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非接触式IC卡性能介绍

返回列表 来源: 浏览: 发布日期:2013-06-16作者:

一、概述
非接触式IC卡以称射频卡,是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功地将射线频识别技术和IC卡技术结合起来,解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破。
与接触式IC卡相比较,非接触式卡具有以下优点:
1.可靠性高
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。例如:由于粗暴插卡,非卡
外物插入,灰尘或油污导致接触不良等原因造成的故障。此外,非接触式IC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,既便于卡片的澳门银河mg平台,以提高了卡使用可靠性。
2.操作方便,快捷
由于非接触通讯,读写器在10CM范围内就可以对卡操作,所以不必插拔卡,非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性,卡片可以任意方向掠过读写器表面,即可完成操作,这大大提高了每次使用的速度。
3.防冲突
非接触式卡中有快速冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰,因此,读写器可以“同时”处理多张非接触IC卡。这提高了应用的并行性,无形中提高了系统工作速度。
4.可以适合于多种应用
非接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用,能应用于不同的系统,用户可根据不同的应用设定不的密码和访问条件。
5.加密性能好
非接触式卡的序列号是唯一的,制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制,即读写器验证IC卡的合法。同时IC卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器进行三次相互认证,而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外,卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。
由于非接触式IC卡具有以上无可拟比的优点,所以它很适宜应用于电子钱包,公路自动收费系统和公共汽车自动售票系统等。
S50系统参数
S50非接触式卡符合MIFAREI的国际标准,容量为8K位,数据保存为10年,可改写10万次,读无限次。S50卡不带电源,自带天线,内含加密控制逻辑电路和通讯逻辑电路,卡与读写器之间的通讯采用国际通用的DES保密交叉算法,具有极高的保密性能。
● 工作频率:13.56MHz
● 通信速率:106DB波特率
● 防冲突: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
◆ 防冲突机制
◆ 每块有16位CRC纠错
◆ 每字节有奇偶校验位
◆ 检查位数
◆ 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
◆ 防冲突机制
同一时间内可处理多张卡,并且在处理卡片时,可防止突发的读或写事读写中断现象
◆ 动态读写
当对某张卡进行处理时,其它卡可进入或离开射频区域
◆ 快速防冲突协议
每增加一张卡对整个处理过程来说仅增加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(包括应签防冲突)
◆ 读一个块2.5ms(不包括认证过程)
4.5ms(包括认证过程)
◆ 写一个块+读控制
12ms(不包括认证过程)
14ms(包括认证过程)
● 典型交易过程<100ms
三、工作原理
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC(专用集成电路)组成,没有其它外部器件
天线:卡片的天线是只有几组绕线的线圈,很适于封装到ISO卡片中。
ASIC:卡片的ASIC由一个高速(106KB汉特率)的RF接口,一个控制单元和一个8K位EEPROM组成。
S50射频卡的工作原理是:读写器向S50卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,
其频率与读写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2V时,此电容可做电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或摘取读写器的数据。
四、S50射频卡与读写器的通讯

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)
防冲突闭合机制 (anticollision loop)
当有多张S50卡在读写器操作范围内时,防冲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)
选定要处理的卡片之后,读写器访问的扇区号,并对该扇区号密码进行密码校验,在三次互相谁之后就可以通过加密行任何通讯。(在选择下一个扇区时,则必须进行新扇区的密码校验)读/写
确认之后就可以执行下列操作:
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、据完整性
在非接触通讯中,以下措施保证了读写器和卡片之间在数据传递完整、可靠:
防冲突
每块有16位CRC纠错
每字节有奇偶校验位
检查位数
用编码方式来区分 “1”、“0”或无信息
信道监测(通过协议和位流分析)
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。
三次相互确认
确认过程如图所示:

B

A
A)Ru
B)TOKENAB
(D)TOKENBA
读写器 卡
图中所示的符号
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、存储区
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

块3
扇区1 块3

扇区15 块3
图3 S50 卡存储区分配图
每个扇区的块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”
块3的结构图如下图所示

位号

KEY A
存储控制


DEY B
字节号
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 块3的存储控制(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,块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,那块3的最后6个字节可用于存放一般数据。
在对块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)用作一般数据保存用,读写(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。

 


卡片优点:
非接触试IC卡是属于高加密CPU卡,芯片是由飞利普半导体公司研发成功。该卡容量为1K字节,分16个区,可以做一卡多用(如:该卡与公交IC卡是同一种卡,如果超市用该卡作为应用,那公交IC卡也可以把他应用到该系统里面,市民方便,提高销售量));卡片有一个12个F的总密码(可以修改),每个分区有独立的密码来限制访问卡片的权限,卡片可读写10万次;该卡片支持脱机消费,系统维护成本低、扩展升级方便。非接触IC卡的芯片封装在卡片的内部,所以不怕潜水,使用寿命长和耐环境因素高。非接触试IC卡以广泛应用到公交卡、市民卡、校园一卡通、企业一卡通、高速公路收费、风景区电子门票、地铁、商场储值卡等重要项目。
选用非接触式IC卡的好处
1、磁卡由于其结构简单,存储容量小,安全保密性差,读写设备复杂且维护费用高,作为七、八十年代的技术水平的产品,已风光不再,逐渐被取代。
2、接触式IC卡与磁卡相比,更加安全可靠,除了存储容量大,还可一卡多用,同时可靠性比磁卡高,寿命长;读写机构比磁卡读写机构简单可靠,造价便宜,维护方便,容易推广。正由于以上优点,使得接触式IC卡市场遍布世界各地,风靡一时。然而,当前风头正健的接触式IC卡面临着后来者
3、非接触式IC卡与传统的接触式IC卡相比,它在继承了接触式IC卡的优点的同时,如大容量,高安全性等,又克服了接触式IC卡的所无法避免的缺点,如读写故障高,由于芯片外露而导致的污染、损伤、磨损、静电以及插卡这种不便的读写过程等。非接触式IC卡完全密封的形式及无接触的工作方式,使之不受外界不良因素的影响,从而使用寿命完全接近IC芯片的自然寿命,因而卡本身的使用频率和期限以及操作的便利性都大大高于接触式IC卡。可见,非接触式IC卡不仅代表着卡技术发展多年的结晶,也是象征着卡的应用又提高到一个新阶段的里程脾。
非接触式IC卡的读写过程,通常由非接触式IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。
非接触式IC卡本身是无源体,当读写器对卡进行读写操作时,读写器发出的信号由两部分叠加组成,一部分是电源信号,该信号由卡接收后,与其本身的L/C产生谐振,产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号,指挥芯片完成数据的读取、修改、存储等,并返回给读写
非接触智能卡的显著优点如下:
操作方便,快捷
由于非接触通讯读写器在2cm~10cm范围内可以将卡片识别,无需插拔,且使用时无方向性,典型交易时间为lOOms,最多不超过300ms,大大提高每次使用速度。

无需维护
对持卡人来说,非接触卡在蒙上灰尘或受潮时也不会影响其数据传输,它即使被折弯曲或因热、洗涤或腐蚀使卡表而受损时仍可以正常工作。
由于不需清洗插槽、没有活动部件的维修问题、没有接触磨损,所以读写器可以选用全封闭式,这样能够防尘、防沙、防腐蚀,提高读写器的使用寿命。
防冲突
非接触智能卡中有快速防冲突机制,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
非接触式卡的序号是唯一的,制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。
非接触智能卡与读写器之间采用双向验证机制,即读写器验证卡的合法性,同时卡也验证读写器的合法性。
非接触智能卡在处理前要与读写器进行三次相互认证,而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外,卡中各个扇区都有自已的操作密码和访问条件。
扩展能力强
非接触式IC卡的存储器结构特点使它支持一卡多用,能应用于不同的系统,用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。