用事業、衛生、石油石化、組織機構代碼管理等多個領域輻射。在此過程中,一批本土企業迅速成長起來,同時又以技術創新為手段,大大推動了集成電路產業的發展。金融IC卡芯片同樣具備這樣的帶動和放大作用,具備信息安全保障能力的芯片企業采用本土開發的CPU內核,可以為產業提供更加安全可靠的芯片產品。

  根據常峰介紹,目前華大電子安全芯片已突破200億顆,公司正以智能網聯汽車、工業互聯網為重點突破方向,拓展芯片的業務輻射范圍。從產品角度而言,一方面推進安全芯片,另一方面推進安全MCU方面的產品。我們看到通用產品與信息安全能力相結合是一個大趨勢。智能網聯汽車已經率先應用起來,包括VtoX、數字車匙等方面都已經開始采用。未來,在聯網設備領域的需求也會越來越多,從國外產品到本土處理器,中國本土集成電路企業將全面建設芯片產業的生態環境。

  

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