8.2. Формирование импульсов при декодировании сигналов с магнитной полосы карты

В системах записи информации на магнитный носитель наибольшее распространение получили формирователи воспроизводимого сигнала по порогу или нулю производной. Воспроизведенный сигнал поступает на пороговое устройство, срабатывающее в моменты достижения входным сигналом пороговых уровней. Сигнал на выходе формирователя в идеальном случае подобен исходному, однако при наличии взаимного влияния откликов тракта на перепады намагниченности разной полярности временные интервалы между точками перехода воспроизводимых импульсов через нуль t₁, t ₂, t₃, ... отличаются от первоначальных в записанном сигнале t₁, t₂ t₃, ...

При пороговом формировании момент срабатывания формирователя зависит от вида функции, описывающей отклик тракта, т.е. от того, какие потери, частотные ограничения и прочие дополнительные факторы преобладают.

При создании канала записи-воспроизведения с пороговой обработкой сигнала наибольший интерес для разработчика представляет дисперсия момента срабатывания формирователя [26] :

2δ ширина рабочего зазора блока магнитных головок. 

График зависимости дисперсии момента срабатывания от величины порога при действии неконтакта представлен на рис. 8.4. При пороговом формировании оптимальное значение порога выбирается также с точки зрения степени воздействия на сигнал аддитивного шума. Однако учитывая, что при использовании в узлах считывания карт технической реализации, предполагающей работу в канале записи-воспроизведения с полосой 0,1...25 кГц, влияние флуктуационных шумов несущественно, и выбор порога должен ориентироваться исключительно на устранение влияния выпадений, являющихся самым существенным фактором, влияющим на верность воспроизведения.

Проведенные исследования с помощью аппаратно-программного анализатора с АЦП, обеспечивающего

визуализацию фрагментов реализации считанных с магнитной полосы сигналов на дисплее ЭВМ, показали отличие полученных откликов сигналов от традиционно анализируемых, представленных на рис. 8.5.

Проведенная экспериментальная оптимизация порога, обеспечивающая верность воспроизведения 10 7...10 б, показала, что оптимальное значение порога h составляет 0,25...0,3 для среднего значения неконтакта. Для карт с высокой отдачей этот порог оказывается выше: 0,3...0,35 в связи с возникновением пьедестала в воспроизводимой импульсной последовательности.

Одним из существенных факторов в каналах считывания информации с магнитных карт является проникновение сигналов из соседних каналов в контролируемый.

Причем оно может иметь вид наводки в испытуемый канал, уровень которой может быть равен 0,1...0,15 и выше от уровня сигнала записи. Влияние мешающего сигнала может привести к дополнительным флуктуациям моментов срабатывания формирователя. В связи с этим реальное значение порога обработки выбирается в пределах 0,3...0,32.

8.3. Особенности построения устройств записи-считывания информации на магнитных картах

8.3.1. Устройства записи информации на магнитные карты

Усилитель записи. Запись на магнитную полосу карты обычно осуществляется трехдорожечным блоком магнитных головок, имеющих рабочие зазоры 10...25 мкм. При этом задний зазор составляет примерно 200 мкм. Головки, как правило, изготавливаются из пермалоя. Индуктивность обмотки записи составляет около 10 мГн, а индуктивность обмотки воспроизведения около 300 мГн.

При записи сигналов на магнитную полосу карты, изготовленную из магнитного материала, имеющего коэрцитивную силу 300-400 Эрстед, в обмотках блока магнитных головок необходимо развивать токи 3...15 мА. В этом случае типовым схемотехническим решением усилителя записи сигналов на карту с магнитной полосой является применение микро схемных инверторов с открытыми коллекторами.

При использовании магнитных карт с коэрцитивной силой 500 1000 Эрстед приходится применять более сложные усилители записи. В состав усилителя входят мощные микро схемные инверторы с открытыми коллекторами, которые управляют работой токовых ключей, включенных по схеме «токовое зеркало». При этом обеспечиваются не просто режимы «ток включен» и «ток выключен», а происходит переключение направления протекания тока в обмотке. Это обеспечивает оптимальные условия записи информации на магнитный носитель.

При организации записи информации на карты с полосами из магнитного материала с величиной коэрцитивной силы 1000-4000 Эрстед требуются значительные токи в обмотках магнитных головок, величина которых может достигать значений 0,5...1,0 А и более.

В этом случае приходится использовать усилители с мощными выходными каскадами, аналогичные тем, которые устанавливаются в высокоинформативных цифровых запоминающих устройствах, обеспечивающих плотность записи 1000 бит/мм и более.

Автоматические и ручные устройства записи. В традиционных устройствах записи карта перемещается с постоянной скоростью при помощи системы транспортирования, оснащенной электродвигателем. При этом не возникает проблем, связанных с необходимостью адаптации источника информации к скорости карты и нет опасений, что часть информации не будет записана при ускоренном движении карты или что плотность записи окажется недопустимо велика при ее замедлении.

Вместе с тем чрезвычайно широко применяются упрощенные устройства записи, в которых нет электродвигателя, а карта перемещается вручную. Как же решается указанная проблема синхронизации источника информации в этом случае? В таких устройствах используется принудительное ведение источника информации по сигналам, вырабатываемым оптодатчиком, приводимым в движение непосредственно картой.

В этом случае вне зависимости от равномерности ведения карты будет выдержана постоянная плотность записи.

8.3.2. Кодер для формирования сигналов, записываемых на магнитную карту

Кодер предназначен для преобразования информационного сигнала в последовательность сигналов, соответствующих коду F-2F.

Закон формирования выходного сигнала кодера предполагает зависимость частоты смены полярности от состава информационной последовательности с учетом полярности предыдущего импульса. Если во входной информационной последовательности присутствует сигнал с уровнем логический "0", то в выходном сигнале будет присутствовать один перепад напряжения на одном тактовом интервале. Если присутствует сигнал с уровнем "1", то в выходном сигнале перепады будут присутствовать дважды. Кроме того, фаза последующего сигнала будет зависеть от предыдущего.

Функциональная схема кодера приведена на рис.8.6. На вход кодера поступает информационный сигнал в сопровождении синхроимпульсов.

            Синхроимпульсы поступают также на вход выделителя фронтов, построенного на узле задержки, и схемы неравнозначности. На выходе выделителя фронтов образуются прямоугольные сигналы, соответствующие перепадам напряжения во входном синхросигнале. Таким образом, на выходе узла неравнозначности получается сигнал с удвоенной тактовой частотой, используемый для формирования выходного сигнала, соответствующего уровням логических “1”, закодированных кодом F-2F.

Сигналы с удвоенной частотой, соответствующие логической “1”, формируются первым каналом, построенным на схеме совпадений &1: сигналы с выхода выделителя фронтов поступают на один из входов схемы совпадений &1, на другой вход этой схемы поступают сигналы с прямого выхода триггера Т1. В результате на выходе схемы совпадений &1 образуются по два коротких прямоугольных сигнала, соответствующих логическим «1» во входном информационном сигнале.

Во втором канале, построенном на схеме совпадений &2, формируются сигналы управления триггером Т1 при поступлении на вход кодера сигналов, соответствующих логическим «0». На первый вход схемы совпадений &2 поступают синхроимпульсы, а на другой её вход поступают сигналы с инверсного выхода триггера Т1. В результате на выходе схемы совпадений &2 формируются сигналы с длительностью 0,5 тактового интервала, соответствующие сигналу с уровнем логический «0» во входном информационном сигнале.

Сигналы с выходов схем совпадений &1 и &2 объединяются в схеме "или" и поступают на триггер Т1, работающий в счётном режиме. Триггер Т1 срабатывает по переднему фронту импульса, приходящего на его вход С со схемы «или».

В результате на выходе кодера образуется требуемый сигнал, закодированный кодом F-2F.

8.3.3. Устройства воспроизведения информации с магнитных карт. Декодеры для автоматических и мануальных терминалов

Усилитель-формирователь сигналов, считываемых с магнитных карт. Усилитель-формирователь сигналов, считываемых с магнитных карт, является важнейшим узлом канала записи-воспроизведения информации с магнитными картами. Какие же основные требования предъявляются к этому блоку?

Во-первых, входящий в него усилитель должен обеспечивать усиление сигналов, возникающих в обмотках блока магнитных головок, имеющих амплитуду 1,5...5 мВ. Соответственно коэффициент такого усилителя должен быть 500...1000.

Усиленный сигнал поступает на формирователь, обеспечивающий восстановление двухчастотного сигнала, записанного на магнитной полосе по стандарту ISO.

Чрезвычайно важно верно выбрать порог формирования воспроизводимых импульсных сигналов, которые из-за явлений неконтакта в паре магнитная лента-головка воспроизведения подвержены паразитной амплитудной модуляции.

Паразитная амплитудная модуляция, в свою очередь, приводит к нестабильности моментов срабатывания формирователя: т.е. к джиттеру фронтов формируемых сигналов, а при глубоких выпадениях к неверному формированию информационных символов.

Наиболее распространены узлы усиления-формирования, в которых низкочастотные усилители выполнены на микросхемах общего применения, а формирование осуществляется либо компараторами, предназначенными для формирования положительных и отрицательных сигналов, либо триггерами Шмитта. При этом для верного формирования воспроизводимых сигналов на входе триггера Шмидта должно быть введено постоянное смещение.

Декодеры сигналов, считываемых с магнитных карт в автоматических и ручных картоприемниках. Для картоприемников с автоматическим транспортированием магнитной карты задача декодирования бифазного кода, записанного согласно рекомендациям ISO, решается сравнительно просто. Длительность тактового интервала То соответствует символу “0” вне зависимости от фазы записи (по ISO последовательность символов “0” характеризуется изменением фазы записи для каждого последующего символа).

Соответственно, наличие в воспроизводимой информационной последовательности символов "1" выявляется по наличию перепада положительной или отрицательной полярности в зоне половины тактового интервала (0,5 То). С учетом взаимного влияния воспроизводимых сигналов, наличия в канале записи-воспроизведения шумов и помех, а также с учетом нестабильности скорости движения карты и влияния конструктивных факторов окно детектирования выбирается равным 0,75 То.

При сравнительно низкой плотности записи 2...10 бит/мм в условиях ограниченной ширины полосы канала воспроизведения (0,1...25 кГц) флуктуационные шумы имеют низкий уровень, поэтому при построении декодера в виде порогового устройства вероятность безошибочного восстановления записанных символов достаточно высока.

Пороговое декодирование применяется при построении мануальных картоприемников, где скорость воспроизводимого цифрового потока варьируется в широких пределах. По рекомендациям ISO должен обеспечиваться 10-кратный диапазон уверенного декодирования для ручных считывателей сигнала. Однако при этом предполагается линейная траектория движения карты в считывающем устройстве. В случае реализации картоприемников для таксофона, в котором движение карты является возвратно-поступательным, необходим более широкий диапазон декодирования, соответствующий временам ввода от 50 мс до 3 с.

Для построения такого декодера необходимо измерять временные интервалы и выявлять наличие изменений полярности сигналов в зоне 1/2 тактового интервала, соответствующих информационным единицам.

Соответствующие декодеры могут быть реализованы либо аппаратно-программными методами, либо построены на дискретных элементах с последующим созданием соответствующей интегральной микросхемы или микросборки.

Декодер для картоприёмников с механическим транспортированием магнитной карты. В картоприемниках с постоянной скоростью движения карты, задаваемой транспортирующим устройством, широко используются декодеры, реализуемые с применением схем временной задержки. Декодер обеспечивает преобразование воспроизводимых с магнитной полосы карты сигналов, закодированных кодом F-ZF, в информационный сигнал и последовательность синхроимпульсов.

Сформированный двухчастотный сигнал, воспроизведённый с магнитной полосы карты, поступает на вход декодера. При декодировании его необходимо разделить на информационный сигнал и сопровождающий синхросигнал. При постоянной скорости считывания информации с карты декодер может быть построен с использованием одно вибраторов.

Функциональная схема декодера приведена на рис.8.7. На входе декодера стоит узел неравнозначности (=1), с него сигналы поступают на одно вибратор Ф1, который срабатывает по фронтам, разделяющим информационные символы. В результате выходные сигналы одно вибратора Ф1 можно использовать как синхроимпульсы.

Выделитель фронтов работает следующим образом: информационные сигналы поступают на вход выделителя, состоящего из узла задержки УЗ1 и схемы неравнозначности "=1”, на выходе выделителя сигналы превращаются в последовательность прямоугольных импульсов, соответствующих каждому перепаду напряжения во входной информационной последовательности.

Для выделения символов информационного потока полученные сигналы поступают на одно вибратор Ф1, который имеет рабочую длительность 0,75 тактового интервала, поэтому фронты, соответствующие логическим Т во входном информационном сигнале, не влияют на его работу.

Сигналы с выхода выделителя фронтов поступают на вход В одно вибратора Ф2, одновременно на вход А1 поступают синхроимпульсы, прошедшие узел задержки УЗ2.

Одно вибратор Ф2 запускается при условии, что во входной информационной последовательности имеется перепад напряжения в середине тактового интервала, что соответствует логической “1” .

Таким образом входной сигнал разделяется на последовательность синхроимпульсов и последовательность информационных сигналов.

Для взаимной временной привязки информационных и синхроимпульсов вводится одно вибратор ФЗ, который запускается по сигналу, возникающему на выходе схемы совпадений &, на входы которой поступают синхроимпульсы с одно вибратора Ф1 и сигналы с одно вибратора Ф2.

В результате на выходе декодера получается последовательность сигналов, воспроизведенных с магнитной полосы карты, с задержкой на один тактовый интервал относительно входного сигнала.

Принятие решения о значении первого воспроизводимого символа возможно при наличии во входной последовательности серии символов “0” , записанных в начале магнитной полосы, что предусмотрено стандартом ISO.

Декодер для картоприёмника с мануальным транспортированием магнитной карты. Пример структуры декодера, инвариантного к скорости ввода карты, представлен на рис.8.8. Идея такого декодера заключается в гибком формировании временного интервала обработки, исходя из длительности предыдущего тактового интервала. Это достигается заполнением регистра RG1 тактовыми импульсами с высокой частотой следования (75...150 кГц). Заполнение регистра заканчивается в конце тактового интервала, после чего содержимое регистра RG1 переписывается в регистр RG2, работающий в режиме вычитания. Вычитание производится в ускоренном темпе и очищение" RG2 соответствует значению 0,75 от длительности тактового интервала, т.е. необходимой ширине окна" детектирования единичных символов. Дальнейшая работа декодера очевидна: сигналы входного выделителя фронтов в зависимости от наличия перепада, соответствующего информационной "1", направляются либо в канал синхронизации, либо в информационный канал [42].

8.4. Методы анализа ошибок в каналах записи-воспроизведения информации. Статистическая модель выпадений. Оценка параметров магнитных носителей. Методы контроля ошибок

8.4.1. Методы анализа ошибок в каналах записи-воспроизведения информации

При анализе ошибок, возникающих в каналах записи-воспроизведения систем цифровой магнитной записи, к которым относятся и системы с магнитными картами, используются несколько методов.

Побитный (поэлементный) метод анализа заключается в том, что кодовая последовательность записывается на магнитный носитель, а затем записанная информация воспроизводится и поэлементно сравнивается с эталонной последовательностью, чтобы получить частость (относительное число) появления ошибок.

Блочный метод анализа сводится к делению всей передаваемой информации на блоки определенной длины и исследованию их поражения ошибками. Блок символов считается искаженным, если имеется хотя бы одна ошибка в его элементах. Обычно измеряют зависимость вероятности возникновения ошибок в информационных блоках от длины блока; распределение обычных блоков (пакетов) ошибок с длиной меньше длины блока в каждом конкретном выделяемом информационном блоке; число длительных пакетов ошибок, захватывающих большие информационные блоки.

Пакетный метод основан на предположении, что ошибки не являются независимыми группируются в так называемые пакеты ошибок. Обычно используется понятие пакета с защитным интервалом. Таким пакетом называется группа ошибок, внутри которой ошибочные биты отделены друг от друга менее чем k безошибочными битами. Число k защитный интервал, он также является критерием пакет образования (или интервалом объединения). Таким образом, внутри пакета расстояние между ошибками будет меньше k. Защитный интервал k выбирают применительно к данной задаче. Для контроля качества каналов желательно, чтобы этот интервал позволял выделять пакеты, независимые друг от друга. Для сравнения результатов измерений желательно использовать один и тот же интервал k [52].

Требования, предъявляемые к используемой в том или ином случае модели ошибок, таковы:

• приемлемая точность;

• достаточно общий характер, чтобы при переходе от одного канала к другому модель не менялась, а изменялись бы только ее коэффициенты;

• сравнительная простота, т.е. небольшое число параметров, описывающих модель, возможность экспериментального исследования параметров модели.

Побитный метод анализа является средним между блочным и пакетным методами. Сходство заключается в том, что в нем, как и в блочном методе, выделяются блоки информации определенной длины, и как в пакетном методе предполагается возможность объединения ошибок. Различие же заключается в том, что при блочном методе вся передаваемая информация разбивается на блоки по количеству информационных бит, а при побитном методе длина блока определяется выбираемым временем измерения. При сравнении пакетного и побитного методов необходимо отметить различные способы определения пакета (параметр k). С помощью побитного метода можно получить как частные (k_ош = n_ош /N_общ ), так и точные (о статистике ошибок) сведения. Частные сведения не дают всеобъемлющего представления о верности ЦМЗ, поскольку с их помощью нельзя получить сведения о статистических свойствах возникающих ошибок (различие длин пакетов, интервалов между пакетами).

При экспериментальных измерениях параметров потоков ошибок, возникающих в каналах записи-воспроизведения, используется аппаратура, состоящая из трех основных блоков: генератора измерительного сигнала, блока регистрации и счетно-индикационного блока. В состав блока регистрации может входить анализатор временных рассогласований сигналов, записываемых по различным дорожкам. В этом случае запись измерительных сигналов одновременно производится по двум или более каналам исследуемой системы цифровой магнитной записи. В качестве измерительных сигналов могут использоваться прямоугольные сигналы, псевдослучайные сигналы с различной длиной цикла или детерминированные кодовые комбинации [18-22|.

8.4.2. Статистическая модель выпадений

Для выбора эффективного метода борьбы с ошибками, вызываемыми выпадениями, необходимо иметь математическую модель, которая адекватно описывает влияние выпадений на воспроизведенный сигнал. Для описания статистики выпадений в канале записи-воспроизведения может быть использована модель Гильберта. На рис.8.9 G означает  нормальное состояние работы, В состояние при наличии выпадений. Предполагается, что выпадение всегда приводит к ошибке, хотя у некоторых канальных кодов выпадение не всегда связано с ошибкой при декодировании.

Вероятность перехода от нормальной работы к выпадению обозначена как Р, вероятность обратного перехода Q, вероятность сохранения нормального состояния p и вероятность сохранения состояния выпадения q. Очевидно, что Р+р=1 и Q+q=1.

Зная числовые характеристики вероятностей Р и p, можно оценить среднюю длину выпадений и исходя из этого определить параметры корректирующего кода. Значения Р и p зависят от типа ленты, плотности записи, прижима ленты к головке, конструкции механизма и многих других электрических, конструктивных и эксплуатационных факторов и поэтому могут заметно различаться.

где L_i средняя длина выпадений, лежащих в интервале значений от L_i-1 до L_i бит;

N_i  число выпадений длиной L_i;

N  общее число бит, прошедших через канал в процессе наблюдения.

Для получения числовых значений Р и Q для конкретных устройств необходимо знать статистику выпадений, считая выпадением снижения уровня сигнала ниже заданного порога, определяемого формирователем. Для большинства аппаратов цифровой магнитной записи Q=10^-1 ...10^-2 и Р=10^-6 ...10^-7.

8.4.3. Оценка параметров магнитных носителей, используемых для формирования магнитной полосы на пластиковых картах

Для нанесения магнитных полос на пластиковые карты используются специальные магнитные носители с низкой адгезией магнитного слоя к основе ленты или так называемые безосновные магнитные ленты. В настоящее время именно они чаще используются в технологическом цикле производства пластиковых карт, так как при их применении не требуются элементы для разделения магнитного слоя и основы, которая должна наматываться на специальные кассеты.

Оценка качества магнитных лент по стабильности уровня воспроизводимого сигнала ведется на двух этапах: в процессе отбраковки магнитных лент и после их нанесения на поверхность пластиковых карт [31,32]. На первом этапе проводится полный контроль магнитного слоя ленты путем организации непрерывного процесса записи воспроизведения сигнала прямоугольной формы. Воспроизведенный сигнал оценивается пороговым формирователем. В случае занижения уровня сигнала на его входе относительно установленного порога на контролирующее устройство поступают сигналы об отбраковке того или иного участка магнитного носителя. По результатам контроля может быть принято решение о полной отбраковке всей испытуемой кассеты или части магнитной ленты. Повторные испытания магнитного носителя производятся при персонализации карт, предполагающей воспроизведение сформированной по трем дорожкам информации и сравнение ее с исходной. В случае несовпадения результатов сравнения производится повторное воспроизведение информации и, в случае необходимости, отбраковка карты, после чего процесс повторяется для следующего образца карты.

Полная оценка качества магнитных носителей на пластиковых картах выполняется с учетом такого важного показателя как джиттер. Параметры джиттера, возникающего на выходе канала записи воспроизведения, зависят как от качества магнитного носителя и его взаимодействия с блоком магнитных головок, так и от принципов построения канала записи-воспроизведения. Для контроля джиттера разработаны специализированные измерительные устройства, аналогичные используемым в системах передачи данных [88].

8.4.4. Методы контроля ошибок в каналах записи-воспроизведения

Контроль четности. При считывании информации с магнитных носителей, таких как карты и билеты, могут возникать ошибки. Поверхность магнитной полосы в зоне дорожек может быть загрязнена, поцарапана или частично размагничена. Кроме того, сам процесс ввода карт в считывающее устройство может быть не вполне удачным, в то время как качество считывающей головки также не всегда бывает безупречным [13, 41].

Во избежание того, чтобы ошибка в одном бите карты с магнитной полосой не могла привести к искажению тарифного ресурса карты, необходимо предусмотреть меры по выявлению ошибок.

Наиболее простой метод заключается в добавлении бита четности к каждой группе битов, предназначенных для кодирования символа. Принято выбирать значение бита четности таким образом, чтобы общее число единичных битов в коде конкретного символа всегда было нечетным (контроль на нечетность). Если во время считывания обнаруживается, что один или несколько символов содержат четное число битов, устройство заключает, что считывание было проведено с ошибкой, и, следовательно, необходимо еще раз ввести карту в считывающее устройство. Перед этим целесообразно произвести визуальный контроль карты и, в случае необходимости, очистить загрязненную зону магнитной полосы, что, однако, не гарантирует решения возникшей проблемы.

Важно иметь в виду, что на практике могут быть искажены два бита одного символа. В этом случае описанная схема контроля четности ошибки не выявит. По этой причине для улучшения защиты канала записи-воспроизведения от ошибок следует предусмотреть дополнительные методы контроля ошибок.

Контроль с помощью LRC. LRC (Longitudinal Redundancy Check) продольный резервный контроль наиболее простое из всех средств контроля за целостностью блока данных с помощью одного дополнительного символа. Но эта мера не повышает уровень защиты по сравнению с контролем четности, так как многократные ошибки могут исказить контрольный символ, нарушив работу схемы контроля.

Защита с помощью 1 В.С, применяемая к словам, состоявшим из любого числа битов, заключается в последовательном применении операции «исключающее ИЛИ (XOR)» ко всем словам, а затем в присоединении к ним вычисленного результатов виде дополнительного слова.

В частном случае стандартизированных магнитных карт (а также большого числа нестандартных магнитных носителей) обычно прибегают к защите с помощью LRC всех символов, начиная с флажка start и заканчивая флажком end включительно. Таким образом, LRC занимает место сразу после флажка end, т.е. непосредственно перед нулями заполнения.

Вероятность того, что одна или несколько ошибок могут быть не выявлены при двойном контроле, крайне мала. Несмотря на это, как правило, используется дополнительный третий уровень защиты с помощью процедуры LUHN СНЕK.

8.5. Эталонирование носителей информации магнитных карт

Задача обеспечения взаимозаменяемости магнитных носителей является одной из основных для внешних запоминающих устройств (ВЗУ) со сменным носителем информации. Для магнитных лент эта задача была решена путем создания системы эталонирования, базирующейся на Главном международном эталоне магнитной ленты (ГЭЛ). Через эталоны более низкого уровня характеристики ГЭЛ передавались контрольным лентам, с помощью которых непосредственно проверялась серийная продукция. В системе эталонирования участвовали два вида контрольно-измерительной аппаратуры: для эталонов и для контрольных лент. Такая система эталонирования позволяла привязать характеристики серийной продукции к характеристикам эталона каждого производителя, гарантируя тем самым необходимый уровень взаимозаменяемости магнитных лент. Все магнитные ленты изготавливались по единой технологии. Контрольно-измерительная аппаратура строилась по сходному принципу и различалась только точностью измерений. Система эталонирования магнитных лент была не громоздкой и затраты на ее поддержание были приемлемыми даже для некрупного производителя магнитных лент [41].

Задача обеспечения взаимозаменяемости МК во многом сложнее, чем для магнитных лент. В первую очередь, она осложняется широкой номенклатурой МК и технологий их изготовления, обусловленной многообразием областей применения МК. Это делает затруднительной, а в ряде случаев невозможной, обеспечение характеристик МК с помощью одного и того же контрольно-измерительного средства, что приводит к разрастанию их номенклатуры. Вместе с тем, каждое из этих контрольно измерительных средств должно быть "привязано" к международному эталону ISO магнитной ленте SRM 3200, что дает право производителю МК сертифицировать свою продукцию.

Контроль эксплуатационных электромагнитных характеристик кредитных карт производится дважды: при техническом контроле качества готовой продукции на предприятии-изготовителе и при поставках карт клиенту в банковском учреждении.

Аппарат выполняет следующие операции:

• определение вольт-амперной характеристики эталонной карты при плотности записи 8 ипн/мм путем последовательной записи меандра при разных токах записи;

• определение из полученных данных эталонных токов записи и эталонных амплитуд воспроизводимого сигнала; калибровку стенда путем установки найденных расчетным путем токов записи;

• контроль насыщения магнитного материала испытываемой карты путем записи контрольными токами и воспроизведения с сопоставлением амплитуд сигнала при контрольных токах записи;

• контроль амплитуды сигнала испытуемой карты путём сопоставления амплитуд сигнала эталонной и испытуемой карт при эталонных токах записи;

• контроль разрешающей способности испытуемой карты путем сопоставления амплитуд сигнала при плотностях записи 8 и 20 ипн/мм;

• контроль стираемости записи путем записи эталонными токами и стирания постоянным током с определением амплитуды остаточного сигнала;

• контроль дефектности магнитной полосы путем записи заданной последовательности логических символов (нулей и единиц) и анализа воспроизведенных сигналов;

• автоматическую отбраковку карты при условии отклонения ее характеристик от установленных техническими условиями;

• распечатку характеристик исследуемой карты по команде оператора.

Основным направлением обеспечения взаимозаменяемости МК является создание международных, национальных и региональных экспертно-сертификационных центров (ЭСЦ). Такие центры могут быть как комплексными, так и специализированными по отдельным видам продукции или областям ее применения. Оснащение и поддержание таких центров становится коллегиальной задачей, позволяющей обеспечить необходимый организационный и материально-технический уровень.

В своей деятельности ЭСЦ должен руководствоваться стандартами ISO, соблюдение которых гарантирует взаимозаменяемость продукции производителя.

Помимо основной задачи оценки качества продукции и выдачи сертификата производителю ЭСЦ мог бы решать и такие важные задачи, как:

• экспертная оценка уровня технологического процесса производителя и разработка рекомендаций по его повышению на основе мирового опыта;

• пропаганда и внедрение новых технологий;

• оказание консультационной помощи производителям и потребителям продукции;

• арбитраж между производителем и потребителем;

• разработка научно-технических прогнозов на основе накопленного статистического материала.

Большую роль ЭСЦ играют при принятии решений об импорте карт на основании результатов входного контроля образцов импортируемой продукции.

8.6. Защита информации, хранимой на магнитной полосе карты

8.6.1. Технологические способы защиты информации, использующие магнитные свойства карт

По мере расширения областей применения различных электронных средств идеология и технические средства защиты информации приобретают все большее значение. Особенно важна защита технических средств, используемых в таких областях, как идентификация личности и данных, к которым относятся компьютеризованные системы с применением карт пользователя. К системам, нуждающимся в многоуровневой высококачественной защите информации, относятся банковские системы с картами с магнитной полосой. При их использовании для защиты информации дополнительно могут применяться сигнатурные, штрих кодовые, голографические и прочие методы [26, 41].

Однако важнейшим объектом защиты является магнитная полоса. Известно, что информация, записанная на магнитном слое карты, может быть достаточно легко скопирована термоспособом или при помещении копируемой карты и карты-двойника в высокочастотное поле с уровнем, не разрушающим хранимую информацию.

Следует отметить, что, несмотря на полную идентичность скопированной информации, из-за пониженного уровня сигнала попытки использования копии могут быть неуспешными. Это связано с тем, что в большинстве каналов записи-воспроизведения систем для обработки информации, считываемой с карт с магнитной полосой, используются пороговые методы обработки.

Вместе с тем, с учетом распространенности техники для обработки информации с магнитных карт следует иметь в виду возможность полного копирования карт как по структуре информации, так и по уровню записанного сигнала.

Для защиты информации на магнитных картах применяются различные методы. Ведущие фирмы-изготовители используют оригинальные схемы защиты, которые являются их know-how. Наиболее известны методы защиты информации с применением двухслойного магнитного носителя и магнитных "водяных" знаков [11, 41].

При использовании двухслойного магнитного носителя во время записи промагничиваются оба носителя. После первого воспроизведения информация, записанная на магнитном слое с более низким уровнем коэрцитивной силы магнитного носителя, стирается постоянным магнитным полем, не разрушающим основную информацию, которая считывается дополнительной магнитной головкой. Такой метод защиты базируется на предположении, что злоумышленник не обладает специальным оборудованием, необходимым для записи на высококоэрцитивный слой комбинированного магнитного носителя, а также технологией для его нанесения. При создании суррогатных карт, как правило, используется общедоступная однослойная магнитная лента для вычислительной техники.

Защита информации может обеспечиваться путем нанесения специальных водяных знаков. Важно, что дополнительные магнитные знаки не влияют на основное информационное содержание карты, а служат только для защиты. Секрет водяных знаков заключается в чередовании зон магнитной полосы с разным уровнем отдачи. При этом длина каждой зоны составляет 10...15 мм.

Необходимый уровень применяемой защиты информации на магнитных картах зависит от области их применения. В банковских системах защита прав пользователя реализуется также с помощью конфиденциально набираемого на тастатуре платежного терминала персонального идентификационного номера (PIN), который разрешает вызов содержимого счета на экран платежного терминала в совокупности с информацией, считанной с его кредитной карты. Кроме того, в банках для защиты данных применяются такие дополнительные меры, которые делают невозможным несанкционированный доступ к счету клиента на уровне обработки финансовой информации его служащими.

В тех случаях, когда ценность информации, хранимой на картах пользователя, не столь высока, как на банковских магнитных картах (например, при их использовании для безналичной оплаты сравнительно недорогих услуг связи), меры по защите информации могут быть иными. В первую очередь они должны затрагивать организацию строгого учета числа записанных карт и ограничивать доступ к системе записи.

Ущерб, который может возникнуть в случае кражи заготовок пластиковых карт или персональных данных, может быть огромным. Поэтому карты изготавливаются специально подготовленным персоналом в помещениях с высокой степенью защищенности.

8.6.2. Идентификация карт с помощью высокоточных оптических методов анализа структуры магнитной полосы

В настоящее время фирмы, эксплуатирующие системы с магнитными картами, проводят исследования, направленные на поиск новых методов защиты магнитной полосы. Один из таких методов основан на принципе анализа поверхности и структуры магнитной полосы карт с помощью интерференционных анализаторов. Один из таких анализаторов создан на базе компьютерного фазового микроскопа [41, 46].

Разрешающая способность модифицированного микроскопа составляет менее 1 мкм, что позволяет подробно исследовать любые участки карты и представить их в форме, по внешнему виду напоминающей географические карты, на которых цветом указаны впадины и возвышенности. Кроме того, оператор может получить гистограмму любого желаемого сечения поверхности в режиме оff-line. Программа позволяет исследовать фрагменты поверхностей размерами 5х5, 30х30 мкм и более. При этом имеется возможность провести анализ сечения в любом направлении между произвольно выбранными точками.

Программное обеспечение микроскопа позволяет получить двух и трехмерные изображения поверхностей (рис.8.10а), гистограммы и сечения (рис.8.10б) и выводить результаты исследований на печать.

В результате появляется возможность выявить устойчивые классификационные признаки (которые не зависят от сроков эксплуатации конкретных карт), позволяющие карту идентифицировать также, как проводится идентификация личности по папиллярным линиям.

Глава 9. СЕРВИСНЫЕ КАРТЫ. КАРТЫ НЕТРАДИЦИОННЫХ ТИПОВ

9.1. Сервисные карты

Особенности систем с сервисными картами. Основное отличие Сервисной телефонной карты (СТК) от других известных типов карт, используемых в телекоммуникационных системах, заключается в отсутствии на ней устройств идентификации и хранения информации. СТК не содержит магнитных полос, BY или микропроцессоров и не требует дорогих дополнительных устройств считывания хранимой информации [28, 29].

Карта СТК играет роль памятной записки для пользователя с указанием последовательности действий для получения какой-либо услуги связи и кода [последовательность символов (цифр) PIN (персональный идентификационный номер)]. Карта СТК обеспечивает доступ к услугам связи: международной, междугородной связи, Интернет, VolP-телефонии, к информационно-справочным и другим дополнительным услугам. Карты СТК могут быть бумажными, картонными, металлическими и пластиковыми. Используются СТК разных типов: предоплаченные, с пополнением остатка, кредитные, корпоративные СТК (ведение ряда карт на едином счете).

Одно из основных преимуществ карт СТК возможность звонить в любую точку мира с любого телефона: из офиса, квартиры, гостиницы, с мобильного телефона, т.е. пользователю не требуется дополнительное оборудование для работы с системой СТК, что значительно упрощает и удешевляет процесс внедрения данной системы для компании-оператора связи [9, 28, 29].

В подавляющем большинстве вариантов реализации сервисная карта представляет собой пластиковую карту формата ID-1, содержащую инструкцию по применению и

N-значный (как правило, используется 7...11-значный) PIN-код, что практически исключает возможность подбора комбинации доступа и обеспечивает безопасность для клиента. Владельца дается несколько (как правило, три) попыток набора пароля для входа в систему, после которого СТК деактивируется, т.е. для карты закрывается доступ к системе.

Для осуществления звонка по СТК необходимо: • набрать телефонный номер (уникальный для данной компании оператора), обеспечивающий доступ в систему СТК (номер указан на прилагаемой памятке или непосредственно на карте);

• перевести телефонный аппарат в режим тонального (тонового) набора и ввести PIN-код. После идентификации пользователя системой набирается номер вызываемого абонента или соответствующей телекоммуникационной услуги.

При осуществлении звонка с телефонного аппарата, не имеющего режима тонального набора, связь осуществляется через оператора системы.

Использование СТК для осуществления междугородных (МГ) и международных (МН) звонков особенно актуально для так называемых "альтернативных" операторов, составляющих небольшую долю рынка услуг связи в регионах. При этом клиент генерирует МН и МГ трафик, в большинстве случаев находясь вне сети "альтернативного оператора.

Если потенциальные услуги МН и МГ связи оплачены заранее (т.е. предприятием приобретены соответствующие карты), звонить по служебным вопросам можно не из офиса, а, например, из дома или со служебного телефона сторонней организации.

Важным достоинством применения предоплаченных карт СТК является возможность осуществлять звонки по линиям с закрытым доступом к "8" при аренде помещений или квартир, т.е. без отнесения расходов на счет владельца телефонного номера.

СТК позволяют операторам проводить маркетинговые акции по стимулированию трафика на направлениях, приносящих наибольший доход. Кроме того, услуга СТК привлекательна и для операторов межрегионального или национального уровня, которые могут увеличивать трафик с применением СТК, обеспечивая при этом роуминг СТК в разных регионах [27, 28].

СТК является удобным средством предоплаты услуг связи. Известно, что существует ряд направлений телекоммуникационной деятельности, где с клиентом традиционно работают на основе предоплаты. Прежде всего, это касается мобильной связи и компаний, предоставляющих доступ в сеть Интернет. Для организации оплаты таких услуг необходимо создавать сеть пунктов приема платежей, что связано с большими финансовыми и организационными трудностями.

Использование СТК позволяет упростить процедуру оплаты услуг как для оператора, так и для пользователя. Через существующую сеть розничной торговли (киоски, магазины, бензоколонки и т.д.) можно не только осуществлять оплату, но и находить потенциальных клиентов. Использование карт СТК в гостиницах позволяет исключить возникновение задолженностей за МГ/МН переговоры. Предлагая клиентам карты СТК для телефонных переговоров, администрация гостиниц может превратить потенциально убыточную услугу в источник дохода.

Прежде чем продвигать на рынок новую услугу, следует оценить потенциальный рынок и цели, которые она преследует. Среди потребителей телефонных карт для МГ/МН разговоров можно выделить:

• компании, имеющие партнеров или отделения в других городах;

• частных лиц, если тарифы СТК ниже, чем тарифы местного

оператора электросвязи;

• частных лиц и организации с закрытой "8" (выход на услуги МН и МГ связи);

• гостей города (региона) туристов, командировочных и т.д.;

• корпоративных клиентов, пользующихся специальными тарифами. Приведенные сегментирование рынка не является полным и безусловным. Для точной количественной оценки возможностей работы оператора в каждом из сегментов следует использовать маркетинговые исследования, экспертные оценки и существующую статистику.

Исполнение карт СТК полностью определяется сегментом рынка, в котором ее будут использовать. Для иногородних студентов, которым необходимо позвонить домой из общежития, вполне подходят самые простые бумажные карты. Крупный и средний бизнес должен быть обеспечен картами из пластика с многоцветной полиграфией.

При выборе материала для основы СТК необходимо учитывать планируемое "время жизни" карты. Если номинал карты достаточно велик и для её полного использования необходимо несколько недель или месяцев, то не следует пользоваться бумажным или картонным материалами.

Полиграфическое оформление карт СТК имеет важное значение и позволяет выделить карту конкретного оператора среди карт конкурентов. СТК можно превратить в сувенир, разместив на ней виды города, рекламу, тем самым получая дополнительную прибыль от рекламы. Также можно выпустить коллекционные наборы карт.

Основными характеристиками СТК являются номинал выпускаемых карт и возможность их пополнения. Номинал определяет число телекоммуникационных услуг, доступных пользователю данной карты. Обычно номинал выражается в условных единицах. Условные единицы, в свою очередь, могут быть привязаны к единице конкретной валюты обычно к рублю или доллару. В этом случае пользователю проще разобраться с реальной стоимостью используемой услуги, однако при резком изменении курса валют (что нередко случается в нашей стране) оператор рискует снизить рентабельность услуги или потерять спрос. Поэтому некоторые операторы не привязывают условную единицу к валюте и в случае изменений на рынке оперируют конечной ценой СТК. Как и в случае с внешним видом карты, номинал СТК зависит от сегмента рынка, на который она ориентирована. Если предполагается, что карта будет востребована частными лицами, командировочными или туристами для одиночных или редких разговоров, есть смысл максимально снизить стоимость карты, т.е. предлагать СТК небольшого номинала. Если СТК будут использовать фирмы с целью экономии на оплате МГ/МН связи, то важно снизить стоимость условной единицы. Во многих случаях карты большего номинала удобнее. Например, бизнес-клиент обычно менее восприимчив к разовым выплатам, но чувствителен к удельной стоимости разговоров и периодичности пополнения депозита.

Другая важная характеристика СТК возможность пополнения. Покупка новой карты после окончания ресурсов старой имеет свои неудобства как со стороны пользователя (смена PIN-кода), так и оператора (опасность потери клиента, невозможность применения накопительных скидок для клиента). С другой стороны, организация процедуры пополнения дополнительных ресурсов, не всегда экономически оправдана. Обычно пополняемыми делают карты больших номиналов.

Все услуги СТК подразделяются на базовые и сопутствующие. Базовая услуга это тот сервис, ради которого клиент покупает карту. Для МГ/МН карт это возможность обеспечения телефонного разговора, для Интернет карт доступ в глобальную сеть. Сопутствующие услуги помогают пользователю адаптироваться к базовой услуге, сделать ее удобной. Стандартный набор сопутствующих услуг для МГ/МН СТК включает в себя голосовое меню (подсказки), информирование об остатке на карте. Кроме того, полезными бывают такие функции как отчет о совершенных звонках и различная справочная информация.

При определении набора сопутствующих услуг следует точно определить баланс между содержанием и простотой использования услуги, так как избыточность получаемой информации и развитая иерархия меню приводит к усложнению системы, что может сократить базу пользователей.

Одним из главнейших факторов для услуги СТК является правильно построенная сеть сбыта. Известно множество случаев, когда СТК с хорошими ценовыми и сервисными характеристиками терпели фиаско на рынке только из-за того, что не достигали потенциального клиента.

Архитектура и функциональные возможности системы. Функционирование системы СТК определяется следующими основными фазами работы: генерацией, распределением и продажей карт, взаимодействием абонента с системой и получением абонентом требуемой услуги.

В системе генерируется запрошенное администратором число номеров и PIN-кодов карт определенного типа (дебетные, дебетно-кредитные). Номера и PIN-коды являются уникальными в рамках СТК. Администратор системы, получив пакет карт устанавливает необходимые денежные суммы на каждую карту (стоимость карты в случае дебитных карт и денежный задаток для дебетно-кредитных карт) и после реализации их активирует соответствующие карты в системе.

В систему СТК входят следующие базовые функциональные подсистемы:

• взаимодействия с абонентом (VRU Voice Response Unit);

• ведения баз данных (APU Application Processor Unit);

• администрирования (BOS Back Office System). Подсистемы СТК выполняют следующие основные функции:

• подсистема взаимодействия с абонентом представляет собой специальный компьютер (речевой сервер), оснащенный аппаратными средствами для работы с телефонной сетью и соответствующим программным обеспечением. Речевой сервер должен принимать звонки, поступающие от абонентов системы, вести диалог с ними, автоматически соединять их с вызываемым абонентом, разъединять в случае завершения сеанса связи, предоставлять другие услуги, тарифицировать звонок и фиксировать в протоколе системы необходимую информацию о совершенных абонентом действиях;

• подсистема ведения баз данных представляет собой эффективную СУБД, обрабатывающую запросы речевого сервера и администратора и выдающую всю необходимую информацию для их работы;

• подсистема администрирования СТК позволяет администра тору, системному администратору и оператору работать с не обходимой информацией (в соответствии с правами доступа), получать отчеты о работе системы и управлять системой для осуществления ее нормального функционирования.

Пользователь системы СТК, приобретая карту, имеет возможность получить разнообразные услуги с любого телефона (с возможностью переключения в тональный режим работы или с помощью бипера). Для этого ему необходимо позвонить по заранее известному телефону, на котором установлена система, ввести в диалоге с системой свой PIN-код и выбрать вид желаемых услуг (для услуг связи, например, дополнительно вводится номер телефона абонента, с которым он хочет соединиться).

Диалог строится с учетом возможных некорректных действий абонента и может вестись на любых языках, например, русском или английском. Полный диалог с системой длится около 2 мин. В случае регулярного использования карты СТК услуга становится неудобной изза возникновения ощущения пользователем избыточности информационной поддержки. Поэтому в системе предусмотрена возможность сократить диалог, набирая необходимые цифры меню, не дослушав до конца голосовые подсказки. На рис.9.1 и 9.2 представлены алгоритмы ввода PIN-кода и анализа результатов этой процедуры [28].

Ввод PIN-кода может осуществляться двумя способами:

• в первом варианте производится ручной набор PIN-кода с тастатуры номеронабирателя телефонного аппарата, имеющего импульсный и тональный набор (вход в систему осуществляется путём импульсного набора, а для ввода PIN-кода телефон переводится в тональный набор);

• во втором случае для удобства пользователя может быть организовано автоматическое считывание терминалом (например, таксофоном) PIN-кода, записанного на карте не только в ну метрической форме печатным способом под scratch-панелью, но и в чипе, и передача его на интеллектуальную платформу. При этом может автоматически считываться также номер, необходимый для соединения с интеллектуальной платформой [54].

Карта СТК также содержит список серийных номеров телефонов для связи с системой, телефон службы технической поддержки, открытый серийный номер карты для её идентификации специалистами службы поддержки, который используется при возникновении конфликтных ситуаций, а также краткую инструкцию для пользователя.

Широкие возможности системы СТК помогают решить многочисленные проблемы как абонентов, так и операторов, связанные, в основном, с традиционной кредитной формой оплаты за услуги связи.

Дебетная форма оплаты позволяет обходиться без выставления счетов абонентам при осуществлении междугородных и международных соединений из любого места с любого телефонного аппарата.

Таким образом новой услугой можно воспользоваться в гостиницах по тарифам оператора связи (без наценки администрации гостиниц); приходя в гости или сдавая квартиры внаем, не опасаясь поступления счетов на телефонный номер, с которого проводились телефонные переговоры.

Для учреждений дебетная форма оплаты является не менее удобной и выгодной, поскольку кредитная форма связана с большим количеством финансово-бухгалтерской работы, невозможностью для администрации проследить за тем, кто из сотрудников и как часто использует междугородную связь. Распределение карт СТК решает эту проблему.

Система обладает такими функциональными возможностями, как: приём звонка абонента и его идентификация; получение от абонента заказа на соединение по определенному номеру или на какую либо другую услугу; соединение или предоставление другой услуги, а в случае невозможности предоставления связи информирование об этом абонента; регистрация и тарификация предоставленной абоненту услуги в соответствии с заданными в системе тарифами; возможность управления работой СТК с рабочего места администратора, получение отчетов о работе системы.

Клиенты при пользовании картой СТК получают дополнительные сервисные услуги по сравнению с традиционной формой предоставления услуг связи через ТфОП: информацию о наличии средств на карте; подтверждение введенного телефонного номера; информацию о возможной длительности разговора по выбранному направлению; музыкальную паузу во время установления соединения и др.

Для оператора связи, являющегося продавцом услуг карт СТК, система обеспечивает ряд следующих выгод: фактическую предоплату за предоставляемые услуги; отсутствие затрат на выставление счетов абонентам; удобную форму выдачи статистических отчетов; отсутствие дебиторской задолженности; рост трафика за счет привлечения новых клиентов и предоставления новых услуг.

Защита информации в системах с сервисными телефонными картами. Для повышения защищенности пластиковых карт представляется целесообразным использовать комплексные меры защиты, включающие не только криптозащиту, но и другие методы, реализуемые в ходе сложных технологических процессов. Для защиты информации дополнительно могут применяться штрих-коды, голограммы и другие элементы. Однако важнейшим объектом защиты является носитель информации.

При этом следует учитывать сложности организации дополнительной защиты в необслуживаемых терминалах, к которым, например, относятся таксофоны. В них невозможна визуальная оценка карт по таким параметрам, как наличие сложных печатных структур, но могут быть введены такие дополнительные меры защиты, как люминесцентные зоны и др.

С точки зрения безопасности, важно внедрение таких элементов в пластиковые карты, масштабы потерь от возможных воздействий злоумышленников в которых ограничены. К ним относятся системы компьютерной телефонии, концентрирующие весь интеллект на центральной платформе, где выполняются функции тарификации, формируются необходимые сервисные подсказки при установлении соединения, осуществляются защита от несанкционированного доступа, сбор и хранение статистической информации и т.д. Доступ к интеллектуальным платформам производится по PIN-коду сервисных телефонных карт (СТК), защищенному в момент продажи пользователю “scratch” панелью.

Терминал, с которого осуществляется доступ к системе, становится предельно надежным, дешёвым и простым в эксплуатации.

Например, таксофон для такой системы трансформируется в вандалозащищённый телефонный аппарат с возможностью импульсного и тонального наборов номера, а при непосредственном подключении к системе только с тональным набором.

Важным достоинством системы СТК является ограничение масштабов потерь от возможных воздействий злоумышленников, которые исчерпываются несанкционированным доступом в систему по подсмотренным номерам карт или по номерам утерянных карт. При этом владелец может заблокировать карту при подозрении, что происходит неконтролируемое использование её ресурса. Опыт эксплуатации системы СТК, например, на филиале ОАО "РОСТЕЛЕКОМ" ММТ", показывает надёжность работы системы и перспективность ее использования для предоставления таких новых услуг, как Интернет.

Первое, с чего начинается процедура создания карт СТК генерация PIN-кодов (или кодов доступа). На этой фазе определяется номинал карт той или иной партии, после чего эти данные передаются фирмам-изготовителям карт.

После выпуска партии карт проверяется их число и соответствие номиналов, указанных на карте, информации в базе данных. При этом карты не являются активными, т.е. любая карта из напечатанной партии не будет способна предоставить доступ к услуге до проведения активации. Активация осуществляется для определенного набора карт перед отправкой их на продажу в сервис-центры или дилерам и является дополнительной мерой безопасности.

Перед передачей карт фиксируется число, номинал, порядковые номера и дата передачи. При передаче карт на переговорные пункты выполняется аналогичная операция. Если клиент предъявляет претензию, утверждая, что к моменту покупки карты её ресурс был израсходован, имеется возможность определить, когда и где она была продана.

При анализе возможных источников угроз информационной безопасности любой системы принято выделять случайные негативные воздействия и целенаправленные атаки. В соответствии с этим основными принципами организации системы СТК, как устойчивой к случайным воздействиям, можно считать:

• комплексный подход к построению системы, охватывающий применение специальных аппаратных и программных средств (например, резервное копирование), и проведение организационно-режимных мероприятий;

• высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Эффективной можно считать защиту, стоимость взлома которой соизмерима с ценностью получаемой при этом информации.

По степени сложности применяемых технических средств можно выделить три уровня несанкционированного доступа к системе СТК:

• низкий (получение PIN-кода карты путем подсматривания, подслушивания и т.д.);

• средний (прослушивание каналов связи и подбор PIN-кода);

• высокий (определение алгоритма генерации PIN-кодов, организованная утечка PIN-кодов на различных этапах производства карт).

Общими мерами защиты информации в СТК являются:

• ограничение круга лиц, имеющих дело с генерацией PIN-кодов, активацией и другими операциями с картами;

• активация карт перед поступлением их в продажу;

• защита доступа к локальным сетям и базам данных СТК. Накопленная статистика показывает, что получение PIN-кода карты СТК лицом, ее не приобретавшим, является следствием небрежного хранения и использования PIN-кода карты абонентом.

Прослушивание каналов связи и подбор PIN-кода с экономической точки зрения нецелесообразны, так как большинство карт имеют небольшой стоимостной номинал. Подобрать единственную нужную для каждой конкретной карты комбинацию из 7...10 цифр проблематично, даже если процедуру автоматизировать.

Защищенность алгоритма генерации PIN-кодов от расшифровки гарантируют фирмы-разработчики программного обеспечения платформ СТК. Утечка информации о PIN-кодах на различных этапах производства карт СТК практически исключена благодаря продуманной последовательности действий, направленных на предотвращение такой возможности.

9.2. Карты нетрадиционных типов

9.2.1. Карты с индуктивными контурами с изменяемой добротностью

Для организации местных телефонных переговоров отечественными специалистами была предложена оригинальная технология изготовления мало ресурсных карт, тарифный актив которых выполняется в виде замкнутых контуров индуктивности, изменяющих добротность при его списывании.

Конструктивно карта представляет собой совокупность изолированных короткозамкнутых одновитковых контуров, размещённых на плёночном носителе и защищённых диэлектрическим материалом. Каждый контур соответствует тарифной единице актива карты. Сегмент контура, который подвергается модификации при воздействии наведенных терминалом токов, при списывании тарифных единиц выполняется в виде прецизионной тонкой проводящей легкоплавкой перемычки.

Модификация перемычки контура методом бесконтактного расплавления приводит к изменению его комплексного сопротивления или размыканию, и, соответственно, к изменению добротности. Этот эффект фиксируется электромагнитным датчиком, размещенном в картоприёмном устройстве терминала. Бесконтактное расплавление сегмента контура осуществляется в результате воздействия токов, наведённых от того же электромагнитного датчика. Карта помещается в картоприёмник таким образом, что контуры индуктивности оказываются расположенными в зазорах датчиков, наводящих в них токи при списывании тарифного ресурса.

Форма замкнутых проводящих многослойных структур определяется областью конкретного применения карт и может быть прямоугольной, квадратной, круглой или иметь форму меандра. В один из сегментов проводящих структур встраивается модифицируемая перемычка из материала, изменяющего электрическое сопротивление в широких пределах под воздействием индуцируемого в ней тока. В зависимости от свойств используемых слоёв структур, образующих одновитковые контуры, рассчитываются параметры перемычек, которые, в свою очередь, могут иметь прямоугольную форму, изогнутую, либо форму меандра.

Рассмотрим использование карт с трехслойными замкнутыми структурами, выполненными из последовательно нанесенных слоев хрома, меди и олова.

При прохождении индуцированного электрического тока по структуре, с которой списывается тарифный ресурс, в результате её локального нагрева в зоне перемычки происходит расплавление и соединение оловянного и медного слоёв. В результате расплавленные слои образуют "островки" на поверхности полосы из хрома, который после воздействия индуцированного тока становится основным рабочим слоем в полученной структуре, определяет ее сопротивление и, соответственно, добротность модифицированного контура.

Модифицируемая перемычка также может быть изготовлена из материала, представляющего собой твёрдый электролит, например, из сульфида меди. При прохождении тока через такую перемычку её электрическое сопротивление увеличивается за счет изменения состава применённого электролита.

Число замкнутых структур, интегрированных в карту, определяется требуемым тарифным ресурсом и ограничивается технологическими возможностями их размещения на поверхности карты, а также размерами примененных датчиков.

Опытным путём определены необходимые пределы изменения электрического сопротивления контуров карт с многослойными структурами, значения которого могут составлять 0,1...200,0 Ом в исходном состоянии и увеличиваться до 2,0...10,0 МОм в модифицированном. Именно возможность перехода электрического сопротивления структуры, соответствующей тарифной метке, от низкого уровня к высокому позволяет обеспечить достаточный уровень защиты таких карт от клонирования, которое просто получается для карт с размыкаемой при списывании тарифных меток структурой..

9.2.2. Карты резистивные компостируемые

Упрощенным вариантом карты для оплаты местных телефонных переговоров является карта из плотной бумаги с полоской резистивного слоя, соответствующей одной тарифной единице. На одной карте с разных её сторон можно расположить две резистивные полосы [74].

Резистивная полоса, являющаяся активом карты, защищается бумажным изолирующим слоем. Для определения наличия актива карты в виде непогашенного резистивного слоя его периферийные зоны подключаются к мостовой схеме картоприемного устройства таксофона через окна, выполненные в защитном бумажном слое. Погашение тарифного ресурса карты осуществляется путём нажатия кнопки ручного компостера, разрезающего резистивную полосу, в результате чего её сопротивление становится бесконечным.

Резистивные карты изготавливают из бумажной ленты, являющейся их основой, на которую наносится непрерывная полоса резистивной суспензии, имеющей дозированное содержание проводящего материала в единице объёма. Лента с резистивной полосой покрывается защитным изолирующим бумажным слоем с перфорированными окнами для подключения контактов картоприемника. Затем она обрезается с двух сторон роликовыми резаками до заданной ширины и разрезается на отдельные карты.

В качестве проводящего агента можно использовать графит или серебро. Сопротивление рабочего слоя таких карт для высокоумного варианта составляет 2...3 кОм, а для низкоомного 0,5...0,8 кОм.

9.2.3. Карты индуктивные компостируемые с изменяемой добротностью

На первоначальном этапе внедрения безналичной оплаты телефонных переговоров с помощью карт пользователю в России были предложены упрощенные телефонные карты, тарифный ресурс которых представляет собой перфорированные отверстия в слое алюминиевой фольги, защищенной с двух сторон плотной бумагой.

Для считывания тарифного ресурса таких карт использовался ряд датчиков картоприёмного устройства.

Существуют два типа таких карт:

• с ресурсом, расположенным вдоль одной широкой стороны карты;

• с ресурсом, расположенным вдоль обеих широких сторон карты. Погашение ресурса таких карт осуществляется путём разрезания периферийных зон перфорированных отверстий, каждое из которых соответствует одной тарифной единице. В результате такой процедуры изменяется добротность зоны карты, находящейся в пределах конкретного датчика индуктивности считывателя картоприемника, фиксирующего погашение единицы тарифного ресурса карты.

Существенным недостатком таких карт, выявленным в процессе эксплуатации, оказалась простота их фальсификации. Однако в настоящее время в ряде регионов России продолжают использоваться таксофоны, принимающие такие карты.

9.2.4. Оптические карты

Простейшим типом оптических карт являются карты с перфорированными отверстиями диаметром 1,0...1,5 мм. Такие карты выполняются в формате ID-1 и, как правило, имеют перфорированное информационное поле, состоящее из пяти столбцов и десяти строк с расстоянием между отверстиями 5,0 мм.

Для считывания информации с таких карт в картоприёмном устройстве устанавливается матрица, содержащая ряд оптопар, обеспечивающих последовательное построчное считывание информации при вводе карты в картоприемное устройство.

Карты такого упрощенного типа являются носителями некорректируемой информации и чаще всего используются в системах ограниченного доступа на объекты, не требующие высокого уровня защиты.

Более совершенным типом являются карты с оптической памятью, параметры которых определены стандартами ISO/IEC.

Стандарты на оптические карты определяют размер зоны, на которой располагается оптический носитель информации, его параметры, диаметр оптического луча, считывающего информацию, измеренный на поверхности оптического слоя и др. параметры.

Стандарт ISO/1ЕС 11Ь93 определяет оптический слой как специфический слой оптической карты памяти, расположенный между прозрачным и защитным слоями. который содержит особый материал, позволяющий записывать и считывать цифровую информацию оптическим способом.

Соответственно оптическая карта памяти имеет доступную оптическую зону, на которую может быть записана или с которой может быть считана цифровая информация с помощью внешнего источника оптической энергии [65].

Защитный слой должен обеспечивать защиту и механическую прочность оптического слоя и может быть выполнен из прозрачного материала.

Размеры карт с оптической памятью, их толщина, форма углов и другие требования определяются исходным стандартом на идентификационные карты ISO 7810.

Оптические карты могут содержать интегральные микросхемы с контактами, магнитные полосы, подписные панели. На картах также может выполняться тиснение. Единственным требованием, определяющим возможность интегрирования в карту перечисленных носителей информации и выполнения тиснения, является сохранение работоспособности и неизменности характеристик оптического носителя информации.

Допустимый уровень воздействия радиации на карту соответствует нормам ISO 7816-1 и составляет примерно двойную допустимую годовую накопительную норму воздействия на человеческий организм.

Стандарт на оптические карты определяет допустимый уровень ультрафиолетового света, воздействующего на оптические карты, и соответствует нормам, разработанным для карт с интегральными микросхемами по стандарту ISO 7816-1. В нём определена устойчивость к влиянию химикатов и загазованности атмосферы. В стандарте специально оговаривается недопустимость наличия конденсата на поверхности карты, приводящего к искажению считываемой информации.

Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАСТИКОВЫХ КАРТ

10.1. Технология производства модулей электронных карт

Главным компонентом электронной карты является модуль функционально законченное изделие. Модуль защищает микрокристалл от нежелательных внешних воздействий (в частности, от попадания влаги), из-за которых он может выйти из строя. Для контактной смарт-карты на модуле должны существовать контакты, обеспечивающие взаимодействие с терминальным устройством. В корпусе бесконтактной смарт-карты прокладывается шина, соединяющая модуль с входами интерфейсной микросхемы, которая встраивается в пластиковую карту вместе с другими её элементами [42].

Основа для монтажа микрокристалла. При создании модуля микрокристалл присоединяется к основе, представляющей собой разновидность печатной платы, которая определяет топологию модуля, в том числе способ монтажа микрокристала и места подсоединения его выводов. На готовой смарт-карте видимая металлизированная поверхность контактных площадок является одной из сторон основы.

Рулоны с основой изготавливаются из гибкого фольгированного полиэфирного стеклопластика. Толщина слоя медной фольги составляет около 30 мкм. На ленте методом травления формируется контур, соответствующий топологии контактных площадок модуля. Затем поверхность контактов подвергается золочению с толщиной слоя 35 мкм, выполняемому по подслою никеля, наносимого на медную поверхность выводной рамки. В ряде случаев контактные площадки металлизируются никелем с толщиной слоя 6 мкм.

Присоединение микрокристалла. Процесс крепления микрокристалла к монтажной основе называется присоединением кристалла. Он заключается в приклеивании кристаллов к месту, обозначенному на выводной рамке. Перед приклеиванием выполняется ориентация микрокристалла относительно выводов. Клей дозированно выдавливается шприцем на поверхность выводной рамки, микросхема помещается сверху, прижимается и подвергается термофиксации.

Монтаж микрокристалла. После того, как микросхема приклеена, ее нужно подсоединить к контактным площадкам выводной рамки. В настоящее время широко используются два различных метода монтажа микрокристалла.

При первом методе выводные рамки прикрепляются пайкой к кристаллу, на контакты которого специальным образом наносится припой. Для этой цели на контакты кристалла могут накладываться медные шарики, которые затем обволакиваются припоем.

Второй процесс называется проволочным монтажом. Фрагмент проволоки толщиной 27 мкм прокладывается от микросхемы к каждой из контактных площадок. В настоящее время в качестве материала для изготовления проволоки в основном используется золото. Однако некоторые компании продолжают использовать алюминий или серебро. Несмотря на более высокую стоимость, использование золота имеет ряд преимуществ. Золотая проволока является наиболее подходящим материалом при высоком темпе работы сборочного оборудования, так как она обладает высокой пластичностью и не рвётся при подаче с бобин. Самым существенным из преимуществ использования золота является то, что оно не подвержено коррозии, имеющей место при использовании алюминиевой проволоки в комплексе с золотой выводной рамкой. Алюминиевый монтаж за два-три месяца может стать хрупким, что неприемлемо для смарт-карт, срок службы которых составляет не менее 7 лет по стандартам ISO.

Герметизация микрокристалла. После того, как монтаж завершен, производится герметизация модуля путём покрытия его обратной стороны полимером для защиты от воздействия внешней среды.

Формирование углубления в карте. Для размещения модуля на поверхности пластиковой карты должно быть сделано углубление (кавитет) по размеру модуля с соблюдением требований стандартов ISO по толщине карты (она должна составлять 0,76 мм).

Формирование углубления в карте может быть выполнено одним из трех способов:

• фрезерованием полостей (используемых при изготовлении карт из больших печатных листов) с выборкой необходимого углубления в одном из технологических звеньев установки монтажа модулей и персонализации карт. Этот метод наиболее прост в производстве;

• формованием в процессе термокомпрессионного ламинирования исходных трех-четырех слоев листового пластикового материала (обычно поливинилхлорида). Во всех листах, кроме нижнего, заранее вырубаются отверстия по посадочному размеру модуля. При наложении они образуют необходимое углубление;

• изготовлением карт с помощью пресс-форм, создающих углубления. В этом случае карта изготавливается из АБС-пластика.

Имплантация модуля. После того, как в пластиковой основе сделано углубление, его поверхность покрывается клеем. Затем модуль микросхемы закладывается в углубление с помощью вакуумного держателя, хотя некоторые компании используют для этого ручной труд. Процесс приклеивания активизируется нагреванием для последующей фиксации модуля карты. Готовую карту можно тестировать, программировать, а затем использовать для конкретных приложений. Модуль может монтироваться в карту на клеевую плёнку с последующей термофиксацией под давлением. Второй метод использование жидкого клея на основе цианкрилата. Такой метод не требует нагревания модуля под давлением, а его фиксация происходит при полимеризации клея при определённой влажности окружающей воздушной среды. При использовании этого метода модуль вдавливается в углубление, что обеспечивает растекание клеевой массы, дозированно нанесённой точечным способом, в тонкий слой толщиной примерно 20 мкм.

10.2. Технология производства пластиковой основы карт

Метод ламинирования применяется сейчас для большей части изготавливаемых пластиковых карт, к которым предъявляются повышенные требования. При ламинировании отдельные слои листового поливинилхлорида (ПВХ) формируются в цельную основу под воздействием высоких температур и давления. Карта формируется, как правило, из трех слоев листового материала.

На ламинированных картах достаточно просто можно разместить изображения, элементы защиты, магнитные полосы, специальные элементы персонализации (например, лазерное изображение) и т.п. Благодаря ламиниту изображение на карте хорошо защищено от истирания, царапин и прочих нежелательных воздействий.

Необходимые изображения наносятся печатным способом на большой лист с заготовками для карт. На одном листе может располагаться 24, 30, 48 или 50 штук (в зависимости от изготовителя). Используются в основном офсетный и шелко-трафаретный способы печати, а в последнее время цифровая технология печати.

Офсетный способ применяется прежде всего для печати высококачественных полно цветных изображений. Шёлко-трафаретная печать используется специально для печати металлическими красками или при создании определенных элементов защиты карт и полосы для подписи. Многослойная технология ламинирования позволяет утапливать магнитную полосу в основу карты и интегрировать элементы защиты внутрь карты или под верхний защитный слой.

Метод литья под давлением используется главным образом при изготовлении электронных телефонных карт, а также SIM-карт для мобильных телефонов. При этом способе изготовления элементы полиграфического оформления наносятся на каждую карту в отдельности, а затем покрываются лаком, который служит защитной пленкой вместо ламинита. Углубление для имплантирования модуля с микросхемой формируется пресс-формой. В качестве сырья используется гранулированный акрилонитрил бутадиенстирол (АБС). Граиулы подаются в бункер, а затем поступают в зону разогрева. Pacплавленная масса порционно впрыскивается под большим давлением в форму, как правило, рассчитанную на изготовление двух карт. Одной из проблем, которую приходится решать при выпуске карт методом литья под давлением, является обрезание облоя, образующегося при выемке готовых карт из форм. Такая процедура осуществляется либо вручную для каждой из пар выпускаемых карт, либо путём отсечения расплавленной массы непосредственно по узкому краю карты.

Одно операциоииый метод выпуска полностью готовых карт. Существует альтернативный способ производства карт в ходе одноэтапного технологического процесса, позволяющий при определённых условиях достигать двукратного снижения их себестоимости. Такой процесс получил название этикетировка в пресс-форме (IML-In-Mould-Labeling) и является модернизацией способа изготовления карт литьем под давлением. При этом способе в пресс-форму предварительно вкладываются этикетки с нанесенным на них необходимым полиграфическим оформлением для лицевой и оборотной сторон карты. При изготовлении бесконтактных карт по такой технологии могут одновременно монтироваться микросхема, транспондер (импульсный приемопередатчик) и катушка связи с терминалом.

Полученная таким образом пластиковая карта имеет один недостаток: она недостаточно жесткая, что делает невозможным выполнение тиснения. Поэтому данная технология непригодна для выпуска карт, с которых информация должна считываться не только электронным образом, но и в импринтере.

10.3. Материалы для изготовления основы карт и экологическая безопасность их использования

В настоящее время для изготовления карт чаще всего используется ПВХ. Он легко поддается обработке и достаточно устойчив к температурным воздействиям. Кредитные карты во всем мире производятся исключительно из ПВХ.

Исходный поливинилхлорид, употребляемый как основа карт, имеет белый цвет. Это особенно благоприятно при использовании цветной печати, цвета при этом не искажаются, а белый цвет остается чистым.

Из-за наличия хлора в составе поливинилхлорида его относят к вредным для окружающей среды веществам. Кроме того, винилхлорид, используемый как исходный материал для его изготовления, является канцерогенным веществом.

ПВХ широко используется при изготовлении карт методом ламинирования. В технологии изготовления карт литьем под давлением он не применяется.

АБС-пластик, как и ПВХ, является аморфным термопластиком. Его отличают высокая прочность и термостойкость, но АБС имеет ограниченные возможности при окраске и ламинировании. Отрицательного воздействия АБС на окружающую среду не выявлено. Исходный материал бензол, используемый для его изготовления, как и винилхлорид, относится к канцерогенным веществам.

В настоящее время из АБС изготавливают SIM-карты для мобильных телефонов, карты медицинского страхования, но наиболее широко он применяется для выпуска телефонных карт, создаваемых методом литья под давлением.

В технологиях производства пластиковых карт используется поли этилен-терефталат (ПЭТ), известный как полиэстер, который традиционно применяется в сфере упаковочных материалов. ПЭТ термопластик, который используется при производстве только таких карт, для которых важна их безвредность для окружающей среды, и не предъявляются жесткие требования к термостойкости. Необходимо учитывать, что материал ПЭТ имеет весьма ограниченные возможности при окраске. ПЭТ используют в технологиях ламинирования и литья под давлением.

Кроме уже названных материалов для изготовления пластиковых карт используется поли карбонад (ПК), который устойчив к высоким температурам и используется, прежде всего, для изготовления высококачественных карт, хорошо поддается окраске, однако непригоден для переработки и повторного использования. ПК может применяться в технологиях ламинирования и литья под давлением.

Смесь из ПВХ и ПК используется некоторыми производителями карт при выпуске термостойких SIM-карт для мобильных телефонов. Однако качество таких карт ниже, чем у карт, изготовленных исключительно из ПК. Использование для производства карт смеси ПК с ПВХ имеет скорее чисто экономические, чем экологические причины, так как карты из ПК дорогостоящи, а их изготовление достаточно сложно.

Переработка для повторного использования производственных отходов, полученных в процессе изготовления пластиковых карт, а также отслуживших пластиковых карт, связана с большими затратами из-за того, что они покрыты полиграфической краской.

В начале XXI века мировая индустрия стала производить более 100 тыс. химических веществ. Однако достоверно опасными считаются только 1300 веществ на них имеются так называемые «Международные Карты Химической Безопасности» (International Chemical Safety Card, проект ICSC). Степень опасности классифицируется по 4 группам, самая опасная первая. Химическая опасность может проявляться в различных формах токсинов, мутагенов, канцерогенов, аллергенов.

Основными материалами для производства пластиковых карт традиционно являются ПВХ и АВС-пластики. На долю ПВХ приходится около 40% производства всех пластмасс, это второй по значимости полимер после полиэтилена. Однако исходный мономер винилхлорид, содержащейся в ПВХ, является веществом первой группы опасности канцерогеном. В «Международных Картах Химической Безопасности» это отражено как «подтвержденная канцерогенность для человека». Винилхлорид также относится к нейротропным ядам, разрушающим нервную систему, поэтому содержание винил хлорида в полимере строго нормируется [82].

Наибольшая опасность связана с сжиганием изделий из ПВХ с ростом температуры сначала выделяется угарный газ, затем пары соляной кислоты и, наконец, диоксины. Диоксины относятся к веществам первой группы опасности, обладают способностью накапливаться в организме, сохраняются в почве. Диоксины весьма устойчивы выдерживают температуру 800°С, что не позволяет решить проблему безопасной утилизации материалов из ПВХ. Диоксиновая опасность привела к многочисленным запретам использования ПВХ.

В США, странах Евросоюза организовалось и расширяется движение за использование материалов, не содержащих хлора, такие материалы маркируются знаком "Свободно от хлора". Во многих странах (США, ФРГ, Франции и др.) отказываются и даже запрещают использовать ПВХ материалы в пищевой промышленности и торговле, строительных материалах и офисном оборудовании, бытовых изделиях и детских игрушках.

Более безопасным материалом является АБС-пластик, хотя он дороже ПВХ. При сжигании он выделяет вещества второй и третьей групп опасности. Проблема утилизации пластиков в большой степени сводится к организационным (сбор, складирование и переработка), экономическим (ценообразование, материальные стимулы), социальным (воспитание, формирование общественного мнения) и технологическим мерам.

В конце 2001 г. Европарламент утвердил программу, которая предусматривает исследование безопасности 30 тыс. химических соединений, используемых в быту и промышленности, включая полимеры, краски, лаки и упаковочный материал.

В производстве пластиковых карт используются краски, лаки, пленки для ламинирования, материал для стираемой (scratch) полосы и т.д. В принципе на все материалы как отечественного, так и импортного производства должны быть представлены сертификаты или другие документы, подтверждающие их экологическую безопасность.

Поскольку некоторые типы карт рассчитаны на длительное использование в условиях, когда они многократно передаются из рук в руки, целесообразно предусмотреть меры, минимизирующее их биологическое загрязнение. Такой защитой от грязных рук может служить, например, защитное ламинирование оборотной стороны выдавленных (эмбоссированных) надписей на картах, предотвращающих скопление грязи в выдавленных углублениях.

Следует отметить, что потенциально пластиковые карты, как документ безналичной оплаты товаров и услуг, постепенно вытесняющий бумажные банкноты и монеты, должен быть экологически безопасным.

10.4. Технология производства электронных и магнитных карт

Основные технологические этапы производства карт. Производство пластиковых карт по уровню точности и сложности используемого оборудования относится к области высоких технологий. Поточные линии по производству карт из полуфабрикатов в виде листов поливинилхлорида различной толщины, специальных лент для наложения магнитных полос и подписных панелек, голограмм, бумажных элементов полиграфического оформления и др. могут быть расположены на сравнительно малых площадях. Их производительность может достигать 200...300 тыс. карт за 8-часовую рабочую смену. Очевидно, что для обеспечения потребностей в картах различных типов для целых регионов достаточно одного двух специализированных предприятий. При этом производство смарт-карт и карт с магнитной полосой может быть организовано в рамках одного предприятия. Это объясняется тем, что большинство производителей смарт-карт используют в технологической цепи готовые модули с микропроцессорами, а многослойные пластиковые основы и полиграфическое оформление карт с магнитной полосой и смарт-карт выполняются по одинаковым технологиям. Основное отличие в технологическом цикле производства карт указанных типов заключается во вклеивании модуля или нанесении магнитной полосы [24, 25].

Основные вопросы разработки и производства пластиковых электронных карт и карт с магнитной полосой приведены на рис.10.1.

Особенности технологии производства магнитных карт. Процесс производства карт с магнитной полосой можно разделить на три основных этапа:

• компановка многослойной основы карт, ее объединение в общий блок и наложение магнитных полос. Эти операции производятся на отдельном рабочем месте;

• формирование многослойной основы карты с элементами полиграфического оформления в процессе ламинирования в единое целое с магнитной полосой;

• разрезка готовых листов с магнитными полосами на резательной машине после предварительной разрезки листов на полосы, а затем окончательная вырубка карт.

На готовые карты накладываются голограммы и подписные панельки.

После завершения всех необходимых операций производится электронный и визуальный контроль карт и их упаковка.

Представление о последовательности технологических операций при изготовлении карт с магнитной полосой дает рис.10.2.

В современных банковских системах и в системах допуска, где применяются такие уровни защиты, как фотография и личная подпись владельца, процесс выпуска готовой карты в ряде случаев выглядит иначе. В заготовку, пластиковые защитные слои которой сварены с одной широкой стороны основы, закладывается бумажная вкладка с компьютерной фотографией, подписью владельца и нанесенными другими видами защиты (штрих-код и т.д.). После этого производится ламинирование карты настольным прибором. Окончательная персонификация осуществляется электронным способом при записи информации [41].

Следует отметить, что процесс производства карт с магнитной полосой на бумажной и гибкой пластиковой основе отличается от процесса производства карт на жесткой пластиковой основе. Производство карт на гибкой основе, имеющих, зачастую, однократное применение, может быть организовано путем нанесения магнитного лака из фильеры на рулонный материал, из которого впоследствии высекаются отдельные карты.

10.5. Оборудование для производства пластиковых карт

Оборудование для имплантации модуля и персонализации электронных карт. Исходными компонентами для выпуска персонализированных электронных карт являются основа карты с нанесенным полиграфическим оформлением и лента с модулями.

Рассмотрим последовательность технологических операций, выполняемых таким оборудованием.

Вырубленные карты с полиграфическим оформлением загружаются в кассету стопкой до 500 штук, откуда подаются на конвейер, работающий в старт-стопном режиме.

Первой операцией, выполняемой с картой, является фрезеровка углубления. Стружка, образующаяся при фрезеровке, удаляется из зоны углубления путём вакуумного отсоса.

В ходе последующей операции в заданной оператором точке углубления выдавливается дозированное количество клеевой массы с визуализацией зоны углубления на дисплее оборудования.

Затем пластиковая основа карты подается на участок монтажа модуля. В ходе этой операции в зону кавитета помещается модуль, вырубленный из ленты с модулями, на краях которой выполнена перфорация для её прецизионной подачи в зону вырубного штампа. Вырубленный модуль захватывается вакуумным держателем и вкладывается в кавитет. Затем карта с модулем подаётся в зону минипресса, вдавливающего модуль в тело карты, в результате клеевая масса растекается в слой заданной толщины, который полимеризуется.

Для имплантации модуля, как отмечалось ранее, может использоваться клей, нуждающийся в термофиксации под давлением.

Готовая карта с имплантированным модулем подаётся в зону электронной персонализации, где подсоединяется через контактный узел к компьютеру, входящим в состав линии.

После электронной персонализации и контроля карты выполняется графическая лазерная персонализация, в ходе которой на её поверхность может наноситься присвоенный серийный номер карты, изображение и другие элементы. Лазерный луч проникает в тело карты и закрепляет нанесенные элементы, в результате чего в процессе эксплуатации они не могут быть стерты.

На выходе конвейера устанавливаются две кассеты, первая из которых наполняется картами, прошедшими проверку, а во вторую направляются бракованные карты. Кассеты конвейера расположены над его транспортирующей лентой, а подача карт в них производится через заслонки, открывающиеся вверх под давлением вкладываемой в них карты, на которую снизу давит толкатель, расположенный под лентой конвейера, секции которой имеют окна. В ходе этой операции при вкладывании новой карты вся стопка карт приподнимается, а затем снова опускается на заслонки до подачи следующей карты.

Конвейерное оборудование снабжено многоуровневой системой защиты, обеспечивающей его автоматическую остановку в случае аномального функционирования. Кроме того, вдоль конвейера расположены органы управления для аварийной ручной остановки оператором.

Для обеспечения защиты системы от несанкционированного доступа и возможных злоумышленных действий внешних или внутренних нарушителей на конвейере может быть установлена система теле контроля и документирования действий производственного персонала.

Оборудование для полиграфического оформления пластиковых карт.

Современное печатное оборудование для оформления пластиковых карт можно разделить на три основных типа:

• специализированные принтеры;

• оборудование для выполнения шелкографии;

• машины для офсетной печати.

Специализированные принтеры, используемые для оформления карт, могут иметь четыре печатные головки для последовательного выполнения печати красным, синим, зеленым и черным цветами. Применяются также принтеры, работающие по принципу термического переноса красителя со специальной лентой, ширина которой соответствует ширине карты, а цвета красителя чередуются через интервалы, равные её длине. Такое оборудование может использоваться, например, при выдаче пропусков с распечаткой фотографии владельца в его присутствии. Печать в таких принтерах выполняется поштучно, на каждой оформляемой карте.

Метод шелкографии используется при изготовлении партий карт высокого качества с использованием металлических красок, например, золотой или серебряной, которые не могут быть нанесены методом офсетной печати. Такая технология предполагает выполнение оператором операции распределения краски или лака ракелем. После выполнения каждого из этапов технологического процесса производится ультрафиолетовая сушка нанесенного слоя краски или лака. При выполнении шелкографии используются большие листы ПВХ, из которых впоследствии вырубаются отдельные карты.

Крупносерийный выпуск карт производится на высокопроизводительных специализированных печатных машинах, имеющих пять основных участков последовательного нанесения элементов цветовой гаммы и защитной лакировки. На каждом из участков технологического цикла производится ультрафиолетовая сушка нанесенного слоя краски или лака. Печать производится на крупноформатных листах ПВХ, которые укладываются большими стопками на входе установки и подаются на конвейер вакуумными держателями.

Полиграфическая линия управляется микропроцессорной системой и позволяет контролировать качество печати на уровне каждого технологического звена. В установке предусмотрена регулировка темпа работы и контроль качества совмещения цветов с высокой точностью.

Оборудование для укладки магнитной ленты на пластиковую основу. Процесс холодного отслаивания магнитного слоя от основы. Лентоукладчик является автоматизированным устройством для наложения магнитных полос на карты из ПВХ.

В технологическом процессе предусматривается устройство xoлодного отслаивания основы ленты от магнитного слоя после её наложения на листовую заготовку для карт. Последующий процесс ламинирования карт обеспечивает получение долговечной магнитной полосы.

Оператор лентоукладчика укладывает на подборочной площадке исходные листы, необходимые для создания многослойной основы карты. Затем листы зажимаются и термически свариваются по краю. Полученная многослойная заготовка устанавливается в ленто укладчик. Магнитные ленты с расположенных наверху установки катушек заправляются в головки лентоукладчика, который перемещается по поверхности многослойного листа и укладывает на него магнитные полосы. Через интервалы, соответствующие технологическим зазорам между отдельными картами, нагреватели ленто укладочной головки выполняют точечную сварку лент, закрепляя их на поверхности листов без повреждения или деформации лент и слоистого пластика в зоне будущей карты.

После прохождения лентоукладчика по всей длине листа магнитные ленты обрезаются, а ленто укладочная головка возвращается в исходную точку. Готовый многослойный лист выталкивается из аппарата, после чего начинается новый рабочий цикл.

Описанный лентоукладчик может использоваться и для наложения подписных панелек, обеспечивающих дополнительную степень защиты от мошенничества. Подписные панельки также сматываются с катушек и накладываются на карты таким образом, что их кромки сливаются с обеими кромками карты. Лентоукладчик должен обеспечивать укладку лент шириной от 7 до 20 мм вдоль поверхности карты с точностью позиционирования ±0 0,15 мм.

Прессы для изготовления многослойных листов из ПВХ. Для формирования ламинированных многослойных листов из ПВХ в качестве основы используются мощные гидравлические прессы с электрическим нагреванием и водяным охлаждением. Пресс контролируется встроенной микропроцессорной системой, которая позволяет задавать циклы формования листов для каждого вида изделий. После ввода данных в ЗУ системы управления прессом подобранные оптимальные циклы могут оперативно вызываться при изготовлении соответствующего вида продукции. Конструкция современных прессов предусматривает нагревание одной стопы и охлаждение другой. В толще формовочных плит прессов имеются каналы для их ускоренного водяного охлаждения после истечения цикла нагревания. Такая мера также обеспечивает непрерывный технологический процесс.

В процессе производства листы, загруженные в специальные ячейки, подаются со столов с роликами в загрузочные секции пресса, которые поочередно подводятся подъемным механизмом на уровень рабочего сборочного стола. После окончания операции загрузки секции пресса механически помещаются в нагрев но прессовальный узел. Температура, поддерживаемая в процессе формирования основы карты, составляет 135^°С.

После завершения цикла нагревания процесс повторяется: охлажденные ячейки механически выдвигаются из пресса, а спрессованные листы из многоэтажного блока поочередно выгружаются на сборочные столы. Здесь верхние полированные металлические пластины, обеспечивающие требуемую гладкость поверхности снимаются, и готовые листы многослойного пластика подаются на конвейер для дальнейшей обработки или складируются.

Резательная машина и вырубной пресс с автоматическим позиционированием печати. Отличительной особенностью резательной машины и вырубного пресса-перфоратора является оптическая система позиционирования печати, обеспечивающая индивидуальную сверку расположения полиграфического оформления с эталоном для каждой карты на всех этапах процесса. Это позволяет выдерживать точность изготовления в пределах ± 0,15 мм на всех фазах создания полиграфического оформления независимо от усадки материала в процессе послойного формования многослойного листа. Оператор укладывает полиграфически оформленные, подвергнутые горячему формованию и проверке качества, листы пластика на стапельную доску, после чего они разрезаются на резательной машине. При этом одновременно выбраковываются карты. Разрезанные листы подхватываются с рабочего стола вакуумным подъемным устройством и устанавливаются на резательной машине под фотоэлементами. Захваты позиционируют лист с помощью шаговых двигателей, управляемых датчиками системы позиционирования печати. После того, как позиционирование листа выполнено, он зажимается, а затем разрезается на отдельные карты, которые автоматически подаются на конвейер и направляются к перфоратору вырубному устройству, завершающему формирование карты (отделочный вырубной пресс рассчитан на автоматический прием полос с картами из ПВХ толщиной 0,4...0,8 мм). Затем карты подводятся под головку оптического устройства привязки печати, обеспечивающей их окончательное позиционирование перед вырубкой отдельных карт.

Чистовой вырубной пресс выполняет окончательную обрезку карт в соответствии со стандартными размерами по ISO с высококачественной хорошо выраженной кромкой. Перфораторы рассчитаны на работу с любыми форматами листов при производительности 30000 карт в час и более.

Голограммный аппарат. Современные высокоскоростные аппараты для нанесения голограмм разработаны таким образом, что позволяют преодолеть проблемы, связанные с высоким уровнем отходов дорогостоящего сырья и брака фольги. Типичный аппарат включает сдвоенный канал для одновременного тиснения голограмм на двух картах при производительности до 7500 карт в час. Карты подаются из сдвоенного магазина в два канала, каждый из которых имеет индивидуальный датчик для оптического обнаружения изображения и геометрической привязки каждой накладываемой голограммы. Построение современных аппаратов позволяет преодолевать проблемы, связанные с нарушением привязки на стыках голографических изображений и деформацией голограмм на катушках, что ранее зачастую приводило к ошибочной отбраковке качественной фольги.

В аппаратах предусмотрена возможность независимого возвратно-поступательного перемещения оптических датчиков по каждому каналу, что обеспечивает необходимую позиционную точность.

После операции тиснения ножи отделяют лишнюю фольгу от карт, создавая ровную кромку. Готовые карты автоматически направляются на специальный переворачивающий конвейер, подающий их к устройству для наложения подписных панелек.

Аппарат для наложения подписных панелек. Устройство для наложения панелек для подписей по своему устройству аналогично голограммному аппарату и включает сдвоенные каналы для их одновременного наложения на две карты, прошедшие процесс вырезки на отделочном штампе. Его производительность составляет до 8000 карт в час.

Готовые карты автоматически направляются в сдвоенный магазин для автоматической подачи их на инспекционный участок конвейера.

Для операции наложения подписных панелей, также как в голограммном аппарате, в устройстве предусматриваются само выравнивающиеся головки. Головки управляются независимо и обеспечивают выдержку, необходимую при выполнении операции горячего тиснения подписных панелек на заданном месте поверхности карты. Независимые регуляторы температуры с цифровым отсчетом в каналах этих устройств обеспечивают прецизионное регулирование подогрева головок.

Производство магнитных карт на тонкой пластиковой и бумажной основах. В отличие от карт на жесткой основе, карты на тонких основах могут производиться в ходе технологического процесса, при котором магнитный слой наносится не на отдельные многослойные заготовки, а на рулонный материал. В этом случае магнитный слой создаётся путем холодного отслаивания магнитной ленты или при нанесении ферролака из фильеры или элементами распределительной системы с вальцами. Нанесение магнитных полос на рулонный материал, как правило, производится в несколько рядов, при этом скорость транспортирования основы карт может достигать 10 м/с. После ультрафиолетовой сушки проводится полный контроль магнитного носителя путём записи и воспроизведения тестового сигнала. Бракованные участки маркируются и после разрезки рулона на полосы отсеиваются, затем производится высекание отдельных карт штампом. Необходимые элементы полиграфического оформления наносятся на рулонный материал перед выполнением операции наложения магнитной полосы.

Поточная линия для выпуска сервисных карт. На основу сервисных карт должны наноситься PIN-код и серийный номер карты. Процедура нанесения PIN-кода на карты является секретной, и по этой причине должны быть исключены возможность несанкционированного доступа к базе данных с PIN-кодами и вероятность визуального считывания наносимой информации.

На входе линии производится загрузка карт с полиграфическим оформлением, затем они транспортируются конвейером в зону печати PIN-кода, который закрывается скретч-панелью. Скретч-панель должна обеспечить защиту нанесенной информации от возможного несанкционированного считывания путём изучения карты на просвет и т.п. Для защиты информации материал скретч панели делается многослойным, при этом слой, накладываемый на карту, является клеевым, защитная пленка с которого сматывается в рулон в ходе технологического процесса. Зона карты, на которую наносится PIN код, также может быть защищена печатными элементами, например, микротекстом.

Для обеспечения защиты PIN-коды поступают в компьютерное оборудование поточной линии в зашифрованном виде. В число мер по защите производства сервисных карт от несанкционированного доступа входит также система телевизионного наблюдения за процессом производства.

Зона контроля и упаковки готовых карт. Карты подаются конвейером в инспекционный коллектор, который направляет карты под контролирующую головку, где выполняется одновременная полная проверка обеих сторон готовой карты. Проверке подвергаются:

• верность позиционирования печатного изображения относительно края карты;

• наличие браковочных меток, нанесенных контролирующим устройством перед установкой на стапельную доску резальной машины;

• верность позиционирования магнитной полосы;

• факт наличия голограммы и верность ее позиционирования.

Прошедшие электронную инспекцию карты сбрасываются на конвейер для визуального осмотра на предмет обнаружения дефектов послойного формования или присутствия пыли, а также дефектов, которые не могут быть обнаружены используемым электронным контролирующим устройством. Переворачивающее устройство конвейера обеспечивает двустороннюю проверку готовых карт. Отбракованные карты сбрасываются в бункер.

В конце линии устанавливается автоматическое упаковочное устройство, на которое поступают карты, прошедшие инспекционный участок конвейера. Устройство отсчитывает требуемое число карт для укладки в коробки, которые после закрытия обертываются усадочной пленкой.

10.6. Меры защиты оформления карт при их производстве

Большое внимание производителей уделяется элементам защиты, наносимым на поверхность карты во время изготовления [41]. Элементы защиты определяются исходя из потребностей заказчика.

Наиболее опасными видами подделок карт являются:

• репродуцирование;

• воспроизведение (копия или имитация);

• частичное изменение изображения и/или текста;

• изменение записанных данных (на магнитной полосе или в чипе).

Для защиты чаще всего используются такие виды печатных элементов, как:

• микрошрифт. Выбранная заказчиком непрерывная строка уменьшается до таких размеров, что без лупы воспринимается как линия, что и обеспечивает защиту от копирования;

• антикопируемый растр. Геометрически выстроенная из тонких линий различной толщины и цвета структура фона препятствует копированию на цветном копировальном аппарате;

• структура Гильош. Линии Гильош основываются на математических законах, имеют различные цвета и печатаются плотно друг к другу или путем их наложения, обеспечивая повышенную защиту от фальсификации;

• hedopra® линейный растр. Структурированный растр любой формы создает различные цветовые градации благодаря модуляции толщина линий и обеспечивает повышенную защиту от фальсификации;

• ирис (радужная печать). Многоцветный эффект с плавным переходом тонов, который возникает при одновременной параллельной печати нескольких цветов в одном печатающем устройстве, затрудняет воспроизведение;

• невидимая ультрафиолетовая краска. Краски, невидимые при дневном освещении, светятся определенным цветом при ультрафиолетовом освещении и обусловливают защиту от фальсификации и копирования;

• перламутровая краска. Перелив цвета в зависимости от угла зрения обеспечивают защиту от копирования;

• OVI (Optical Variable Ink оптически меняющаяся краска ). Изменение цвета в зависимости от угла зрения обеспечивает защиту от копирования.

Элементами защиты, наносимыми на карту или интегрнрумые в карту, являются:

• holomaanetics holonetics®. Магнитная полоса с голографической структурой, которая может быть проверена на подлинность в определенном считывающем приборе, обеспечивает высокую степень защиты от копирования;

• защитная нить. В ламинит вносится невидимая глазу нить, которая может флюоресцировать в ультрафиолетовом свете и гарантирует высокую степень защиты от фальсификации и копирования;

• DID (Diffractive Identification Device ). Дифракционный элемент защиты. Визуальные элементы защиты, содержащие индивидуальную информацию, например, имя или логотип, меняющие свои цвета, предполагают абсолютную защиту от копирования и контролируются как визуально, так и аппаратно;

• голограмма. Голографические структуры, воспроизводящие двух или трехмерное изображение, обеспечивают защиту от копирования и фальсификации;

• kinrgramm /moviegramm®. Представляют собой рассчитанные компьютером микро рельефные структуры, изменяющиеся в зависимости от угла зрения и формирующие определенную последовательность движений.

Защитные элементы, наносимые при персонализации карт:

• штрих-код. Кодируемая алфанумерическая информация

изображается в виде набора полос разной толщины с разным расстоянием между ними;

• цветное  изображение. Портрет, логотип и т.п. элементы, полученные непосредственно с оригинала или с видеокамеры и оцифрованные, наносятся на поверхность карты (возможно и внесение их в чип). Служит простым подтверждением личности владельца карты;

• лазерное изображение/лазерная подпись. Любые изображения, текст или подписи преобразуются в цифровую форму видеокамерой или сканером. Воспроизведение осуществляется лазерным гравированием внутрь карты;

• отпечаток пальца. Отпечаток пальца преобразуется в цифровую форму и наносится на карту термопечатью или вводится лазерным лучом внутрь карты (под ламинат).