OTOMASYON SİSTEMLERİNDE KULLANILAN AKILLI KARTLI OKUYUCUNUN ELEKTRONİK DEVRESİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
Download "OTOMASYON SİSTEMLERİNDE KULLANILAN AKILLI KARTLI OKUYUCUNUN ELEKTRONİK DEVRESİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ"
1 OTOMASYON SİSTEMLERİNDE KULLANILAN AKILLI KARTLI OKUYUCUNUN ELEKTRONİK DEVRESİNİN TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ Mustafa ALÇI 1 Hamdi ERCAN 2 1,2 Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Mühendislik Fakültesi Erciyes Üniversitesi, 38039, Melikgazi, Kayseri 1 e-posta: 2 e-posta: Anahtar sözcükler: Akıllı Kart, Elektronik Cüzdan, Veri Güvenliği, ISO 7816 ABSTRACT Smart cards are one of the modern technological components of our day. With their small dimensions, the reasons for their preference are that these microprocessors offer fast speeds, are able to work away from mainframes, be produced at low-costs and able to offer high security levels. Smart cards offer solutions to many automation systems. These tend to be read/write based applications. In this article, a smart card reader circuit was designed and made. Biometric systems can be combined with smart card applications to ensure double security levels. This article consists of five sections. In the first section, a general introduction into smart cards was offered. In the second section, the smart card standardization was stated. In the third one, the smart card system security was explained for different applications. In the fourth section, the smart card reader was made. In the last section, the usage of smart card readers and their importance in modern day technologies were mentioned. üzerine yazılmış bir işletim sistemine sahip mikroişlemci bulunmaktadır. Smart kart yani "akıllı kart" diye adlandırılmasının nedeni, üzerine yerleştirilen bir pul büyüklüğündeki çip sayesinde çok çeşitli türde veriyi saklayabilmesi ve işleyebilmesidir . Plastik kart teknolojisinin ulaştığı son nokta şeklinde nitelendirilen akıllı kartlar, çip kart, bellek kartı, elektronik cüzdan, değer yüklenebilen kart, akıllı para, tümdevre kartı gibi çok farklı isimlerle anılmaktadırlar. Başlangıçta üzerlerinde sadece bellek ünitesi bulunan bu kartlar, son zamanlarda geniş uygulama alanları bularak yerini üzerinde mikroişlemci bulunan ve elektronik bilgi alışverişi yapılan kartlara bırakmışlardır . 1. GİRİŞ Günümüz elektronik uygulamalarında sistemlerin mümkün olduğunca hızlı, otomatik ve güvenli olması istenmektedir. Bu amaçla da otomasyon sistem ve teknikleri tercih edilmektedir. Akıllı kartlar sahip oldukları avantajlar ile otomasyon sistemlerinde kullanılan ileri teknoloji ürünüdürler. Pek çok ülkede izlenen uygulamaların ışığında akıllı kartlar; başta elektronik bilet olarak toplu taşım araçlarında, elektronik para ve kredi kartı olmak üzere alışverişlerde ve bankacılık hizmetlerinde, paralı otoparklarda, mağaza ve perakende satış noktalarında ve binaların giriş-çıkışlarındaki güvenlik kontrollerinde, köprü ve otoyol geçişlerinde v.s. kullanılmaktadır. Akıllı kart, üzerinde ya da içinde silikon mikroçip bulunan bir plastik karttır. Karta yerleştirilen çipte (kırmıkta), 1 ile 64 kilobayt arası hafıza ve ROM Şekil-1. Akıllı Kartın Fiziksel Yapısı Akıllı kartın en önemli avantajlarından birisi, önemli ve çok miktarda bilgiyi üzerinde barındırabildiği için, çoğu uygulamada off-line yani sürekli bağlantı olmadan çalışabilmesidir. Örneğin, sıradan para çekme makinelerinde sürekli merkezle bağlantı olması zorunluluğu vardır. Bazı işlemler, kart üzerindeki bilgilerle yapılabilmektedir. Bu türdeki uygulamalardan biri e-cash, yani elektronik para ya da elektronik nakit ödemedir. Karta önceden yüklediğiniz parayı, kredi kartından harcama yapar gibi harcayabilir ve eğer istenirse akıllı kart okuyucusuna sahip olunduğunda en son yapılan harcamaların ayrıntılı dökümü görülebilir. Basit akıllı kart okuyucuları kişisel bilgisayarlara takılabilir. Gerekli yazılıma da sahip olunduğunda,
2 kartta yüklü bulunan uygulamalarla ilgili veriler bilgisayarda görülebilir. Ayrıca kart, güvenli internet erişimi ve e-posta için, internet üzerinde güvenli alışveriş için de kullanılabilir. İsterseniz, bilgisayarınızdaki dosyalara sizden başka kullanıcıların erişimini engelleyebilirsiniz. PC ve internet güvenliği, akıllı kartın hızla yaygınlaşan kullanım alanlarından biridir . Akıllı kartlar iletişim şekillerine göre temaslı ve temassız akıllı kartlar olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Temassız akıllı kartlarda, kart herhangi bir yuvaya sokulmadan sadece uzaktan gösterilerek işlemler gerçekleştirilmektedir. Bu tür kartlarda genellikle RF veya IR yöntemi kullanılmaktadır. Bu kartlarda veri iletimi radyo dalgaları aracılığıyla, 250 kbps gibi çok büyük bir hızda gerçekleşmektedir. Kart ile okuyucu, okuyucu ile denetleyici sistem arasında özel algoritmalar bulunmaktadır. Temassız kartlarda mikroçip ünitesine ilave olarak bir de küçük anten bulunmaktadır. Bu anten aracılığı ile alıcı, verici sistemine uzaktan veri transferi yapmaktadır . Akıllı kart mimarisi Şekil 2 de görülmektedir. Burada ISO kontaklarından girilen veriler mikroişlemcide değerlendirilerek, anlamlı veriler üretilmektedir. işareti tümdevrenin çalışmasını sağlar ve seri haberleşme hattının kurulmasında önemli rol oynar. ISO standardında MHz ve MHz olmak üzere kullanılan iki farklı saat frekansı vardır. Düşük olan frekans daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Giriş/Çıkış konnektörü, kırmığa veri girişinin yapıldığı ve dış dünya ile bağlantının sağlandığı işaret hattıdır. Bu veri iletimi T=0 ve T=1 protokolleri ile düzenlenmektedir . 3. FARKLI UYGULAMALAR İÇİN KART SİSTEMİNİN GÜVENLİĞİ Farklı uygulamalardaki akıllı kart sistemleri aşağıda açıklandığı gibi çok çeşitli güvenlik tabakalarına sahip olmalıdır. Veri güvenliği : Kartta bulunan veri, çevresel işlemlerin ve uygulamaların bir bölüm numarası ile ara yüzeylere ayrılmalı veya bölünmelidir. Kart erişim güvenliği : Karttaki her veri alanı güvenlik şifreleri ve şifreleme işlemlerinden bağımsız olarak korunmalıdır. Uygulama seviye güvenliği: Kart sistemlerinin farklı akıllı kart uygulamaları, gizli şifreler ve şifreleme anahtarlarını kullanarak uygulama seviye güvenliğini sağlamalıdır . Akıllı kartlı sistemlerde ilk göze çarpan güvenlik avantajları şunlardır: Şekil-2. Akıllı Kartın Bileşenleri  2. ÇALIŞMADA KULLANILAN AKILLI KART STANDARDI Akıllı kart okuyucu / yazıcı sisteminde kullandığımız kart ISO standartlarına göre üretilmiştir. Kolayca el değiştirebilen, ele geçirilebilen, unutulabilen geleneksel şifreler yerine, bilgisayar ağına erişim için akıllı kart kullanılmaktadır. Kullanıcı adı, şifresi ve alan adı kart üzerinde saklanmaktadır ve yalnızca kart tarafından sunulmaktadır. İkinci bir güvenlik unsuru olarak, kullanıcıların, karta özel PIN numarasını da girmesi istenir. Böylece, şifre ya da kart tek başına erişim sağlamaya yetmediğinden ikisinin aynı anda kullanılması gerekmektedir. İstendiğinde kullanıcıların parmak izi okutması da zorunlu kılınabilir. Erişim sırasında okutulan parmak izi ile kartta saklı olan parmak izi örneği birbirini tutuyorsa, sisteme erişim izni verilebilir . Şekil-3. ISO nin Bacak Bağlantıları Burada tümdevrenin besleme voltajı V CC dir. Reset konnektörü, güç verildikten sonra tümdevreyi başlangıç durumuna getiren işaret hattıdır. Saat Akıllı kartlara yüklenen bilgiler güvenlik amacıyla şifrelenmektedir. Şifreleme tekniği, birisi tarafından okunan bilginin bir başkasının okuyamayacağı bir yapıya dönüştürmesinde kullanılır. Bu yöntemde bilgi, alıcı dışında başka bir kişi tarafından okunamaması ya da değiştirilememesi için kodlanır.
3 Bilgi, transfer sırasında bir başkasının eline geçse bile şifrelenmiş olduğundan okunması güçleşir. Şifreleme ve şifreyi çözme için bir matematiksel algoritma ve bir anahtar gereklidir. Anahtar bir metin ile birlikte bir mesaj veya dijital bilgiyi şifrelemek üzere kullanılan özel bir sayı olarak nitelenebilir. Akıllı kart tabanlı bir parmak izi uygulamasına Finansforum firması tarafından tasarlanan bir sistem örnek olarak verilebilir. Bu sistemde iz, akıllı kart üzerindeki duyarga ile okunup, akıllı kartın hafızasındaki dijital parmak izi bilgisi ile karşılaştırılmak suretiyle parmak izi kontrolü yapılmaktadır. Akıllı kart sahibinin şifre girmesi veya şifreyi hatırlaması gerekmemektedir. Örneğin kullanıcının ATM den para çekmeden önce sadece kartına parmak izini onaylattırıp, kartı etkin hale getirmesi yeterli olacaktır. Böylece, güvenlik sağlamak için ayrı bir cihaza veya merkezi bir şifre kontrol sistemine ihtiyaç duyulmamaktadır. Kart sahibi hem kendi güvenlik bilgisini kendi kartı üzerinde taşıyabilmekte hem de güvenlik kontrolünü kendi kartından yapabilmektedir. Şekil-4. Parmak İzi Okuyan Akıllı Kart Şekil 4 teki sistemin çalışmasında duyarga parmak izini alır. Parmak izinin alınması tek bir yönteme bağlı olmayıp değişik yöntemler kullanılarak yapılabilir. Duyargadan gelen bilgiler, yazmaç biriminde dijitale çevrilerek saklanır. İşaret işleyici, alınan bilgiyi parmağın pozisyonunu dikkate alarak yeniden düzenler ve parmak izinin dijital gösterimi olarak kullanılacak olan bit tanımlama katarını oluşturur. Karşılaştırma birimi bit tanımlama katarı ile daha önceden belleğe kaydedilmiş olan referans bit katarını karşılaştırır. Eğer karşılaştırma sonucunda veri yeterince uygun bulunursa güvenlik kontrolünden geçilir. Böylece bir kabul işareti oluşturulur ve bu işaret belirteci etkin hale getirerek kartın terminal ile bilgi alış-verişini sağlayacak bir işaret yolu oluşturur. Besleme akımı kart okuyucu tarafından sağlanabilir. Yazmaç birimini ve işaret işleyiciyi kontrol edecek programların kontrolü bir mikroişlemci tarafından sağlanır [1,8]. 4. GERÇEKLEŞTİRİLEN AKILLI KART OKUYUCU Gerçekleştirilen devrede iki önemli tümdevre bulunmaktadır. Tümdevrelerden biri programlanabilir 16F84A mikrodenetleyicisidir. Bir diğeri ise RS232 formatında bilgisayarla haberleşmeyi sağlayan MAX 232 tümdevresidir. Devrenin işleyişini sağlamak üzere üç adet buton bulunmaktadır. Devrede bulunan voltaj regülatörü XTAL tipi kristal mikrodenetleyicinin çalışmasını sağlamaktadır. Akıllı karttan okunan veri mikroişlemci üzerinden MAX232 tümdevresi kullanılarak TTL-RS232 çevrimine tabi tutulur. Elde edilen yeni formattaki veri bilgisayara COM portu üzerinden aktarılmaktadır. Bu amaçla bilgisayarın COM portunda bulunan 2, 3 ve 5 numaralı uçlar kullanılmaktadır . Bilgisayara aktarılan veri Delphi programlama dili kullanılarak oluşturulan bir ara yüz vasıtasıyla görüntülenmiştir.
4 Şekil-5. Devre Şeması . Şekil-6. Baskı Devre Şeması Makine dilinde yazılmış olan Kontrol Donanım Programı INIT CLRF PORTB CLRF PORTA STATUS,RP0 MOVLW B' ' MOVWF TRISB MOVLW B' ' MOVWF TRISA MOVLW 4 MOVWF OPTION_REG STATUS,RP0 BTFSC GOTO PORTB,4 PORTA,2 ANA ANA1 CLRF DAT CLRF SD MOVLW.200 PORTA,3 PORTA,3 DECFSZ XX,F GOTO ANA MOVWF YY MOVLW.2 MOVWF YY2 PORTA,3 STATUS,C BTFSS PORTA,4 STATUS,C RLF DAT,F INCF SD,F BTFSC SD,3 GONDER PORTA,3 DECFSZ XX,F BTFSS BTFSC YY,0 PORTA,1 YY,0 PORTA,1 DECFSZ YY,F
5 MOVWF YY DECFSZ YY2,F GOTO END 5. SONUÇ Akıllı kart, çağımızın modern teknolojik araçlarından birini oluşturmaktadır. Plastik kart üzerinde çalışan bu mini mikroişlemciler, daha önce mümkün olmayan ya da yüksek maliyeti nedeniyle hayata geçirilemeyen uygulamalara daha ucuz, daha esnek ve çok daha güvenli dijital çözümler getirmektedir. Akıllı kartlar; İşlemleri tek bir sisteme alarak maliyeti azaltırken daha yüksek hız, etkinlik ve uygunluk sağlar, Bilgi kullanımını, işlemleri zamana uyumlu hale getirmeyi ve geliştirmeyi mümkün kılar ve daha iyi bir yapı sağlar, Eski yöntemleri geliştirmeye ek olarak bu teknoloji yeni uygulamalara da izin verir, Güvenlik gerektiren yerlerde, akıllı kartlar modern güvenlik sistemlerinin tümleşik bir parçası olarak önemli bir görev üstlenirler. Parmak izi bilgileri akıllı karta gömülerek parmak izi tanıma ve akıllı kart tabanlı endüstriyel uygulamalar gerçekleştirilebilir. Parmak izi ve akıllı kartlar, pek çok alanda çifte güvenlik sağlaması sebebiyle sistemlerin güvenlik derecelerini arttırabilir. Bu çalışmada anlatılmış olan sistem, biyometrik sistemlerle birleştirilebilir ve elde edilen bilgiler akıllı kartlara gömülerek yeni çalışmalar ortaya konulabilir. KAYNAKLAR  Özçay T., Akıllı Kartlar, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul,  Hansman U., Nicklous M. S., Schack T., Seliger F., Smart Card Application Development Using Java.  Allen C., Barr W. J., SmartCards: Seizing Strategic Business Opportunities.  Yılmaz E., Türkiye de Kredi Kartı Uygulaması ve Ekonomik Etkileri, Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İstanbul,  Dreifus H., Monk J. T., Smart Cards: A Guide to Building and Managing Smart Card Applications, John Wiley & Sons, Inc.,  Ferrari et al., Smart Cards: A Case Study, IBM Int l Tech. Support Organization, SG ,  Karakülah M., Danacı M., Kasap B., Özmen E., Parmak İzli Akıllı Kart İle Personel Devam Kontrol Otomasyonu, TAINN,  2004_ar_eng.pdf.  Microchip Technology Incorporated,  Ercan H., Özdemir E., Smart Kartlı Okuyucu/Yazıcı Sisteminin Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi, Bitirme Ödevi, Erciyes Üniversitesi, Elektronik Mühendisliği Bölümü, Kayseri, 2004.