Bakgrunden till PIC-kursen IL131V

En presentation över ämnet: "Bakgrunden till PIC-kursen IL131V"— Presentationens avskrift:

1 Bakgrunden till PIC-kursen IL131V
Ingenjörskolan här i Kista införde en Mekatronikinriktning. = Mekanik och Elektronik (Datorteknik) i samverkan. Men tiden i den korta treåriga Maskinutbildningen räckte knappt till maskinämnena … Tilläggen av Elektronik och Datorteknik måste därför ske effektivt och fick inte använda för mycket tid. William Sandqvist

2 William Sandqvist william@kth.se
Lösningen då blev … – En PIC-kurs som visar hur man ansluter de flesta vanliga givare och ställdon till PIC-processorn och som ”bjuder” på omfattande färdig exempelkod. Exempelkoden visar hur PIC-processorn kan användas, men utför aldrig något ”vettigt” – det överlåts till studenterna i projekten i stället. Ingenjörs-skolan i Kista är numera nedlagd, men tanken är att andra nu ska kunna dra nytta av samma ”exempelkod” för att förverkliga sina programmeringsönskningar … William Sandqvist

3 Idag en fristående kurs
Utvecklingslabbet på köksbordet! William Sandqvist

4 William Sandqvist william@kth.se
Distans eller på plats? Eftersom det finns många ”färdiga” exempelprogram kanske kursen kan läsas på distans (vid ditt eget köksbord)? KTH:s distansregler kräver närvaro vid två tillfällen. Till föreläsningar och laborationer varje vecka i skolan är distansstudenter välkomna ( men tvingas kanske avstå om det är långt att åka … ). Laborationerna i skolan är ett ”tidseffektivt” sätt att prova olika PIC-funktioner – men slitet hemma kan mycket väl ge djupare erfarenheter … Obligatorisk närvaro vid:  SmartCard-labben Presentationen ( Detta är förhandlingsbart – maila kursansvarig ) William Sandqvist

5 William Sandqvist william@kth.se
Tid är hårdvaluta På distans gör man fler (i bästa fall nyttiga) misstag än vid de förberedda laborationerna i skolan. Det tar förståss tid. Kursen går på ”kvartsfart”, så den tiden finns kanske? Har man dåligt med tid så går det att läsa kursen över flera kursomgångar (under förutsättning att kursen fortsätter att ges). Kursen är inte en distanskurs på det sättet att det är styrt vad som skall göras vecka för vecka – däremot rekommenderas även distans-studenterna att följa kursprogrammets upplägg. Det är även möjligt att examineras på kursen genom att direkt presentera en egen applikation utan att gå mot målet ”steg för steg”. William Sandqvist

6 William Sandqvist william@kth.se
Lab i skolan Så här fungerar kopplingsdäcket. Flacktången använder man till att pressa ned ledningsändarna i kopplingsdäcket med. Med isolerhylsor på komponentbenen bockas dom inte så lätt och så undviker man kortslutningar. Bygelsats, färdigbockat och med ”färgkodade” längder. William Sandqvist

7 William Sandqvist william@kth.se
koppla så här … William Sandqvist

8 William Sandqvist william@kth.se
Logga in på skoldatorn H:\  Åtminstone en av labdeltagarna i varje grupp måste ha ett KTH-konto för att kunna logga in på labdatorn.  Följ ”steg för steg” beskrivningen som ligger i Lablådan för att sätta upp miljön. Packa upp hela miljön i rätt mapp! PK2proj.zip William Sandqvist

9 Miljön består sedan bara av en genväg till en texteditor …
William Sandqvist

10 Eller en genväg till en annan texteditor …
William Sandqvist

11 William Sandqvist william@kth.se
Texteditor Pfe Work arbetsmapp för dina filer William Sandqvist

12 eller Texteditor Notpad++
Work arbetsmapp för dina filer William Sandqvist

13 William Sandqvist william@kth.se
Kompilator Cc5x  Kompilatorn startas inifrån texteditorn PFE. kommandonsom startar kompilatorn William Sandqvist

14 William Sandqvist william@kth.se
Kompilator Cc5x  Eller kompilatorn startas inifrån texteditorn Notepad++. Ett script som startar kompilatorn William Sandqvist

15 Kretsprogrammeraren PICKit 2
Fristående program för Kretsprogrammeraren För nedladdning av kod till chip William Sandqvist

16 (Spela en testmelodi …)
 Så vet Du att utrustningen är OK! William Sandqvist

17

18 SmartCard laborationen
William Sandqvist

19 William Sandqvist william@kth.se
Två processorer SmartCardet innehåller en processor av typen 16F84A. Den processorn saknar både inbyggd oscillator och seriekommunikationsenhet. Seriekommunikationen är därför programmerad med ”BitBanging”, och kortet använder en yttre oscillatorkrets. På kopplingsdäcket sitter en processor av typen 16F628. Den har inbyggd oscillator och inbyggd seriekommunika-tionsenhet. För säkerhets skull kopplar vi den till samma oscillatorkrets som SmartCardet. ( Vi har därför ändrat till #pragma config |= 0x3F63 ) William Sandqvist

20 Programmera SmartCardet
Programmera SmartCardet med PICKit2 William Sandqvist

21 ”Kommunikationscentral”
På kopplingsdäcket bygger Du en ”kommunikationscentral” ( De två dioderna bildar en diodgrind ). För att underlätta felsökning i programmen kan nu all kommunikation mellan PIC-processorn och SmartCardprocessorn övervakas med PICKit2 UART Tool. Om kortet inte säger något, kan Du fylla i det den skulle ha sagt från PC:ns tangentbord (”man in the middle”). William Sandqvist

22 Kommunikationscentralen
”SmartCard” Lås och Nyckel William Sandqvist

23 Att programmera två processorer
Du kommer att omväxlande använda PICKit2 för SmartCardet och Skolprocessorn 16F628. Viktigt. Varje gång Du byter anslutningen till den andra processorn skall Du använda ”Tools” ”Check Communication” så att PICKit2 vet vilken processor som är ansluten.  Det är jobbigt att omväxlande programmera två processorer!  ( Det är ändå jobbigare att programmera 64 processorer! ) FPGA-kort på avdelning ES. Totalt 64 st 32-bitsprocessorer. PUUH! William Sandqvist

24 William Sandqvist william@kth.se
Quiet62x.c Först provar vi olika program på SmartCardet. Då ”stänger” vi av PIC16F628 på kopplingsdäcket med programmet quiet62x.c så att den processorn inte stör. /* quiet62x.c 16F628 serial port is off */ #include "16F628.h“ #pragma config |= 0x3f70 void main( void) { CM0 = 1; CM1 = 1; CM2 = 1; TRISA.5 = 1; TRISB.3 = 1; TRISB.6 = 1; TRISB.7 = 1; TRISB.2 = 0; PORTB.2 = 1; /* Marking line */ TRISB.1 = 1; while( 1) nop(); } William Sandqvist

25  SmartCardet blinkar …
 spelar melodi …  rätt eller fel …  minns utan spänning … William Sandqvist

26 William Sandqvist william@kth.se
”Lås” och ”nyckel” Programmen: smrtlock.hex och smartkey.hex När Du stoppar in SmartCardet i hållaren så frågar kopplingsdäcket: Who is it? SmartCardet svarar: Me please open! Och eftersom detta är rätt svar så öppnar processorn på kopplingsdäcket låset (= lysdioden tänds). När SmartCardet dras ut, stängs låset. William Sandqvist

27 William Sandqvist william@kth.se
Program-mall Programmet till SmartCardet är givet, både källkod, och färdigkompilerad hex-kod. Programmet till processorn på kopplingsdäcket är givet som en hexkods-fil – för att Du ska kunna kontrollera din utrustning, men källkoden skriver Du själv. Till din hjälp för källkoden finns en ”steg för steg” – mall. ( I nödfall finns också en ”facit” källkodsfil så att ingen ska behöva gå lottlös från laborationen ). William Sandqvist

28 William Sandqvist william@kth.se
Program-mall while(1) { /* Write code that waites here until card is inserted */ /* Card in = 1, Card out = 0 */ /* your code and your comment here */ /* Use this readymade card contact debounce time */ delay(100); /* card debounce */ /* now write the code that asks the card the question */ /* your code and your comment here */ /* Use this readymade delay after the question has been asked */ /* in order to wait until all chars are sent */ delay(100); /* wait until all chars sent */ /* Use this redymade function call to empty the reciever FIFO */ OverrunRecover(); /* Write the code that waits for the answer string */ /* from the card and inputs it to s[] buffer */ /* your code and your comment here */ /* Write code here that Compares the input string */ /* with the "correct" answer string */ /* your code lines and your comments here */ /* Write code here to unlock if the comparision of the strings match */ /* your code lines and your comments here */ /* Write code here to wait for card removal */ /* your code lines and your comments here */ William Sandqvist

29

30 I Banken behövs krypterad kommunikation
Kommunikationen mellan tex ett bankkort och en bankomat, är ”slump-mässigt” olika varje gång så att den inte bara kan avlyssnas och spelas in. Ett SmartCard innehåller ett extra minne för krypteringsnyckel och annan information. Det minnet kan bara nås via PIC-processorn, ej direkt från någon kontakt. I Bankkortet är PIC-processorn ”Lässkyddad” så även programmet är hemligt. William Sandqvist

31 En typisk C-Slumpfunktion
/* random.c produces random numbers */ int random(void) { static unsigned long int next =1; /* the seed */ /* magic formula to generate pseudorandom number */ next = next * ; return (unsigned int) (next/65536) % 32768; } Denna slumpfunktion skulle ta mycket stor plats i en midrange PIC-processor!  Det är med denna funktion kursens webfrågor slumpas ut! William Sandqvist

32 Hur en PIC-processor kan ”beräkna” pseudoslumptal
PIC-processorn är dålig på multiplikation och division. Ett sätt att beräkna “pseudoslumptal” utan mul/div är att använda rotations-instruktionen. Tex. kan PIC-processorn rotera 16 bitar (28). I figuren sker "avtappning" från bit 0, 2, 3, och 5. De avtappade bitarna kombineras med EXOR operationer och roteras tillbaka genom Carry-biten. Just denna "avtappning" ger en maximalt lång talsekvens som upprepas först efter ggr. ( Om alla bitarna är “0” så stannar slumptalssekvensen, så det är den kombinationen som måste undvikas! ) William Sandqvist

33 William Sandqvist william@kth.se
Ex. PIC-funktion /* Random number function */ char rand( void ) { /* 0x0000 won't run ... */ bit EXOR_out; static char rand_hi, rand_lo; if( !rand_hi && !rand_lo ) rand_lo = 0x01; EXOR_out = rand_lo.0; EXOR_out ^= rand_lo.2; EXOR_out ^= rand_lo.3; EXOR_out ^= rand_lo.5; Carry = EXOR_out; /* rotate right */ rand_hi = rr( rand_hi); rand_lo = rr( rand_lo); return rand_lo; } Linear feedback shift registers William Sandqvist

34 Så här ser de första 700 8-bitstalen ut …
char rand( void ); … William Sandqvist

35 Bankernas Chip and PIN -teknologi
Vid ”ansikte mot ansikte” – transaktioner:  Chip – anger vilket/vems kort det är som används ( för att undvika förfalskade kort )  PIN – anger att det är kortägaren som använder kortet ( för att förhindra användning av stulna kort ) Wikipedia SmartCard William Sandqvist

36 Ett nyupptäckt säkerhetsproblem?
”Chip and PIN” is broken, 2010 IEEE Symposium on Security and Privacy. Steven Murdoch, Saar Drimer, Ross Anderson, Mike Bond Stulet kort (med ”manipulerad” kortkontakt) Ingen PIN-kod behövs! Chip and PIN broken William Sandqvist

37 En ”Man in the middle” attack
I got no numbers? So ”verifying without PIN” I had ”PIN confirmed” Complete the transaction Enter PIN Transaction begins 1234 ”Man in the middle” PIN correct = 0x9000 Protokollet är för komplicerat. Kortet och kortläsaren kan tro olika om vilken verifieringsmetod som använts! Det är detta som utnyttjas! Standarden tillåter att verifieringen sker på annat sätt än med PIN – till exempel med legitimation och underskrift på kvittot eller utan PIN vid mindre belopp. Det finns också kort utan PIN (tex för personer med handikappet att inte kunna komma ihåg ett PIN) William Sandqvist

38 Transaktionsprotokoll
Card authentication och Transaction authorization sker genom utväxlande av kryptogram, men vad hjälper det när Cardholder verification består av ett enkelt klartextmeddelande som går att manipulera! William Sandqvist

39 William Sandqvist william@kth.se
Hur stort är problemet? Om ett köp signerats med en PIN-kod anser bankerna att Du är ansvarig för köpet. Dom anser att Du varit ”oaktsam” med koden om någon annan har utfört köpet.  Detta resonemang håller inte längre! Kommer bankerna att behöva betala ersättning? Problemet gäller butikernas handterminaler, inte bankomater – där är det banken som verifierar PIN-numret, inte kortet. Men kanske är det tillräckligt allvarligt att det gäller upp till 730 miljoner kort när de används i affärernas betalningsterminaler? William Sandqvist

40

41 Var köper man SmartCard?
Ett svenskt företag i Mölndal som säljer oprogrammerade SmartCard för tex. elektroniska dörrlås med SmartCard (till hotell, stugbyar mm) är: Hansa-electronic SparkFun Breakout Board for SmartCard William Sandqvist