射频卡公交收费机设计1课件.ppt

1、 射频卡公交收费机设计（一）射频卡公交收费机设计（一）MIFARE 1MIFARE 1卡存储结构卡存储结构与特性与特性课 程 目 标q MIFARE 1 MIFARE 1卡存储结构与读写操作卡存储结构与读写操作q MIFARE 1MIFARE 1卡值块结构与值操作卡值块结构与值操作q MIFARE 1MIFARE 1卡防冲突特性与防冲突操作卡防冲突特性与防冲突操作q MIFARE 1MIFARE 1卡安全特性与存取控制设置卡安全特性与存取控制设置项目开发射频卡公交收费系统q系统需求分析：1.具备小额电子钱包功能，定额方式收费2.操作方便快捷3.工作距离50cm4.具备显示余额、异常报警（非法卡

2、或余额不足）5.可将当班收款额上传总站数据库6.公交公司可调整定额额度7.卡遗失可挂失8.抗干扰能力强回顾：什么是非接触式IC卡？Contactless ICCq非接触式IC卡是在卡中敷设天线，利用天线的接收发射，与读写器的天线交换信号，实现一种无线通讯，非接触式IC卡又被称为射频卡（RFCRadio Frequency Card），简称RF卡，非接触式IC卡系统被称为射频识别系统（RFIDRadio Frequency Identification）。非接触式IC卡的基本构成 q非接触式IC 卡：芯片+天线+卡基耦合元件外壳芯片 特点频段工作频率 数据传输速率读写距离 环境影响低频12513

3、4KHz慢中短(1m)迟钝高频13.56MHz较快短(50cm)一定影响超高频860960MHz快远(1-10m)敏感不同频段射频卡的特点非接触式IC卡的国际标准标准组织阵营频段技术规范EPCglobal 全球产品电子代码管理中心 欧美企业 沃尔玛、思科、敦豪快递、麦德龙和吉列等 UHF(860-960 MHz)电子产品代码(EPC)、电子标签规范和互操作性、识读器-电子标签通信协议、中间件软件系统接口等ISO/IEC 国际标准组织/国际电工委员会 全球非盈利工业标准组织 多个频段识别卡与身份识别ISO/IEC14443自动识别ISO/IEC15693ISO/IEC18000UID 泛在技术核

4、心组织 日本电子厂商、IT企业 2.45GHz和13.56MHz 电子标签超微芯片部分规格 IC 卡 读写器 国际标准 读写距离 工作频率 CICC CCD ISO/IEC10536 密耦合（01cm）030MHz PICC PCD ISO/IEC14443 近耦合（710cm）VICC VCD ISO/IEC15693 疏耦合（1m）135kHz,6.75MHz,13.56MHz,27.125MHz 注释：ICC集成电路卡CICCClose-Coupled ICC，紧密（密耦合）卡；PICCProximity ICC，称为接近（近耦合）卡；VICCVicinity ICC，称为邻近（疏耦合）

5、卡。CD Coupling Device，是读写器中发射电磁波的部分 ISO/IEC14443国际标准现阶段ISO/IEC 14443（草案）主要有两个体系并存：ISO/IEC14443-Type A、ISO/IEC14443-TypeB。TypeA：以PHILIPS公司为代表，包括SIEMENS、HITACHI、GEMPLUS、G&D和Schlumberger等公司 TypeB：以ST（意法半导体）、MOTOROLA、ATMEL、韩国SAMSUNG和日本的NEC等公司为代表。ISO/IEC18000国际标准q18000-1：物理层q18000-2：低于135KHz通信的空中接口的参数；q 1

6、8000-3：在13.56MHz通信的空中接口的参数；q18000-4：在2.45GHz通信的空中接口的参数；q18000-5：5.8GHz通信的空中接口的参数；q18000-6：860-960MHz通信的空中接口的参数；q18000-7：433MHz通信的空中接口的参数；项目实现之第一步卡型选择q接触式逻辑加密卡 q低频非接触式ID卡q高频非接触式逻辑加密卡q超高频非接触式IC卡操作不方便数据传输速率低，防冲突性能差；没有加密，不安全数据传输率高，防冲突性能好，安全性高读写距离远，防冲突性能好；容易受周围环境干扰，读写器成本高目前13.56MHz的产品主要包括：q ISO14443TypeA

7、卡Mifare 1 S50卡、Ultra Light卡 LEGIC Type A 卡、上海公交卡即华虹IC卡、复旦微电子Type A 卡q ISO14443TypeB卡ATMEL RF020q ISO15693（电子标签）卡PHILIPS I-Code2、TI Tag-it标签q I-CODE（电子标签）卡 PHILIPS I-Code、上海贝岭BL75R02q SONY Felica卡香港八达通、深圳通q 中国二代身份证Mifare 1非接触式IC卡 基本性能指标：q卡内器件：无线智能卡芯片Mifare MF1 IC S50+天线线圈q标准：遵从ISO/IEC 14443 Type A 标准

8、q工作频率：13.56MHzq数据传送速率：106kbit/s（9.4s/bit）准备：1、检查和设置拨码开关2、按实训板上的标志连接电源、USB转串口通信线、JTAG通信线3、打开电源开关。4、下载读写器端嵌入式读写软件。5、打开RFID应用软件，设定波特率为9600，连接串口。若不能通信成功，请检查串口设置、波特率设置。6、装载密码（Load Key）操作:在软件界面中选择密码集0（KEYSET0），密码A（KEY A），将扇区0-14的密码A设置为全F，而将扇区15的密码A设置为全0。7、将MIFARE 1卡按任意方向置入天线有效工作范围内，选择M1卡，点击卡操作进入卡操作界面。实训 M

9、IFARE 1卡的读写操作与存储结构 第一阶段：第一阶段：MIFARE 1MIFARE 1卡读写操作卡读写操作1、数据块读写 点击读卡，对MIFARE 1卡的扇区0、1和15的块0、1、2进行读操作。修改块数据，点击写卡，对上述3个扇区的块0、1、2进行写操作，记录各扇区各块的读写情况（是否能读写）及读取的卡数据，标明各块的类型及卡的类型号、序列号、容量字节，注意：不得随意修改各扇区块注意：不得随意修改各扇区块3的数据，特别是的数据，特别是访问权限字节，以免造成扇区被锁死。访问权限字节，以免造成扇区被锁死。实训 MIFARE 1卡的读写操作与存储结构 第一阶段：第一阶段：MIFARE 1MIF

10、ARE 1卡读写操作卡读写操作2、值操作点击值操作，对MIFARE 1卡的扇区1块0做值块初始化，读出并记录块0数据，说明值块格式；对扇区1块0做加值/减值操作，读出并记录操作结果。实训 MIFARE 1卡的读写操作与存储结构 Mifare 1卡片的存储结构 q 存储容量：10248位字长（即1KB），q 存储介质：EEPROMq 分为16个扇区（扇区0 15）q 每个扇区有4个块（Block）块0、块1、块2和块3。q 每个块有16个字节。q 一个扇区共有 16 Byte4=64 Byte 块0(厂商标志)块1块2块3块0块1块2块3(密码A+存取控制+密码B)块0块1块2块3(密码A+存取

11、控制+密码B)扇区0扇区1.扇区15块功能详解1）厂商块地址：扇区0块0内容：IC卡厂商标志，包含卡序列号SN、卡类型号TagType及卡容量字节等关键数据。特性：只读，安全防伪块功能详解2）数据块（块02）q 每块16字节。可由区尾块中的存取控制位（access bits）配置为：p读写块：用作一般的数据操作，可用读/写命令直接读/写整个块p值块：用作定值操作，可以进行加值/减值（INC/DEC）的运算。q 数据块数据的读/写/加值/减值条件：符合该块存取条件的要求+通过该扇区的密码认证。第二阶段：第二阶段：MIFARE 1MIFARE 1卡密码操作卡密码操作1、修改卡密码：修改MIFARE

12、 1卡的扇区1块3的前6个字节数据为666666666666，其余数据不变，点击写卡，2、点击读卡，记录扇区1的读取状态3、点击装载密码，修改扇区1的密码为666666666666，点击下载4、重新读卡，记录扇区1的内容。5、恢复卡密码：修改MIFARE 1卡的扇区1块3的前6个字节数据为FFFFFFFFFFFF，其余数据不变，点击写卡。注意：切记将卡密码恢复为全注意：切记将卡密码恢复为全F F（步骤（步骤5 5），否则将导致该扇），否则将导致该扇区锁死区锁死实训 MIFARE 1卡的读写操作与存储结构 块功能详解 3）区尾块（Sector Trailer）q每个扇区的块3为区尾块，包含：KE

13、Y A（6B）+Access bits（4B）+KEY B（6B）MIFARE 1卡的安全特性q 密码认证：所有扇区需通过密码认证才能进行读/修改操作。各扇区有独立的三套（keyset0/1/2），每套两个密钥（KEYA/KEYB），从而可实现一应用一密钥。q 存取控制：所有块可通过设置存取控制条件限制存取。q 卡-机双向三重认证。q 所有射频传输数据加密，不以明文形式出现。q 传输密码（Transport Key），实现芯片交货时的EEPROM保护。Mifare 1 卡的密码认证方式 qMifare 1 卡的密码的认证采用了三次相互认证的方法，具有很高的安全性。（A）RB （E）（B）TOK

14、EN AB （C）（D）TOKEN BA 非 接 触非 接 触式卡读写器式卡读写器 Mifare 1 卡片卡片 设卡/读写器密钥为KEY1KEY2，设卡/读写器加密算法为f1()，f2()（A）环：Mifare 1卡向读写器发送一个随机数据RB；（B）环：读写器收到RB后向Mifare 1卡片发送一个令牌TOKEN AB=f2(RB,KEY2)+读写器发出的一个随机数据RA；（C）环：Mifare 1卡片收到 TOKEN AB 后，用卡中的密钥对TOKEN AB的加密的部分进行解密得到RB=f1(TOKENAB,KEY1)；若KEY1=KEY2&f1()=f1()，则RB=RB，校验正确，反之

15、校验失败；（D）环：如果（C）环校验是正确的，则Mifare 1卡片用卡中存放的密码对RA加密后发送令牌TOKEN BA=f1(RA,KEY1)+给读写器；（E）环：读写器 收到令牌TOKEN BA后，用读写器中存放的密码对令牌TOKEN BA中的RA（随机数）进行解密得到RA=f2(TOKENBA,KEY2)；同样，若KEY1=KEY2&f1()=f1(),则RA=RA，校验正确，否则将无法通过校验；（A）环：Mifare 1卡取随机数RB=1100，KEY1=1010，加密/解密算法f1()=异或，发送RB给读写器（B）环：读写器取随机数RA=0011，KEY2=1010，加密/解密算法f

16、2()=异或，对RB加密：TOKENAB=RB异或KEY2=0110，发送TOKENAB+RA给卡（C）环：Mifare 1卡片对TOKEN AB解密：RB=TOKENAB异或KEY1=1100=RB，校验正确；（D）环：Mifare 1卡片对RA加密TOKENBA=RA异或KEY1=1001；发送TOKENBA给读写器（E）环：读写器 对TOKEN BA解密：RA=TOKENBA异或KEY2=0011=RA，校验正确MIFARE 1卡特点：支持城市一卡通qEEPROM存储器结构提供多应用：1K字节EEPROM，16个扇区,4数据块/扇区，16字节/块。用户可以定义每一个存储器块的访问条件。每

17、个扇区(每应用)拥有各自独立的密钥,支持带密钥层次的多应用。q适合定额收费：卡芯片中内建有增值/减值的专项数学运算电路，非常适合公交/地铁等行业的定额收费系统q第三阶段：存取控制条件设置第三阶段：存取控制条件设置（1）读出并记录扇区14块0的内容；修改内容并再次读出，记录修改后的内容。说明该块的存取控制条件。（2）修改扇区14的存取控制字节，将扇区14块0设置为校验密码A/B正确可读，永不可修改。其他各块条件不变。（3）重复（1），说明修改存取控制字节产生的结果。（4）将存取控制位恢复为默认值。注意：严禁修改对块注意：严禁修改对块3的设置，否则容易错误将存取控制位的设置，否则容易错误将存取控制

18、位设为永不可写，将无法恢复为默认值。设为永不可写，将无法恢复为默认值。实训 MIFARE 1卡的读写操作与存储结构 Mifare 1 卡存取控制设置q Access bits（存取控制位）：定义该扇区中4个块的访问条件，及定义数据块的类型（读写或值）q Mifare 1 卡出厂初始化时，所有扇区块3的初始化值均为 A0A1A2A3A4A5 FF078069 B0B1B2B3B4B5 卡初始化后的存取控制条件为：密码密码A永不可读永不可读，校验密码A或密码B正确后可以修改；密码B在校验密码A或密码B正确后可读，可修改；存取控制位在校验密码A或密码B正确后可读，可修改；数据块在校验密码A或密码B正

19、确后可读，可修改。存取控制位对数据块的控制结构C1XYC2XYC3XYReadWriteIncrement Decr，Transfer，restore000KEYA|BKEYA|BKEYA|BKEYA|B010KEYA|Bnevernevernever100KEYA|BKEYBnevernever110KEYA|BKEYBKEYBKEYA|B001KEYA|BneverneverKEYA|B011KEYBKEYBnevernever101KEYBnevernevernever111Nevernevernevernever将扇区14块3的内容修改为FFFFFFFFFFFFEF078169FFFF

20、FFFFFFFF则将扇区14块0设置为校验密码A/B正确可读，永不可修改。MIFARE 1卡特点：支持开放环境下的安全可靠应用q 高保密性：提高系统防卫抗攻击能力q 一卡一号，出厂前一次性写入全球唯一SN；q 密钥及传输密码保护，各扇区密码独立且有三套（KEYSET0、1、2）二个（KEY A、KEY B）密码。q 密码认证采用三次相互认证；q 存取控制位保护，用户可以定义每一个存储器块的访问条件q RF信道数据加密 q 高可靠性：在恶劣条件下保证无线传输的数据完整性 无线通讯链路使用各种校验机制确保数据可靠传输q第四阶段：防冲突测试第四阶段：防冲突测试 （1）分别读出并记录二张MIFARE

21、1卡（分别记为1#卡、2#卡）的序列号，及其扇区0块1的内容，记录在报告上。（2）将二张MIFARE 1卡同时放置在读写器天线有效工作范围内（平放在天线两边，离天线约1CM），在RFDEMO软件中执行读操作，根据读出的SN找出被选中的卡（例如为1#卡）。（3）在RFDEMO软件中执行写操作，修改扇区0块1的内容并将数据记录在报告上。（4）分别读出2张卡扇区0块1的内容，并将数据记录在报告上。（5）比较上述实验数据，说明MIFARE1卡是否具备防冲突功能。实训 MIFARE 1卡的读写操作与存储结构 MIFARE 1卡防冲突特性q利用每张卡全球唯一的SN实现动态二进制树状搜索防冲突算法：由高字节向低字节，每个字节由高位向低位搜索，第一个冲突位置0MIFARE 1卡特点：支持多卡同时操作q卡芯片与读写芯片中都内嵌防冲突模块，可实现真正的（硬件）防冲突，可高速识别天线范围内的多张卡，适应多人同时刷卡。