Perpustakaan Digital ITB

Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan kemandirian nasional dalam pengembangan teknologi smart card, khususnya untuk mendukung kegiatan riset dan pengembangan sistem paspor elektronik Indonesia. Sistem paspor elektronik merupakan infrastruktur kritis nasional karena terkait dengan keamanan data pemegang paspor. Namun, pengembangan paspor elektronik di dalam negeri masih bergantung pada produk smart card dari luar negeri yang sulit dievaluasi keamananya. Oleh karena itu, diperlukan suatu purwarupa smart card hasil rancangan dalam negeri sehingga keamanan smart card tersebut dapat diverifikasi dan dievaluasi. Penelitian ini bertujuan untuk merancang arsitektur contactless smart card sebagai purwarupa paspor elektronik yang dapat digunakan dalam kegiatan riset dan pengembangan di dalam negeri. Tujuan penelitian ini meliputi penyediaan komponen rangkaian digital yang diperlukan untuk mendukung komunikasi contactless smart card serta komputasi yang dibutuhkan pada sistem paspor elektronik, termasuk pemrosesan autentikasi dan operasi kriptografi. Selain itu, penelitian ini bertujuan untuk mengimplementasikan desain arsitektur contactless smart card pada platform FPGA sebagai proof of concept yang merepresentasikan tata letak sirkuit terpadu sebelum dilakukan implementasi pada teknologi ASIC. Evaluasi kinerja arsitektur yang diusulkan juga dilakukan untuk menilai fungsionalitas dan kelayakan sistem dalam mendukung kebutuhan paspor elektronik. Proses perancangan diawali dengan penentuan use case berdasarkan studi terhadap standar dan literatur terkait paspor elektronik, yang selanjutnya digunakan sebagai dasar penentuan spesifikasi sistem. Berdasarkan spesifikasi tersebut, dilakukan perancangan arsitektur contactless smart card yang mencakup pemilihan dan ii pengembangan komponen rangkaian digital, termasuk prosesor utama, koprosesor komunikasi, dan koprosesor komputasi. Kemudian, dilakukan tahapan simulasi, sintesis, dan implementasi dilakukan menggunakan perangkat lunak EDA Vivado 2025.1. Pemilihan prosesor utama dilakukan dengan mempertimbangkan aspek instruction set architecture yang bersifat terbuka, ketersediaan dukungan toolchain, komunitas pengembang, serta efisiensi implementasi silikon. Berdasarkan pertimbangan tersebut, prosesor PicoRV32 dipilih sebagai unit pemrosesan utama pada purwarupa contactless smart card yang dirancang. Untuk memastikan desain dapat dilanjutkan ke alur implementasi ASIC, seluruh kode perangkat keras ditulis dalam bahasa Verilog. Pemilihan bahasa ini dilakukan agar desain kompatibel dengan toolchain LibreLane yang digunakan untuk mengubah RTL menjadi GDSII. Pada kasus IP core yang hanya tersedia dalam bahasa VHDL, dilakukan konversi ke Verilog menggunakan GHDL. Kemudian smart card diimplementasi pada FPGA Xilinx Artix-7 XC7A100T yang terpasang pada custom development board untuk dilakukan pengujian. Hasil implementasi pada FPGA menunjukkan bahwa arsitektur contactless smart card yang dirancang memenuhi kebutuhan kinerja sistem paspor elektronik. Desain berhasil memenuhi target frekuensi kerja 13,56 MHz dengan worst negative slack (WNS) sebesar 30 ns dan worst hold slack (WHS) sebesar 0,018 ns, yang menunjukkan bahwa seluruh timing constraint terpenuhi. Selain itu, hasil sintesis dan implementasi menunjukkan bahwa sistem mampu beroperasi hingga frekuensi maksimum sebesar 23,3 MHz. Dari sisi pemanfaatan sumber daya, desain menggunakan 7.082 LUT, 7.022 flip-flop, dan 34 blok BRAM. Konsumsi daya total hasil estimasi sebesar 0,24 W. Hasil pengujian fungsional menunjukkan bahwa seluruh spesifikasi teknis yang dirumuskan pada tahap perancangan berhasil direalisasikan. Blok digital yang dirancang mampu melakukan proses encoding dan decoding sinyal sesuai dengan format modified Miller dan Manchester encoding, sehingga mendukung komunikasi contactless smart card sesuai standar ISO/IEC 14443 tipe A. Sistem juga berhasil melakukan komunikasi dengan ketentuan Frame Delay Time (FDT) yang sesuai. Dari sisi komputasi, koprosesor yang dirancang mampu melakukan operasi kriptografi yang dibutuhkan dalam skenario autentikasi Basic Access Control, yaitu perhitungan SHA-1, DES, serta pembangkitan bilangan acak. Selain itu, integrasi prosesor utama dengan modul memori instruksi dan memori data berhasil dilakukan, sehingga sistem mampu mengeksekusi instruksi, menyimpan data, serta melakukan pertukaran data antarblok.