第十八章非接触式IC卡及其读写设备课件.ppt
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- 第十八 接触 IC 及其 读写 设备 课件
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1、第十八章第十八章非接触式非接触式IC卡及其读写设备卡及其读写设备主要内容v 智能卡基本知识概要v 非接触式IC卡 v 非接触式IC卡读写设备设计18.1 智能卡基本知识概要18.1 智能卡基本知识概要智能卡基本知识概要18.1.1 关于智能卡关于智能卡 智能卡智能卡(“smart card”),也称作集成电路卡(),也称作集成电路卡(integrated circuit card),即),即IC卡。它一般指将集成电路芯片嵌装于塑料等基片上卡。它一般指将集成电路芯片嵌装于塑料等基片上制成的卡片,外形与磁卡相似,芯片具有存储、加密及数据处理等功能。制成的卡片,外形与磁卡相似,芯片具有存储、加密及数
2、据处理等功能。IC卡可以分为以下三类卡可以分为以下三类:(1)存储卡:)存储卡:内部封装了为电可擦除可编程只读存储器内部封装了为电可擦除可编程只读存储器EEPROM。(2)逻辑加密卡:)逻辑加密卡:封装了上述封装了上述EEPROM存储器外,还专设有逻辑存储器外,还专设有逻辑加密电路,提供了硬件加密手段。加密电路,提供了硬件加密手段。(3)CPU卡卡:卡片内集成了中央处理器卡片内集成了中央处理器CPU,程序存储器程序存储器ROM,数据存储器数据存储器EEPROM 和和RAM。18.1 智能卡基本知识概要18.1.1 关于智能卡关于智能卡 根据读写方法把根据读写方法把IC卡分为:接触式卡分为:接触
3、式IC卡和非接触式卡和非接触式IC卡。两种卡的卡。两种卡的集成电路均密封在塑料卡基片内部,可防水,防尘,防磁。集成电路均密封在塑料卡基片内部,可防水,防尘,防磁。接触式接触式IC卡:表面可以看到一个方型镀金接口,共有八个或六个镀卡:表面可以看到一个方型镀金接口,共有八个或六个镀金触点,用于与读写器接触,通过电流信号完成读写。金触点,用于与读写器接触,通过电流信号完成读写。非接触式非接触式IC卡:卡内除包含前述三种卡:卡内除包含前述三种IC卡电路,还有射频收发电路卡电路,还有射频收发电路及相关电路。及相关电路。IC卡在一定距离内即可收发读写器的信号,实现非接触读卡在一定距离内即可收发读写器的信号
4、,实现非接触读写。因而称这种写。因而称这种IC卡为非接触式,或者感应式卡为非接触式,或者感应式IC卡,或者射频识别卡,或者射频识别(Radio Frequency Identification,简称简称RFID)卡。卡。18.1 智能卡基本知识概要18.1.2 智能卡的接口设备智能卡的接口设备 智能卡接口设备智能卡接口设备IFD(inter face device),通常也称作,通常也称作IC卡读卡读写设备写设备/读写器。读写设备按运行方式可分为单机型和联机型两大类。读写器。读写设备按运行方式可分为单机型和联机型两大类。单机型读写设备:可独立存储和工作,无需和主机相连就可完成数单机型读写设备:
5、可独立存储和工作,无需和主机相连就可完成数据读写,可与应用设备结合或单独工作。有着系统规模小、适应范围广、据读写,可与应用设备结合或单独工作。有着系统规模小、适应范围广、不需要联接微机、输出直接控制终端执行机构不需要联接微机、输出直接控制终端执行机构(例如电控锁、闸门等例如电控锁、闸门等)以及以及安装简单、使用方便等诸多优点。典型应用有安装简单、使用方便等诸多优点。典型应用有IC卡电表、水表,公交车卡电表、水表,公交车票刷卡机等。票刷卡机等。联机型读写设备:通过并行或串行口与联机型读写设备:通过并行或串行口与PC机或应用系统网络连接,机或应用系统网络连接,组成不同的应用系统。联机型读写设备一般
6、应用于金融和商品交易部门,组成不同的应用系统。联机型读写设备一般应用于金融和商品交易部门,适合大型系统或金融支付系统使用。适合大型系统或金融支付系统使用。18.1 智能卡基本知识概要18.1.3 智能卡的国际标准智能卡的国际标准(1)接触式)接触式IC卡的国际标准卡的国际标准 ISO/IEC 7816是是IC卡遵循的主要国际标准,对卡遵循的主要国际标准,对IC卡的物理特性、卡的物理特性、触点的尺寸和位置、电信号和传输协议、交换用行业命令、生物个触点的尺寸和位置、电信号和传输协议、交换用行业命令、生物个人认证方法、密码信息应用等做出了详细规定。人认证方法、密码信息应用等做出了详细规定。(2)非接
7、触式)非接触式IC卡的国际标准卡的国际标准 标准卡类型作用距离(约)ISO 10536密耦合密耦合01cmISO 14443近耦合近耦合010cmISO 15693疏耦合疏耦合01m(3)测试标准)测试标准 对各种卡进行测试的国际标准是对各种卡进行测试的国际标准是ISO/IEC 10373。返回返回18.2 非接触式IC卡18.2 非接触式非接触式IC卡卡18.2.1 非接触式非接触式IC卡卡 非接触式非接触式IC卡卡Contactless Smart Card(CSS),也称作感应卡、),也称作感应卡、射频卡,由射频卡,由IC芯片、感应天线组成,并完全密封在一个标准芯片、感应天线组成,并完全
8、密封在一个标准PVC卡片中,卡片中,无外露部分,其结构示意图如下。无外露部分,其结构示意图如下。外壳外壳芯片芯片天线天线18.2 非接触式IC卡非接触非接触IC卡工作原理图卡工作原理图 PC读写器读写器(内置芯片、天线)(内置芯片、天线)天线天线非接触非接触IC卡卡能能 量量数数 据据时时 序序18.2 非接触式IC卡非接触非接触IC卡的优点:卡的优点:(1)高可靠性)高可靠性:无触点,避免了由接触读写产生的各种故障。提高:无触点,避免了由接触读写产生的各种故障。提高了抗静电和环境污染能力,因此提高了可靠性及使用寿命。了抗静电和环境污染能力,因此提高了可靠性及使用寿命。(2)易用性)易用性:操
9、作方便、快捷,无需插拔卡,完成:操作方便、快捷,无需插拔卡,完成次操作只需次操作只需0.10.3秒。秒。(3)高安全性)高安全性:序列号全球唯一。卡与读写设备之间采用双向互认:序列号全球唯一。卡与读写设备之间采用双向互认验证机制。所有数据都加密,不同分区的数据用不同的密码和访问验证机制。所有数据都加密,不同分区的数据用不同的密码和访问条件进行保护。条件进行保护。(4)高抗干扰性)高抗干扰性:对有防冲突电路的非接触卡,在多卡同时进入读:对有防冲突电路的非接触卡,在多卡同时进入读写范围内时,读写设备可一一对卡进行处理。写范围内时,读写设备可一一对卡进行处理。(5)一卡多用)一卡多用:卡片上的数据分
10、区管理,实现一卡多用、一卡通。:卡片上的数据分区管理,实现一卡多用、一卡通。(6)多种工作距离)多种工作距离:作用距离从几厘米到几米,适应不同场合。:作用距离从几厘米到几米,适应不同场合。18.2 非接触式IC卡18.2.2 非接触卡的应用非接触卡的应用(1)公共交通)公共交通(2)身份识别)身份识别(3)门禁控制)门禁控制 另外,高速公路收费,停车场收费,加油站收费,另外,高速公路收费,停车场收费,加油站收费,智能卡水表、电表、煤气表等应用。智能卡水表、电表、煤气表等应用。18.2 非接触式IC卡18.2.3 非接触式非接触式IC卡卡Mifare Philips是世界上最早研制非接触式是世界
11、上最早研制非接触式IC卡的公司,其卡的公司,其Mifare技术技术已经被制定为已经被制定为IS0IEC14443 TYPE A国际标准。国际标准。(1)Mifare 1卡特点卡特点 采用采用CMOS工艺,内建工艺,内建E2PROM存储器、存储器、MCU智能控制器等。智能控制器等。卡片电路不用任何电池供电。卡片电路不用任何电池供电。标准操作距离高达标准操作距离高达10cm,通信速率高达,通信速率高达106kbits。具有先进的数据通信加密和双向密码验证功能。具有先进的数据通信加密和双向密码验证功能。具有防冲突功能。具有防冲突功能。其芯片在制造时具有全球唯一的序列号。其芯片在制造时具有全球唯一的序
12、列号。内建内建8K的的E2PROM存储器,分存储器,分16个扇区。个扇区。芯片设计有增减值运算电路,其运算时间最长不超过芯片设计有增减值运算电路,其运算时间最长不超过100ms。擦写能力超过擦写能力超过10万次,数据保存期大于万次,数据保存期大于10年。年。18.2 非接触式IC卡(2)MF1卡主要参数卡主要参数工作频率工作频率:13.56MHZ;数据保存期数据保存期:10年;年;操作时间操作时间:96ms;读写距离读写距离:2.510cm;存储容量存储容量:8Kbit;尺寸尺寸:85.6mm54mm0.76mm;存储器类型存储器类型:E2PROM;操作环境温度操作环境温度:2050;多重应用
13、区多重应用区:16个分区;个分区;厂商序列号厂商序列号:32位,全球唯一;位,全球唯一;相对湿度相对湿度:90%;写卡次数写卡次数:10万次以上;万次以上;材料材料:PVC。18.2 非接触式IC卡(3)MFl芯片逻辑结构芯片逻辑结构数数 字字 控控 制制 单单 元元射频接口射频接口 E2PROM认证认证 控制和算术控制和算术运算单元运算单元防冲突防冲突E2PROM接接口口加密单元加密单元天天线线18.2 非接触式IC卡(4)MFl卡片的存储结构卡片的存储结构 Mifare 1卡片采用卡片采用EEPROM作为存储介质,容量为作为存储介质,容量为1K 8位位,分,分为为16个扇区个扇区(015)
14、,每个扇区有,每个扇区有4个块个块(03),每块有,每块有16字节。一个扇字节。一个扇区共区共16 Byte 4=64 Byte。扇区的第四块称作尾块,包含了该扇区。扇区的第四块称作尾块,包含了该扇区的密码的密码A(6个字节个字节)、存取控制、存取控制(4个字节个字节)、密码、密码B(6个字节个字节),是控制块。,是控制块。其余三块是数据块。其余三块是数据块。扇区扇区0的块的块0固化了厂商代码信息,不可改写。其中:第固化了厂商代码信息,不可改写。其中:第04字节为字节为卡片的序列号;第卡片的序列号;第5字节为序列号的校验码;第字节为序列号的校验码;第6字节为卡片的容量字节为卡片的容量“SIZE
15、”;第;第7,8字节为卡片的类型号字节为卡片的类型号(Tagtype);其他字节由厂商另;其他字节由厂商另加定义。如下图所示。加定义。如下图所示。扇区扇区块块0123456789ABCDEF描述描述03密码密码A权限位权限位密码密码 B第第0扇区尾块扇区尾块2数据块数据块1数据块数据块0厂商标志块厂商标志块18.2 非接触式IC卡18.2.4 非接触式非接触式IC卡标准卡标准ISO/IEC 14443ISO/IEC 14443是近耦合是近耦合IC卡的国际标准,包括四个部分:卡的国际标准,包括四个部分:第一部分第一部分ISO/IEC 14443-1制定了有关非接触卡的物理特性;制定了有关非接触卡
16、的物理特性;第二部分第二部分ISO/IEC 14443-2制定了有关射频功率及信号界面的特性;制定了有关射频功率及信号界面的特性;第三部分第三部分ISO/IEC 14443-3则为非接触卡的初始化及防冲突机制;则为非接触卡的初始化及防冲突机制;第四部分第四部分ISO/IEC 14443-4为有关的交易协定。为有关的交易协定。18.2 非接触式IC卡Type A与与Type B 的比较的比较 非接触式非接触式IC卡的分为卡的分为Type A和和Type B两种。两种。Philips公司的公司的MF1卡卡就是就是A型卡。型卡。下表中下表中PCD(Proximity Coupling Device)
17、指阅读器,)指阅读器,PICC(Proximity Integrated Circuit Card)指近耦合非接触式)指近耦合非接触式IC卡。卡。A型型B型型PCD到到PICC调制调制ASK 100%ASK 10%位编码位编码改进的改进的Miller编码编码NRZ编码编码波特率波特率106kdB106kdB同步同步位级同步位级同步(帧起始,帧结束标记帧起始,帧结束标记)每个字节有每个字节有1个起始位和个起始位和1个结束位个结束位PICC到到PCD调制调制用振幅键控调制用振幅键控调制847kHz的的负载调制的副载波负载调制的副载波用相位键控调制用相位键控调制847kHz的的负载调制的副载波负载调
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