非接触式智能卡技术

文章出处：http://www.singbon.com 作者：技术   人气： 发表时间：2011年09月09日

非接触IC卡技术简介

　　非接触IC卡　

　　非接触IC卡，又名感应卡， 诞生于90年代初，由于存在着磁卡和接触式IC卡不可比拟的优点，使之一经问世， 便立即引起广泛的关注， 并以惊人的速度得到推广应用。

　　非接触式IC卡由IC芯片， 感应天线组成， 并完全密封在一个标准PVC卡片中， 无外露部分。非接触式IC卡的读写过程， 通常由非接触型IC卡与读写器之间通过无线电波来完成读写操作。

　　非接触型IC卡本身是无源体， 当读写器对卡进行读写操作时， 读写器发出的信号由两部分叠加组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后， 与其本身的L/C产生谐振， 产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等， 并返回给读写器。由非接触式IC卡所形成的读写系统， 无论是硬件结构， 还是操作过程都得到了很大的简化， 同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式， 都使数据读写过程更为简单。


　　非接触式IC卡与磁卡、接触式IC卡相比较

　　磁卡由于其结构简单，存储容量小，安全保密性差，读写设备复杂且维护费用高， 作为七、八十年代技术水平的产品已风光不再，面临下岗。

　　接触式IC卡与磁卡相比， 更加安全可靠， 除了存储容量大， 还可一卡多用， 同时可靠性比磁卡高，寿命长：读写机构比磁卡读写机构简单可靠，造价便宜， 维护方便，容易推广。正由于以上优点， 使得接触式IC卡市场遍布世界各地，风靡一时。然而， 当前风头正健的接触式IC卡面临着后来者非接触式IC卡的强劲挑战。

　　非接触式IC卡与传统的接触式IC卡相比，它在继承了接触式IC卡的优点的同时，如大容量、高安全性等，又克服了接触式所无法避免的缺点，如读写故障率高， 由于触点外露而导致的污染、损伤、磨损、静电以及插卡这个不便的读写过程等。非接触式IC卡完全密封的形式及无接触的工作方式， 使之不受外界不良因素的影响， 从而使用寿命完全接近IC芯片的自然寿命， 因而卡本身的使用频率和期限以及操作的便利性都大大的高于接触式IC卡。可见， 非接触式IC卡不仅代表着卡技术发展多年的结晶， 也是象征着卡的应用又提高到一个新阶段的里程碑。

　　同时，非接触IC卡国际标准ISO14443的诞生， 将使之兼容接触式IC卡从而为非接触IC卡带来了无穷无尽的潜力。毫无疑问， 集众家之大成的非接触IC卡将在身份识别、金融、电子货币、公共交通、智能楼宇、小区物业、社会保障诸多领域独领风骚。


　　非接触式IC卡技术特点

　　非接触式IC卡技术就是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。

　　如果从射频识别技术角度出发，可以认为非接触式IC卡是一种相对特殊的射频识别标志（即应答器），其读写设备就是寻呼器；如果从IC卡技术的角度出发，也可以认为射频识别产品，是一种特殊的非接触式IC卡，其寻呼器即为读写设备。所以，非接触式IC卡应用系统的组成及工作原理同射频识别应用系统十分类似。

　　当然，将射频识别技术用于非接触式IC卡也对它产生了特殊的要求，以满足“卡”的要求，从技术上看主要有以下两点：

　　由于IC卡的尺寸限制，卡上的应答器不能有电源系统，需要由寻呼器（读写设备）通过无线方式供电；
　　由于IC卡的尺寸限制，卡上应答器的天线需要特殊设计，卡需特殊封装和制造。
　　此外，由于无接触式IC卡特殊的应用环境，卡上应答器还需具有如下特点：

操作快捷；
高抗干扰性，能“同时”操作多张卡片；
高可靠性；
可以适合于多种应用；等
　　目前，有关国际标准化组织订出部分无接触式IC卡的国际标准，如ISO/IEC 10536-1[1992，识别卡棗无接触式集成电路卡第一部分：物理特性（第一版）]。感兴趣的人士可以参阅有关资料。

　　无接触式IC卡和接触式IC卡相比具有以下特点：　　

　　无接触式通讯不存在机械触点磨损的情况，大大提高了有关应用的可靠性；
　　因为无接触式通讯，所以不必插拔卡，大大提高了每次使用的速度；
　　可以同时操作多张无接触式IC卡，提高了应用的并行性，无形中提高了系统工作速度；
　　因为无接触式通讯，卡上无机械触点，既便于卡的印刷，又提高了卡的使用可靠性，还更加美观；等等。
　　正因为如此，无接触式IC卡非常适合于以前接触式IC卡无法或较难满足要求的一些应用，如公共电汽车自动售票系统等，将IC卡的应用在广度和深度上大大推进了一步。


非接触式IC卡的应用形式


1 公路自动收费系统
　　该系统在公路收费站设有寻呼器、自动跟踪摄象机及信息综合处理系统。汽车上装有无接触式IC卡（即应答器）作为公路付费卡，付费卡中存储驾驶员信息、车辆信息、有关帐户或现金金额等。其具体的工作过程为：

　　汽车以一定速度驶入寻呼器工作区，付费卡系统接收到寻呼器的无线信号；
　　付费卡系统根据收到的信号处理通行费用（如从付费卡中减去一定数额的现金等），将反馈信息发射给寻呼器；
　　寻呼器检查接收到的反馈信息，进行判断，如果收费正常则放行，否则启动自动跟踪摄象机拍下该车牌照并将与有关信息（时间等）一起传输到信息综合处理系统，该系统再通知有关机支车辆管理部门（对该车处以罚款等）。
　　根据具体情况，付费卡可以由统一的交通管理部门发放；也可以由某一公路收费管理部门发放。付费卡针对联车辆发放，也可以针对驾驶员发放。

　　此外，因为无接触式IC卡的工作距离有限，在机动车辆上还安装有可远距离工作的应答器，收费卡再和应答器进行通讯联络。此时，付费卡也可以使用接触式IC卡，但其总的工作原理、工作过程则十分类似。该系统的工作原理见图5。与现行的大多数公路收费系统相比，该系统具有以下特点：

不停车收费加快了收费速度，提高了公路利用率；
工作安全可靠；
管理简单；
为今后的智能车辆公路管理系统打下了良好的技术基础。
目前，美、法等一些国家已经或正在酝酿使用该系统。相信该系统在我国也必将有广阔的应用前景。

　　2 公共电汽车自动售票系统

　　世界各国一直都在寻找一种能够较好地完成公共电汽车自动售票的技术系统。以前出现的一引起系统如磁卡（磁条）系统等均存在严重缺陷，最终不得不停止使用。特别在我国，由于环境条件差、人员素质低及车辆异常拥挤等情况，更使得一般在国外还较为有效的收费系统在国内根本无法使用。通常收费系统的缺点为：

　　收费速度太慢且因不能并行收费而导致上下车堵塞，这不仅使公共电汽车公司因减少运营次数而蒙爱不必要的损失，更使乘客怨声载道：
频繁的机械接触使车上读写设备非常易于损坏，造成维护费用过高、维护过于频繁从而大大影响正常运营；
　　因为车辆晃动剧烈，经常造成收费误操作，甚至损坏收费卡或收费设备；
　　车辆内部环境较差，导致收费卡及收费设备经常不能可靠工作；等。
无接触式IC卡收费系统则可以很好地解决以上问题，不仅可使公共汽车公司完善管理、提高效益，还可以大大方便乘客。


Legic非接触性智能卡及芯片技术参数

1.非接触性智能卡技术参数

1.1.尺寸：54mmX86mmX0.81mm
1.2.容量：22byte
256byte
1kbyte
8kbyte
1.3.读写时间：读操作5ms/byte 读操作2.5ms/byte
写操作20ms/byte 写操作5ms/byte
1.4.材料：PVC工程材料
1.5.寿命：写操作10万次，读操作无穷次
读写操作一次后数据保存10年
1.6.环境：工作温度-20°c----70°c
储存温度-30°c----80°c

2.非接触性智能卡内部分区

非接触性智能卡内部分为两部分：系统区（CDF）用户区（ADF）
系统区：由卡片制造商和系统开发商及发卡机构使用。
用户区：用于存放持卡人的有关数据信息。

2.1.系统区结构：
系统区共含有9个字节，其分布见表一：

Byte　No　　　　　Addr　　　　　Bit　　　　　Abbreviation

1　　　　　　　　　0　　　　　0---7　　　　　MCD

2---4　　　　　　1.2.3　　　　0---23　　　　 MSN

5　　　　　　　　　4　　　　　0---7　　　　　MCC

6---7　　　　　　5,6　　　　　0---15　　　　　DCF

8　　　　　　　　 7　　　　　0---6　　　　　WRC/WRP

8　　　　　　　　 7　　　　　　7　　　　　　 RD

9　　　　　　　　 8　　　　　0---7　　　　　SSC


说明：
（1）MCD Manufacture Code. 1个字节，存放值00H---FFH，通常于专利持有人的编号。出厂时已定，无法更改。
（2）MSN Manufacture Serial No. 3个字节
有效值:224 =16,777,215(对于每一个MCD),出厂时已定,无法更换。
（3）MCC Manufacture check character 1个字节


MCD

MSN

MSN

MSN

MCC



（4）DCF Decremental field 两个字节，只能递减，用于专利授权
(5)WRP Write protect Byte8 Bit0---3
Wrc Write Conelifion Byte8 Bit4---6
WRP用于保护那些用户区不可以重复写操作
WRC用于密码区

SSC

ADF1

ADF2



注意：只能写一次，不可更改
(6)RD Read Disable Byte8 Bit7
RD=0 任何WRU都可以读
RD=1 只有经过授权的WRC，由WRC决定的密码区内容与
CHIPS密码相对应才可解
(7)SSC System Supplier Code 1个字节
专利号区 00H---FFH


非接触型智能卡读写器技术性能

　

LEGIC 非接触型智能卡读写器具备下列技术指标：
(1) EEPROM可读写存储器
(2) 512K可扩展断电保护存储器
(3) LCD强光可见液晶中文显示
(4) 键盘查询
(5) RS/232,485通讯接口
(6) 8个I/O出入口
(7) 感应电线频率13.56MHZ
(8) 感应读写距离10cm---70cm
(9) 天线
(10) 放大器距离可增至20m




非接触性智能卡的安全策略及信息安全技术

　

智能卡是存储重要信息的媒体。智能卡所提供的安全性技术必须是保证信息的安全。那么，信息的安全性究竟包含那些方面？
一般讲，信息的安全性至少应具有以下几点：
* 机密性： 防止未经授权的信息获取
* 完整性： 防止未经授权的信息更改（删除、增加）
* 可获取性： 防止未经授权的信息截流（在信息流通过程中的非法截取）

实际上，非接触IC卡的安全技术就是主要依据以上几点提出和实施的。
1. 由于卡与读写器之间是无线频率方式，但它是采用的变数方式，即每次通讯过程有一个随机的变量函数，因而外界想通过无线电接收器来分析系统的参数将是极其困难的。

2. 卡和读写器都必须经过严格的授权以后，方可使用。任何非法用户想获取卡中的信息都是不可能的。

3. 由于每张卡都有一个32位的独立卡号，这一卡号是在芯片的加工过程中形成的，是唯一不变的，且卡中系统区具有加密算法校验。因此，伪造卡也是不可能的。

4. 卡中的用户区可按用户要求，设置成若干个小区，每个小区都可分别设置密码。



几种感应式智能卡简介

　　　

在智能卡家族中，感应式智能卡因其具有高容量、高可靠性（避免了因机械触点受外物污染的影响）和安全防伪、操作简单、寿命长（读写次数高达10万次以上）的特点，在各种智能卡应用项目中得到越来越多的重视，加上价格的稳步下降使得感应式智能卡正逐步取代接触式智能卡的地位，从而成为智能卡应用中的主流，广泛应用于城市公共交通、高速公路自动收费、智能大厦、各种公共收费、智能小区物业管理、考勤门禁管理、校园和厂区一卡通以及会议签到等系统中。

目前，世界上公认的比较成功、应用比较广泛的感应式智能卡有很多中，其中我国公众比较熟悉的主要有以下几种：

1、菲利普Mifare非接触式IC卡（占世界范围同类智能卡销量的60%以上，有MifareRight、MifareI和MifareROF三种型号）：

工作频率：13.56MHZ
数据保存期：10年
操作时间：96ms
读写距离：2.5-10cm
存储容量：8Kbit
尺寸：85.6x54x0.76mm
存储器类型：EEPROM
操作环境温度：－20℃-50℃
多重应用区：16个分区
保存环境温度：－20℃-50℃
厂商序列号：32bit，唯一
相对湿度：90%
写卡次数：10万次以上
材料：PVC2、

美国Atmel公司的Temic5550、5560射频卡55505560

存储器容量：264bits320bits
读写特性：可读可写可加密可读可写可加密
工作载波：125khz125khz
编码方式：BIN,FSK,PSKManchesterManchesterBI-PHASE
波特率：1\8\16\32\40\50\601\32\64
调制方式：AMAM 写卡时间\块：<=16ms<=16ms
划分快数：810
读写距离：>3-10cm>3-10cm3、
TimeCOS CPU：8位保密
处理器ROM：8K字节 RAM：256K字节
EEPROM：1K2K4K8K16K字节
时钟频率：3.57MHz4.91MHz
擦写寿命：大于100.000次
擦写时间：1/2/4/8/16字节，擦除并写入时间分别为5.28/5.31/5.38/5.52/5.8毫秒
数据保存时间：10年
工作电压：5伏
工作电流：小于10毫安
休眠模式：当TimeCOS等待接收命令时处于状态休眠，最大电流200微安
温度：－25℃-70℃
通讯协议：T=0或T=1
通讯速度：使用3.57MHz时9600位/秒，或38400位/秒4.91Mhz时9600位/秒，或76800位/秒

此外，瑞士的Legic卡和以色列的奥迪安等均为较早进入我国市场、应用比较广泛的知名品牌。