【正文】 牌 TOKEN BA 后，讀寫器對令牌 TOKEN BA 中的 RB 解密；檢驗由 D環(huán) 中接收到的 TOKEN BA中的 RA與第一次 B環(huán)中讀寫器發(fā)出去的 RA是否一致。 如果上述的每一個步驟都能正確通過驗證，則認為整個認證過程成功。此時讀寫器將可以對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區(qū)進行下一步的操作。如果有其中 一步未通過驗證，則整個認證過程失敗，必須從新開始。整個認證過程如圖 23 所示。 Ｍ Ｉ Ｆ Ａ Ｒ Ｅ １射 頻 卡讀 卡 器( A ) R B( B ) T O K E N A B( D ) T O K E N B A( C )( E ) 圖 23 三次認證的令牌原理框圖 MIFARE1 IC S50 卡概述 在本課題研究的門禁系統(tǒng)中使用的是 Mifare1 S50 IC 卡， MF1 卡是符合 ISO/IEC 14443A 的非接觸式智能卡。其通訊層 (MIFARE RF 接口 )符合 ISO/IEC 14443A 標準的第 2和第 3 部分 [9]。 MF1 卡的主要特性： 1． MIFARE RF 接口 (ISO/IEC 14443 A) 非接觸數(shù)據(jù)傳輸并提供能源 (不需電池 )； 工作距離：可達 100mm (取決于天線尺寸結(jié)構(gòu) )； 工作頻率： MHz； 快速數(shù)據(jù)傳輸： 106 kbit/s； 高度數(shù)據(jù)完整性保護： 16 Bit CRC，奇偶校驗，位編碼，位計數(shù)； 真正的防沖突。 2． EEPROM 目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 8 1 Kbyte，分為 16 個區(qū)，每區(qū) 4 個塊，每塊 16 字節(jié)； 用戶可定義內(nèi)存塊的讀寫條件； 數(shù)據(jù)耐久性 10 年； 寫入耐久性 100000 次。 3．安全性 相互三輪認證 (ISO/IEC DIS97982)； 帶重現(xiàn)攻擊保護的射頻通道數(shù) 據(jù)加密； 每區(qū)兩個密鑰，支持密鑰分級的多應(yīng)用場合； 每張卡一個唯一序列號。 MF1 卡的存儲結(jié)構(gòu) Mifare1 卡片的存儲容量為 1K8 位字長，采用 2E PROM 作為存儲介質(zhì)，分為 16 個扇區(qū) (Sector),編號為 0~15。一個扇區(qū)對應(yīng) 4 個塊 (Block),即塊 0、塊 塊 2 與塊 3，一個塊存儲 16 字節(jié)的內(nèi)容?？ㄆ拇鎯卧偣灿?64 個塊，分別編號為 0~63。 在 Mifare1 的 64 個塊中， Sector0 的 Block0 用于存儲該張智能卡的序列號(SerialNumber)和生產(chǎn)廠商的標志信息，這部分內(nèi)容是在智能卡出廠時就被固化好了的，因此該塊是只讀的。每個數(shù)據(jù)塊和尾塊的讀寫條件均由 3 個 bit 定義，并以非取反和取反形式保存在各個區(qū)的尾塊中。讀寫控制位管理著使用密鑰 A 或密鑰 B 讀寫存儲器的權(quán)限。如果知道相關(guān)的密鑰，并且當前讀寫條件允許，讀寫條件是可以更改的。 在本設(shè)計中采用了卡中的 15 扇區(qū)的 Block60、 Block61 與 Block62 三個數(shù)據(jù)塊，在軟件設(shè)計的時候只需要進行一次密碼驗證，采用 KEYA 密碼驗證方式，當 IC 卡順利通過驗證后就可以讀取這三個 塊的單元內(nèi)容， MF1 卡的存儲結(jié)構(gòu)如表 21 所示 [10]。 表 21 Mifare1 卡片的存儲結(jié)構(gòu) 扇區(qū) 塊 內(nèi)容 類型 編號 扇區(qū) 0 塊 0 卡片序列號及生產(chǎn)廠商信息 數(shù)據(jù)塊 0 塊 1 DATA 數(shù)據(jù)塊 1 塊 2 DATA 數(shù)據(jù)塊 2 塊 3 密碼 A 存取控制 密碼 B 控制塊 3 塊 0 DATA 數(shù)據(jù)塊 4 塊 1 DATA 數(shù)據(jù)塊 5 目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 9 扇區(qū) 1 塊 2 DATA 數(shù)據(jù)塊 6 塊 3 密碼 A 存取控制 密碼 B 控制塊 7 扇區(qū) 15 塊 0 DATA 數(shù)據(jù)塊 60 塊 1 DATA 數(shù)據(jù)塊 61 塊 2 DATA 數(shù)據(jù)塊 62 塊 3 密碼 A 存取控制 密碼 B 控制塊 63 MF1 卡的功能結(jié)構(gòu)及工作原理 Mifare1 卡電路系統(tǒng)主要包括數(shù)字邏輯電路與射頻接口電路。射頻接口電路包括電源產(chǎn)生、調(diào)制與解調(diào)電路，原理見圖 24 所示。電源產(chǎn)生電路包括整流穩(wěn)壓電路與保護電路 。解調(diào)電路的兩個功能模塊分別是檢波電路和比較電路 。數(shù)字邏輯電路主要包括 ATR (Answer to request)模塊、 Anticollision 模塊、 Select Application 模塊及 Authenticationamp。Access Control模塊。 讀寫器向 M1 卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個 LC 串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下， LC 諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾姾杀?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當所積累的電荷達到 2V 時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，進而將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。 整流電路穩(wěn)壓電路保 護 電 路上 電 復(fù) 位 電 路檢 波 電 路 比 較 電 路調(diào) 制 電 路 數(shù)字邏輯電路V D DG N DV D DG N DV D DG N DV D DV D D1 3 . 5 6 M H zG N D圖 24 Mifare1 卡工作電路原理圖 目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 10 非接觸式 IC 卡的國際標準 ISO/IEC 技術(shù)標準規(guī)定了 IC 卡的技術(shù)特性、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)規(guī)范等，是國際標準化組織 (ISO)/國際電工委員會 (IEC)針對于 IC 卡制定的專業(yè)技術(shù)標準 [11]，主要組成見圖 25 所示。 I S O / I E C 技 術(shù) 標 準I S O / I E C 1 8 0 0 0 空 中 接 口 參 數(shù)I S O / I E C 1 0 5 3 6 密 耦 合 非 接 觸 集 成 電 路 卡I S O / I E C 1 5 6 9 3 疏 耦 合 非 接 觸 集 成 電 路 卡I S O / I E C 1 4 4 4 3 近 耦 合 非 接 觸 集 成 電 路 卡 圖 25 ISO/IEC 技術(shù)標準 本課題涉及到的是 ISO/IEC 14443A 標準，所以下面著重介紹一下這個標準。國際標準ISO 14443 以識別卡 ——近耦合集成電路卡說 明了非接觸的近耦合 IC 卡的作用原理和工作參數(shù)。該非接觸 IC 卡的作用距離大約為 5~10cm，應(yīng)用比較廣泛。 這項標準主要包括四個部分：物理特性；射頻接口；初始化和反碰撞；傳輸協(xié)議。由于在這項標準的發(fā)展中沒有得出一個統(tǒng)一的標準，所以把讀寫器和近耦合 IC 卡之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N完全不同的方法寫入了 ISO 14443 標準之中： A 型或 B 型。一張 IC 卡只需兩種通信方法之一來支持。然而，一個符合標準的讀寫器必須能夠以任一方法進行通信，以便支持所有的 IC 卡。這就要求讀寫器在 “閑置 ”狀態(tài)時能在兩種通信方法之間周期地轉(zhuǎn)換 。然而，在讀寫器和 IC 卡之間存在著通信關(guān)系的過程中，不允許在兩種方法之間進行轉(zhuǎn)換。 門禁控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及工作流程 門禁控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 門禁控制系統(tǒng)一般由三個層次的設(shè)備構(gòu)成。底層是直接與人打交道的設(shè)備，包括身份識別裝置 (卡片及讀卡機、生物識別設(shè)備、密碼鍵盤等 )、電子門鎖、出口按鈕、報警傳感器和報警喇叭等?？刂破饔脕斫邮盏讓釉O(shè)備發(fā)送來的有關(guān)人員的信息，同自己存儲的信息相比較，判斷后發(fā)出處理信號。當系統(tǒng)較大時，將多個由控制器、底層設(shè)備構(gòu)筑的小系統(tǒng)通過通信總線與中央控制計算機相聯(lián)，組成一個大的門禁系 統(tǒng)。 目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 11 門禁控制系統(tǒng)還會在門框上部安裝門磁開關(guān)來檢測門的開關(guān)狀態(tài)，在門內(nèi)還可安裝出門控制按鈕等。在門禁控制系統(tǒng)中通常安裝有報警裝置，當檢測到有未經(jīng)允許的出入、門被強行打開或保持開門狀態(tài)時間過長等情況時將產(chǎn)生報警信號。如圖 26 所示給出了門禁控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成。 計 算 機控 制 器輸 出 設(shè) 備身份識別器出入口按鈕電子門鎖報警傳感器報警喇叭控 制 器身份識別器出入口按鈕電子門鎖報警傳感器報警喇叭控 制 器身份識別器出入口按鈕電子門鎖報警傳感器報警喇叭 圖 26 門禁控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 門禁系統(tǒng)的工作流程 門禁系統(tǒng)的工作流程為：高級管理員首先在管理軟件中設(shè)置通道、人員等基本信息；管理員給每一位員工發(fā)卡，并授權(quán)每個人在哪些門道、 哪些時段可以進出；進門時，持卡人用非接觸式 IC 卡在門禁機讀卡區(qū)前晃動一下，門禁機確認身份后，打開電鎖開門，人員進入后門關(guān)閉；出門時，持卡人刷卡或按出門按鈕，門打開，人員出去后門關(guān)閉。 1．入口處工作流程 持卡人在門外讀寫器處刷卡，讀寫器判別射頻卡片是否合法。若為合法卡，則讀寫器發(fā)出長鳴聲，門自動開鎖或按鈕有效，當開啟時間達到某個設(shè)定值時，門自動上鎖，從而完成一次入口操作；若為非法卡，則讀寫器發(fā)出急促短鳴聲，門不開或按鈕無效，報警設(shè)備開始發(fā)出報警信號。 2．出口處工作流程 當持卡人需要離開時， 如果安裝的是單向門禁系統(tǒng)，則持卡人可以直接按下安裝于門內(nèi)的開門按鈕，此時門鎖打開，人員離開，門自動上鎖。如果安裝的是雙向門禁系統(tǒng)，持卡人可在門內(nèi)讀寫器處刷卡，讀寫器判別射頻卡是否合法。若為合法卡，則讀寫器發(fā)出長鳴聲則讀寫器發(fā)出長鳴聲，門自動開鎖或按鈕有效，當開啟時間達到某個設(shè)定值時，門將目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 12 自動上鎖，從而完成一次出口操作；若為非法卡，則讀寫器發(fā)出急促短鳴聲，門不開或按鈕無效，報警設(shè)備開始發(fā)出報警信號，如圖 27 所示。 持 卡 人 外 出雙 向 門 禁 ？持 卡 人 刷 卡是 否 為 合 法 卡 ？門 開 啟開 啟 是 否 到 時 ？門 自 動 上 鎖結(jié) 束按 鈕 開 門人 員 離 開YNNNYYY 圖 27 出口處工作流程 本章小結(jié) 本章首先介紹了射頻識別系統(tǒng)相關(guān)的電磁理論知識，其中包括天線場的區(qū)域劃分 (無功近場區(qū)、輻射近場區(qū)、輻射遠場區(qū) )和能量耦合的分類 (密耦合、遙耦合、遠距離 )，并簡要介紹了各自的概念，了解電磁傳播規(guī)律有助于更好地理解和應(yīng)用射頻識別系統(tǒng)。 射頻識別系統(tǒng)中讀寫器和電子標簽之間的數(shù)據(jù)交換方式被劃分為負載調(diào)制反向散射調(diào)制。為保證 MIFARE1 卡數(shù)據(jù)通信中的安全性和可靠性， MIFARE1 卡和讀卡器之間的通信使用三次認證令牌機制。 Mifare1 卡的存儲區(qū)可以分為 16 個扇區(qū) (64 個塊 )，每個扇區(qū)都有相應(yīng)的密碼 和存取控制位，在進行操作前要進行密碼驗證。國際標準 ISO 14443 以識別卡 ——近耦合集成電路卡說明了非接觸的近耦合 IC 卡的作用原理和工作參數(shù)。該非接觸 IC 卡的作用距離大約為5~10cm，應(yīng)用比較廣泛。 門禁控制系統(tǒng)一般由 PC 管理機、身份識別器、報警裝置、電子門鎖、出入口按鈕以目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 13 及門禁控制器等部分構(gòu)成。本章最后從入口處工作流程與出口處工作流程兩方面闡述了門禁系統(tǒng)的運作過程。 目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 14 第 3 章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體分析 系統(tǒng)設(shè)計要求 門禁控制系統(tǒng)不僅包括卡和讀寫模塊的選擇，還涉及到讀寫模塊的控制、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的處理與存儲；不僅需 要有硬件應(yīng)用的知識、也必須具有軟件方面的能力。門禁系統(tǒng)既要處于技術(shù)的尖端，具有智能性、高可靠性、實時性，又要符合實際需