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ic卡及其关键技术的研究
三门峡职业技术学院
IC卡及其关键技术的研究
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摘要
目前在我国，随着金卡工程建设的不断深入发展，IC卡已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益和经济效益。
非接触式IC卡又称射频卡，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源（卡中无源）和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。
据测算，完成一次读操作仅需0.1秒，通过调整读卡机线圈的大小，可完成从几厘米到20米作用距离的有效读卡，真正实现了IC卡的方便、快捷使用，具有广泛的应用前景，可应用于各行各业，例如军事领域的安全部门、保密单位等，所以非接触式IC的开发和研究成为智能卡应用领域的热门。
本文分为三章，第一章介绍了IC卡的基本概念，包括IC卡定义，发展历程，分类，特点，应用等。
第二章就无线射频识别技术RFID进行了较为详细的介绍，最后从国际及中国介绍了IC卡的发展趋势。
关键词：
非接触式IC卡IC卡技术RFID技术
目录
引言1
第1章概述2
1.1IC卡及其相关知识2
1.1.1IC卡的定义2
1.1.2IC卡发展过程2
1.2IC卡构成及分类4
1.2.1IC卡的基本构成4
1.2.2IC卡的分类4
1.3IC卡的特点与应用5
1.3.1IC卡的的特点5
1.3.2IC卡的的应用5
第2章无线射频识别技术RFID7
2.1RFID简介7
2.1.1RFID的定义7
2.1.2RFID的基本组成7
2.1.3RFID技术的基本工作原理8
2.1.4RFID技术的典型应用8
2.1.5RFID解决方案8
2.2RDIF的市场现状及发展趋势9
2.2.1RDIF的市场现状10
2.2.2RDIF的发展趋势11
第3章IC卡市场现状与发展趋势12
3.1国际IC卡市场发展状况12
3.2中国IC卡市场发展状况13
结语15
参考文献16
致谢17
引言
目前在我国，随着金卡工程建设的不断深入发展，IC卡已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益和经济效益。
2000年，全国IC卡发行量约为2.3亿张，其中电信占据了大部分市场份额。
公用电话IC卡1.2亿多张，移动电话SIM卡超过4200万张，其它各类IC卡约6000万张。
2001年IC卡总出货量约3.8亿张，较上年增长26%；发行量约3.2亿张，较上年增长40%。
从应用领域来看，公用电话IC卡发行超过1.7亿张，SIM卡发行5500万张，公交IC卡为320万张，社保领域发卡为1400万张，其它发卡为8000万张。
尽管IC卡的发行量保持了较高的增长率，但市场销售额在IT市场中的比重还很小。
据CCID统计，2001年我国计算机市场销售额约2502亿元，而IC卡市场销售额不到21亿元。
IC卡市场还构不成我国IT业的亮点，对IT市场的拉动作用并不明显。
这一方面制约IT企业对IC卡技术的投入，另一方面，也预示着我国IC卡市场的巨大发展空间。
随着政府管理和支持力度的加大、技术研发水平的提升，IC卡市场竞争格局将发生深刻的变化。
由于高端芯片、核心模块、金融POS机、生产设备等被国外企业所掌握，造成国外品牌对一些细分市场的相对垄断。
随着政府智能卡项目的启动，移动通信市场的逐步开放，国内企业技术实力和工艺流程的优化，使得国外品牌市场份额受到很大程度的限制，而国内品牌将会有快速的发展。
一些从电信市场成长起来的国内IC卡企业，依托雄厚的资金和技术实力，将在身份证、金融、社保、交通等领域继续拓展业务，直接参与国际化竞争。
由于本人的水平有限，文中难免有错误或不足之处，恳请老师提出恳切的意见。
第1章概述
1.1IC卡及相关知识
1.1.1IC卡定义
IC（IntegratedCircuit）卡是1970年由法国人RolandMoreno发明的，他第一次将可编程设置的IC芯片放于卡片中，使卡片具有更多功能。
“IC卡”和“磁卡”都是从技术角度起的名字，不能将其和“信用卡”、“电话卡”等从应用角度命名的卡相混淆。
自IC卡出现以后，国际上对它有多种叫法。
英文名称有“SmartCard”、“ICCard”等；在亚洲特别是香港、台湾地区，多称为“聪明卡”、“智慧卡”、“智能卡”等；在我国，一般简称为“IC卡”。
IC卡的外观是一块塑料或PVC材料，通常还印有各种图案、文字和号码，称为“卡基”；在“卡基”的固定位置上嵌装一种特定的IC芯片就成为我们通常所说的IC卡。
根据嵌装的芯片不同就产生了各种类型的IC卡。
IC卡的概念是7O年代初提出来的，法国布尔（BULL）公司于1976年首先创造出IC卡产品，并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份证明等多个行业，它将微电子技术和计算机技术结合在一起，提高了人们生活和工作的现代化程度。
IC卡芯片具有写入数据和存储数据的能力，IC卡存储器中的内容根据需要可以有条件地供外部读取，完成供内部信息处理和判定之用。
IC卡一出现，就以其超小的体积、先进的集成电路芯片技术以及特殊的保密措施和无法被译及仿造的特点受到普遍欢迎[1]。
1.1.2、IC卡的发展过程
IC卡的最初设想是由日本人提出来的。
1969年12月，日本的有村国孝（KunitakaArimura）提出一种制造安全可靠的信用卡方法，并于1970年获得专利，那时叫ID卡（IdentificationCard）。
1974年，法国的罗兰·莫雷诺（RolandMoreno）发明了带集成电路芯片的塑料卡片，并取得了专利权，这就是早期的IC卡。
1976年法国布尔（Bull）公司研制出世界第一枚IC卡。
1984年，法国的PTT（Posts,TelegraphsandTelephones）将IC卡用于电话卡，由于IC卡良好的安全性和可靠性，获得了意想不到的成功。
随后，国际标准化组织（ISO，InternationalStandardizationOrganization）与国际电工委员会（IEC，InternationalElectrotechnicalCommission）的联合技术委员会为之制订了一系列的国际标准、规范，极大地推动了IC卡的研究和发展。
目前在我国，随着金卡工程建设的不断深入发展，IC卡已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益和经济效益。
2000年，全国IC卡发行量约为2.3亿张，其中电信占据了大部分市场份额。
公用电话IC卡1.2亿多张，移动电话SIM卡超过4200万张，其它各类IC卡约6000万张。
2001年IC卡总出货量约3.8亿张，较上年增长26%；发行量约3.2亿张，较上年增长40%。
从应用领域来看，公用电话IC卡发行超过1.7亿张，SIM卡发行5500万张，公交IC卡为320万张，社保领域发卡为1400万张，其它发卡为8000万张。
尽管IC卡的发行量保持了较高的增长率，但市场销售额在IT市场中的比重还很小。
据CCID统计，2001年我国计算机市场销售额约2502亿元，而IC卡市场销售额不到21亿元。
IC卡市场还构不成我国IT业的亮点，对IT市场的拉动作用并不明显。
这一方面制约IT企业对IC卡技术的投入，另一方面，也预示着我国IC卡市场的巨大发展空间。
随着政府管理和支持力度的加大、技术研发水平的提升，IC卡市场竞争格局将发生深刻的变化。
由于高端芯片、核心模块、金融POS机、生产设备等被国外企业所掌握，造成国外品牌对一些细分市场的相对垄断。
随着政府智能卡项目的启动，移动通信市场的逐步开放，国内企业技术实力和工艺流程的优化，使得国外品牌市场份额受到很大程度的限制，而国内品牌将会有快速的发展。
一些从电信市场成长起来的国内IC卡企业，依托雄厚的资金和技术实力，将在身份证、金融、社保、交通等领域继续拓展业务，直接参与国际化竞争。
2002年乃至今后5年，是我国IC卡应用向纵深发展的时期。
我国IC卡市场格局必将由无序走向有序，市场竞争必将由有限走向无限，IC卡市场将逐步走向成熟，进入微利时代。
在这种形势下，单纯的发卡量和新产品的数量并不能衡量IC卡产业与市场的发展水平，市场发展的程度最终取决于IC卡的应用水平及其带来的社会效益。
从可持续发展的角度讲，加强行业规范，推动IC卡企业由产品和技术型转向应用和服务型，将成为我国IC卡市场发展的重要趋势。
1970年，法国人罗兰德·莫瑞诺（RolandMoreno）第一次将可进行编程设置的IC（IntegratedCircuit）芯片放于卡片中，使卡片具有更多的功能。
当时，他对这项技术的描述是：
镶嵌有可进行自我保护存储器的卡片。
这样就诞生了世界上第一张IC卡。
在此后的三十多年里，随着超大规模集成电路技术、计算机技术以及信息安全技术等的发展，IC卡种类更加丰富，技术也更趋成熟，已在国内外得到了广泛的应用。
1.2IC卡构成及分类
1.2.1IC卡的组成
IC卡包括三个部分：
塑料基片、接触面、集成电路
（一）半导体厂家将大的硅片切成小块，一个六英尺直径的硅片可以造出一千多个芯片。
（二）对小硅片进行光刻以产生必要的电路，并将她封装在黑色的集成电路模块中。
（三）将集成电路的输入输出端连结到大的接触面上，便于今后读写器的操作。
（四）最后，把造好的模块嵌入到卡上。
1.2.2IC卡分类
第一种分类方法：
IC卡根据卡中所镶嵌的集成电路芯片的不同可以分成两大类，分别是存储器卡和CPU卡（智能卡）。
存储器卡采用存储器芯片作为卡芯，只有“硬件”组成，包括数据存储器和安全逻辑控制等；智能卡采用微处理器芯片作为卡芯，由硬件和软件共同组成，属于卡上单片机系统。
第二种分类方法：
若按卡上数据的读写方法来分类，有接触型IC卡和非接触型IC卡两种。
当前使用广泛的是接触型IC卡，其表面可以看到一个方型镀金接口，共有八个或六个镀金触点，用于与读写器接触，通过电流信号完成读写。
读写操作（称为刷卡）时须将IC卡插入读写器，读写完毕，卡片自动弹出，或人为抽出。
接触式IC卡刷卡相对慢，但可靠性高，多用于存储信息量大，读写操作复杂的场合。
非接触型IC卡具有接触式IC卡同样的芯片技术和特性，最大的区别在于卡上设有射频信号或红外线收发器，在一定距离内即可收发读写器的信号，因而和读写设备之间无机械接触。
在前述IC卡的电路基础上带有射频收发及相关电路的非接触IC卡被称作“射频卡”或“RF卡”。
这种IC卡常用于身份验证，电子门禁等场合。
卡上记录信息简单，读写要求不高，卡型变化也较大，可以作成徽章等形式。
因此，不但可以存储大量信息，具有极强的保密性能，并且抗干扰、无磨损、寿命长。
因此在广泛的领域中得到应用[2]。
第三种分类方法：
根据IC卡的应用领域，可以分为金融卡和非金融卡两大类。
金融信用卡是我国大力建设的金卡工程的主要媒体。
由银行发行和管理。
由于IC卡上记录了持卡人主要信息，故不一定要求消费场所与银行联网。
比起磁卡等仅记录少量数据的卡型，具有极大的灵活性和可靠性。
金融现金卡是持卡人以现金购买的电子货币。
可以多次使用，自动计费，使用方便。
如水电费的交费卡、煤气费卡、就餐卡、医疗卡等。
在卡上金额少于一定限额时，要重新交费才可继续使用。
IC卡在金融领域应用，主要是由于其优良的保密性，可以有效地防止伪造和窃用。
非金融卡主要是作为电子证件，用来记录持卡人的各方面信息，作为身份识别。
如IC卡身份证、学生证、进门证、考勤卡、医疗证、住宿证等。
由于IC卡可以记录大量信息，并且可以分区存款，因此可以做到一卡多用，简化验证的手续[3]。
1.3IC卡的特点与应用
1.3.1IC卡的优点
由于IC卡采用了当今最先进的半导体制造技术和信息安全技术，IC卡相对于其它种类的卡（特别是磁卡）具有以下四大特点：
（一）体积小，重量轻，抗干扰能力强，便于携带，易于使用，方便保管
（二）安全性高：
IC卡从硬件和软件等几个方面实施其安全策略，可以控制卡内不同区域的存取特性。
加密IC卡本身具有安全密码，如果试图非法对之进行数据存取则卡片自毁，不可再进行读写。
（三）可靠性高：
IC卡的防磁、防一定强度的静电，抗干扰能力强，可靠性比磁卡高，一般可重复读写10万次以上，使用寿命长。
（四）综合成本低：
IC卡的读写设备比磁卡的读写设备简单可靠，造价便宜，容易推广，维护方便。
对网络要求不高：
IC卡的安全可靠性使其在应用环境中对计算机网络的实时性、敏感性要求降低，十分符合当前国情，有利于在网络质量不高的环境中应用。
1.3.2IC卡的应用
（一）通讯方面：
主要应用于移动通信和公用电话。
医疗卫生和计划生育管理方面：
卫生部计划发行医疗IC卡，主要用于记录或查询医疗特征信息等，国家计生委等准备组织实施育龄妇女计划生育IC卡。
（二）交通领域：
主要用于汽车驾驶员管理、公路收费、公交或地铁自动售票等方面。
目前公安部已开始组织实施“中华人民共和国96式机动车驾驶员违章处理IC卡”计划，已完成标准、规范起草，并通过专家审定。
（三）社会保险方面：
主要用于医疗保险、失业保险、养老保险、儿童免疫接种等。
目前海南、深圳、大连等地已发行保险IC卡，北京、大庆、江苏、浙江等已计划实施。
（四）企事业内部管理方面：
国家工商局准备发行工商企业监管IC卡，目前已在部分省市试点，技术监督局开始发行组织机构代码卡等。
（五）税务卡：
许多省市已开始使用IC卡进行纳税的征收、管理和稽查。
目前国税总局已与电子产业部门共同研发IC卡在税务系统的应用。
（六）加油卡：
中国石化总公司和许多地方石油公司都在组织建立IC加油卡收费系统。
（七）公用事业收费卡：
目前，IC卡电表、煤气表、水表已在许多城市使用，今后将会在更多领域大面积推广使用。
（八）其他各类卡：
如会员卡、优惠卡、购物卡等，此外在食品卫生监督等许多行业和领域也都有大量应用[4]。
第2章无线射频识别技术RFID
2.1RFID简介
2.1.1RFID定义
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。
系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。
2.1.2RFID的基本组成
标签（Tag）：
由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；
阅读器（Reader）：
读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；
天线（Antenna）：
在标签和读取器间传递射频信号。
2.1.3RFID技术的基本工作原理
阅读器通常包含一个射频模块（发射器和接收器），一个控制单元和一个与收发器的耦合单元。
另外，某些阅读器还包含其他数据接口系统（RS232,RS485,TCP/IP等），以便将数据转发到其他系统I（PC,机器人控制系统等）。
雷达收发器，表示RFID系统的实际数据载体，通常有一个耦合单元和一个电子芯片组成。
（Figure1.9）。
雷达收发器通常不具备自身电源供应，当它不在质询器的质询范围时，整体呈被动状态。
它只有在质询器的质询范围之内才被激活。
激活雷达收发器的电力通过耦合单元传输给收发器，所需的数据和时钟脉冲也是如此。
RFID技术的基本工作原理并不复杂：
标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
一套完整的RFID系统,是由阅读器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部份所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。
以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成,感应偶合（InductiveCoupling）及后向散射偶合（BackscatterCoupling）两种,一般低频的RFID大都采用第一种式,而较高频大多采用第二种方式。
阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。
阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。
阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。
在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。
2.1.4RFID技术的典型应用
物流和供应管理
生产制造和装配
航空行李处理
邮件/快运包裹处理
文档追踪/图书馆管理
动物身份标识
运动计时
门禁控制/电子门票
道路自动收费
2.1.5RFID解决方案
RFID解决方案是RFID技术供应商针对行业发展特点制定的RFID应用方案，可根据不同企业的实际要求“量身定做”。
RFID解决方案可按照行业进行分类，物流、防伪防盗、身份识别、资产管理、动物管理、快捷支付等等[5]。
2.2RFID的发展历史及趋势
2.2.1RFID的发展历史
（一）早期
RFID技术很早就和军事联系在一起。
在上世纪30年代，美国陆军和海军都面临着在陆地、海上和空中对目标的识别的问题。
1937年，美国海军研究试验室（U.S.NavalResearchLaboratory（NRL））开发了敌我识别系统（IdentificationFriend-or-Foe（IFF）system），来将盟军的飞机和敌方的飞机区别开来。
这种技术后来在50年代成为现代空中交通管制的基础。
并且是早期RFID技术的萌芽，而优先地应用在军事、实验室等。
早期系统组件昂贵而庞大，但随着集成电路、可编程存储器、微处理器、以及软件技术和编程语言的发展，创造了RFID技术 1早期推广和部署的基础。
60年代后期和70年代早期，有些公司（如Sensormatic和CheckpointSystems）开始推广稍微不那么复杂的RFID系统的商用，主要用于电子物品监控（electronicarticlesurveillance（EAS）），即保证仓库、图书馆等等的物品安全和监视。
这种早期的商业RFID系统，称为1-bit标签系统，相对容易构建、部署和维护。
但是这种1比特系统只能检测被表示的目标是否在场，不能有更大的数据容量，甚至不能区分被标识目标之间的差别。
因此早期的1bit系统只能作为简单的检测用途。
（二）从检测到唯一性识别
在70年代，制造、运输、仓储等行业都试图研究和开发基于IC的RFID系统的应用。
比如、工业自动化、动物识别、车辆跟踪等等。
在此期间，基于IC的标签体现出了可读写存储器、更快的速度、更远的距离等优点。
但这些早期的系统仍然是专有的设计、没有相关标准、也没有功率和频率的管理。
在80年代早期，更加完善的RFID技术和应用出现，比如铁路车辆的识别、农场动物和农产品的跟踪。
90年代，道路电子收费系统在大西洋沿岸得到广泛应用，从意大利、法国、西班牙、葡萄牙、挪威，到美国的达拉斯、纽约和新泽西。
这些系统提供了更完善的访问控制特征，因为它们集成了支付功能，也成为综合性的集成RFID应用的开始。
从90年代开始，多个区域和公司开始注意这些系统之间的互操作性，即运行频率和通信协议的标准化问题。
只有标准化，才能将RFID的自动识别技术得到更广泛的应用。
比如，这时期美国出现的E-ZPass系统。
同时，作为访问控制和物理安全的手段，RFID卡钥匙开始流行起来，试图取代传统的访问控制机制。
这种称为非接触式的IC智能卡具有较强的数据存储和处理能力，能够针对持有人进行个性化处理，也能够更灵活地实现访问控制策略。
（三）RFID的热潮和整合性应用
在上世纪末期，大量的RFID应用指数般地试图扩展到全球范围。
在美国，TexasInstruments则是这方面的推动先锋。
TI从1991年开始建立德州仪器注册和识别系统（TexasInstrumentsRegistrationandIdentificationSystems（TIRIS））。
该系统如今叫TI-RFid（TexasInstrumentsRadioFrequencyIdentificationSystem），已经是一个主要的RFID应用开发平台。
在欧洲，EMMicroelectronic-Marin从1971年开始研究超低功率的集成电路。
1982年，MikronIntegratedMicroelectronics开始了ASIC技术，并在1987年由其奥地利分公司开始开发识别和智能卡芯片。
1995年，PhilipsSemiconductors收购了MikronGraz。
如今EMMicroelectronic和PhilipsSemiconductors是欧洲的主要RFID厂商。
2.2.2RFID发展现状
经过近30年的发展，尤其是美国、日本、英国、德国、瑞典、瑞士及南非等国家目前均已有较为成熟且先进的RFID系统，如生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书管理、身份标识、移动车辆的自动识别、运动计时、身份认证、智能交通、网络家电控制、门禁控制/电子门票、物流与供应链管理等领域，都已经或正在投入实际应用。
其中，近距离RFID系统主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF频段，技术最为成熟;远距离RFID系统主要使用433MHz、860MHz～960MHz等UHF频段，以及2.45GHz、5.8GHz等微波频段，技术处于发展期。
而在中国，除了铁路车号自动识别系统之外，主要应用是在近距离125KHz和13.56MHz等频段的非接触IC卡方面，特别是第二代公民身份证和学生证铁路优惠卡等量大面广的实际领域。
此外，中国众多的制造企业在沃尔玛等商家的推动下，也需要尽快完成条码到RFID电子标签的过渡。
结合RFID技术的特点，充分发挥想象力，就可以开拓出更广泛的应用市场，同时也让人们的生活更加便利。
为了实现上述目标，各国的研究人员也在做着各种努力，包括标准、技术、应用等多方面。
由美国、德国、意大利、中国、韩国等近20家研究机构在EPCGlobal框架之外于2007年3月成立了TheGlobalRFLabAlliance（GRFLA），目的是促进各实验室间的人员、技术和思想的交流与合作，推动RFID技术在物流供应链以及更多的领域中成功
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