非接触式IC卡技术的基本规范.pptx

资源描述

非接触式IC卡技术的基本规范.pptx

《非接触式IC卡技术的基本规范.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非接触式IC卡技术的基本规范.pptx（97页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

非接触式IC卡技术的基本规范.pptx

SmartCardSmartCard非接触式非接触式ICIC卡技术卡技术电子与信息工程学院电子与信息工程学院SmartCardSmartCard提纲q非接触式非接触式ICIC卡概述卡概述系统构成/分类/国际标准q非接触式非接触式ICIC卡工作原理卡工作原理能量传递/信息传递/防冲突q非接触式非接触式ICIC卡芯片技术卡芯片技术MIFARE1q非接触式非接触式ICIC卡接口技术卡接口技术MIFARE1SmartCardSmartCard为什么要使用非接触式IC卡?

q在频繁操作的场合，如门禁、考勤、小额电子钱包（公交收费、食堂收费、高速公路收费、停车场收费）、身份认证等场合，接触式IC卡越来越明显的暴露出其弊端：

容易磨损操作速度慢使用不方便SmartCardSmartCard什么是非接触式IC卡？

ContactlessICCq非接触式IC卡是在卡中敷设天线，利用天线的接收发射，与读写器的天线交换信号，实现一种无线通讯，非接触式IC卡又被称为射频卡（RFCRadioFrequencyCard），简称RF卡，非接触式IC卡系统被称为射频识别系统（RFIDRadioFrequencyIdentification）。

SmartCardSmartCard非接触式IC卡系统构成q非接触式IC卡：

数据载体，应答器q非接触式IC卡读写器：

卡接口设备，阅读器，寻呼器SmartCardSmartCard非接触式IC卡的基本构成q非接触式IC卡：

芯片+天线+卡基SmartCardSmartCardSmartCardSmartCard非接触式IC卡读写器的构成q高频模块（发送器和接收器）、q控制单元q耦合元件（天线）SmartCardSmartCard非接触式IC卡的特点q可靠性高、寿命长。

非接触式IC卡与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。

非接触式ID卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲、损坏等问题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可靠性。

q操作快捷便利。

q动态处理。

q成本较高。

SmartCardSmartCard非接触式IC卡的分类q按片内IC：

存储卡、逻辑加密卡、CPU卡q按工作距离：

密耦合卡、近耦合和疏耦合卡q按工作频率的高低：

125kHz的低频卡（30kHz300kHz），13.56MHz的高频或射频卡（3MHz30MHz），915MHz、2.45GHz的超高频卡（300MHz3GHz）、5.8GHz的微波卡（3GHz）。

q按卡内芯片供电方式：

卡内带电池的有源卡和卡内无电池、由读写器以无线感应方式供电的无源卡q按使用过程中的读写方式：

只读卡（ID卡）和读写卡（带EEPROM）SmartCardSmartCardEMID厚卡EMID薄卡PHILIPSMIFARE1卡TI（德州仪器）Tag-it电子标签手表卡与钥匙扣卡SmartCardSmartCard特点频段工作频率数据传输速率读写距离读写区域低频125134KHz慢适中（1m）较为均匀高频13.56MHz较快适中（1m）较为均匀超高频860960MHz快远（10m）很难定义不同频段射频卡的特点SmartCardSmartCard非接触式IC卡的国际标准标准组织阵营频段技术规范EPCglobal全球产品电子代码管理中心欧美企业沃尔玛、思科、敦豪快递、麦德龙和吉列等UHF（860-960MHz）电子产品代码（EPC）、电子标签规范和互操作性、识读器-电子标签通信协议、中间件软件系统接口等ISO/IEC国际标准组织/国际电工委员会全球非盈利工业标准组织多个频段识别卡与身份识别ISO/IEC14443自动识别ISO/IEC15693ISO/IEC18000UID泛在技术核心组织日本电子厂商、IT企业2.45GHz和13.56MHz电子标签超微芯片部分规格SmartCardSmartCard注释：

ICC集成电路卡CICCClose-CoupledICC，紧密（密耦合）卡；PICCProximityICC，称为接近（近耦合）卡；VICCVicinityICC，称为邻近（疏耦合）卡。

CDCouplingDevice，是读写器中发射电磁波的部分SmartCardSmartCardISO/IEC14443国际标准现阶段ISO/IEC14443（草案）主要有两个体系并存：

ISO/IEC14443-TypeA、ISO/IEC14443-TypeB。

TypeA：

以PHILIPS公司为代表，包括SIEMENS、HITACHI、GEMPLUS、G&D和Schlumberger等公司TypeB：

以ST（意法半导体）、MOTOROLA、ATMEL、韩国SAMSUNG和日本的NEC等公司为代表。

SmartCardSmartCardISO/IEC18000国际标准q18000-1：

物理层q18000-2：

低于135KHz通信的空中接口的参数；q18000-3：

在13.56MHz通信的空中接口的参数；q18000-4：

在2.45GHz通信的空中接口的参数；q18000-5：

5.8GHz通信的空中接口的参数；q18000-6：

860-960MHz通信的空中接口的参数；q18000-7：

433MHz通信的空中接口的参数；SmartCardSmartCard目前13.56MHz的产品主要包括：

qISO14443TypeA卡Mifare1S50卡、UltraLight卡LEGICTypeA卡、上海公交卡即华虹IC卡、复旦微电子TypeA卡qISO14443TypeB卡ATMELRF020qISO15693（电子标签）卡PHILIPSI-Code2、TITag-it标签qI-CODE（电子标签）卡PHILIPSI-Code、上海贝岭BL75R02qSONYFelica卡香港八达通、深圳通q中国二代身份证SmartCardSmartCard目前125KHz的产品主要包括：

技术指标技术指标EM4100/4102标准卡准卡4001感感应式式ID厚卡厚卡8803感感应式式ID厚卡厚卡芯片SwatchGroupEm4102Wafer台湾4001COB台湾8803Wafe工作频率125KHZ125KHZ125KHZ感应距离2-20cm2-20cm2-20cm尺寸85.5x54x0.82mm85.5x54x2mm85.5x54x1.05mm封装材料PVC、ABSPVC,ABSPVC封装工艺层压封装手工粘贴手工层压号码可选连号喷码典型应用考勤系统、门禁系统、企业一卡通系统等考勤系统、门禁系统、企业一卡通系统等考勤系统、门禁系统、企业一卡通系统等此外，还包括ATMEL的TEMIC卡系列、TI的低频标签、HITAG卡等。

SmartCardSmartCard非接触式IC卡工作原理q要解决的三大问题：

（1）非接触卡如何取得工作电压。

（2）读写器与IC卡之间如何交换信息。

（3）防冲突问题：

多张卡同时进入读写器发射的能量区域（即发生冲突）时如何对卡逐一进行处理。

SmartCardSmartCard非接触式IC卡与读写器接口电路SmartCardSmartCard

（1）读写器发射激励信号（一组固定频率的电磁波），数字信息调制在该射频信号上。

（2）IC卡进入读写器工作区内，被读写器信号激励。

在电磁波的激励下，卡内的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，当所积累的电荷达到2V时，此电容可以作为电源为其他电路提供工作电压，供卡内集成电路工作所需。

（谐振、整流、滤波、稳压）。

（3）同时卡内的电路对接收到的谐振信号进行解调，还原数字信息，对信息进行分析处理，判断发自读写器的命令，如需在EEPROM中写入或修改内容，还需将2V电压提升到15V左右，以满足写入EEPROM的电压要求。

（4）IC卡对读写器的命令进行处理后，发射应答信息（将应答信息调制到射频信号上）给读写器。

（5）读写器接收IC卡的射频信号并进行解调还原出应答信息。

SmartCardSmartCard初始化与防冲突（AntiCollion）q如果有2张或2张以上的IC卡进入读写器的工作范围，称之为冲突（或碰撞Collion），此时就需要解决如何对多张IC卡逐一处理的问题防冲突AntiCollion。

q防冲突方案：

位帧防冲突（BitAntiCollision）动态时隙-ALOHA法（Slotted-ALOHA法）SmartCardSmartCard项目引入IC卡公交收费机q定额收费q操作方便快捷q可显示余额q非法卡或余额不足报警q可将当班收款额上传总站数据库q总站可调整定额额度。

q卡遗失可挂失。

SmartCardSmartCard项目设计之一卡型选择q接触式逻辑加密卡SLE4406q非接触式ID卡EM的4001卡q非接触式逻辑加密卡PHILIPS的Mifare卡操作不方便没有加密逻辑，不安全容易实现定额收费，操作方便快捷，安全性高，通用性强SmartCardSmartCardMifare1非接触式IC卡基本性能指标：

q卡内器件：

无线智能卡芯片MifareMF1ICS50+天线线圈q标准：

遵从ISO/IEC14443TypeA标准q工作频率：

13.56MHzq数据传送速率：

106kbit/s（9.4s/bit）SmartCardSmartCardMifare卡与读写器之间的信号SmartCardSmartCardMifare卡的信号调制方式TypeA与TypeB调制程度的比较TYPEA：

100%ASKTYPEB：

10%ASKSmartCardSmartCard从读写器到卡的调制与编码q载波:

fc=13.56MHzq数据传输速率：

13.56MHz/128=106kbit/s（9.4s/bit）q调制方式：

TYPEA用100%ASK，TYPEB用10%ASK，q编码方式：

TYPEA用改进的MILLER编码，TYPEB用NRZ编码（不归零制数位编码）SmartCardSmartCard从卡到读写器的调制与编码q副载波:

fc/16=847.5kHzq数据传输速率：

106kbit/sq调制方式：

副载波调制q编码方式：

TYPEA用MANCHESTER-ASK，TYPEB用BPSK-NRZ（二进制相移键控数位编码）SmartCardSmartCardMifare1卡片的存储结构q存储容量：

10248位字长（即1KB），q存储介质：

EEPROMq分为16个扇区（扇区015）q每个扇区有4个块（Block）块0、块1、块2和块3。

q每个块有16个字节。

q一个扇区共有16Byte4=64ByteSmartCardSmartCard块功能详解1）厂商块地址：

扇区0块0内容：

IC卡厂商标志。

其中：

第04个字节为卡序列号SN，第5个字节为序列号的校验码；第6个字节为卡容量字节“SIZE”；第7，8个字节为卡类型号Tagtype；特性：

基于保密性和系统的安全性，这一块在IC卡厂商编程之后被置为写保护，因此该块不能再复用为应用数据块。

例：

420A7E00368804004481740630373937H序列号SN：

420A7E00H+校验码36H容量字节SIZE：

88H卡类型号TagType：

0400HSmartCardSmartCard块功能详解2）数据块q每扇区3个数据块（扇区0只有2个），每块16字节。

可由区尾块中的存取控制位（accessbits）配置为：

读写块：

用作一般的数据保存，可用读/写命令直接读/写整个块值块：

用作数值块，可以进行初始化值、加值、减值、读值的运算，相应配用的命令为INC/DEC/RESTORE/TRANSFER命令。

q通常数据块中的数据都是需要保密的数据，对这些数据的读/写/加值/减值均需：

符合该块存取条件的要求+通过该扇区的密码认证。

SmartCardSmartCard块功能详解3）区尾块q每个扇区的块3为区尾（SectorTrailer）块：

KEYA（6B）+Accessbits（4B）+KEYB（6B）例：

A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B5密钥A：

A0A1A2A3A4A5H（缺省值）密钥B：

B0B1B2B3B4B5H（缺省值）存取控制位：

FF078069H（缺省值）SmartCardSmartCardMifare1卡存取控制与数据区的关系qAccessbits（存取控制位）：

定义该扇区中4个块的访问条件，及定义数据块的类型（读写或值）qMifare1卡出厂初始化时，所有扇区块3的初始化值均为A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B5卡初始化后的存取控制条件为：

密码A永不可读，校验密码A或密码B正确后可以修改；密码B在校验密码A或密码B正确后可读，可修改；数据块在校验密码A或密码B正确后可读，可修改。

SmartCardSmartCard小结：

MIFARE1卡特点一qEEPROM存储器结构提供多应用：

1K字节EEPROM，16个扇区,4数据块/扇区，16字节/块。

用户可以定义每一个存储器块的访问条件。

每个扇区（每应用）拥有各自独立的密钥,支持带密钥层次的多应用。

SmartCardSmartCardMifare1卡的密码认证方式qMifare1卡的密码的认证采用了三次相互认证的方法，具有很高的安全性。

SmartCardSmartCard（A）环：

Mifare1卡向读写器发送一个随机数据RB；（B）环：

读写器收到RB后向Mifare1卡片发送一个令牌数据TOKENAB=用读写器中存放的密码加密后的RB+读写器发出的一个随机数据RA；（C）环：

Mifare1卡片收到TOKENAB后，用卡中的密码对TOKENAB的加密的部分进行解密得到RB，并校验第一次由（A）环中Mifare1卡片发出去的随机数RB是否与（B）环中接收到的TOKENAB中的RB相一致；若读写器与卡中的密码及加/解密算法一致，将会有RB=RB，校验正确，否则将无法通过校验；（D）环：

如果（C）环校验是正确的，则Mifare1卡片用卡中存放的密码对RA加密后发送令牌TOKENBA给读写器；（E）环：

读写器收到令牌TOKENBA后，用读写器中存放的密码对令牌TOKENBA中的RA（随机数）进行解密得到RA；并校验第一次由（B）环中读写器发出去的随机数RA是否与（D）环中接收到的TOKENBA中的RA相一致；同样，若读写器与卡中的密码及加/解密算法一致，将会有RA=RA，校验正确，否则将无法通过校验；SmartCardSmartCard（A）环：

Mifare1卡取随机数RB=1100，KEY1=1010，加密/解密算法：

异或，发送RB给读写器（B）环：

读写器取随机数RA=0011，KEY2=1010，加密/解密算法：

异或，接收RB对RB加密：

TOKENB=RB异或KEY2=0110，发送TOKENB+RA（C）环：

Mifare1卡片对TOKENB解密：

RB=TOKENB异或KEY1=1100=RB，校验正确；（D）环：

Mifare1卡片对RA加密TOKENA=RA异或KEY1=1001；（E）环：

读写器收对TOKENA解密：

RA=TOKENA异或KEY2=0011=RA，校验正确SmartCardSmartCard小结：

MIFARE1卡特点二q高保密性：

q全球唯一SN；q密钥及传输密码保护，各扇区密码独立且有三套（KEYSET0、1、2）二个（KEYA、KEYB）密码。

q密码认证采用三次相互认证；q存取控制位保护，用户可以定义每一个存储器块的访问条件qRF信道数据加密SmartCardSmartCardMifare1非接触式IC卡功能组成SmartCardSmartCardPOWEROFF状态IDLE状态READY状态ACTIVE状态HALT状态RESETREQUEST命令ANTICOLLISION命令启动防冲突循环读取卡回送的UID（SN）HALT命令SELECTUID命令应用：

AUTENTICATION/READ/WRITE/INC/DEC命令WAKEUP命令MIFAREMIFARE卡卡卡卡防冲突流程防冲突流程防冲突流程防冲突流程SmartCardSmartCard小结：

MIFARE1卡特点三q真正的防冲突：

卡芯片与读写芯片中都内嵌防冲突模块，可实现真正的（硬件）防冲突，可高速识别天线范围内的多张卡。

SmartCardSmartCard小结：

MIFARE1卡其他特点q高可靠性：

无线通讯链路使用各种校验机制确保数据可靠传输q用户更方便：

卡芯片中内建有增值/减值的专项数学运算电路，非常适合公交/地铁等行业的定额收费系统SmartCardSmartCard实训5MIFARE1卡的读写操作与存储结构q按标志连接非接触式IC卡读写器的电源线，电源指示灯闪亮一下表示连接正确。

注意电源注意电源+5V+5V与地不可接反。

与地不可接反。

q按标志连接非接触式IC卡读写器与PC机间的通信线，打开MIFARE系列非接触式IC卡演示软件MWRF，确认通信正常。

q装载密码（LoadKey）操作:

在RFDEMO软件界面中选择密码集0（KEYSET0），密码A（KEYA），将扇区0-14的密码A设置为全F，而将扇区15的密码A设置为全0。

启动密码下载，下载过程中红色指示灯点亮；下载完毕后红色指示灯熄灭。

SmartCardSmartCardqMIFARE1MIFARE1卡读写操作卡读写操作:

将MIFARE1卡按任意方向置入MIFARE开发板天线有效工作范围内，对MIFARE1卡的扇区0、1和15的块0、1、2进行读/写操作。

记录读取的卡数据，标明各块的类型及卡的类型号、序列号、容量及各扇区的密码和访问权限。

注注意意：

不不得得随随意意修修改改各各扇扇区区块块3的的数数据据，特特别别是是访问权限字节，以免造成扇区被锁死。

访问权限字节，以免造成扇区被锁死。

SmartCardSmartCardq防冲突测试防冲突测试

（1）分别读出并记录二张MIFARE1卡（分别记为1#卡、2#卡）的序列号，及其扇区0块1的内容，记录在报告上。

（2）将二张MIFARE1卡同时放置在读写器天线有效工作范围内，在RFDEMO软件中执行读操作，根据读出的SN找出被选中的卡（例如为1#卡）。

（3）在RFDEMO软件中执行写操作，修改扇区0块1的内容并将数据记录在报告上。

（4）将被选中的卡撤离读写器天线有效工作范围，读出另一张卡（例如2#卡）的扇区0块1的内容，并将数据记录在报告上。

（5）取走（4）中的卡，重新读出并记录被选中的卡的扇区0块1的数据，并记录在报告上。

（6）比较上述实验数据，说明MIFARE1卡是否具备防冲突功能。

SmartCardSmartCardq存取控制设置：

存取控制设置：

（1）读出并记录扇区14块0的内容；修改内容并再次读出，记录修改后的内容。

说明该块的存取控制条件。

（2）修改扇区14的存取控制字节，将扇区14块0设置为校验密码A/B正确可读，永不可修改。

其他各块条件不变。

（3）重复

（1），说明修改存取控制字节产生的结果。

（4）将存取控制位恢复为默认值。

注意：

严禁修改对块注意：

严禁修改对块3的设置，否则容易错误将存取控制位的设置，否则容易错误将存取控制位设为永不可写，将无法恢复为默认值。

设为永不可写，将无法恢复为默认值。

C1X0=0，C2X0=1，C3X0=0，其他位不变。

对照表1：

存取控制字节=EF078169H将扇区14块3的内容修改为FFFFFFFFFFFFEF078169FFFFFFFFFFFFSmartCardSmartCard项目设计之二硬件设计MCUMIFARE卡卡读写模块读写模块EEPROM存储器存储器RS232接口接口显示显示报警报警天线天线卡SmartCardSmartCardMifare核心读写模块MCMq功能：

读写器MCU与MIFARE卡之间的接口，负责读写卡，其基本功能包括产生发送/接收射频信号、调制/解调、防冲突处理和安全管理。

q工作频率：

13.56MHz。

通信速率：

106Kbpsq工作距离：

MCM20025mm，MCM500100mmq防冲突：

真正的防冲突功能。

q安全性与可靠性：

每个扇区设有3套密码及其认证和密码存储器，模块与卡片通信时，数据加密，多种通信校验机制q接口：

标准MIFARE并行接口SmartCardSmartCardMCM与MCU接口电路q直接用数据总线传送地址和数据：

MODE、USEALE接高电平，ALE对接；A0A3悬空qP3.3驱动-CS，即P3.3为低时选中（激活）MCM200模块qMCM200的-IRQ接P3.2；可用查询或中断方式接收MCM发送的数据SmartCardSmartCard项目设计之三软件设计q读写器与读写器与M1M1卡交换数据的过程：

卡交换数据的过程：

1）由读写器MCU（微控制器）发送指令给MCM，2）MCM执行指令并将其转换为射频信号发送给卡；3）卡接收到来自MCM的指令后，按指令完成其内部的各种处理，并回送应答信号/数据给MCM；4）MCM接收卡回送的射频信号并将其转换为数字信号输出给MCU，读写器MCU读取MCM接收到的应答/数据，即可完成与M1卡的数据交换。

SmartCardSmartCardMCM基本通信指令集SmartCardSmartCardMCM内核特殊寄存器SmartCardSmartCardMIFARE卡的读写操作步骤q激活MCMqMCM软复位q向MCM下载密码（LOADKEY），校验传输密码正确后可向MCM的KEY-RAM写入用户自己设定的密码，以上操作与卡无关。

q请求应答（ANSWERTOREQUEST）：

寻卡q防冲突（ANTICOLLISION）：

选择唯一一张卡q选择标记（SELECT）：

激活所选择的

展开阅读全文