非接觸式智能卡技術(shù)

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者：技術(shù)   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月09日

非接觸IC卡技術(shù)簡(jiǎn)介

　　非接觸IC卡　

　　非接觸IC卡，又名感應(yīng)卡， 誕生于90年代初，由于存在著磁卡和接觸式IC卡不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使之一經(jīng)問(wèn)世， 便立即引起廣泛的關(guān)注， 并以驚人的速度得到推廣應(yīng)用。

　　非接觸式IC卡由IC芯片， 感應(yīng)天線組成， 并完全密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PVC卡片中， 無(wú)外露部分。非接觸式IC卡的讀寫過(guò)程， 通常由非接觸型IC卡與讀寫器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫操作。

　　非接觸型IC卡本身是無(wú)源體， 當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作時(shí)， 讀寫器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組成：一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后， 與其本身的L/C產(chǎn)生諧振， 產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是結(jié)合數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)、修改、存儲(chǔ)等， 并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統(tǒng)， 無(wú)論是硬件結(jié)構(gòu)， 還是操作過(guò)程都得到了很大的簡(jiǎn)化， 同時(shí)借助于先進(jìn)的管理軟件，可脫機(jī)的操作方式， 都使數(shù)據(jù)讀寫過(guò)程更為簡(jiǎn)單。


　　非接觸式IC卡與磁卡、接觸式IC卡相比較

　　磁卡由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)容量小，安全保密性差，讀寫設(shè)備復(fù)雜且維護(hù)費(fèi)用高， 作為七、八十年代技術(shù)水平的產(chǎn)品已風(fēng)光不再，面臨下崗。

　　接觸式IC卡與磁卡相比， 更加安全可靠， 除了存儲(chǔ)容量大， 還可一卡多用， 同時(shí)可靠性比磁卡高，壽命長(zhǎng)：讀寫機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)便宜， 維護(hù)方便，容易推廣。正由于以上優(yōu)點(diǎn)， 使得接觸式IC卡市場(chǎng)遍布世界各地，風(fēng)靡一時(shí)。然而， 當(dāng)前風(fēng)頭正健的接觸式IC卡面臨著后來(lái)者非接觸式IC卡的強(qiáng)勁挑戰(zhàn)。

　　非接觸式IC卡與傳統(tǒng)的接觸式IC卡相比，它在繼承了接觸式IC卡的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，如大容量、高安全性等，又克服了接觸式所無(wú)法避免的缺點(diǎn)，如讀寫故障率高， 由于觸點(diǎn)外露而導(dǎo)致的污染、損傷、磨損、靜電以及插卡這個(gè)不便的讀寫過(guò)程等。非接觸式IC卡完全密封的形式及無(wú)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的高于接觸式IC卡?？梢?jiàn)， 非接觸式IC卡不僅代表著卡技術(shù)發(fā)展多年的結(jié)晶， 也是象征著卡的應(yīng)用又提高到一個(gè)新階段的里程碑。

　　同時(shí)，非接觸IC卡國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO14443的誕生， 將使之兼容接觸式IC卡從而為非接觸IC卡帶來(lái)了無(wú)窮無(wú)盡的潛力。毫無(wú)疑問(wèn)， 集眾家之大成的非接觸IC卡將在身份識(shí)別、金融、電子貨幣、公共交通、智能樓宇、小區(qū)物業(yè)、社會(huì)保障諸多領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。


　　非接觸式IC卡技術(shù)特點(diǎn)

　　非接觸式IC卡技術(shù)就是射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

　　如果從射頻識(shí)別技術(shù)角度出發(fā)，可以認(rèn)為非接觸式IC卡是一種相對(duì)特殊的射頻識(shí)別標(biāo)志（即應(yīng)答器），其讀寫設(shè)備就是尋呼器；如果從IC卡技術(shù)的角度出發(fā)，也可以認(rèn)為射頻識(shí)別產(chǎn)品，是一種特殊的非接觸式IC卡，其尋呼器即為讀寫設(shè)備。所以，非接觸式IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的組成及工作原理同射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)十分類似。

　　當(dāng)然，將射頻識(shí)別技術(shù)用于非接觸式IC卡也對(duì)它產(chǎn)生了特殊的要求，以滿足“卡”的要求，從技術(shù)上看主要有以下兩點(diǎn)：

　　由于IC卡的尺寸限制，卡上的應(yīng)答器不能有電源系統(tǒng)，需要由尋呼器（讀寫設(shè)備）通過(guò)無(wú)線方式供電；
　　由于IC卡的尺寸限制，卡上應(yīng)答器的天線需要特殊設(shè)計(jì)，卡需特殊封裝和制造。
　　此外，由于無(wú)接觸式IC卡特殊的應(yīng)用環(huán)境，卡上應(yīng)答器還需具有如下特點(diǎn)：

操作快捷；
高抗干擾性，能“同時(shí)”操作多張卡片；
高可靠性；
可以適合于多種應(yīng)用；等
　　目前，有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織訂出部分無(wú)接觸式IC卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如ISO/IEC 10536-1[1992，識(shí)別卡棗無(wú)接觸式集成電路卡第一部分：物理特性（第一版）]。感興趣的人士可以參閱有關(guān)資料。

　　無(wú)接觸式IC卡和接觸式IC卡相比具有以下特點(diǎn)：　　

　　無(wú)接觸式通訊不存在機(jī)械觸點(diǎn)磨損的情況，大大提高了有關(guān)應(yīng)用的可靠性；
　　因?yàn)闊o(wú)接觸式通訊，所以不必插拔卡，大大提高了每次使用的速度；
　　可以同時(shí)操作多張無(wú)接觸式IC卡，提高了應(yīng)用的并行性，無(wú)形中提高了系統(tǒng)工作速度；
　　因?yàn)闊o(wú)接觸式通訊，卡上無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)，既便于卡的印刷，又提高了卡的使用可靠性，還更加美觀；等等。
　　正因?yàn)槿绱?，無(wú)接觸式IC卡非常適合于以前接觸式IC卡無(wú)法或較難滿足要求的一些應(yīng)用，如公共電汽車自動(dòng)售票系統(tǒng)等，將IC卡的應(yīng)用在廣度和深度上大大推進(jìn)了一步。


非接觸式IC卡的應(yīng)用形式


1 公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)在公路收費(fèi)站設(shè)有尋呼器、自動(dòng)跟蹤攝象機(jī)及信息綜合處理系統(tǒng)。汽車上裝有無(wú)接觸式IC卡（即應(yīng)答器）作為公路付費(fèi)卡，付費(fèi)卡中存儲(chǔ)駕駛員信息、車輛信息、有關(guān)帳戶或現(xiàn)金金額等。其具體的工作過(guò)程為：

　　汽車以一定速度駛?cè)雽ず羝鞴ぷ鲄^(qū)，付費(fèi)卡系統(tǒng)接收到尋呼器的無(wú)線信號(hào)；
　　付費(fèi)卡系統(tǒng)根據(jù)收到的信號(hào)處理通行費(fèi)用（如從付費(fèi)卡中減去一定數(shù)額的現(xiàn)金等），將反饋信息發(fā)射給尋呼器；
　　尋呼器檢查接收到的反饋信息，進(jìn)行判斷，如果收費(fèi)正常則放行，否則啟動(dòng)自動(dòng)跟蹤攝象機(jī)拍下該車牌照并將與有關(guān)信息（時(shí)間等）一起傳輸?shù)叫畔⒕C合處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)再通知有關(guān)機(jī)支車輛管理部門（對(duì)該車處以罰款等）。
　　根據(jù)具體情況，付費(fèi)卡可以由統(tǒng)一的交通管理部門發(fā)放；也可以由某一公路收費(fèi)管理部門發(fā)放。付費(fèi)卡針對(duì)聯(lián)車輛發(fā)放，也可以針對(duì)駕駛員發(fā)放。

　　此外，因?yàn)闊o(wú)接觸式IC卡的工作距離有限，在機(jī)動(dòng)車輛上還安裝有可遠(yuǎn)距離工作的應(yīng)答器，收費(fèi)卡再和應(yīng)答器進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)。此時(shí)，付費(fèi)卡也可以使用接觸式IC卡，但其總的工作原理、工作過(guò)程則十分類似。該系統(tǒng)的工作原理見(jiàn)圖5。與現(xiàn)行的大多數(shù)公路收費(fèi)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

不停車收費(fèi)加快了收費(fèi)速度，提高了公路利用率；
工作安全可靠；
管理簡(jiǎn)單；
為今后的智能車輛公路管理系統(tǒng)打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
目前，美、法等一些國(guó)家已經(jīng)或正在醞釀使用該系統(tǒng)。相信該系統(tǒng)在我國(guó)也必將有廣闊的應(yīng)用前景。

　　2 公共電汽車自動(dòng)售票系統(tǒng)

　　世界各國(guó)一直都在尋找一種能夠較好地完成公共電汽車自動(dòng)售票的技術(shù)系統(tǒng)。以前出現(xiàn)的一引起系統(tǒng)如磁卡（磁條）系統(tǒng)等均存在嚴(yán)重缺陷，最終不得不停止使用。特別在我國(guó)，由于環(huán)境條件差、人員素質(zhì)低及車輛異常擁擠等情況，更使得一般在國(guó)外還較為有效的收費(fèi)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)根本無(wú)法使用。通常收費(fèi)系統(tǒng)的缺點(diǎn)為：

　　收費(fèi)速度太慢且因不能并行收費(fèi)而導(dǎo)致上下車堵塞，這不僅使公共電汽車公司因減少運(yùn)營(yíng)次數(shù)而蒙愛(ài)不必要的損失，更使乘客怨聲載道：
頻繁的機(jī)械接觸使車上讀寫設(shè)備非常易于損壞，造成維護(hù)費(fèi)用過(guò)高、維護(hù)過(guò)于頻繁從而大大影響正常運(yùn)營(yíng)；
　　因?yàn)檐囕v晃動(dòng)劇烈，經(jīng)常造成收費(fèi)誤操作，甚至損壞收費(fèi)卡或收費(fèi)設(shè)備；
　　車輛內(nèi)部環(huán)境較差，導(dǎo)致收費(fèi)卡及收費(fèi)設(shè)備經(jīng)常不能可靠工作；等。
無(wú)接觸式IC卡收費(fèi)系統(tǒng)則可以很好地解決以上問(wèn)題，不僅可使公共汽車公司完善管理、提高效益，還可以大大方便乘客。


Legic非接觸性智能卡及芯片技術(shù)參數(shù)

1.非接觸性智能卡技術(shù)參數(shù)

1.1.尺寸：54mmX86mmX0.81mm
1.2.容量：22byte
256byte
1kbyte
8kbyte
1.3.讀寫時(shí)間：讀操作5ms/byte 讀操作2.5ms/byte
寫操作20ms/byte 寫操作5ms/byte
1.4.材料：PVC工程材料
1.5.壽命：寫操作10萬(wàn)次，讀操作無(wú)窮次
讀寫操作一次后數(shù)據(jù)保存10年
1.6.環(huán)境：工作溫度-20°c----70°c
儲(chǔ)存溫度-30°c----80°c

2.非接觸性智能卡內(nèi)部分區(qū)

非接觸性智能卡內(nèi)部分為兩部分：系統(tǒng)區(qū)（CDF）用戶區(qū)（ADF）
系統(tǒng)區(qū)：由卡片制造商和系統(tǒng)開發(fā)商及發(fā)卡機(jī)構(gòu)使用。
用戶區(qū)：用于存放持卡人的有關(guān)數(shù)據(jù)信息。

2.1.系統(tǒng)區(qū)結(jié)構(gòu)：
系統(tǒng)區(qū)共含有9個(gè)字節(jié)，其分布見(jiàn)表一：

Byte　No　　　　　Addr　　　　　Bit　　　　　Abbreviation

1　　　　　　　　　0　　　　　0---7　　　　　MCD

2---4　　　　　　1.2.3　　　　0---23　　　　 MSN

5　　　　　　　　　4　　　　　0---7　　　　　MCC

6---7　　　　　　5,6　　　　　0---15　　　　　DCF

8　　　　　　　　 7　　　　　0---6　　　　　WRC/WRP

8　　　　　　　　 7　　　　　　7　　　　　　 RD

9　　　　　　　　 8　　　　　0---7　　　　　SSC


說(shuō)明：
（1）MCD Manufacture Code. 1個(gè)字節(jié)，存放值00H---FFH，通常于專利持有人的編號(hào)。出廠時(shí)已定，無(wú)法更改。
（2）MSN Manufacture Serial No. 3個(gè)字節(jié)
有效值:224 =16,777,215(對(duì)于每一個(gè)MCD),出廠時(shí)已定,無(wú)法更換。
（3）MCC Manufacture check character 1個(gè)字節(jié)


MCD

MSN

MSN

MSN

MCC



（4）DCF Decremental field 兩個(gè)字節(jié)，只能遞減，用于專利授權(quán)
(5)WRP Write protect Byte8 Bit0---3
Wrc Write Conelifion Byte8 Bit4---6
WRP用于保護(hù)那些用戶區(qū)不可以重復(fù)寫操作
WRC用于密碼區(qū)

SSC

ADF1

ADF2



注意：只能寫一次，不可更改
(6)RD Read Disable Byte8 Bit7
RD=0 任何WRU都可以讀
RD=1 只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的WRC，由WRC決定的密碼區(qū)內(nèi)容與
CHIPS密碼相對(duì)應(yīng)才可解
(7)SSC System Supplier Code 1個(gè)字節(jié)
專利號(hào)區(qū) 00H---FFH


非接觸型智能卡讀寫器技術(shù)性能

　

LEGIC 非接觸型智能卡讀寫器具備下列技術(shù)指標(biāo)：
(1) EEPROM可讀寫存儲(chǔ)器
(2) 512K可擴(kuò)展斷電保護(hù)存儲(chǔ)器
(3) LCD強(qiáng)光可見(jiàn)液晶中文顯示
(4) 鍵盤查詢
(5) RS/232,485通訊接口
(6) 8個(gè)I/O出入口
(7) 感應(yīng)電線頻率13.56MHZ
(8) 感應(yīng)讀寫距離10cm---70cm
(9) 天線
(10) 放大器距離可增至20m




非接觸性智能卡的安全策略及信息安全技術(shù)

　

智能卡是存儲(chǔ)重要信息的媒體。智能卡所提供的安全性技術(shù)必須是保證信息的安全。那么，信息的安全性究竟包含那些方面？
一般講，信息的安全性至少應(yīng)具有以下幾點(diǎn)：
* 機(jī)密性： 防止未經(jīng)授權(quán)的信息獲取
* 完整性： 防止未經(jīng)授權(quán)的信息更改（刪除、增加）
* 可獲取性： 防止未經(jīng)授權(quán)的信息截流（在信息流通過(guò)程中的非法截取）

實(shí)際上，非接觸IC卡的安全技術(shù)就是主要依據(jù)以上幾點(diǎn)提出和實(shí)施的。
1. 由于卡與讀寫器之間是無(wú)線頻率方式，但它是采用的變數(shù)方式，即每次通訊過(guò)程有一個(gè)隨機(jī)的變量函數(shù)，因而外界想通過(guò)無(wú)線電接收器來(lái)分析系統(tǒng)的參數(shù)將是極其困難的。

2. 卡和讀寫器都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的授權(quán)以后，方可使用。任何非法用戶想獲取卡中的信息都是不可能的。

3. 由于每張卡都有一個(gè)32位的獨(dú)立卡號(hào)，這一卡號(hào)是在芯片的加工過(guò)程中形成的，是唯一不變的，且卡中系統(tǒng)區(qū)具有加密算法校驗(yàn)。因此，偽造卡也是不可能的。

4. 卡中的用戶區(qū)可按用戶要求，設(shè)置成若干個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)都可分別設(shè)置密碼。



幾種感應(yīng)式智能卡簡(jiǎn)介

　　　

在智能卡家族中，感應(yīng)式智能卡因其具有高容量、高可靠性（避免了因機(jī)械觸點(diǎn)受外物污染的影響）和安全防偽、操作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)（讀寫次數(shù)高達(dá)10萬(wàn)次以上）的特點(diǎn)，在各種智能卡應(yīng)用項(xiàng)目中得到越來(lái)越多的重視，加上價(jià)格的穩(wěn)步下降使得感應(yīng)式智能卡正逐步取代接觸式智能卡的地位，從而成為智能卡應(yīng)用中的主流，廣泛應(yīng)用于城市公共交通、高速公路自動(dòng)收費(fèi)、智能大廈、各種公共收費(fèi)、智能小區(qū)物業(yè)管理、考勤門禁管理、校園和廠區(qū)一卡通以及會(huì)議簽到等系統(tǒng)中。

目前，世界上公認(rèn)的比較成功、應(yīng)用比較廣泛的感應(yīng)式智能卡有很多中，其中我國(guó)公眾比較熟悉的主要有以下幾種：

1、菲利普Mifare非接觸式IC卡（占世界范圍同類智能卡銷量的60%以上，有MifareRight、MifareI和MifareROF三種型號(hào)）：

工作頻率：13.56MHZ
數(shù)據(jù)保存期：10年
操作時(shí)間：96ms
讀寫距離：2.5-10cm
存儲(chǔ)容量：8Kbit
尺寸：85.6x54x0.76mm
存儲(chǔ)器類型：EEPROM
操作環(huán)境溫度：－20℃-50℃
多重應(yīng)用區(qū)：16個(gè)分區(qū)
保存環(huán)境溫度：－20℃-50℃
廠商序列號(hào)：32bit，唯一
相對(duì)濕度：90%
寫卡次數(shù)：10萬(wàn)次以上
材料：PVC2、

美國(guó)Atmel公司的Temic5550、5560射頻卡55505560

存儲(chǔ)器容量：264bits320bits
讀寫特性：可讀可寫可加密可讀可寫可加密
工作載波：125khz125khz
編碼方式：BIN,FSK,PSKManchesterManchesterBI-PHASE
波特率：1\8\16\32\40\50\601\32\64
調(diào)制方式：AMAM 寫卡時(shí)間\塊：<=16ms<=16ms
劃分快數(shù)：810
讀寫距離：>3-10cm>3-10cm3、
TimeCOS CPU：8位保密
處理器ROM：8K字節(jié) RAM：256K字節(jié)
EEPROM：1K2K4K8K16K字節(jié)
時(shí)鐘頻率：3.57MHz4.91MHz
擦寫壽命：大于100.000次
擦寫時(shí)間：1/2/4/8/16字節(jié)，擦除并寫入時(shí)間分別為5.28/5.31/5.38/5.52/5.8毫秒
數(shù)據(jù)保存時(shí)間：10年
工作電壓：5伏
工作電流：小于10毫安
休眠模式：當(dāng)TimeCOS等待接收命令時(shí)處于狀態(tài)休眠，最大電流200微安
溫度：－25℃-70℃
通訊協(xié)議：T=0或T=1
通訊速度：使用3.57MHz時(shí)9600位/秒，或38400位/秒4.91Mhz時(shí)9600位/秒，或76800位/秒

此外，瑞士的Legic卡和以色列的奧迪安等均為較早進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)、應(yīng)用比較廣泛的知名品牌。