淺議多技術(shù)復(fù)合智能卡的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：鄭平   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月10日

    由于長(zhǎng)期以來(lái)各個(gè)系統(tǒng)采用的卡片技術(shù)不盡相同、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，如何整合原有系統(tǒng)成為當(dāng)前的棘手問(wèn)題：各種卡和讀卡器之間如何去兼容？在此需求之下，多技術(shù)復(fù)合智能卡的概念和產(chǎn)品紛紛出臺(tái)。本文探討了多技術(shù)復(fù)合智能卡的誕生原由、構(gòu)成原理、現(xiàn)狀和用途，以及未來(lái)的展望。

    隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息的網(wǎng)絡(luò)化為我們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)，而智能卡在電子信息網(wǎng)絡(luò)化中的重要作用也日益彰顯。它在信息的存儲(chǔ)、處理及傳遞過(guò)程中，已有著不可替代的作用。智能卡的應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)被細(xì)化到個(gè)人，并依靠人員流動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，它提供了一種用來(lái)攜帶數(shù)據(jù)的方式——即有效地創(chuàng)建了一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，用戶(hù)可以方便地?cái)y帶著數(shù)據(jù)到任何地方。智能卡作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及流動(dòng)的一種獨(dú)特方式集低成本、可移動(dòng)、分布廣泛、高安全、可迅速擴(kuò)充等特性于一身，是其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法具備的。

    智能卡廣泛的應(yīng)用前景，使得智能卡迅速普及。然而智能卡應(yīng)用在不斷拓寬的同時(shí)也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，其中重要的一點(diǎn)就是：不知哪一天開(kāi)始，人們發(fā)現(xiàn)自己錢(qián)包里的卡越來(lái)越多了，智能卡的使用反而變得越來(lái)越不方便了。

    目前主要的讀卡技術(shù)

    非接觸式讀卡器和卡片的工作原理是無(wú)線射頻技術(shù)，它的工作頻率（即載波頻率）有三個(gè)范圍：低頻(30kHz?300kHz)、高頻 (3MHz?30MHz)和超高頻(300MHz?3GHz)。常見(jiàn)的工作頻率有低頻125kHz與134.2kHz、高頻13.56MHz、超高頻 433Mhz、860MHz?930MHz、2.45GHz等。低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門(mén)禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；高頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)，如消費(fèi)系統(tǒng)；超高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，它的天線波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車(chē)監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中有應(yīng)用。目前的門(mén)禁系統(tǒng)主要使用非接觸式ID卡和IC卡，其中又以非接觸式IC卡為市場(chǎng)主流，特別是其中的MIFARE1卡越來(lái)越受到熱捧。

    讀卡器的發(fā)展與卡片的發(fā)展是相輔相成的，它一直緊隨著卡片的沿革而更新?lián)Q代。各種頻率的卡片和讀卡器必須對(duì)應(yīng)配套使用，不同頻率的卡和讀卡器是不能混用的，他們之間嚴(yán)格遵守各自的標(biāo)準(zhǔn)。即使是同一頻率也存在眾多的不同格式，而且互不兼容。這也就是說(shuō)，僅僅在門(mén)禁系統(tǒng)里就存在各式各樣的讀卡格式和傳輸協(xié)議，這里我們主要討論讀卡器與卡片之間的讀卡格式。

    此外，還有不少其它的讀卡方式，但由于在門(mén)禁使用較少，所以不一一羅列。琳瑯滿(mǎn)目的讀卡技術(shù)給工程商和用戶(hù)帶來(lái)了極大的困惑和浪費(fèi)。我們身邊就不乏這方面的例子，比如，深圳市公交IC卡系統(tǒng)于96年底投入運(yùn)行（比香港八達(dá)通還早1年），共發(fā)卡100多萬(wàn)張，約有1400輛公交車(chē)安裝了IC卡設(shè)備，每天約有 40多萬(wàn)人次使用該系統(tǒng)。系統(tǒng)長(zhǎng)年運(yùn)行穩(wěn)定，故障率不到十萬(wàn)分之一，是全世界第一個(gè)大面積將智能卡技術(shù)應(yīng)用到公交系統(tǒng)的范例，吸引了國(guó)內(nèi)約100多個(gè)城市的同業(yè)前來(lái)學(xué)習(xí)參觀，德國(guó)、新加坡、香港等地的政府組團(tuán)專(zhuān)程到深圳實(shí)地考察。隨后，1997年香港借鑒深圳經(jīng)驗(yàn)開(kāi)始投入使用八達(dá)通卡，但它采用的是 SONY芯片技術(shù)。原本深圳公交卡采用LEGIC芯片技術(shù)，2003年以后，深圳為了與香港八達(dá)通卡兼容，推動(dòng)深港一體化進(jìn)程，全部更換成現(xiàn)在的深圳通卡，從而造成全深圳所有公交車(chē)上的刷卡機(jī)、市民手上百萬(wàn)張公交IC卡全部更換作廢，這其中的改造費(fèi)用是驚人的2億元！由于歷史的原因，不同的城市采用不同技術(shù)的公交卡和刷卡機(jī)，香港采用SONY卡，番禹、汕頭采用LEGIC卡，廣州采用MIFARE卡，其它城市各有不同，特別是長(zhǎng)三角地區(qū)的城市基本上都推行了公交卡，但卡片技術(shù)都不盡相同，現(xiàn)在只好耗費(fèi)巨資進(jìn)行長(zhǎng)三角“一卡通”整合，并且已經(jīng)開(kāi)始試運(yùn)行。也許各位手中的卡片將來(lái)也存在很棘手的整合問(wèn)題，這需要政府社會(huì)各界共同來(lái)關(guān)注和解決。

    多技術(shù)智能卡的構(gòu)成原理

    為了解決以上各種卡和讀卡器之間的兼容問(wèn)題，出現(xiàn)了“一卡多用”及“一卡通”這兩個(gè)具有里程碑意義的概念。智能卡的應(yīng)用由此被提升到一個(gè)新的高度，人們不用再費(fèi)心費(fèi)力地區(qū)分哪張卡屬于哪個(gè)應(yīng)用，使用更快捷，攜帶更方便。這種人性化的設(shè)計(jì)思想使得信息的流動(dòng)大大地加快了。

    因此，多技術(shù)卡片和多技術(shù)讀卡器應(yīng)運(yùn)而生，業(yè)界有的稱(chēng)之為復(fù)合卡和復(fù)合讀卡器，而兩種技術(shù)復(fù)合的也被稱(chēng)為雙界面卡。多技術(shù)卡片主要分兩種方式：第一，運(yùn)用物理的方式精心壓制在同一張PVC卡片中，用戶(hù)只要持這張復(fù)合卡，分別到不同的應(yīng)用系統(tǒng)或不同格式的門(mén)禁讀卡器上使用即可，這就實(shí)現(xiàn)了“一卡多用”。第二，同一張卡片上只有一個(gè)大容量的IC芯片，PCV卡片上卻壓制了不同技術(shù)的感應(yīng)線圈，主芯片分別連接不同的線圈，從而達(dá)到數(shù)據(jù)共享，這樣，當(dāng)遇到不同技術(shù)的子系統(tǒng)時(shí)才能整合成真正的一卡通系統(tǒng)。否則，開(kāi)始新建一卡通系統(tǒng)時(shí)，就必須統(tǒng)一各子系統(tǒng)的讀寫(xiě)技術(shù)，舊系統(tǒng)就只能更換。這些問(wèn)題在出現(xiàn)多技術(shù)卡后迎刃而解。

    第一種多技術(shù)卡是當(dāng)前的主要方式，并且得到了一定程度的應(yīng)用，技術(shù)上也由歐美少數(shù)幾家公司壟斷，發(fā)展到現(xiàn)在少數(shù)中國(guó)公司也能生產(chǎn)部分形式的多技術(shù)卡。后者的成本和技術(shù)含量較高，還沒(méi)有真正推向市場(chǎng)，應(yīng)用當(dāng)然也較少。

    從圖中我們可以清晰地看出各種多技術(shù)卡的構(gòu)成。首先圖表第一行的四張卡片是四種常見(jiàn)的傳統(tǒng)的單一技術(shù)卡片，分別是磁條、接觸式IC卡、非接觸式ID卡（頻率125KHz）、非接觸式IC卡（頻率13.56MHz）。第二行是六張兩種技術(shù)的復(fù)合卡，第三行是三張三種技術(shù)的復(fù)合卡，以及一張四種技術(shù)的復(fù)合卡。如此以來(lái)我們就可以輕松地實(shí)現(xiàn)一卡多用了。目前美國(guó)有少數(shù)公司可以做到兩種以上的復(fù)合技術(shù)，而中國(guó)目前只有少數(shù)公司能生產(chǎn)復(fù)合卡，而且只局限于兩種技術(shù)的復(fù)合。

    現(xiàn)狀和用途

    根據(jù)多技術(shù)卡片和讀卡器產(chǎn)生的歷史根源來(lái)看，它們的主要用途顯而易見(jiàn)。

    首先我們來(lái)看多技術(shù)智能卡。多技術(shù)智能卡的運(yùn)用大體上可以分為兩類(lèi)：首先，是卡片多功能，即一卡多用，所謂“一卡多用”是指把不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)集中存放在一張卡中，卡數(shù)據(jù)及卡的應(yīng)用安全對(duì)于不同的應(yīng)用系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的。這也就是說(shuō)：智能卡的應(yīng)用數(shù)據(jù)必須是分別存放在同一張卡的不同芯片里，不同應(yīng)用的智能卡設(shè)備只采用自已的安全入口，對(duì)自已的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)享式訪問(wèn)和處理。具體應(yīng)用就是每個(gè)子系統(tǒng)分別通過(guò)讀寫(xiě)多技術(shù)卡上的不同芯片，從而達(dá)到各自系統(tǒng)的功能。

    另外一種用途就是“一卡通”，真正的一卡通管理系統(tǒng)應(yīng)是基于“一卡、一庫(kù)、一網(wǎng)”和設(shè)計(jì)思想。“一卡”就是在一張卡片上實(shí)現(xiàn)門(mén)禁、考勤、就餐、巡更、停車(chē)場(chǎng)、娛樂(lè)消費(fèi)、內(nèi)部購(gòu)物等功能。“一庫(kù)”就是在同一個(gè)軟件管理平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)卡的發(fā)行、掛失、充值、資料查詢(xún)等管理，所有系統(tǒng)共用一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。“一網(wǎng)”就是各系統(tǒng)的終端接入局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。

    “一卡多用”及“一卡通”在應(yīng)用中的區(qū)別：我們對(duì)“一卡多用”及“一卡通”在概念上進(jìn)行了明確的區(qū)分，這對(duì)關(guān)于應(yīng)用類(lèi)型的交流帶來(lái)了方便。概念的區(qū)分則直接導(dǎo)致了它們?cè)趹?yīng)用上的差別，可以看出“一卡多用”和“一卡通”的主要差別是對(duì)數(shù)據(jù)是否共享（即數(shù)據(jù)是否是“通”的），同時(shí)也應(yīng)該明白不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)無(wú)論以什么方式合在一起的，但在后臺(tái)終究是要分開(kāi)處理和運(yùn)算。

    筆者認(rèn)為，多技術(shù)智能卡應(yīng)用于“一卡多用”的方式，將是今后發(fā)展的主流趨勢(shì)，這也是多技術(shù)卡存在主要原因，并且可預(yù)見(jiàn)未來(lái)大規(guī)模發(fā)展。比如，現(xiàn)在一些先進(jìn)國(guó)家紛紛計(jì)劃或正在實(shí)施使用智能卡來(lái)做身份證、護(hù)照、醫(yī)療、社保、信息儲(chǔ)存等等用途。

    在“一卡多用”的主流趨勢(shì)下，多技術(shù)卡片在門(mén)禁一卡通中的應(yīng)用將會(huì)是過(guò)渡性質(zhì)的，尤其是狹窄的門(mén)禁行業(yè)里，存在如此多的卡片技術(shù)壁壘，肯定是不合理的，正如電子、IT、電器行業(yè)一樣，門(mén)禁行業(yè)乃至整個(gè)安防一卡通行業(yè)必將會(huì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，到時(shí)門(mén)禁一卡通行業(yè)內(nèi)將會(huì)淡出多技術(shù)卡片。主要原因在于，目前只有舊系統(tǒng)升級(jí)或者整合原有各子系統(tǒng)時(shí)才會(huì)用到多技術(shù)卡和讀卡器；新建設(shè)的一卡通系統(tǒng)已經(jīng)考慮到這些因素，一開(kāi)始就統(tǒng)一各子系統(tǒng)的讀寫(xiě)格式，從而不再因兼容不同卡片技術(shù)而頭痛。另外從經(jīng)濟(jì)角度考慮，多技術(shù)卡和讀卡器成本明顯比單技術(shù)的昂貴許多，尤其是這些技術(shù)還只掌握在少數(shù)公司手中。所以，門(mén)禁行業(yè)統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是大勢(shì)所趨，主要只是時(shí)間問(wèn)題而已，屆時(shí)多技術(shù)卡也將因此慢慢地淡出市場(chǎng)主流。

    進(jìn)口高端門(mén)禁卡和讀卡器的代表HID、INDALA、GE等公司，近年來(lái)也是開(kāi)始大力倡導(dǎo)門(mén)禁使用智能卡的安全扇區(qū)，而在這一點(diǎn)上，國(guó)內(nèi)公司反而走在了前面。中國(guó)是使用智能卡領(lǐng)先的國(guó)家，不但數(shù)量龐大，而且率先開(kāi)始把扇區(qū)加密技術(shù)使用到門(mén)禁中。而HID、INDALA等公司卻一直固守甚至加強(qiáng)他們的ID卡加密技術(shù)，直到近年才幡然醒悟，INDALA的衰落從一個(gè)側(cè)面也證明智能卡技術(shù)取代傳統(tǒng)的ID卡技術(shù)是不爭(zhēng)的事實(shí)。HID目前推出一種將現(xiàn)有門(mén)禁卡系統(tǒng)從 HID Prox 升級(jí)到iCLASS credentials的多技術(shù)非接觸式讀卡器。通過(guò)該讀卡器，用戶(hù)可以逐漸過(guò)渡到智能卡，同時(shí)在單幢大樓或多個(gè)站點(diǎn)繼續(xù)使用原有的多種門(mén)禁卡技術(shù)。這是多技術(shù)卡和讀卡器在門(mén)禁技術(shù)升級(jí)過(guò)渡的典型應(yīng)用。

    無(wú)獨(dú)有偶，GE推出Transition Series多技術(shù)讀卡器適用于多種門(mén)禁技術(shù)和平臺(tái)，它的架構(gòu)支持門(mén)禁卡、鑰匙、標(biāo)簽等多種形式的媒介，包括GE和HID的Proximity，HID Corporate 1000，MIFARE CSN (ISO 14443A)，MIFARE/DESFire CSN，Vicinity CSN (15693)，和HID iCLASS CSN。該讀卡器也可用于任何基于Wiegand的數(shù)據(jù)傳輸在26和176比特之間的門(mén)禁系統(tǒng)，包括GE的CASI、Infographics、EST以及Identicard產(chǎn)品線。GE的動(dòng)作固然與其希望打破HID在美國(guó)的壟斷局面有關(guān)，但更重要的是從中我們看出了以前一直固守私有化格式的GE開(kāi)始邁出了走向融合和統(tǒng)一的切實(shí)步伐。

    關(guān)于未來(lái)的展望

    智能卡對(duì)門(mén)禁行業(yè)意義重大。它們可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，可讀也可更新，可以提供高級(jí)加密和密碼來(lái)保護(hù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)計(jì)算程序提供處理能力。門(mén)禁系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)新的規(guī)范——將生物辨識(shí)和門(mén)禁權(quán)限數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在卡里并加密，這樣就只有本地的讀卡器才可以使用該數(shù)據(jù)。生物辨識(shí)將用來(lái)解讀卡里的數(shù)據(jù)并獲得通行許可。讀卡器必須通過(guò)某種方法與授權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，并可根據(jù)需要更新卡里的信息。

    現(xiàn)在的系統(tǒng)整合趨勢(shì)有兩個(gè)方向，第一個(gè)是整合后臺(tái)管理系統(tǒng)，在這一方面，用戶(hù)可以使用許多應(yīng)用功能，而且整合在一起的系統(tǒng)會(huì)提供適當(dāng)?shù)男畔⒑蛿?shù)據(jù)。另一種整合形式是在用戶(hù)的許可證上，在一張卡里整合多重技術(shù)給予用戶(hù)多種使用功能，然而這些系統(tǒng)是獨(dú)立于后臺(tái)管理系統(tǒng)的，所以用戶(hù)必須為每種應(yīng)用分別注冊(cè)。

    未來(lái)也許會(huì)將更多的系統(tǒng)整合在一起，也許不會(huì)再限制在各行業(yè)系統(tǒng)的圍墻內(nèi)。例如，使用通道出入口管理的無(wú)線鑰匙可以和汽車(chē)及家中車(chē)庫(kù)的無(wú)線鑰匙是兼容的。智能卡也可以用來(lái)存儲(chǔ)私人醫(yī)生記錄，駕駛執(zhí)照，信用卡信息，還有計(jì)算機(jī)密碼，非現(xiàn)金交易，公共交通和電話費(fèi)預(yù)付系統(tǒng)等等。而多技術(shù)智能卡的未來(lái)更重要在于跨多個(gè)領(lǐng)域和行業(yè)的復(fù)合應(yīng)用，而不只是門(mén)禁行業(yè)中的過(guò)渡性升級(jí)和整合。

    最后，值得關(guān)注的是，門(mén)禁行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)兼容多種技術(shù)的讀卡器或多技術(shù)卡片的供應(yīng)商，需要面臨一個(gè)授權(quán)的問(wèn)題，一不留神可能會(huì)陷入法律泥潭，比如兼容HID、 GE等公司的特定感應(yīng)技術(shù)，就有可能遇到法律糾紛。而PHILIPS公司的MIFARE1技術(shù)是公開(kāi)的，由此得到井噴式的幾何級(jí)增長(zhǎng)，這就如同Linux 公開(kāi)源代碼從而成為目前公認(rèn)的最安全和先進(jìn)的嵌入式操作系統(tǒng)一樣。