بطاقة ذكية

تم ابتكار واختراع البطاقات الذكية بواسطة عالم الصواريخ الألماني هيلموت جروتروب وزميله العالم جورجين ديثلوف في عام 1968، وتم اعتماد براءة الاختراع في عام 1982 وأول استخدام جماعي للبطاقات في التليفونات المدفوعة بفرنسا عام 1983 وسجل رولاند مورينو براءة ابتكار تصوره لبطاقة الذاكرة في عام 1974 وفي عام 1977، ابتكر هونيويل بول أول بطاقة ذكية مزودة بمعالج دقيق. وفي عام 1978، سجل بول براءة اختراع الحاسب الدقيق ذي الشريحة الواحدة القابل للبرمجة SPOM مع تعريف البنية الضرورية لبرمجة الشريحة تلقائيا. بعد ذلك بثلاث سنوات صنعت موتورولا أول بطاقة بمعالج دقيق وفقا لهذا الاختراع، ثم سجل بول ما يقرب من 1200 براءة اختراع مرتبطة بالبطاقات الذكية.

وجاء الاستخدام الثاني للبطاقات الذكية مع دمج الرقائق الصغيرة في بطاقات الخصم الفرنسية (البطاقة الزرقاء Carte Bleue) عام 1992، حيث يقوم المستهلك بسداد المدفوعات بإدخال البطاقة في ماكينة التاجر ثم يدخل الرقم الشخصي قبل قبول العملية. وفي منتصف التسعينات ازدهرت في جميع دول اوربا أنظمة المحافظ الإلكترونية التي تعتمد على البطاقات الذكية وتحتوي رقائقها الإلكترونية على القيمة المالية التي لا تخزن في حساب خارجي، بحيث لا تحتاج التي تقبل البطاقة إلى الاتصال بالشبكة، ومن أشهر هذه الدول ألمانيا والنمسا وبلجيكا وفرنسا وهولندا وسويسرا والسويد وفلندا وبريطانيا والدنمارك والبرتغال.

ثم حدث الزدهار الأكبر في البطاقات الذكية في نهاية التسعينات مع طرح شريحة خط المحمول الذكية، ومع انتشار وذيوع التليفونات المحمولة في أوروبا، أصبحت البطاقات الذكية أيضا شائعة، وفي عام 1993 وافقت ماركة الدفع العالمية ماستركارد وفيزا ويوروباي على التعاون معا لتطويير المعايير لاستخدام البطاقات الذكية مع بطاقات الائتمان أو بطاقات الخصم، وتم اطلاق الإصدار الأول من إصدار EMV (الحروف الأولى من Europay و Visa و Mastercard) في عام 1994. وقامت شركة EMVco المسئولة عن صيانة النظام على المدى البعيد بترقية المعيار في عام 2000 ثم إلى 2004.

وبدأت البطاقات الذكية اللاتلامسية – التي تعمل بتكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية قريبة المدى - تصبح شائعة بشكل متزايد في طبقات السداد والتذاكر، مثل النقل الجماعي، ووافقت فيزا وماستر بطاقة على إصدار سهل التنفيذ يجري تشغيله حاليا في الولايات المتحدة، وحول العالم، يجري تركيب أنظمة البطاقات اللاتلامسية لجمع الاجرة من أجل زيادة الكفاءة في النقل الجماعي، والمعايير العديدة التي ظهرت في هذا المجال هي معايير محلية وغير متوافقة مع بعضها البعض.

ويجري حاليا استخدام البطاقات الذكية على نطاق واسع في نظام الهوية الشخصية على المستويات الإقليمية والقومية والدولية، وذلك في بطاقات هوية المواطنين وتراخيص القيادة وبطاقات المرضى وغيرها، كما يجري حاليا تركيب البطاقات الذكية اللاتلامسية في جوازات السفر الالكترونية المزودة بالبيانات الحيوية لتحسين الأمان في صناعة السفر والسياحة الدولية.

أقطاب البطاقة الذكية.

أشهر أنواع البطاقات الذكية وأكثر شيوعها، وينبغى وضعها في جهاز القراءة بحيث يحدث تلامس مباشر على سطح مناطق الاتصال الذهبية في البطاقة، ويحدث نقل الأوامر والبيانات وحالة البطاقة عبر نطاق التلامس المادى الكهربية.ويستخدم في جميع أحجام البطاقات وأنواع الشرائح الالكترونية. البطاقات ذات خاصية التلامس يجب أن تدخل في القاريء لكي تتم عملية نقل المعلومات. تحتوي البطاقات من هذا النوع على شريحة ذهبية صغيرة طول قطرها حوالي نصف بوصة في مقدمة البطاقة، بدلا من الشريط المغناطيسي الموجود في الخلف كما في بطاقات الائتمان. عندما تدخل البطاقة في القاريء تتصل مع وصلات كهربائية وهي التي من خلالها يتم تنقل المعلومات من وإلى الشريحة. البطاقات التلامسية تستخدم ثمانية دبابيس إلكترونية لتتمكن من الاتصال الفعلي بالقاريء خمسة دبابيس إلكترونية معرفة على انها (Vcc(+5VDC), reset , clock ,ground,input/output(I/O).

كل ما تتطلبه هو الاقتراب لمسافة معينة من جهاز القراءة، حيث تحتوى كل من البطاقات الذكية وجهاز القراءة على هوائى لاسلكى قصير المدى، وتتواصل الهوائيات لاسلكيا باستخدام ترددات الراديو اللاسلكية. وتعتمد على تكنولوجيا التحقق من الهوية لاسلكيا RFID ، وبدلامن إدخال البطاقة في جهاز القراءة يتم تمريره بالقرب من السطح الخارجى لجهاز القراءة. وتعمل هذه البطاقات بذاكرة محدودة وبتردد 125 ميجا هرتز، أما البطاقات اللاتلامسية التي يمكن قراءتها وتعديلها فتتواصل بتردد13.65 ميجا هيرتز، ومن عيوب البطاقات اللاتلامسية تققيد وظائف التشفير وذاكرة المستخدم مقابل بطاقات المعالج الدقيق والمسافة المحدودة بين البطاقة وجهاز القراءة المطلوبة للتشغيل.

وهي التي تمزج بين التكنولوجيا التلامسية واللاتلامسية في بطاقة واحدة، وقد تحتوى هذة البطاقات على شريحتين مختلفتين بخلاف البطاقة ذى الوصلة المزدوجة التي تحتوى على شريحة واحدة مزودة بالوصلتين معا.

شرائح بطاقات الكترونية منوعة

هي البطاقات التي تقتصر وظيفة شريحة الذاكرة المدمجة بها على التخزين والاسترجاع فقط، وتشبه هذه الشريحة قرص صلب صغير مع سمات أمنية اختيارية، ولكنها تقل في الحماية المتوفرة لادارة البيانات. وهناك ثلاثة أنواع من بطاقات الذاكرة

• بطاقات الذاكرة المباشرة: تخزن هذه البطاقات البيانات ولا تمتلك معالجة البيانات، وهي أقل تكلفة، وتعتبر بمثابة أقراص مرنة بأحجام مختلفة مع إمكانية الغلق.
• بطاقات الذاكرة المحمية/المقسمة: تحتوى هذه البطاقات على المنطق الداخلى الخاص بها للتحكم في الوصول للذاكرة في البطاقة. ويتم ذلك من خلال كلمة مرور أو مفتاح للنظام، ولا يمكن بسهوله نسخ هذه البطاقات، ويمكن تتيعها بواسطه معرف على الذاكرة.
• بطاقات الذاكرة ذات القيمة المخزنة: صممت هذه البطاقات لغرض معين وهو تخزين قيمة أو شفرة حماية معينة، ويمكن التخلص من هذه البطاقات أو إعداد شحنها، وتتضمن أغلب البطاقات من هذا النوع إجراءات أمان دائمة في مرحلة التصنيع. ومن أمثلة هذة البطاقات التليفون العام في الشوارع والميادين، حيث تحتوى البطاقة على عدد معين من خلايا الذاكرة، كل خلية تحتوى على قيمة أو وحدة معينة، ومع إجراء الاتصال يتم مسح قيم أ وحدات هذه الخلايا حسب المدة، والخلية التي لا تمسح من الصعب كتابتها مرة أخرى وهكذا حتى يتم مسح كل الخلايا وتصبح البطاقة عديمة الجدوى، ويتم التخلص منها، وفي الحالة البطاقات القابلة للشحن يتم عكس هذه العميلة فيتم إعادة القيم والبيانات المشفرة في خلايا الذاكرة .

وتحتوى هذه البطاقات على معالج دقيق أو رقاقة تحكم دقيقة تدير عملية تخصيص الذاكرة والوصول للملفات . ويشبه هذا النوع الشرائح الموجودة في كل الحاسبات الشخصية وعند زرعها في البطاقة الذكية تقوم بإدارة البيانات في هياكل ملفات منظمة من خلال نظام تشغيل البطاقة .

فالبطاقات الذكية التي تحتوى على معالج دقيق مدمج تمتاز بالقدرة الفريدة على تخزين كميات كبيرة من البيانات وتنفيذ عمليات الحوسبة الخاصة بها مثل التشفير والتوقيعات الرقمية ويمكنها التفاعل بذكاء مع قارئ البطاقة الذكية. ويتميز الجيل الحالى من البطاقات الذكية ذات المعالجات بمعالج 8 بت وذاكرة للقراءة فقط سعتها 16 كيلو بت وذاكرة وصول عشوائى سعتها 512 بايت، وتتضمن هذه البطاقات القدرة التشفيرة الذاتية، مما يتطلب التعامل مع أرقام كبيرة ولهذا تستخدم هذه البطاقات في تطبيقات الهوية الرقمية، وهناك عدة أمثلة لهذه البطاقات منها:

• البطاقات التي تحمل قيمة مالية .
• البطاقات التي تحمل قيمة مكافئة للمال (مثل بطاقات التعامل المتكرر في المتاجر والمستشفيات وغيرها)
• البطاقات التي تتيح الوصول الآمن لشبكة معين.
• البطاقات التي تحمى التليفونات المحمولة من الغش والاحتيال .
• البطاقات التي تحمى أجهزة التليفزيون والدش من القرصنة.

تستطيع بطاقات الذاكرة الضوئية تخزين حوالى 10 ميجا بت من البيانات، ولكن بمجرد تسجيل هذه البيانات لايمكن تغييرها أو إزالتها، وهذا النوع من البيانات مثالى لحفظ السجلات مثل الملفات الطبية وسجلات القيادة وتاريخ السفر، وهذه البطاقات لا تحتوى على معالجات خاصة بها، واذا كانت البطاقات مشابهه في السعر للبطاقات ذات الشريحة، فإن أجهزة القراءة التي تتمكن من التعامل مع هذه البطاقات غير شائعة ومكلفة للغاية

في حالة البطاقات المزودة بمعاجات دقيقة، يلزمها وجود نظام تشغيل لادارة الملفات والذاكرة والوصول للبيانات التي تخدم التطبيقات المختلفة وهو بديهيا ليس نظام تشغيل مثل الويندز بالطبع، ولكن ه برنامج صغير يتحكم في البطاقة ويدير اتصاله مع أجهزة القراءة في مختلف التطبيقات . يوجد نوعان أساسيان من أنظمة تشغيل البطاقات الذكية: نظام البنية الثابتة للملفات ونظام التطبيقات المتغير، وكما هو الحال مع أنواع البطاقات الذكية، يعتمد اختيار نظام تشغيل البطاقة على التطبيق الذي يخدمه البطاقة، والفرق الآخر بين البطاقات هو إمكانيات التشفير في نظام التشغيل والشريحة، ويمكن التفريق بين هذه الإمكانيات على أساس المفتاح المتماثل والمفتاح العام.

يعامل هذا النوع هذه البطاقات على أنه جهاز آمن للحوسبة والتخزين، وتقوم الشركة المصنعة بتحديد الملفات والصلاحيات مقدما، وهذه المعايير الثابتة مثالية وموفرة في التكلفة لنوع معين من البنية والوظائف الثابتة التي لم تتغير في المستقبل القريب .

يساعد هذا النوع من نظم التشغيل المبرمجين على بناء واختبار وتشغيل تطبيقات مختلفة بشكل آمن، وبسبب انفصال نظام التشغيل عن التطبيقات، يمكن ترقية البطاقة بسهولة وبشكل متكرر، ومن الأمثلة على ذلك شريحة المحمول التي تستقبل حزمة الترقية والحماية من شبكة المحمول ويتم تغيير تطبيقياتها بشكل تفاعلى .

من المهام التي تقوم بها المعالجات الدقيقة في أغلب البطاقات الذكية تشفيير البيانات باستخدام لوغاريتمات معقدة، وتستطيع البطاقات الذكية التشفيرية توليد أزواج المفاتييح لتجنب مخاطر وجود أكثر من نسخة من المفتاح (رغم أن تصميم البطاقات الذكية لا يتيح استخراج المفاتيح الخاصة من البطاقة الذكية)، وهذا النوع من البطاقات الذكية يستخدم في التوقيع الرقمى والهوية الآمنة.

يصف مصطلح جهاز القراءة الوحدة أو الجهاز التي تعتمد على الحاسب الشخصى في المعالجة أما الجهاز الطرفى فهو الجهاز الذي يكتفى ذاتيا ويحتوى على المعالج الخاص به، وتقوم أجهزة القراءة والاجهزة الطرفية بالقراءة من البطاقات الذكية والكتابة عليها . وتوجد أشكال وأحجام عديدة من أجهزة القراءة حسب التنوع الكبير في التطبيقات، ويمكن التفرقة بين أجهزة قراءة البطاقات الذكية حسب نوع الوصلة بالحاسب الشخصى وهي إما المنافذ المتسلسلةآر إس 232 ومنافذ يو إس بي وفتحات PCMCIA وفتحات الاقراص المرنة والمنافذ المتوازية ومنافذ الاشعة تحت الحمراء ولوحات المفاتيح.

قفل الكتروني: إحدى التطبيقات العملية للبطاقة الذكية.

تطبيقات الاتصالات

تستخدم البطاقات الذكية بكثافة في مجال الاتصالات، ولعل شرائح خطوط المحمول من أكثر التطبيقات البارزة في هذا الصدد ولا يوجد هاتف بدون شريحة الخط الذكية SIM التي يتم ضبطها بالمعلومات الأساسية من أجل تحديد هوية الهاتف المحمول حتى يستطيع استقبال المكالمات والرسائل.

وتستخدم البطاقات الذكية في خدمات الدفع في الهاتف المحمول، فقد أصبح من الممكن دمج هذه الشرائح الذكية اللاتلامسية في الهواتف المحمولة، ومن ثم الهاتف المحمول بديلا للبطاقة وبالتالي من الممكن استخدامه لاتلامسيا كبطاقة ائتمان أو خصم في الصراف الآلي.

تطبيقات تحديد الهوية

تحمي تكنولوجيا البطاقات الذكية بيانات الهوية المخزنة في بطاقة الهوية بشكل كامل وباستمرار، حيث يقوم المعالج المدمج ببطاقة الهوية بتشفير بيانات الهوية المخزنة في البطاقة ولا يسمح بقراءتها إلا بعد إدخال رقم سري مثل رقم التعريف الشخصي وكلمة المرور أو التحقق الحيوي عن طريق بصمات الأصابع.

التطبيقات المالية

يستطيع العملاء استخدام البطاقات الذكية في إجراء التعاملات المالية الشخصية سواء من خلال صراف آلي أو عبر الانترنت من خلال وحدات قراءة البطاقات المتصلة بالحاسب. وتسهل البطاقات الذكية على العملاء تأمين تخزين المعلومات والنقد للشراء. وتشمل المزايا التي توفرها للعملاء في هذا الصدد حمل البيانات الشخصية وبيانات الائتمان والشراء التي يمكن الوصول إليها من خلال نقرة واحدة بفأرة حاسب بدلا من ملء النماذج والاستمارات.[2]