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TARJETAS INTELIGENTES
Dpto. de Ingeniería Telemática - Universidad Carlos III de Madrid
Mª Celeste Campo Vázquez
[email protected]
Máster en
Comercio
Electrónico
1
Índice
•
•
•
•
•
•
•
Máster en
Comercio
Electrónico
Introducción
Tipos de tarjetas
Arquitectura
Lectores de tarjetas y terminales
Seguridad
Estándares y tecnologías
Aplicaciones
2
Introducción
Definición y ventajas
• Dispositivo electrónico insertado en una
tarjeta de plástico
• Proporciona:
– Almacenamiento persistente y protegido
– Capacidad de procesamiento
• Amplio uso en Europa y Asia:
– 70% de los europeos usa tarjetas inteligentes:
• Telefonía móvil
• Sistema sanitario
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Comercio
Electrónico
• Parkings y tickets
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Introducción
Uso
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Comercio
Electrónico
4
Introducción
Mercado
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Comercio
Electrónico
Fuente: Market 2004 Worldwide shipment
EuroSmart (http://www.eurosmart.com)
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Introducción
Mercado por regiones
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Electrónico
Fuente: Market 2004 Worldwide shipment
EuroSmart (http://www.eurosmart.com)
6
Introducción
Perspectiva de mercado en 2005
Máster en
Comercio
Electrónico
Fuente: Market 2004 Worldwide shipment
EuroSmart (http://www.eurosmart.com)
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Introducción
Historia
• Tarjetas de papel:
– Primeras tarjetas
– Utilizadas como tarjetas de visita
– Se deterioran fácilmente
• Principios de los años 50 en EEUU aparecen las
tarjetas de plástico:
– Mayor duración y mejor imagen
– Datos impresos en relieve
– Seguridad basada en métodos visuales
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Comercio
Electrónico
– Dinners Club las utiliza por primera vez para que sus
mejores clientes realizarán sus pagos
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Introducción
Historia
• A las tarjetas de plástico se le añade una banda
magnética:
– Gran difusión gracias a su uso masivo en la Banca Mundial
– Se basa en los mismos mecanismos que las cintas de
música o vídeo
– Permite automatizar los procesos
– Mayor seguridad: protección a través de un PIN
• Inconvenientes:
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Comercio
Electrónico
– Los datos están grabados superficialmente
– Relativamente sencillo y poco costoso realizar duplicados
– Sensible a campos electromágneticos existente que pueden
deteriorar la banda magnética
– Capacidad reducida de almacenamiento (255 caracteres)
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Introducción
Historia
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Comercio
Electrónico
• A principios de los 70 y gracias a los avances de la
microelectrónica a las tarjetas de plástico se les
incorporá un circuito integrado (chip).
• A finales de los 70 comienzan a aparecer los
primeros productos comerciales, como resultado de
proyectos tecnológicos franceses en campos como la
banca, la telefonía pública, la sanidad, la
universidad,...
• En los años 80 se implanta con éxito:
– Carte Bancaire (1982/1984)
– Servicio de telecomunicaciones (1984).
• Nuevos campos de aplicación: prepago telefónico,
tarjetas monedero,...
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Tipos de tarjetas
Introducción
• Clasificación:
– Tipo de circuito integrado
• Tarjetas de memoria
• Tarjetas con microprocesador
– Mecanismo de conexión tarjeta/lector:
• Tarjetas con contactos
• Tarjetas sin contactos
• Tarjetas híbridas
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Tipos de tarjetas
Tarjetas de memoria
• Se utilizan fundamentalmente como dinero electrónico, las más
conocidas son las tarjetas de pre-pago telefónico de las
cabinas.
• Proporcionan mayor seguridad que las tarjetas de banda
magnética pero tienen un coste superior.
• Su seguridad no es suficiente para ciertas operaciones. Se
distinguen dos niveles:
– Tarjetas protegidas o tarjetas lógicas.
– Tarjetas no protegidas.
• Capacidad de almacenamiento limitada (aprox. 4KB).
• Mayor complejidad en el lector que en la tarjeta.
• Otras aplicaciones:
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Electrónico
– Tarjetas de sistema sanitario.
– Tarjetas de fidelización.
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Tipos de tarjetas
Tarjetas con microprocesador
• Son las que se denominan tarjetas inteligentes o smart cards.
• Su mayor difusión en los últimos años se ha conseguido por su
uso en telefonía móvil GSM.
• Su valor añadido viene por su capacidad de proceso:
– Mayor seguridad.
– Capacidad de realizar nuevas operaciones de forma interna.
• Mayor capacidad de almacenamiento (aprox. 4-64KB).
• El coste de las tarjetas es elevado lo que impide su utilización
en determinadas aplicaciones, aunque:
– Los lectores son menos complejos y por lo tanto menos costosos.
• Pueden ser multiaplicación y multiproveedor.
• Lenta aceptación de estas tarjetas en el sistema bancario.
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Electrónico
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Tipos de tarjetas
Tarjetas con contactos
• Estandarizado por ISO7816-2
• Existen tarjetas de 6 contactos (tarjetas telefónicas).
• Los contactos pueden ser un punto débil.
• Aplicaciones: bancarias, telefonía móvil,...
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Tipos de tarjetas
Tarjetas sin contactos
•
Pueden ser:
– De memoria: se les llama normalmente Tags.
– Inteligentes: son las que se conocen como tarjetas sin contactos
•
Comunicación entre el lector y la tarjeta a través de señales
electromagnéticas:
– RF de baja potencia: alcanza distancias de hasta 10 m.
– RF de alta potencia: alcanzan distancias superiores a 10 m.
•
Ventaja: menor número de fallos.
•
Inconvenientes: mayor potencia del micro, mayor complejidad, mayor
coste.
•
Se emplean en sistemas con:
– Transacciones rápidas.
– Información intercambiada reducida.
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Electrónico
•
Transporte público, acceso a edificios,...
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Arquitectura
Introducción
•
•
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CPU:
•
EEPROM (Electrical Erasable
Programmable ROM)
–
Procesador de 8 bits/16 bits
–
Coprocesador criptográfico
–
SISTEMA DE FICHEROS (datos)
–
5 Mhz, 5V/3V
–
Aplicaciones
–
32 KB
ROM (Read Only
Memory):
–
SISTEMA OPERATIVO
–
Datos y aplicaciones
almacenados en producción
–
16 KB
•
RAM (Random Access Memory):
–
4KB
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Arquitectura
Sistema Operativo
• Dota a la tarjeta de inteligencia
• El sistema operativo se encarga:
– Gestionar la memoria:
• Normalmente se organiza en un sistema de ficheros
• Controla las estructuras de datos dentro de los ficheros
– Seguridad:
• Control de acceso a los ficheros
• Restringir las operaciones que se pueden hacer con los
ficheros
• No dejar que se ejecute nada que no esté contemplado
• Operaciones criptográficas: creación de claves,
firma/verificación, cifrado/descifrado,...
– Juego de instrucciones establecido:
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Electrónico
• Identifica qué operaciones se pueden realizar, y cómo deben
utilizarse
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Arquitectura
Sistema Operativo
• Propietarios de propósito específico:
– Son sistemas operativos creados con una misión específica,
para una tarjeta monedero, para una tarjeta GSM,...
• Propietarios de propósito general:
– Son sistemas operativos creados por fabricantes, con el
objetivo de poder utilizarse en diferentes aplicaciones
– El desarrollo de aplicaciones está cerrado
– Gran variedad y con múltiples diferencias
• Abiertos:
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Electrónico
– Son sistemas operativos sobre los que se pueden
programar aplicaciones en lenguajes de más alto nivel (C o
Java).
– El desarrollo de aplicaciones se abre a terceros
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Arquitectura
Sistema de ficheros
• La mayoría de la tarjetas tienen un sistema de ficheros similar al
que tenemos en nuestro ordenador
• Sistema de ficheros formado por:
– Ficheros dedicados (DF): son el equivalente a los carpetas
(directorios):
• Fichero maestro (MF): directorio raíz
– Ficheros elementales (EF): son el equivalente a los ficheros
(archivos).
• Se realiza direccionamiento lógico utilizando identificadores de
ficheros (FID) de 2 bytes
• Se establecen condiciones de seguridad de acceso a los
ficheros:
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Electrónico
– DF se protegen las operaciones de creación/borrado
– EF se protegen las operaciones de creación/borrado y
lectura/escritura
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Arquitectura
Conjunto de Instrucciones
• Varios estándares definen conjuntos de instrucciones
que pueden soportar las tarjetas inteligentes:
–
–
–
–
ISO/IEC 7816-4
GSM 11.11
EN 726-3
prEN 1456
• También existen tarjetas programables: aceptan la
carga dinámica de programas, y son éstos los que
determinan los comandos que soporta la tarjeta:
– Java Card
– MultOS
– WfSC
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Electrónico
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Lectores de tarjetas y terminales
• Lectores de tarjetas: conectores que actúan como
interfaz entre la tarjeta y el dispositivo de
comunicación
• Terminales: computador con capacidad de control de
acceso a la tarjeta
– PINpads
– Terminales de punto de venta
– Cajeros automáticos
– Controles de acceso mediante identificación biométrica
• Ejemplos: http://www.axalto.com/products/terminals.asp
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http://www.axalto.com/infosec/egate.asp
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Lectores de tarjetas y terminales
Comunicación terminal-tarjeta
• Tarjeta nunca inicializa la comunicación
• Protocolo de comunicación en tres capas:
– Aplicaciones
– APDU (Application Protocol Data Unit)
• Definido por el estándar ISO7816-4
– T=0 y T=1
• Variantes de protocolo asíncrono de comunicación
half-duplex
• Definido por el estándar ISO7816-3
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Seguridad
Introducción
• ¿Por qué son más seguras las tarjetas inteligentes?
– Almacena y comprueba el PIN/Password internamente
– Ejecución de algoritmos criptográficos internamente
– Por lo tanto, nunca se envía información sensible al sistema
externo para su comprobación
• Ciclo de vida:
– Fase de fabricación
– Fase de pre-personalización
– Fase de personalización
– Fase de utilización
– Fase final
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Seguridad
Hardware
• Mecanismos de protección:
– Procesador y memoria en el mismo chip, ocultar los
buses, anular modos de prueba,...
– Detección de variaciones en la señal del reloj,
reguladores del voltaje,...
• Ataques:
– Lectura óptica de la memoria
– Manipulación externa de la señal del reloj
– Altas temperaturas, rayos-X
– Análisis del voltaje suministrado a la tarjeta
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Electrónico
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Seguridad
Software
• Mecanismos de protección:
– PIN y contadores
– Test de inicio
– Control de I/O por el sistema operativo
– Desactivación completa por software
– Seguridad introducida en las aplicaciones
• Ataques:
– Análisis de las instrucciones soportadas
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– Suplantación de la entidad externa (PIN)
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Seguridad
Autenticación usuario - tarjeta
• PIN:
– Método más utilizado…pero no es el más seguro
• Métodos biométricos:
– Características físicas pertenecientes al usuario
– Varios métodos:
• ADN
• Huella dactilar
• Iris
• ….
– Necesidades:
• No invasivo
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Comercio
Electrónico
• Coste de almacenamiento/procesamiento
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Seguridad
Interacción tarjeta - aplicación
• Autenticación externa: terminal ante la tarjeta
• Autenticación interna: tarjeta ante el terminal
• Seguridad de mensajes:
– Modo de operación protegido (MAC: Message
Authentication Code)
• Autenticación e integridad
– Modo de operación protegido (MAC+cifrado)
• Autenticación, integridad y confidencialidad.
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Seguridad
Funciones criptográficas
• Almacenamiento seguro:
– Algoritmos de clave privada: clave
– Algoritmos de clave pública: clave privada y certificado
• Cálculos criptográficos:
– Algoritmos de clave privada: DES, 3-DES
– Algoritmos de clave pública: RSA, DSA, curvas
elípticas (sin coprocesador)
• Mecanismos seguros: las claves no abandonan la
tarjeta.
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Comercio
Electrónico
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Estándares y tecnologías
• Estándares:
– ISO7816
– EMV ICC
• Tecnologías:
– Desarrollo de aplicaciones off-card:
• OCF
• PC/SC
– Desarrollo de aplicaciones on-card:
• Java Card
• WfSC
• MultOS
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Electrónico
• Visa Open Platform
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Aplicaciones
Comercio electrónico
• Proporcionar seguridad a las aplicaciones:
autenticación, no repudio y privacidad.
• Usos principales:
– Almacén de dinero que nos permita realizar pagos en
la red
– Medio de autenticación de usuarios
– Realizar firmas digitales
– Privacidad en las comunicaciones
– Tickets electrónicos
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Electrónico
– Aplicaciones de fidelización
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Aplicaciones
Otras
• Autenticación y acceso seguro:
– Alternativa al uso de passwords
– Ejemplos:
• Acceso a estaciones de trabajo
• Acceso a redes
• Comunicaciones seguras
• Sistema sanitario:
– Identificación del paciente
– Almacenamiento seguro de información del paciente
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Electrónico
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Aplicaciones
Otras
• Sistemas bancarios:
– Monederos electrónicos:
• Ventajas: sistemas de pago off-line, pagos pequeños
• Desventajas: incompatibilidad entre los diferentes sistemas
– Tarjetas de crédito/débito (American Express, VISA,...)
• Telefonía móvil GSM:
– Seguridad en las comunicaciones
– Independencia del terminal móvil
– Desarrollo de nuevas aplicaciones proporcionando servicios
de valor añadido SIM Application Toolkit
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Aplicaciones
Otras
• DNI digital que incluirá:
– Un certificado electrónico para autenticar la personalidad del
ciudadano.
– Un certificado para firmar electrónicamente, con la misma validez
jurídica que la firma manuscrita.
– Claves para su utilización.
– La fórmula de la huella digital en formato electrónico.
– La fotografía digitalizada.
– La imagen digitalizada de la firma manuscrita.
– Los datos impresos en la tarjeta.
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Resumen
• Tarjetas inteligentes mecanismo que
proporciona un alto nivel de seguridad al
consumidor en B2C
• Su implantación masiva presenta problemas:
– Interoperabilidad
– Coste de la tarjetas
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TARJETAS INTELIGENTES
Java Card
Dpto. de Ingeniería Telemática - Universidad Carlos III de Madrid
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Electrónico
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Índice
• Introducción
• Características
• Alternativas:
– Windows for Smart Card
– MULTOS
• Comparativa
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Electrónico
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Introducción
• Java Card permite tener tecnología Java en
tarjetas inteligentes
• Ventajas:
–
–
–
–
–
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Comercio
Electrónico
Independencia de plataforma
Multiaplicación
Flexibilidad
Aplicaciones post-personalización
Compatible con estándares de tarjetas
inteligentes
– Gran comunidad de desarrolladores
– “Write Once Run Anywhere”
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Características
Arquitectura Java Card
Applets
Applet
monedero
Applet
ID
Applet
fidelización
JCRE
EXTENSIONES
ESPECíFICAS
API
INSTALADOR
CLASES DEL SISTEMA
GESTIÓN
DE APPLETS
GESTIÓN
DE TRANSACCIONES
JCVM
I/O
OTROS
SERVICIOS
Métodos nativos
Hardware y sistema nativo de la tarjeta inteligente
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Características
Limitaciones Java Card
• Gestión dinámica de contenidos en la tarjeta:
– Open Platform desarrollada por VISA:
• Descarga/borrado dinámica y segura de aplicaciones.
• Canales de comunicación seguros entre aplicación del
host y aplicación en la tarjeta.
• PIN global compartido entre aplicaciones.
• Interoperabilidad entre Java Card de
diferentes fabricantes
• Mejora de herramientas de desarrollo
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WfSC: Windows for Smart Card
• Introducción de Microsoft en las tarjetas inteligentes.
• Primera versión estable en Mayo de 1999 (WfSC
v1.1)
• Tiene licencia como sistema operativo.
• Características:
– Configuración del sistema operativo:
• GSM.
• Funciones criptográficas.
• ISO 7816-4.
– Card Manager opcional.
– Tarjeta multifunción más que mutiaplicación.
• Aplicaciones en Visual Basic.
• No define las gestión de contenidos de la tarjeta:
posible adopción de OP.
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MULTOS
• Origen en el sector financiero para monedero
electrónico.
• Especificaciones estables desde 1998.
• Características:
– Máquina virtual MULTOS adaptada a tarjetas inteligentes.
– Aplicaciones en lenguaje MEL y C.
– Security Manager con criptografía RSA (co-procesador
criptográfico) obligatorio.
– Certificación ITSEC E6.
– Descarga de aplicaciones después de la entrega al usuario
final.
• Versión actual MULTOS 5 (Septiembre 2000):
– Interfaz dual: con y sin contactos.
– Soporte GSM: SecureSIM.
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Electrónico
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Comparativa*
• Por tamaño de código:
– MULTOS aplicaciones en MEL.
– Java Card aplicaciones en Java.
– WfSC aplicaciones en Visual Basic.
• Por velocidad de ejecución:
– MULTOS aplicaciones en MEL.
– MULTOS aplicaciones en C.
– Java Card aplicaciones en Java.
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Electrónico
* Fuente: Consult Hyperion
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Comparativas técnicas
Java Card
MULTOS
WfSC
Ámbito
API
JVM
JCRE
VM
API
Entorno de
ejecución
Gestor de
aplicaciones
S.O.
Configurable
Multifunción no
multiaplicación
Portabilidad
Portabilidad a
nivel de bytecode
(JC2.1)
Portabilidad de
ejecutables
Sin probar
Personalizació
n previa y post
descarga.
Sin probar
Personalización Personalización
previa a la
descargar
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Comparativas técnicas
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Electrónico
Java Card
MULTOS
WfSC
Lenguaje
Java
MEL, C, Java
Visual Basic
Extensión
del API
API extensible
Definidas en el
estándar:interfaz
sin contactos y
aplicaciones GSM
Definidas en
el estándar:
GSM e ISO
7816-4
Procesador
Optimizado para
32 bit
Optimizado para 8
bit
RSA co-procesador
Diseñado para
procesadores
de 8 bit
Seguridad
Completa a
través de los
Protection Profile
Completa
Nivel básico
configurable
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Referencias
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•
Smart Card Application Development Using Java. Hansmann,
Nickous, Schäck, Seliger.
•
Smart Card Developer's Kit. Scott B. Guthery, Timoty M. Jurgensen.
•
Multos: http://www.multos.com
•
ISO: http://www.iso.sh
•
EMV ICC, Visa Open Platform: http://www.visa.com
•
OCF: http://www.opencard.org
•
Java Card: http://java.sun.com/products/javacard/index.jsp
•
MULTOS: http://www.multos.com
•
WfSC:
– http://www.microsoft.com/technet/Security/topics/smrtcard/smrtcdcb/sec1/smar
tc01.mspx
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