随着IC卡技术的不断成熟，在各行各业中应用日益广泛。在众多的IC卡中，接触型CPU卡性价比较高，由于其售价低、保密性好、读写器价格低廉和易于嵌入终端产品而得到最广泛的应用。目前在国网系统无论量控，还是费控电能表基本采用该种模式实现预付费功能，由此改革了传统用电体制，提高了用电管理水平。CPU卡作为专用电量、电价、电费等参数的传递介质，对应于电能表卡座接口将进行各类信息的接收，因此对卡座的攻击成为一部分人获得不法利益的途径，为此从硬件方面采取必要的措施，设计一种防攻击电路尤显必要。
1 IC卡卡口攻击方式
1． 1 IC卡卡口的安全状况
现有的IC卡卡口线，主要有电源线( Vcc 及GND) 、信号线、时钟线、复位线等几类组成。在实际产品设计中，电源线一般直接引至产品电源、时钟线接至公共时钟源或接至单片机、信号线与复位线一般直接接至单片机或接口芯片。由于需要插入IC卡，故以上引线均接往IC卡座。而IC卡的卡口可插入一块简易PCB 板将上述引线引出。这样上述引线将暴露在电表外壳之外，极易受到攻击。
1． 2 IC卡卡口的攻击方式
为防止对IC卡卡口产生破坏性的攻击，首先应了解有哪几种卡口攻击方法。电表在实际挂网运行中主要有以下四类卡口攻击:
( 1) 高压静电攻击( 例如使用煤气点火器) ;
( 2) 短路攻击( 使用短路金属片插入卡口) ;
( 3) 高压直流攻击( 对VCC 输入直流高电压) ;
( 4) 高压交流( 例如在任意两引线间加入交流220V) 。以上4 类攻击方法如不采取有效的防护措施，都将会使电能表单片机、电路、电源损坏而失去对消费对象的控制，攻击者攻击成功后可不付费而获得消费。并且上述攻击都是电攻击，基本不会留下攻击证据，从而无法确认责任属性。
1． 3 IC卡卡口防攻击的难点
仔细分析上述四类攻击，若要全部防护，实非易事。首先，抗攻击电路的耐压应极高，应在20kV 以上; 再者其反应速度应小于100ns，否则保护动作时保护对象已损坏; 第三，成本需较低，否则用户不能接受; 第四，攻击撤消后应能快速恢复正常工作状态; 最后还需要较小的体积和极高的可靠性。设计一种同时满足上述要求的电子部件，实属不易。
2 几种卡口防攻击电路比较
纵观卡式电能表发展历程，早期对卡口防攻击重要性认识不足，带来一系列问题，影响到卡式电能表市场的占有率，经过不断的探索、总结，目前对卡口的防攻击已提到一个新的高度，卡口防攻击电路在实践中相应不断地进行了改进、优化。以下是几种不同的IC卡卡口防攻击电路。
2． 1 早期IC卡卡口防攻击电路
早期的IC卡卡口防攻击电路，主要采用IC卡卡口防攻击专用模块，再加上双开关二极管等器件组成，如图1 所示。
图1 早期IC卡卡口防攻击电路
2． 1． 1 防攻击原理
图1 中的IC卡卡口防攻击专用模块采用PTCM5 － 05B301 － 501RM 模块，在IC卡的正常读写状态之下，PTC 热敏电阻相当于一串接于线路中的限流电阻。而在异常状态下( 受到攻击) ，将导致流过PTC 热敏电阻的电流增大，使其阻值呈现阶跃性变化，快速上升4 ～ 5 个数量级而呈断开状态( 高阻态) ，达到保护目的。
2． 1． 2 防攻击特点
( 1) 具有快速响应，快速自恢复;
( 2) 性能稳定;
( 3) 抗攻击范围广( DC2500V，AC600V，静电30000V) 。
2． 1． 3 防攻击电路存在的问题
( 1) 通过专用引线板的引线，将外部220V 交流电源叠加至卡座电源后，时间一长就会把双二极管烧掉( 耐压不够) ，使插卡不起作用( 没有破坏卡座以外的电路) ，没有起到防攻击效果。此电路设计不够合理，没必要使用双二极管，防攻击专用模块完全可以抵抗卡口攻击，存在质量隐患。
( 2) 表计在高温下工作时，防攻击专用模块的热敏电阻阻值会变大，而此时用户去售电插卡，就有可能使卡座的电源被拉底，从而导致表计售电不成功。挂网运行的部分表计已经出现过此类情况，有些地区表计是挂在户外的，当中午太阳暴晒时去插卡，怎么插卡读卡都不能成功。另外一方面，每张IC卡存在其内阻不同的现象，有些内阻比较大的IC卡，也会使卡座的电源被拉底，导致插卡不成功。
2． 2 改进后的IC卡卡口防攻击电路
针对第一种IC卡卡口防攻击电路存在的问题，进行改进，经过测试验证，提出了第二种IC卡卡口防攻击电路，并对电路和防攻击模块都进行了优化。
2． 2． 1 防攻击原理
改进后的IC卡卡口防攻击电路，去掉了起不到防攻击效果的双二极管保护电路，并对防攻击模块进行优化，由原先的热敏电阻( 300 ～ 500Ω) + 稳压管( 5． 6V) 五组完全相同的通道，更改为卡座电源采用热敏电阻( 30 ～ 60Ω) + TVS 管( 6． 8V) 通道，其他四组通道与原先相同。
2． 2． 2 防攻击优点
( 1) 降低了成本，去掉了双二极管等器件，同时减小了卡板PCB 面积。
( 2) 能够抗击高压交流和直流攻击，短路攻击，静电攻击等。
( 3) 卡座电源采用热敏电阻( 30 ～ 60Ω) + TVS管( 6． 8V) 通道方式，减小卡座电源的限流电阻，同时采用TVS 管( 电阻减小，使导通速度加快，通过TVS 管瞬间吸收大电流，使表计内部电路不致于被破坏。) ，无论表计在高温下工作，还是IC卡自生内阻偏大，都能使表计正常售电读卡。
2． 2． 3 存在的问题及处理办法
上述防攻击电路已经可以抵抗卡口受到的攻击，但对于不同的表计电路有可能还会使表计受到攻击损坏，因此还需对电路进行优化改进。如图2 所示，此电路的IC卡信号线是通过74HC08D 与门芯片与防攻击专用模块相连。当瞬间对卡座电源加220V 交流电压时，74HC08D 芯片( CMOS 管) 很容易被击穿( 其他信号线加220V 交流电压，不会把芯片烧坏) 。由于卡座电源端的热敏电阻减小到30 ～ 60Ω，虽然有TVS 管保护，但瞬间还是有尖电压进去，击穿与门芯片。后来在卡座电源VAA 上加一个0． 1μF 电容，在TVS 管保护的同时增加电容的滤波功能，把尖脉冲滤掉，从而达到保护的效果。
图2 改进优化后的电路
2． 3 新型的IC卡卡口防攻击电路
上述采用防攻击专用模块电路价格相对较高。如何在保证质量的前提下，设计一个电路与防攻击专用模块功能相同，而价格又相对较低的电路。经过理论和实践论证，可以采用热敏电阻+ 稳压管( 或TVS 管) 电路方式来取代防攻击专用模块，具体电路如图3 所示。
图3 新型IC卡卡口防攻击电路
此电路采用五组通道来防攻击，其中卡座电源通道采用热敏电阻( 30 ～ 60Ω) + TVS 管( 6． 8V) ，其他组通道采用热敏电阻( 300 ～ 500Ω) + 稳压管( 5. 1V) 。经过试验，其防攻击效果与防攻击专用模块完全相同。
3 结束语
按国网坚强智能电网发展战略，智能CPU卡式电能表将会进入千家万户，如何保证智能电能表的运行安全，不仅是安全管理的要求，更重要的是在技术层面提供支持。本文就是针对智能电能表最易受到攻击的CPU卡口，从硬件技术层面进行了研究，并特别给出了几种防攻击电路设计，分析了技术性能，对智能电能表实用化应用将会起到一定作用。