【正文】 內(nèi)各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。 非接觸式 IC 卡的種類 非接觸式 IC 卡的種類 [2][3]繁多，按照卡內(nèi)集成電路的不同可分為： 存儲器卡－卡中的集成電路具有加密邏輯和 EEPROM； CPU 卡－卡中的集成電路包括中央處理器、 EEPROM、隨機(jī)存儲器 RAM 以及固化在只讀存儲器 ROM 中的片內(nèi)操作系統(tǒng) COS，有的卡內(nèi)芯片還集成了密碼運(yùn)算協(xié)處理器 CAU 以提高安全性和工作速度。 按照工作頻率可分為： 低頻卡－卡與讀卡器間通信使用的頻段為低頻段，如 125KHz； 高頻卡－卡與讀卡器間通信使用的頻段為高頻段，如 915MHz、 等。 按照工作 距離可分為： 近距離卡－卡與讀卡器的有效作用距離為幾十厘米； 遠(yuǎn)距離卡－卡與讀卡器的有效作用距離為幾米。 按照卡內(nèi)芯片的供電方式可分為： 有源卡－卡內(nèi)帶電池； 無源卡－卡內(nèi)為設(shè)備，工作時由讀寫設(shè)備通過無線方式供電。 非接觸式 IC 卡的關(guān)鍵技術(shù) 非接觸式 IC 卡的工作特點(diǎn)使其在設(shè)計和制造過程中存在一些技術(shù)難點(diǎn)集中在芯片制造和卡片封裝上，這些關(guān)鍵技術(shù) [2][3]是： 射頻技術(shù) 非接觸式 IC 卡是射頻技術(shù)和 IC 卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，非接觸 IC 卡的射頻技術(shù)有以下特殊要求： 由于 IC 卡的尺寸限制，使大部分非接 觸式 IC 卡的內(nèi)部不帶電池 需要由讀寫設(shè)備通過無線方式供電，經(jīng)過卡內(nèi)的穩(wěn)壓電路產(chǎn)生 片工作所需的直流電壓。 由于 IC 卡的尺寸限制，使得卡內(nèi)天線需要特殊設(shè)計。 由于允許多卡同時操作，要求卡內(nèi)射頻部分具有高抗干擾性， 內(nèi)設(shè)有“防沖突”電路以解決多張卡片互相干擾的問題。 低功耗技術(shù) 對于卡內(nèi)有電池和無電池的非接觸式 IC 卡來說降低芯片功耗提高卡片壽命和保證一定的工作距離都非常重要?？▋?nèi)芯片一般采低壓低功耗 CMOS 工藝制造，并在電路設(shè)計中采用“休眠模式”技術(shù)以降低功耗。 封裝技術(shù) 由于非接觸式 IC 卡中需要封裝天線、芯片 和片外電容等部件為確?？ㄆ拇笮?、厚度、柔韌性，需要特殊的封裝技術(shù)。 安全技術(shù) 非接觸式 IC 卡以卡用芯片的物理安全技術(shù)、卡片制造的安全技術(shù)和卡的通訊安全技術(shù)這三個方面的內(nèi)容構(gòu)成其強(qiáng)大的安全技術(shù)。 卡用芯片的物理安全技術(shù)－通過設(shè)置高 /低電壓檢測器、低頻時鐘探測器、熔絲、存儲器物理保護(hù)層、存儲器邏輯保護(hù)、金屬化結(jié)構(gòu)等措施防止對芯片存儲器和其他邏輯電路的分析，并防止再測試功能。 卡片制造的安全技術(shù)－將熒光安全圖象印刷、微線條、激光雕刻簽名和圖象、安全背景圖象等技術(shù)用于 IC 卡塑封表面的印制和防偽識偽。 卡的通訊安全 技術(shù)－通過三次相互認(rèn)證、傳輸數(shù)據(jù)加密、設(shè)置存儲區(qū)密碼和訪問條件、每個芯片設(shè)置唯一序列號以及在芯片運(yùn)送過程中設(shè)置傳輸代碼防止對數(shù)據(jù)的非法截取分析、對存儲區(qū)的非法訪問和對芯片的非法個人化。 非接觸式 IC 卡的發(fā)展趨勢 隨著非接觸式 IC 卡的廣泛應(yīng)用，這種技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，從目前看來，非接觸式 IC 卡主要有以下幾個發(fā)展趨勢 [2][3]： 大容量 社會對“一卡多用”的迫切需求使得目前非接觸式 IC 卡內(nèi) 8K～ 16K 的存儲容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。將來用戶攜帶的一張 IC 卡內(nèi)可以有多個分區(qū)，用作電子錢包、電子車票 、身份證和護(hù)照等電子個人身份識別、電子醫(yī)療檔案、工作證、保險證以及電話付費(fèi)等許多領(lǐng)域，這必將促使卡內(nèi)存儲器的容量向更大的方向發(fā)展。除了目前已經(jīng)廣泛使用的 EEPROM 存儲器，國外一些公司也開發(fā)了一些新的存儲器技術(shù)，比如 Flash＋技術(shù)和鐵電技術(shù)，鐵電存儲器（ FeRAM）有望成為未來 IC 卡行業(yè)使用的主要存儲器。 更強(qiáng)的處理能力 IC 卡在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用對其處理能力提出了更高的要求，提高處理能力的方法有兩種，一是借助于具有擴(kuò)展尋址模式的先進(jìn)指令組，它能提高翻譯機(jī)和編譯器的效率；二是向更高的具有 32 位數(shù)據(jù)通路的 MCU 發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步還可以使內(nèi)部時鐘頻率從 5MHz 增加到 10MHz。 高安全性 高安全性是 IC 卡最大的特點(diǎn)之一，但 IC 卡的發(fā)展使得用戶對其安全性提出了更高的要求。這一方面體現(xiàn)在使用更加復(fù)雜的加密方式令破譯更加困難，另一方面體現(xiàn)在提高卡內(nèi)微處理器的速度及增加 RAM 的容量使得加密過程更加短暫，以便節(jié)省用戶時間。這要求未來的智能卡使用更強(qiáng)計算能力的處理器來支持，這不僅對于支持嵌入式固件特別重要，而且對于確保其應(yīng)用程序在一個安全的環(huán)境中裝載和運(yùn)行也及其重要，具有 512 位或 1024 位的公開密鑰計算能力的加密協(xié)處理器將 能滿足更高的安全性要求。 低功耗 無論非接觸式 IC 卡的內(nèi)部帶不帶電池，卡內(nèi)芯片的低壓低功耗設(shè)計都是非常重要。對于有源非接觸式 IC 卡可以延長電池的使用時間，即延長卡的使用壽命；對于無源非接觸式 IC 卡可以增加卡的工作距離。 遠(yuǎn)距離 由于遠(yuǎn)距離卡在使用速度和方便性上都超過了近距離卡，使其成為非接觸式IC 卡發(fā)展的必然趨勢。 發(fā)展復(fù)合式 IC 卡 復(fù)合式卡也成為雙界面卡，既有觸點(diǎn)也有天線，所以既能提供接觸式使用，又能提供非接觸式使用，使用更加靈活方便。現(xiàn)在很多國際大公司都開發(fā)成功了雙界面 IC 卡，并已投入使用。 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn) IC 卡分為接觸式與非接觸式兩種，接觸式 IC 卡應(yīng)用較早，其國際標(biāo)準(zhǔn)比較完善，非接觸式 IC 卡近年來才開始推廣使用，其國際標(biāo)準(zhǔn)有些已經(jīng)通過，有些正在制定與討論之中。 接觸式 IC 卡的國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC7816 是 ISO/IEC（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 /國際電子技術(shù)委員會）推出的接觸式 IC 卡遵循的主要國際標(biāo)準(zhǔn)，包括 10 個部分，對 IC 卡的物理特性、卡上觸點(diǎn)尺寸與位置、電信號與傳輸協(xié)議、行業(yè)間交換命令、數(shù)據(jù)元以及 IC 卡注冊管理辦法等作出了詳細(xì)的規(guī)定 [5]。 非接觸式 IC 卡 的國際標(biāo)準(zhǔn) 非接觸式 IC 卡表面無觸點(diǎn)，因此接口設(shè)備與非接觸式卡的通信方式與接觸式卡不同，提供電源的方式也不同，為此 ISO/IEC 根據(jù)接口設(shè)備與 IC 卡作用距離的不同而定義了三個國際標(biāo)準(zhǔn)，如表 ： 標(biāo)準(zhǔn) 卡類型 作用距離 ISO/IEC 10536 密耦合 0～ 10MM ISO/IEC 14443 近耦合 0～ 100MM ISO/IEC 15693 疏耦合 0～ 1000MM 表 C 卡國際標(biāo)準(zhǔn) 其中 ISO/IEC 14443 又分為 TypeA 和 Type B 兩個標(biāo)準(zhǔn)。本課題開發(fā)的非接觸式 IC 卡讀寫設(shè) 備即是基于 ISO/IEC 14443 TypeA 標(biāo)準(zhǔn)的 [4]。 IC 卡的測試標(biāo)準(zhǔn) 為了保證 IC 卡的可靠性和可用性， ISO/IEC 制定了 IC 的測試標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC10373,它主要包括六個部分，即：一般特性測試；磁條卡；接觸式 IC卡；光存儲器卡；非接觸式 IC 卡 [4]。 本論文的任務(wù) 非接觸式 IC 卡代表了 IC 卡發(fā)展的方向，同接觸式 IC 卡相比其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn) 使其能夠在絕大多數(shù)場合代替接觸式 IC 卡的使用，而在非接觸式 IC 卡應(yīng)用系統(tǒng)中非接觸式 IC 卡讀卡器是關(guān)鍵設(shè)備。應(yīng)實際應(yīng)用項目的需要， 本課題將開發(fā)一種基于飛利浦公司 MIFARE 技術(shù)的非接觸式 IC 卡讀卡器，其具有以下特點(diǎn)： 典型讀寫距離為 20～ 25MM 配有 RS232 通訊接口，便于同上位機(jī)通訊 專為門禁系統(tǒng)設(shè)計 小巧，價格便宜 第二章 非接觸式 IC 卡技術(shù) 非接觸式 IC 卡是射頻識別技術(shù)與 IC 卡技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它與接觸式 IC卡的最大區(qū)別是它沒有機(jī)械觸點(diǎn)，通過無線方式與讀寫設(shè)備進(jìn)行通信，它成功解決了卡內(nèi)無源和免接觸這一難題。 射頻識別技術(shù) 射頻識別技術(shù)是在射頻技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上于 20 世紀(jì) 80 年代 中期問世的。自出現(xiàn)以來，由于它極大加速了信息的收集和處理，近年來獲得迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的條碼或磁條識別技術(shù)相比，射頻識別技術(shù)具有非接觸、作用距離遠(yuǎn)、精度高、信息的收集和處理快捷靈活及較好的的應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性等一系列的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動化、商品控制、交通運(yùn)輸控管等眾多領(lǐng)域得到廣泛的發(fā)展。一個完整的射頻識別系統(tǒng)通常包括兩個部分，一是主動詢問子系統(tǒng)（尋呼器），二是從動應(yīng)答子系統(tǒng)（應(yīng)答器） [5]。其中主動詢問子系統(tǒng)從基本功能上又可分為兩個層次：系統(tǒng)管理層和接口層。從動應(yīng)答子系統(tǒng)既是通常意義的用戶射頻識別 IC 卡，即非接觸 式 IC 卡。 系統(tǒng)管理層 系統(tǒng)管理層一般設(shè)于 IC 卡發(fā)放、管理部門。主要負(fù)責(zé)射頻 IC 卡的幾種管理，完成 IC 卡內(nèi)相關(guān)信息的處理，如讀卡、寫卡、卡內(nèi)信息修改、 IC 卡注銷、 IC卡信息查詢、打印、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等等。另外，系統(tǒng)管理層還負(fù)責(zé) IC 卡內(nèi)信息的安全保密。系統(tǒng)管理層主機(jī)可為通用 PC 機(jī)、工作站或服務(wù)器等。 接口層 接口層負(fù)責(zé)射頻識別 IC 卡和管理主機(jī)之間的信息交換和傳輸，其功能通常由非接觸式 IC 卡讀卡器或 IC 卡應(yīng)用終端具體實現(xiàn)。接口層主要負(fù)責(zé)完成以下主要功能： IC 卡進(jìn)出控制、 IC 卡電源供給（ 對于無源非接觸式 IC 卡）、 IC 卡與應(yīng)用終端之間信息聯(lián)絡(luò)與處理及與管理層主機(jī)通訊等。非接觸式 IC 卡讀卡器通常包括收發(fā)模塊、控制模塊（單片機(jī)）、主控機(jī)和單片機(jī)之間的接口模塊以及天線系統(tǒng)。相應(yīng)涉及到射頻無線收發(fā)技術(shù)、天線技術(shù)、單片機(jī)信息處理和控制技術(shù)。本文將對這些技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 從動應(yīng)答子系統(tǒng)（應(yīng)答器） 從動應(yīng)答子系統(tǒng)即非接觸式 IC 卡，是整個射頻識別系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分。通常應(yīng)答器由耦合元件以及微電子芯片組成。應(yīng)答器的主要組成、功能及應(yīng)用特點(diǎn)如下： 具有信息存儲、處理能力，它是射頻識別系統(tǒng)真 正的數(shù)據(jù)載體； 可接收、發(fā)射無線信號，外圍器件少，功耗低，能在低電壓下工作； 依據(jù)不同需要具有天線、射頻 /微波探測器、調(diào)制器、解調(diào)器、控制邏輯及存儲器等部件； 有的應(yīng)答器具有電池或外接電源，有的沒有電源，由尋呼器通過無線方式對其供電，其中無內(nèi)部電源的應(yīng)答器在非接觸式 IC 卡上應(yīng)用較多； 體積小巧、結(jié)構(gòu)多樣，有圓形、方形、筆形及片形等多種形狀，適合不同應(yīng)用； 多種工作距離。 非接觸式 IC 卡技術(shù) 目前國際上具有代表性的兩大非接觸式 IC 卡技術(shù)是 LEGIC 技術(shù)和 MIFARE技術(shù)。 LEGIC 技術(shù)是由瑞士 KABA 公司提供的非接觸式 IC 卡讀寫技術(shù)， MIFARE技術(shù)是由 Philips 公司提供的非接觸式 IC 卡讀寫技術(shù)。這兩種技術(shù)都采用 的近距離非接觸式 IC 卡通訊頻率標(biāo)準(zhǔn)，其讀寫速度和讀寫距離是相同的，在通訊安全上均采用符合 ISO9798 國際標(biāo)準(zhǔn)的 3 次互感校驗技術(shù)，以對卡和讀寫設(shè)備的合法性進(jìn)行相互校驗；在數(shù)據(jù)通訊上均采用 DSA 算法對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，以確?？ㄉ系臄?shù)據(jù)不被非法的修改。但是這兩種技術(shù)也有很多不同點(diǎn)，現(xiàn)將這兩種技術(shù)的不同特點(diǎn)比較如下 [2]： MIFARE 采用密碼讀寫控制方式，即讀寫設(shè)備的監(jiān)控程序 要掌握相應(yīng)的系統(tǒng)密碼才能對 IC 卡內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同操作 如讀、寫、增值、減值等 。 LEGIC 采用授權(quán)讀寫控制方式 ,即讀寫設(shè)備必須先獲得“設(shè)備授權(quán)卡”的授權(quán)后才能讀寫本系統(tǒng)的 IC 卡 ,而卡的初始化又必須經(jīng)過上級授權(quán)卡的授權(quán) ,并且只可以在專用的授權(quán)設(shè)上進(jìn)行。 MIFARE 讀寫模塊與監(jiān)控計算機(jī)之間采用符合單片機(jī)外部總線標(biāo)準(zhǔn)的并行標(biāo)準(zhǔn)，讀寫過程可由監(jiān)控程序逐步控制。 LEGIC 模塊與監(jiān)控計算機(jī)之間采用串行通訊方式，讀寫進(jìn)程由模塊自動完成。 在防沖撞功能上， MIFARE 允許多卡同時進(jìn)入讀寫范圍，再由讀寫設(shè)備逐一處理。 LEGIC 采用同一時間內(nèi)只能讀寫一張卡的防沖撞模式。 第三章 MIFARE 技術(shù) MIFARE 技術(shù)是 Philips 公司推出了一種非接觸式 /雙界面 IC 卡技術(shù)，目前已被 ISO/IEC 制定為國際標(biāo)準(zhǔn)： ISO/IEC 14443 TYPE A 標(biāo)準(zhǔn)。 MIFARE 非接觸式IC 卡目前占據(jù)世界非接觸式 IC 卡市場 80％的份額。 Philips 公司基于 MIFARE技術(shù)推出了四種產(chǎn)品： MIFARE Classic 非接觸式 IC 卡，包括 MIFARE Standard MIFARE 1 、 MIFARE Standard 4K 和 MIFARE Light 三種非接觸式 IC 卡 [6]； MIFARE Ultralight MIFARE 雙界面 IC 卡，包括 MIFARE PRO 和 MIFARE PROX 兩種 [6]； MIFARE 讀卡器組件 下面重點(diǎn)介紹本課題涉及到的 MIFARE Standard MIFARE 1 非接觸式 IC 卡和 MIFARE 讀寫器組件。 MIFARE 1 非接觸式 IC 卡 MIFARE 1 非接觸式 IC 卡特點(diǎn) MIFARE 1 IC 卡的核心是 Philips 公司的 MIFARE 1 IC S50（ 01， 02， 03，04）系列微模塊（微晶片）。它確定了卡片的特性以及卡片讀卡器的諸多性能。 MIFARE1IC 卡內(nèi)建有高速的 CMOS EEPROM、 MCU 等?？ㄆ铣?IC 微晶片及一副高效率天線外，無任何其他元件。 卡片上無源（無任何電池）