【正文】 軟件安全性分析 1. 射頻卡操作系統(tǒng)的安全性 COS控制著射頻卡內(nèi)部各硬件。 基于以上典型探測方法的分析，射頻卡用芯片的安全技術(shù)就要從物理上防止以上攻擊，使其受攻擊的可能性減至最小。本論文中使用的RITRPW4FF射頻卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的 CMOS EEPROM和 MCU，卡片上除了 IC微晶片及一副高效率天線外，無任何其它元件。實現(xiàn)該功能的子程序的流程圖見圖 35所示 。讀寫器對任何一張 RITRPW4FF卡片進(jìn)行任何操作都要經(jīng)過上述幾個步驟，之后就可以具體地對卡片進(jìn)行相應(yīng) 的讀、寫、增值、減值、重儲和傳送等操作。對RFM001的應(yīng)用程序的設(shè)計也就是對 RFM001操作指令的程序設(shè)計；對讀寫器的其它電路的應(yīng)用程序的設(shè)計包括 LED狀態(tài)顯示程序設(shè)計、 LCD設(shè)計、鍵 盤設(shè)計、蜂鳴器程序設(shè)計和 RS232通信程序設(shè)計等。開始信號： SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。 AT24C16的電路接口情況及各引腳圖見圖 216單片機(jī)系統(tǒng)電路圖。 MAX232是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含 有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V電源供電時提供 EIA/TIA232E電平。單片機(jī)系統(tǒng)電路圖見圖 214所示。除 P3口的六個引腳（ ）的第二功能與 MCS51系列完全一致外， 。由于內(nèi)部有 Flash ROM，所以編寫的程序燒錄很方便，易于電擦除，可以反復(fù)使用，非常方便用戶對程序進(jìn)行修改，縮短研制周期，降低了研制成本。 CP（第13 腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。顯然，這種方式顯示同樣的位數(shù)使用單片機(jī)的口線大大減少，并且可以讓 LED顯示 BCD 碼以外的字符 (如 A、 B、 C、 D 等 )，但是，當(dāng)要顯示的位數(shù)較多時，仍需占用較多的口線，并且在許多情況下需要串口工作在 UART 方式，以便進(jìn)行串行通信，從而限制了這種方式的使用范圍。其外形見圖 210所示與引腳定義見表 211所示。 以下圖 26是基站讀取數(shù)據(jù)的時序，由射頻卡發(fā)出的數(shù)據(jù)采用 FSK調(diào)制。 可見，先進(jìn)的 TIRIS技術(shù)已經(jīng)為我們提供全套的射頻收發(fā)解決案，并將其封裝在集成電路芯片中，非常方便我們的使用和二次開發(fā)，本系統(tǒng)的硬件解決方案中射頻部分的實現(xiàn)就是利用 TIRIS技術(shù)。數(shù)字存儲器一般又可分為如下三類： ROM只讀存儲器用于存儲操作系統(tǒng)以及為保 障其順利工作所必需的其它指令； RAM隨機(jī)存取存儲器用于保存射頻卡的唯一序號和存儲象密碼之類的機(jī)制； EEPROM電可擦除可編程只讀存儲器用于存儲被識別的相關(guān)信息，其存儲時間可長達(dá)幾十年。因此，工作頻率的大小決定著天線尺寸的大小；天線的大小又常常決定著射頻卡的大小：較高的工作頻率具有較小的射頻卡尺寸。天線用于發(fā)射和接收電磁 波；模擬電路主要是由檢波電路和調(diào)制電路組成，用于獲取直流能量并將相關(guān)信息通過調(diào)制發(fā)送出去：數(shù)字電路是射頻卡的大腦用于控制相關(guān)協(xié)議、指令及處理功能、管理內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)以及執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。 其次，當(dāng)共振使卡內(nèi)的電容有了負(fù)荷，在電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到 2V時，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓。 如果掃頻的振蕩頻率正好命中了在射頻卡里振蕩回路的諧振頻率，其振蕩回路就開始起振，并由此在振蕩器線圈的電流中產(chǎn)生一個明顯的降落。振蕩線圈的磁場當(dāng)距離增加時減弱。射頻卡（ RF）是運用 LC振蕩回路工作的。在空閑模式下凍結(jié) CPU 而 RAM 定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。 AT89 系列單片機(jī)是 ATEML 公司的 8 位 Flash 單片機(jī)。采用 PIC 的低價 OTP型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市 ；第四、 PIC 12 有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。 PIC 系列單片機(jī)的特點： 第一、 PIC 最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不 同層次的應(yīng)用要求。最簡單的顯示器可以使用 LED 發(fā)光二極管，設(shè)計簡單，易于安裝成本，低體積小，但是信息無法全部顯示。同普通的 PC機(jī)一樣可以使用 NRZ編碼（ 8位異步）。 讀寫器終端的射頻口部分完成下列任務(wù)： (1)產(chǎn)生射頻發(fā)射功率，以啟動射頻卡并為它提供能量； (2)對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，用于將 數(shù)據(jù)傳送給射頻卡； (3)接受并解調(diào)來自射頻卡的射頻信號。如上所述，讀寫器與控制器之間通信 ，執(zhí)行控制器的命令，完成數(shù)據(jù)的上傳或下載。 非接觸式與接觸式的選擇 8 接觸式卡與 一般磁卡 相比，更加安全可靠，除了存儲容量大，還可一卡多用 ， 同時可靠性比磁卡高，壽命長；讀寫機(jī)構(gòu)比磁卡讀寫機(jī)構(gòu)簡單可靠，造價更便宜，維護(hù)方便，容易推廣。 方案二：無源射頻卡系統(tǒng)。不同的用途其選取也不同，但是它們的基本原理是相同的。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為兩個部分： 射頻識別卡部分 ，射頻讀寫器部分。 射頻卡系統(tǒng)的設(shè)計要求 通常情況的射頻卡系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成，分別為射頻識別卡系統(tǒng) 、 射頻讀寫器 系統(tǒng)。 在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展日趨全球化、信息化的背景下，我國政府高度重視信息化建設(shè)，當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)己經(jīng)成為我國的第一支 柱產(chǎn)業(yè)。 國內(nèi)外射頻 讀寫器 研究動態(tài)與現(xiàn)狀 由于射頻 讀寫器 的優(yōu)點，在國外射頻識別技術(shù)己被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、軍事國防、安保門禁以及交通物流等領(lǐng)域，澳大利亞將射頻識別產(chǎn)品用于機(jī)場旅客行李管理，該技術(shù)發(fā)揮了出色的作用；歐共體宣布1997年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于射頻識別技術(shù)的防盜系統(tǒng)；瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車上安 裝了自動識別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實時的掌握火車運行情況，不僅利于管理，還大大減小發(fā)生事故的可能性； 1996年 1月韓國在漢城的 600輛公共汽車上安裝射頻識別系統(tǒng)用于電子月票，還計劃將這套系統(tǒng)推廣到鐵路及其它城市；德國漢莎航空公司試用非接觸的射頻卡作為飛機(jī)票，改變了傳統(tǒng)的機(jī)票購銷方式等。而未來智能卡的發(fā)展主要朝著下面三個特點演變：一是高度的安全性；第二個特點是要有較大的容量；第三個特點是要從現(xiàn)在單一的身份識別功能 3 擴(kuò)展到多用途功能，處理多種類型的數(shù)據(jù)。因此，射頻識別技術(shù)已在世界各地得到廣泛的應(yīng)用，以美國、日本和歐洲為首的發(fā)達(dá)國家對射頻識別技術(shù)的應(yīng)用研究已達(dá)到相當(dāng)高的水平，而我國則處于起步階段，大多采用引進(jìn)的技術(shù)成果。由此可見，研究該技術(shù)已成為當(dāng)今社會發(fā)展的必需。 Toll System 。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 基于 AT89 的射頻 讀寫器 設(shè)計 A Design of RF reader Based on AT89 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 Hardware Circuit 。 另外，射頻識別技術(shù)是一個嶄新的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅涵蓋了微波技術(shù)與電磁學(xué)理論，而且還包括通信原理及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，是一個多學(xué)科綜合的新興學(xué)科。由此可見，研究該技術(shù)已成為當(dāng)今社會發(fā)展的必需。因此總的來 說，卡產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是將逐步朝著非接觸卡、 CPU卡發(fā)展；從單一的芯片技術(shù)向磁條、芯片等多技術(shù)相結(jié)合的方向發(fā)展；從單一的應(yīng)用向多應(yīng)用方向發(fā)展；從單一的接觸、非接觸卡向兩者結(jié)合的混合卡方向發(fā)展。在歐洲、美國及日本等國正在研究各種各樣的射頻識別技術(shù)。在這樣一個有利的情形下，中國市場對 IC卡的需求量迅速上升。 本系統(tǒng)完成的主要功能是：當(dāng)射頻卡靠近讀卡器時，蜂鳴器發(fā)出響聲， 并且讀卡器上的顯示器開始顯示此射頻卡記錄的信息，電腦記錄商品的信息，并計算出商品總價值，同時將此售貨信息發(fā)往總部。其射頻卡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 11所示。下面以 射頻卡對記錄商品信息為基礎(chǔ)對 有源射頻卡系統(tǒng)和無源射頻卡系統(tǒng)進(jìn)行介紹和比較。 無源卡內(nèi)無電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電 。 非接觸式卡與傳統(tǒng)的接觸式卡相比，它在繼承了接觸式卡的優(yōu)點的同時，如大容量、高安全性等，又克服了接觸式所無法避免的缺點，如讀寫故障率高， 由于觸點外露而導(dǎo)致的污染、損傷、磨損、靜電以及插卡這個不便的讀寫過程等。讀寫器一般還連接有執(zhí)行器，如門鎖的開關(guān)，這時讀寫器還要對執(zhí)行器發(fā)出信息命令，使之動作。 發(fā)送器分支 射頻卡 接收器 在整個系統(tǒng)的射頻接口中有兩個分隔開的信號通道，分別用于射頻卡（即卡片）的兩個方向的數(shù)據(jù)流。波特率為標(biāo)準(zhǔn)的1200Bd的倍數(shù)。由于在物流系統(tǒng)中，物品信息復(fù)雜，而電腦顯示屏則可以顯示所有詳盡信息，所以應(yīng)選擇電腦顯示屏。就實際而言，不同的應(yīng)用對單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。 OTP 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的實時性是一個重要的指標(biāo)，象普通51 單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。 AT89 系列單片的核心是 8031，在軟件和硬件方面與 MCS51 系列完全兼容， AT89 系列的指令與有關(guān)定義和 MCS51 完全相同， MCS51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)編寫的程序可以直接使用。掉電模式下，保存 RAM 數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。該振蕩回路調(diào)到一個規(guī)定的諧振頻率 ?r。同時，使用的材料也決定了振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)。對 15 掃頻系統(tǒng)來說，在射頻卡的諧振頻率的位置上的降落取決于掃頻速度 (頻率變化速度 )，而不是射頻卡的運動速度，并可以調(diào)整到最佳的識別率。當(dāng)有了工作電壓， CMOS集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路就對對接收到的信號進(jìn)行解碼。典型的射頻卡電路如下圖 23所示。與近場感應(yīng)線圈天線相比，其輻射效率較高。并且在沒有供電的情況下，其數(shù)據(jù)信息不會丟失。 TIRIS提供的射頻技術(shù)產(chǎn)品包括三個組件：射頻模塊、感 應(yīng)器（射頻卡）和感應(yīng)天線。 圖 26 數(shù)據(jù)存儲格式 每個 Byte的格式如圖 27，由 1Obits組成，第一個 bit是 START bit固定為HI,最后一 個 bit是 STOP bit固定為 LOW，第 29bit實際發(fā)送的數(shù)據(jù)（最先收到的 bit為 LSB），由于是負(fù)邏輯數(shù)據(jù)需要反相處理（ LOW= HI=0）。 圖 210基站芯片的外形圖 表 211 基站芯片的引腳定義 管 腳 名稱 功能 1 TXCT 控制輸入 2 SCIO 數(shù)據(jù)輸出 3 GND 邏輯地 4 GND 電源地 5 VCC 電源 6 ANT2 天線輸出 2 7 ANT1 天線輸出 1 讀寫器的設(shè)計 射頻卡系統(tǒng)讀寫器主要由單片機(jī)、射頻模塊和外圍電路組成。 因為 89c2051 總共才有 20個引 腳 所以在實現(xiàn)復(fù)雜功能的單片機(jī)應(yīng)用中 節(jié)約針腳的使用顯得尤為重要考慮到成本問題 采用常用的 74ls164驅(qū)動 led比較實用 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。每一個時鐘信號的上升沿加到 TXD 端時，移位寄存器移一位， 8個時鐘脈沖過后， 1位二進(jìn)制數(shù)全部移入 74164 中。在單片機(jī)部有 Flash 存貯器，功耗特別低， Flash ROM 的容量從 TA89C1051的 1K 到 AT89S55 的 20K，有許多品種，選擇余地大。當(dāng)需要使用模擬比較器時， （ AINO）作為同相輸入端， (AIN1)作為反相輸入端。 27 圖 214 單片機(jī)系統(tǒng)電路圖 引腳功能分配： ：接 RFM001的 1號腳 TXCT,控制射頻模塊的工作狀態(tài)； ：接 RFM001的 2號腳 SCIO，讀取射頻模塊的輸出 NRZ信號，軟件完成解碼； ：接 AT24C16串行 EEPROM的 5號腳 SCL； ：接 AT24C16串行 EEPROM的 6號腳 SDA； RST1P3.0/R2P3.1/T3XTAL14XTAL25P3.2/106P3.3/117P3.4/T08P3.5/T19GND10VCC20P1.719P1.618P1.517P1.416P1.315P1.214P1.1/A+13P1.0/A12P3.711U189 C 20 51A01A12A23GND4VDD8VVP7SCL6SDA5U224 C 16IN1OUT2GND3GND4VDD5ANT27