عقول الكترونية فى اجسام بلاستيكية

مقــــدمــــة

البطاقة الذكية ومميزاتها

شكل يوضح البطاقة الذكية

    والبطاقات الذكية عبارة عن أوعية بيانات ذكية وآمنة وصغيرة ، بل أجهزة حاسب متخصصة قادرة على المعالجة وتخزين آلاف وملايين الوحدات من البيانات ، وتتكون – بخلاف الإطار البلاستيكى – من شريحة سليكون بها مناطق اتصال كهربية ولوح معدنى رقيق يستقر أسفله دائرة متكاملة تحتوى على معالج مركزى وذاكرة رام ووحدة تخزين للبيانات عبر نظام تشغيل الشريحة مع توفير مستوى عالى من حماية البيانات الذى قد يتخذ شكل كلمات المرور التى تتيح للمستخدم الوصول لأجزاء من ذاكرة رقاقة الدائرة المتكاملة أو إجراءات التشفير التى تحول البيانات المخزنة فى الذاكرة إلى معلومات مفيدة.

   وتتيح البطاقات الذكية إمكانية المعالجة الذاتية للمعلومات دون الحاجة إلى حاسب ، وتتوافق مع المعايير الدولية الحقيقة، وطول العمر الذى يصل إلى 10 آلاف مرة للقراءة والكتابة قبل إصابته بالعطل ، ونظام تشيغل الشريحة الذى يدعم العديد من التطبيقات والتخزين الآمن المستقل للبيانات على بطاقة واحدة .

   وبخلاف البطاقات ذات الشريط المغناطيسى ، تستطيع البطاقات الذكية حمل كل الوظائف والمعلومات الضرورية اللازمة لها على البطاقة ، ولهذا فهى تتطلب الوصول لقاعدة بيانات بعيدة فى وقت العملية من أجل مطابقة بيانات القاعدة ببيانات البطاقة ، غير أن البطاقات المغناطيسية ما زالت هى السائدة و الأكثر شيوعا فى مصر حتى الآن ، ويعتمد اختيار تكنولوجيا البطاقات الذكية على باقة واسعة من العناصر والعوامل والمعايير ، منها : آليات التطبيقات والبنية الأساسية السائدة فى السوق والتوفير الإقتصادى لنموذج الأعمال واسترتيجية البطاقات ذات التطبيقات المشتركة . إذن يمكن النظر إلى البطاقة الذكية كجهاز تسجيل إلكترونى ،حيث تعرف المعلومات الموجودة على باقة واسعة من العناصر والعوامل والمعايير ، منها : آليات التطبيقات والبنية الأساسية السائدة فى السوق والتوفير الإقتصادى لنموذج الأعمال واستراتيجية البطاقات ذات التطبيقات المشتركة . 
إذن يمكن النظر إلى البطاقة الذكية كجهاز تسجيل إلكترونى ، حيث تعرف المعلومات الموجودة فى رقاقة التخزين هوية حامل البطاقة حتى يمكن استخدام المزايا الخاصة به ، ويمكن معالجة معلومات مثل السحوبات والمبيعات والفاتير بشكل فورى عند الضرورة ، وتنقل هذه السجلات المتغيرة إلى الحاسب المركزى لتحديث البيانات ، ولكن لاحظ أن هذا العقل صغير ، فهو لا يضارع بالطبع إمكانيات الحاسب الشخصى أو حتى التليفون المحمول .

وفى ضوء ذلك تعرف رابطة البطاقات الذكية Smart Card Alliance  البطاقات الذكية بأنها أجهزة مزودة إما بمعالج دقيق وشريحة ذاكرة بتعليمات غير قابلة للبرمجة ، ويستطيع المعالج الدقيق المدمج إضافة وحذف وتعديل المعلومات على البطاقة، أما شريحة الذاكرة فيمكنها القيام فقط بالعمليات المحددة مسبقا .

     أما موسوعة ويكيبيديا فتعرف البطاقات الذكية على أنها بطاقة مزودة برقاقة ذات دائرة متكاملة أو شريحة إلكترونية صغيرة لها القدرة على معالجة المعلومات ، وهذا يعنى أنها تمتلك القدرة على استقبال البيانات أو المدخلات و معالجتها من خلال البرمجيات المثبتة على هذه الشريحة المتكاملة العقل الذكى ثم تسليمها مرة أخرى فى صورة مخرجات بيانية .

تاريخ البطاقة الذكية

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

      ثم حدث الزدهار الاكبر فى البطاقات الذكية فى نهاية التسعينات مع طرح شريحة خط المحمول الذكية ، ومع انتشار و ذيوع التليفونات المحمولة فى أوربا، أصبحت البطاقات الذكية أيضا شائعة ، وفى عام 1993 وافقت ماركة الدفع العالمية ماستركارد وفيزاويوروباى على التعاون معا لتطويير المعايير لاستخدام البطاقات الذكية مع بطاقات الائتمان أو بطاقات الخصم ، وتم اطلاق الاصدار الاول من اصدار EMV ( الحروف الاولى من Europay وVisa وMastercard )فى عام 1994 .وقامت شركة EMVco المسئولة عن صيانة النظام على المدى البعيد بترقية المعيار فى عام 2000 ثم الى 2004 .

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

عوائق الانتشارللبطاقة الذكية 

ولكن هل هناك عوائق تقف فى طريق انتشار البطاقات الذكية؟

• التكلفة العالية للبطاقات الذكية مقارنة بالبطاقات المغناطيسية ، والفرق فى التكلفة الأولية ، ولكن هذا الفرق يكون بشكل بارز عندما تتم مقارنة الفروق بينهما فى العمر المتوقع والامكانيات وخاصة دعم العديد من التطبيقات وبالتلى تقليل التكلفة على مستوى التطبيق .
• نقص البنية الاساسية التى تدعم البطاقات الذكية، ونجد ذلك واضحا فى مصر
• الطبيعة الحصرية لنظام تشغيل الشريحة، حيث يجب على المستهلك أن يكون تقنيا ملم بتفاصيل أنظمة التشغيل حتى يستطيع اختيار البطاقةالمناسبة لتطبيق المطلوب
• نقص المعايير لضمان التوافق المتبادل بين برامج البطاقات الذكية المتنوعة
• المشكلات القانونية وسياسة الخصوصية المرتبطة بالخصوصية والسرية وقوانين الحماية للمستهلك
  

أشهر أنواع البطاقات الذكية

      تتميز استخدامات البطاقة الذكية بأنها متنوعة ، كما تتنوع تكنولوجيات تصنيعها ووسائل تشغيلها ، وبالتالى كان لابد انت تتعدد أنواعها ومسمياتها ، وفى الواقع العملى تتنوع هذه الأنواع وفقا لعدة معايير منها كيفية قراءة وكتابة البيانات على البطاقة ووفقا لهذا النوع لدينا البطاقات التلامسية واللاتلامسية ، ونوع الرقاقة المزروعة فى البطاقة وامكانياتهاوفيما يلى شرح لهذه الانواع.

البطاقات التلامسية:

     أشهر أنواع البطاقات الذكية وأكثر شيوعها ، وينبغى وضعها فى جهاز القراءة بحيث يحدث تلامس مباشر على سطح مناطق الاتصال الذهبية فى البطاقة،ويحدث نقل الأوامر والبيانات وحالة البطاقة عبر نطاق التلامس المادى الكهربية .

البطاقات اللاتلامسية:

    كل ما تتطلبه هو الاقتراب لمسافة معينة من جهاز القراءة ، حيث تحتوى كل من البطاقات الذكية وجهاز القراءة على هوائى لاسلكى قصير المدى ، وتتواصل الهوائيات لاسلكيا باستخدام ترددات الراديو اللاسلكية .

وتعتمد على تكنولوجيا التحقق من الهوية لاسلكيا RFID ، وبدلامن إخال البطاقة فى جهاز القراءة يتم تمريره بالقرب من السطح  الخارجى لجهاز القراءة.

وتعمل هذه البطاقات بذاكرة محدودة وبتردد 125 ميجا هرتز ، أما البطاقات اللاتلامسية التى يمكن قراءتها وتعديلها فتتواصل بتردد13.65 ميجا هيرتز ، ومن عيوب البطاقات اللاتلامسية تققيد وظائف التشفير وذاكرة المستخدم مقابل بطاقات المعالج الدقيق والمسافة المحدودة بين البطاقة وجهاز القراءة المطلوبة للتشغيل.

البطاقات المزدوجة

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

البطاقات وفقا للذاكرة والمعالج 

     هى البطاقات التى تقتصر وظيفة شريحة الذاكرة المدمجة بها على التخزين والاسترجاع فقط، وتشبه هذه الشريحة قرص صلب صغير مع سمات أمنية اختيارية ، ولكنها تقل فى الحماية المتوفرة لادارة البيانات .

وهناك ثلاثة أنواع من بطاقات الذاكرة

*بطاقات الذاكرة المباشرة

     تخزن هذه البطاقات البيانات ولا تمتلك معالجة البيانات ، وهى أقل تكلفة ، وتعتبر بمثابة أقراص مرنة بأحجام مختلفة مع إمكانية الغلق .

* بطاقات الذاكرة المحمية / المقسمة

تحتوى هذه البطاقات على المنطق الداخلى الخاص بها للتحكم فى الوصول للذاكرة فى البطاقة . ويتم ذلك من خلال كلمة مرور أو مفتاح للنظام ، ولا يمكن بسهوله نسخ هذه البطاقات ، ويمكن تتيعها بواسطه معرف على الذاكرة

*بطاقات الذاكرة ذات القيمة المخزنة

     صممت هذه البطاقات لغرض معين وهو تخزين قيمة أو شفرة حماية معينة ، ويمكن التخلص من هذه البطاقات أو إعداد شحنها ، وتتضمن أغلب البطاقات من هذا النوع إجراءات أمان دائمة فى مرحلة التصنيع . ومن أمثلة هذة البطاقات التليفون العام فى الشوارع والميادين ، حيث تحتوى البطاقة على عدد معين من خلايا الذاكرة ، كل خلية تحتوى على قيمة أو وحدة معينة ، ومع إجراء الاتصال يتم مسح قيم أ وحدات هذه الخلايا حسب المدة ، والخلية التى لا تمسح من الصعب كتابتها مرة أخرى وهكذا حتى يتم مسح كل الخلايا وتصبح البطاقة عديمة الجدوى ، ويتم التخلص منها، وفى الحالة البطاقات القابلة للشحن يتم عكس هذه العميلة فيتم إعادة القيم والبيانات المشفرة فى خلايا الذاكرة .

- البطاقات المزودة بمعالجات دقيقة

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

فالبطاقات الذكية التى تحتوى على معالج دقيق مدمج تمتاز بالقدرة الفريدة على تخزين كميات كبيرة من البيانات وتنفيذ عمليات الحوسبة الخاصة بها مثل التشفير والتوقيعات الرقمية ويمكنها التفاعل بذكاء مع قارىء البطاقات الذكية .

ويتميز الجيل الحالى من البطاقات الذكية ذات المعالجات بمعالج 8 بت وذاكرة للقراءة فقط سعتها 16 كيلو بت وذاكرة وصول عشوائى سعتها 512 بايت ، وتتضمن هذه البطاقات القدرة التشفيرة الذاتية ،مما يتطلب التعامل مع أرقام كبيرة ولهذا تستخدم هذه البطاقات فى تطبيقات الهوية الرقمية ، وهناك عدة أمثلة لهذه البطاقات منها :

1. البطاقات التى تحمل قيمة مالية .
2. البطاقات التى تحمل قيمة مكافئة للمال ( مثل بطاقات التعامل المتكرر فى المتاجر والمستشفيات وغيرها)
3. البطاقات التى تتيح الوصول الآمن لشبكة معين.
4. البطاقات التى تحمى التليفونات المحمولة من الغش والاحتيال .
5. البطاقات التى تحمى أجهزة التليفزيون والدش من القرصنة .

- بطاقات الذاكرة الضوئية

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

أنظمة تشغيل البطاقات الذكية

البنية الثابتة للملفات

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

نظام التطبيقات المتغير

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

التشفير فى البطاقات الذكية

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

أجهزة قراءة البطاقات الذكية

شكل يوضح اجهزة قراءة البطاقات الذكية

أهم مجالات تطبيق البطاقات الذكية

أولا: تطبيقات الاتصالات

        تستخدم البطاقات الذكية بكثافة فى مجال الاتصالات ،ولعل شرائح خطوط المحمول من أكثر التطبيقات البارزة فى هذا الصدد ولا يوجد تليفون بدون شريحة الخط الذكيةSIM التى يتم ضبطها بالمعلومات الاساسية من أجل تحديد هوية التليفون المحمول حتى يستطيع استقبال المكالمات والرسائل .

ثانيا: تطبيقات تحديد الهوية

تحمى تكنولوجيا البطاقات الذكية بيانات الهوية المخزنة فى بطاقة الهوية بشكل كامل وباستمرار ، حيث يقوم المعالج المدمج ببطاقة الهوية بتشفير بيانات الهوية المخزنة فى البطاقة ولا يسمح بقراءتها إلا بعد إدخال رقم سرى مثل رقم التعريف الشخصى وكلمة المرور أو التحقق الحيوى عن طريق بصمات الأصابع .

ثالثا: التطبيقات المالية

   يستطيع العملاء استخدام البطاقات الذكية فى إجراء التعاملات المالية الشخصية سواء من خلال ماكينات الصرف أوعبر الانترنت من خلال وحدات قراءة البطاقات المتصلة بالحاسب .وتسهل البطاقات الذكية على العملاء تأمين تخزين المعلومات والنقد للشراء . وتشمل المزايا التى توفرها للعملاء فى هذا الصدد حمل البيانات الشخصية وبيانات الائتمان والشراء التى يمكن الوصول إليها من خلال نقرة واحدة بالماوس بدلا من ملء النماذج والاستمارات .