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非接觸式IC卡性能介紹

返回列表 來源: 浏覽: 發布日期:2013-06-16作者:

一、概述
非接觸式IC卡以稱射頻卡,是世界上最近幾年發展起來的一項新技術,它成功地將射線頻識別技術和IC卡技術結合起來,解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題,是電子器件領域的一大突破。
與接觸式IC卡相比較,非接觸式卡具有以下優點:
1.可靠性高
非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸,避免了由于接觸讀寫而産生的各種故障。例如:由于粗暴插卡,非卡
外物插入,灰塵或油汙導致接觸不良等原因造成的故障。此外,非接觸式IC卡表面無裸露的芯片,無須擔心芯片脫落,靜電擊穿,彎曲損壞等問題,既便于卡片的印刷,以提高了卡使用可靠性。
2.操作方便,快捷
由于非接觸通訊,讀寫器在10CM範圍內就可以對卡操作,所以不必插拔卡,非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時沒有方向性,卡片可以任意方向掠過讀寫器表面,即可完成操作,這大大提高了每次使用的速度。
3.防沖突
非接觸式卡中有快速沖突機制,能防止卡片之間出現數據幹擾,因此,讀寫器可以“同時”處理多張非接觸IC卡。這提高了應用的並行性,無形中提高了系統工作速度。
4.可以適合于多種應用
非接觸式卡的存儲器結構特點使它一卡多用,能應用于不同的系統,用戶可根據不同的應用設定不的密碼和訪問條件。
5.加密性能好
非接觸式卡的序列號是唯一的,制造廠家在産品出廠前已將此序列號固化,不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗證機制,即讀寫器驗證IC卡的合法。同時IC卡也驗證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器進行三次相互認證,而且在通訊過程中所有的數據都加密。此外,卡中各個扇區都有自己的操作密碼和訪問條件。
由于非接觸式IC卡具有以上無可擬比的優點,所以它很適宜應用于電子錢包,公路自動收費系統和公共汽車自動售票系統等。
S50系統參數
S50非接觸式卡符合MIFAREI的國際標准,容量爲8K位,數據保存爲10年,可改寫10萬次,讀無限次。S50卡不帶電源,自帶天線,內含加密控制邏輯電路和通訊邏輯電路,卡與讀寫器之間的通訊采用國際通用的DES保密交叉算法,具有極高的保密性能。
● 工作频率:13.56MHz
● 通信速率:106DB波特率
● 防沖突:同一时间可处理多张卡
● 读写距离:在100mm内(与天线形状有关)能方便、快速地传递数据
● 半双工通讯方式
● 在无线通讯过程中通过以下机制来保证数据完整
◆ 防沖突机制
◆ 每塊有16位CRC糾錯
◆ 每字節有奇偶校驗位
◆ 檢查位數
◆ 用编码方式来区分“1”、“0”或无信息
◆ 信道监测 (通过协议顺序和位流分析)
● 支持多卡操作
◆ 防沖突机制
同一時間內可處理多張卡,並且在處理卡片時,可防止突發的讀或寫事讀寫中斷現象
◆ 动态读写
當對某張卡進行處理時,其它卡可進入或離開射頻區域
◆ 快速防沖突协议
每增加一張卡對整個處理過程來說僅增加1ms
● 材料:PVC
● 尺寸:符合ISO10536标准
● 工作温度:-20℃至50℃(湿度为90%)
● 无暇池:无线方式传递数据和能量
● 芯片加工技术:采用高速的CMOS EEPROM工艺
● 组成部分:一个芯片和一个简单的线圈
● 安全性:
◆ 三次相互认证(ISO/IEC DIS978-2)
◆ 通讯过程中所有数据均加密以防止信号截取
◆ 每一扇区有相互独立的密码
◆ 每一张的序列号是全球唯一的,有32位
◆ 传输密码保护
● 支持一卡多用的存储结构
◆ 8K位EEPROM,无电池
◆ 分为16个扇区支持多种应用
◆ 每个扇包括4块
◆ 块是最小的读写单位,每块包含16个字节
◆ 每个扇区有自己的一组密码
◆ 用户可灵活地定义每一扇区的访问条件
◆ 运算能力:加和减
◆ 数据保持10年
● 典型处理时间
◆ 识别一张卡3ms(包括应签防沖突)
◆ 读一个块2.5ms(不包括认证过程)
4.5ms(包括認證過程)
◆ 写一个块+读控制
12ms(不包括認證過程)
14ms(包括認證過程)
● 典型交易过程<100ms
三、工作原理
卡片的電氣部分只由一個天線和ASIC(專用集成電路)組成,沒有其它外部器件
天線:卡片的天線是只有幾組繞線的線圈,很適于封裝到ISO卡片中。
ASIC:卡片的ASIC由一個高速(106KB漢特率)的RF接口,一個控制單元和一個8K位EEPROM組成。
S50射頻卡的工作原理是:讀寫器向S50卡發一組固定頻率的電磁波,卡片內有一個LC串聯諧振電路,
其頻率與讀寫器發射的頻率相同,在電磁波的激勵下,LC諧電路産生共振,從而使電容內有了電荷,在這個電容的另一端,接有一個單向導通的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內儲存,當所積累的電荷達到2V時,此電容可做電源爲其它電路提供工作電壓,將卡內數據發射出去或摘取讀寫器的數據。
四、S50射頻卡與讀寫器的通訊

复位应答(Answer to Request)
S50射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的,通过这两项内容,读写器和S50卡互相骓。当某张卡片进入读写器的操作范围时,读写器以特定的协议与它通讯,从而确定该卡是否为S50射频卡,即验证卡的卡型(tag type)
防沖突闭合机制 (anticollision loop)
当有多张S50卡在读写器操作范围内时,防沖突闭合首先从众多卡片中选择其中的一张作为下步处理的对象,而未选中的卡片处于空闲模式以等待下一次被选择,该过程返回一个被选中的卡的序列号。(serial no)
选择卡片(select tag)
选择被选中卡的序列号,并同时返回卡的容量代码tag size(前“8”,代表容量返回值,现已“88”无特殊意义)
三 次互相确认(3 pass authentication)
選定要處理的卡片之後,讀寫器訪問的扇區號,並對該扇區號密碼進行密碼校驗,在三次互相誰之後就可以通過加密行任何通訊。(在選擇下一個扇區時,則必須進行新扇區的密碼校驗)讀/寫
確認之後就可以執行下列操作:
读 (read) 读一个块
写 (write) 写一个块
减( decrement) 块中的内容作减法之后,结果存在数据寄存器中。
加(increment) 块中的内容作加法之后,结果存在数据寄存器中。
传输(transfer) 将数据寄存器中的内容写入块中。
存储(restore) 将块中的内容读至数据寄存器中
暂停(halt) 将卡置于暂停工作状态
五、據完整性
在非接觸通訊中,以下措施保證了讀寫器和卡片之間在數據傳遞完整、可靠:
防沖突
每塊有16位CRC糾錯
每字節有奇偶校驗位
檢查位數
用编码方式来区分 “1”、“0”或无信息
信道監測(通過協議和位流分析)
六、保密性
S50射涉卡的保密性能很好是由于:读写前的三次确认独一无二的上策序列号、传递数据加密传输 密码和访问密码的保护。
卡片中的密码是受保护、不可读的,只有知道的用户才能修改它。卡中的EEPROM存储区分为16年扇区,每个扇区都有自己的访问密码,用户可根据 不同应用设定的密码(一卡多用)。扇区的访问密码分为KEY A 和DEY B 两组不同密码,根据访问条件,在校验KEY A 和 KEY B之后才可以对存储器进行访问。认例如:KEY A 用于保护减操作,KEY B用于保护加操作。
三次相互確認
確認過程如圖所示:

B

A
A)Ru
B)TOKENAB
(D)TOKENBA
读写器 卡
圖中所示的符號
Tokcn AB=CKab(RaRbBText2)
Tokcn BA=CKab(RbRaText4)
(A) B发出一个随机数Rb
(B) A返回 TOKEN 给 B
(C) 收到TOKEN AB后,B译码并验证符号AB中所含的随机数Ra是否与在(A)中所发出的一致。
(D) B发给A一个值BA
(E) 收到BA这后,A译码并验证Rb的正确性,同时还验证BA中所含的随机数Ra是否和(B)发出一致。
七、存儲區
S50射频瞳的8K位EEPROM分为16个扇区,每个扇区有4块,每块有16个字节。存储区的分区 如图3 所示:
扇区0 块0

塊3
扇区1 塊3

扇区15 塊3
图3 S50 卡存储区分配图
每个扇区的塊3 (即第四块)包含了该扇区的密码A(6个字节)、存取控制(4字节)和密码B(6字节),是一个特殊的块,其余三块是一般的数据块。但是,扇区0的块0是特殊的,它用于存放厂商的代码,已经固化,不可更改,被称为“块0”
塊3的结构图如下图所示

位號

KEY A
存儲控制


DEY B
字節號
0
6 9 x::扇区号(0-15)

15 Y:块号 Y:块号

Bit#7 6 5 4 3 2 1 0

C2X3-b C2X2-b C2X1-b C2X0-b C1X3-b C1X2-b C1X1-b C1X0-b
C1X3 C1X2 C1X1 C1X0 C3X2-b C3X2-b C3X1-b C3X0-b
C3X3 C3X2 C3X1 C3X0 C2X3 C2X2 C2X1 C2X0
BX7 BX6 BX5 BX4 BX3 BX2 BX1 BX0

-b 表示取反,如C1X0-b即C1X0取反,C表示控制位,B表示备用位
表1 说明了存取控制的结构
表2、表3说明了密码A、密码B、存取 数据区的关系
表2 塊3的存儲控制(X=0-15)


密码A 密码B 存取控制 存取控制 密码B 密码B
C1X3 C2X3 C3X3 Read Write Read Write Read Write
0 0 0 Never KEYA/B KEYA/B Never KEYA/B KEYA/B
0 1 0 Never Never KEYA/B Never KEYA/B Never
1 0 0 Never KEY B KEYA/B Never Never KEY B
1 1 0 Never Never KEYA/B Never Never Never
0 0 1 Never KEYA/B KEYA/B KEYA/B KEYA/B KEYA/B
0 1 1 Never KEY B KEYA/B KEY B Never KEY B
1 0 1 Never Never KEYA/B KEY B Never Never
1 1 1 Never Never KEYA/B Never Never Never
注:KEY A/B表示密码A 或密码B:NEVER 表示没有条件实现
表 3数据存取控制(X=0-15,Y=0-2)

C1XX C2XX C3XX Read Write Inerement Deerement transfer restore
0 0 0 KEYA/B KEYA/B KEYA/B KEYA/B
0 1 0 KEYA/B Never Never Never
1 0 0 KEYA/B KEY B Never Never
1 1 0 KEYA/B KEY B KEY B KEYA/B
0 0 1 KEYA/B Never Never KEYA/B
0 1 1 KEY B KEY B Never Never
1 0 1 KEY B Never Never Never
1 1 1 never never Never Never
其中数据的加、减是由ASIC控制和执行 。
现在以出厂时有存取控制的初始值为从事贸易,说明以控制条件对数据块的影响 。
出厂时,存取控制和DEY A是由制造商预先设定好的。存取控制定义为:
C1X0,C2X0,C3X0=000 C1X2,C2X2,C3X2=000
C1X1,C2X1,C3X1=000 C1X3,C2X3,C3X3=000
DEY A由厂家提供。
那么,塊3中的存取控制值如下表所示:
bit#7 6 5 4 3 2 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 1 1 1
1 0 0 0 0 0 0 0
BX7 BX6 BX5 BX4 BX3 BX2 BX1 BX0
如果用户要读块1的内容,对照表3可以知道,当存取控制C1X1,C2X1,C3X1=000时,必须正确校验KEY A
或KEY B后才可以读取块1的内容,以此类扒,用户要进行其它只得地,可根据存取控制条件,对照表2或表3来决定操作步骤。
此外,用户可根据自己应用的具体情况,对不同的扇区选用不同的存取控制、不同的密码。注意的是,如果 用户不需KEY B,那塊3的最后6个字节可用于存放一般数据。
在对塊3进行编程时,不可以有中断打扰,否则,不成功的写操作将致整个扇区被锁死。数据块有两种应用
1)用作一般數據保存用,讀寫(READ/WRITE)。
2)用作数值块,可以进行初始化值、加值、减值和读值(INCREMNT /DECREMENT/TRNSFER/RESTORE)的运算。

 


卡片優點:
非接觸試IC卡是屬于高加密CPU卡,芯片是由飛利普半導體公司研發成功。該卡容量爲1K字節,分16個區,可以做一卡多用(如:該卡與公交IC卡是同一種卡,如果超市用該卡作爲應用,那公交IC卡也可以把他應用到該系統裏面,市民方便,提高銷售量));卡片有一個12個F的總密碼(可以修改),每個分區有獨立的密碼來限制訪問卡片的權限,卡片可讀寫10萬次;該卡片支持脫機消費,系統維護成本低、擴展升級方便。非接觸IC卡的芯片封裝在卡片的內部,所以不怕潛水,使用壽命長和耐環境因素高。非接觸試IC卡以廣泛應用到公交卡、市民卡、校園一卡通、企業一卡通、高速公路收費、風景區電子門票、地鐵、商場儲值卡等重要項目。
選用非接觸式IC卡的好處
1、磁卡由于其結構簡單,存儲容量小,安全保密性差,讀寫設備複雜且維護費用高,作爲七、八十年代的技術水平的産品,已風光不再,逐漸被取代。
2、接觸式IC卡與磁卡相比,更加安全可靠,除了存儲容量大,還可一卡多用,同時可靠性比磁卡高,壽命長;讀寫機構比磁卡讀寫機構簡單可靠,造價便宜,維護方便,容易推廣。正由于以上優點,使得接觸式IC卡市場遍布世界各地,風靡一時。然而,當前風頭正健的接觸式IC卡面臨著後來者
3、非接觸式IC卡與傳統的接觸式IC卡相比,它在繼承了接觸式IC卡的優點的同時,如大容量,高安全性等,又克服了接觸式IC卡的所無法避免的缺點,如讀寫故障高,由于芯片外露而導致的汙染、損傷、磨損、靜電以及插卡這種不便的讀寫過程等。非接觸式IC卡完全密封的形式及無接觸的工作方式,使之不受外界不良因素的影響,從而使用壽命完全接近IC芯片的自然壽命,因而卡本身的使用頻率和期限以及操作的便利性都大大高于接觸式IC卡。可見,非接觸式IC卡不僅代表著卡技術發展多年的結晶,也是象征著卡的應用又提高到一個新階段的裏程脾。
非接觸式IC卡的讀寫過程,通常由非接觸式IC卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀寫操作。
非接觸式IC卡本身是無源體,當讀寫器對卡進行讀寫操作時,讀寫器發出的信號由兩部分疊加組成,一部分是電源信號,該信號由卡接收後,與其本身的L/C産生諧振,産生一個瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是結合數據信號,指揮芯片完成數據的讀取、修改、存儲等,並返回給讀寫
非接觸智能卡的顯著優點如下:
操作方便,快捷
由于非接觸通訊讀寫器在2cm~10cm範圍內可以將卡片識別,無需插拔,且使用時無方向性,典型交易時間爲lOOms,最多不超過300ms,大大提高每次使用速度。

無需維護
對持卡人來說,非接觸卡在蒙上灰塵或受潮時也不會影響其數據傳輸,它即使被折彎曲或因熱、洗滌或腐蝕使卡表而受損時仍可以正常工作。
由于不需清洗插槽、沒有活動部件的維修問題、沒有接觸磨損,所以讀寫器可以選用全封閉式,這樣能夠防塵、防沙、防腐蝕,提高讀寫器的使用壽命。
防沖突
非接触智能卡中有快速防沖突机制,能防止卡片之间出现数据干扰,读写器可以“同时”处理多张非接触智能卡提高了并行性,无形中提高了系统工作的速度。
加密性能好
非接觸式卡的序號是唯一的,制造廠家在産品出廠前已將此序列號固化,不可再更改。
非接觸智能卡與讀寫器之間采用雙向驗證機制,即讀寫器驗證卡的合法性,同時卡也驗證讀寫器的合法性。
非接觸智能卡在處理前要與讀寫器進行三次相互認證,而且在通訊過程中所有的數據都加密。此外,卡中各個扇區都有自已的操作密碼和訪問條件。
擴展能力強
非接觸式IC卡的存儲器結構特點使它支持一卡多用,能應用于不同的系統,用戶可根據不同的應用設定不同的密碼和訪問條件。