非接觸式智能卡技術

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：技術   人氣： 發表時間：2011年09月09日

非接觸IC卡技術簡介

　　非接觸IC卡　

　　非接觸IC卡，又名感應卡， 誕生于90年代初，由于存在著磁卡和接觸式IC卡不可比擬的優點，使之一經問世， 便立即引起廣泛的關注， 并以驚人的速度得到推廣應用。

　　非接觸式IC卡由IC芯片， 感應天線組成， 并完全密封在一個標準PVC卡片中， 無外露部分。非接觸式IC卡的讀寫過程， 通常由非接觸型IC卡與讀寫器之間通過無線電波來完成讀寫操作。

　　非接觸型IC卡本身是無源體， 當讀寫器對卡進行讀寫操作時， 讀寫器發出的信號由兩部分疊加組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后， 與其本身的L/C產生諧振， 產生一個瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是結合數據信號，指揮芯片完成數據、修改、存儲等， 并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統， 無論是硬件結構， 還是操作過程都得到了很大的簡化， 同時借助于先進的管理軟件，可脫機的操作方式， 都使數據讀寫過程更為簡單。


　　非接觸式IC卡與磁卡、接觸式IC卡相比較

　　磁卡由于其結構簡單，存儲容量小，安全保密性差，讀寫設備復雜且維護費用高， 作為七、八十年代技術水平的產品已風光不再，面臨下崗。

　　接觸式IC卡與磁卡相比， 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：讀寫機構比磁卡讀寫機構簡單可靠，造價便宜， 維護方便，容易推廣。正由于以上優點， 使得接觸式IC卡市場遍布世界各地，風靡一時。然而， 當前風頭正健的接觸式IC卡面臨著后來者非接觸式IC卡的強勁挑戰。

　　非接觸式IC卡與傳統的接觸式IC卡相比，它在繼承了接觸式IC卡的優點的同時，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， 由于觸點外露而導致的污染、損傷、磨損、靜電以及插卡這個不便的讀寫過程等。非接觸式IC卡完全密封的形式及無接觸的工作方式， 使之不受外界不良因素的影響， 從而使用壽命完全接近IC芯片的自然壽命， 因而卡本身的使用頻率和期限以及操作的便利性都大大的高于接觸式IC卡?？梢姡?非接觸式IC卡不僅代表著卡技術發展多年的結晶， 也是象征著卡的應用又提高到一個新階段的里程碑。

　　同時，非接觸IC卡國際標準ISO14443的誕生， 將使之兼容接觸式IC卡從而為非接觸IC卡帶來了無窮無盡的潛力。毫無疑問， 集眾家之大成的非接觸IC卡將在身份識別、金融、電子貨幣、公共交通、智能樓宇、小區物業、社會保障諸多領域獨領風騷。


　　非接觸式IC卡技術特點

　　非接觸式IC卡技術就是射頻識別技術和IC卡技術相結合的產物。

　　如果從射頻識別技術角度出發，可以認為非接觸式IC卡是一種相對特殊的射頻識別標志（即應答器），其讀寫設備就是尋呼器；如果從IC卡技術的角度出發，也可以認為射頻識別產品，是一種特殊的非接觸式IC卡，其尋呼器即為讀寫設備。所以，非接觸式IC卡應用系統的組成及工作原理同射頻識別應用系統十分類似。

　　當然，將射頻識別技術用于非接觸式IC卡也對它產生了特殊的要求，以滿足“卡”的要求，從技術上看主要有以下兩點：

　　由于IC卡的尺寸限制，卡上的應答器不能有電源系統，需要由尋呼器（讀寫設備）通過無線方式供電；
　　由于IC卡的尺寸限制，卡上應答器的天線需要特殊設計，卡需特殊封裝和制造。
　　此外，由于無接觸式IC卡特殊的應用環境，卡上應答器還需具有如下特點：

操作快捷；
高抗干擾性，能“同時”操作多張卡片；
高可靠性；
可以適合于多種應用；等
　　目前，有關國際標準化組織訂出部分無接觸式IC卡的國際標準，如ISO/IEC 10536-1[1992，識別卡棗無接觸式集成電路卡第一部分：物理特性（第一版）]。感興趣的人士可以參閱有關資料。

　　無接觸式IC卡和接觸式IC卡相比具有以下特點：　　

　　無接觸式通訊不存在機械觸點磨損的情況，大大提高了有關應用的可靠性；
　　因為無接觸式通訊，所以不必插拔卡，大大提高了每次使用的速度；
　　可以同時操作多張無接觸式IC卡，提高了應用的并行性，無形中提高了系統工作速度；
　　因為無接觸式通訊，卡上無機械觸點，既便于卡的印刷，又提高了卡的使用可靠性，還更加美觀；等等。
　　正因為如此，無接觸式IC卡非常適合于以前接觸式IC卡無法或較難滿足要求的一些應用，如公共電汽車自動售票系統等，將IC卡的應用在廣度和深度上大大推進了一步。


非接觸式IC卡的應用形式


1 公路自動收費系統
　　該系統在公路收費站設有尋呼器、自動跟蹤攝象機及信息綜合處理系統。汽車上裝有無接觸式IC卡（即應答器）作為公路付費卡，付費卡中存儲駕駛員信息、車輛信息、有關帳戶或現金金額等。其具體的工作過程為：

　　汽車以一定速度駛入尋呼器工作區，付費卡系統接收到尋呼器的無線信號；
　　付費卡系統根據收到的信號處理通行費用（如從付費卡中減去一定數額的現金等），將反饋信息發射給尋呼器；
　　尋呼器檢查接收到的反饋信息，進行判斷，如果收費正常則放行，否則啟動自動跟蹤攝象機拍下該車牌照并將與有關信息（時間等）一起傳輸到信息綜合處理系統，該系統再通知有關機支車輛管理部門（對該車處以罰款等）。
　　根據具體情況，付費卡可以由統一的交通管理部門發放；也可以由某一公路收費管理部門發放。付費卡針對聯車輛發放，也可以針對駕駛員發放。

　　此外，因為無接觸式IC卡的工作距離有限，在機動車輛上還安裝有可遠距離工作的應答器，收費卡再和應答器進行通訊聯絡。此時，付費卡也可以使用接觸式IC卡，但其總的工作原理、工作過程則十分類似。該系統的工作原理見圖5。與現行的大多數公路收費系統相比，該系統具有以下特點：

不停車收費加快了收費速度，提高了公路利用率；
工作安全可靠；
管理簡單；
為今后的智能車輛公路管理系統打下了良好的技術基礎。
目前，美、法等一些國家已經或正在醞釀使用該系統。相信該系統在我國也必將有廣闊的應用前景。

　　2 公共電汽車自動售票系統

　　世界各國一直都在尋找一種能夠較好地完成公共電汽車自動售票的技術系統。以前出現的一引起系統如磁卡（磁條）系統等均存在嚴重缺陷，最終不得不停止使用。特別在我國，由于環境條件差、人員素質低及車輛異常擁擠等情況，更使得一般在國外還較為有效的收費系統在國內根本無法使用。通常收費系統的缺點為：

　　收費速度太慢且因不能并行收費而導致上下車堵塞，這不僅使公共電汽車公司因減少運營次數而蒙愛不必要的損失，更使乘客怨聲載道：
頻繁的機械接觸使車上讀寫設備非常易于損壞，造成維護費用過高、維護過于頻繁從而大大影響正常運營；
　　因為車輛晃動劇烈，經常造成收費誤操作，甚至損壞收費卡或收費設備；
　　車輛內部環境較差，導致收費卡及收費設備經常不能可靠工作；等。
無接觸式IC卡收費系統則可以很好地解決以上問題，不僅可使公共汽車公司完善管理、提高效益，還可以大大方便乘客。


Legic非接觸性智能卡及芯片技術參數

1.非接觸性智能卡技術參數

1.1.尺寸：54mmX86mmX0.81mm
1.2.容量：22byte
256byte
1kbyte
8kbyte
1.3.讀寫時間：讀操作5ms/byte 讀操作2.5ms/byte
寫操作20ms/byte 寫操作5ms/byte
1.4.材料：PVC工程材料
1.5.壽命：寫操作10萬次，讀操作無窮次
讀寫操作一次后數據保存10年
1.6.環境：工作溫度-20°c----70°c
儲存溫度-30°c----80°c

2.非接觸性智能卡內部分區

非接觸性智能卡內部分為兩部分：系統區（CDF）用戶區（ADF）
系統區：由卡片制造商和系統開發商及發卡機構使用。
用戶區：用于存放持卡人的有關數據信息。

2.1.系統區結構：
系統區共含有9個字節，其分布見表一：

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


說明：
（1）MCD Manufacture Code. 1個字節，存放值00H---FFH，通常于專利持有人的編號。出廠時已定，無法更改。
（2）MSN Manufacture Serial No. 3個字節
有效值:224 =16,777,215(對于每一個MCD),出廠時已定,無法更換。
（3）MCC Manufacture check character 1個字節


MCD

MSN

MSN

MSN

MCC



（4）DCF Decremental field 兩個字節，只能遞減，用于專利授權
(5)WRP Write protect Byte8 Bit0---3
Wrc Write Conelifion Byte8 Bit4---6
WRP用于保護那些用戶區不可以重復寫操作
WRC用于密碼區

SSC

ADF1

ADF2



注意：只能寫一次，不可更改
(6)RD Read Disable Byte8 Bit7
RD=0 任何WRU都可以讀
RD=1 只有經過授權的WRC，由WRC決定的密碼區內容與
CHIPS密碼相對應才可解
(7)SSC System Supplier Code 1個字節
專利號區 00H---FFH


非接觸型智能卡讀寫器技術性能

　

LEGIC 非接觸型智能卡讀寫器具備下列技術指標：
(1) EEPROM可讀寫存儲器
(2) 512K可擴展斷電保護存儲器
(3) LCD強光可見液晶中文顯示
(4) 鍵盤查詢
(5) RS/232,485通訊接口
(6) 8個I/O出入口
(7) 感應電線頻率13.56MHZ
(8) 感應讀寫距離10cm---70cm
(9) 天線
(10) 放大器距離可增至20m




非接觸性智能卡的安全策略及信息安全技術

　

智能卡是存儲重要信息的媒體。智能卡所提供的安全性技術必須是保證信息的安全。那么，信息的安全性究竟包含那些方面？
一般講，信息的安全性至少應具有以下幾點：
* 機密性： 防止未經授權的信息獲取
* 完整性： 防止未經授權的信息更改（刪除、增加）
* 可獲取性： 防止未經授權的信息截流（在信息流通過程中的非法截取）

實際上，非接觸IC卡的安全技術就是主要依據以上幾點提出和實施的。
1. 由于卡與讀寫器之間是無線頻率方式，但它是采用的變數方式，即每次通訊過程有一個隨機的變量函數，因而外界想通過無線電接收器來分析系統的參數將是極其困難的。

2. 卡和讀寫器都必須經過嚴格的授權以后，方可使用。任何非法用戶想獲取卡中的信息都是不可能的。

3. 由于每張卡都有一個32位的獨立卡號，這一卡號是在芯片的加工過程中形成的，是唯一不變的，且卡中系統區具有加密算法校驗。因此，偽造卡也是不可能的。

4. 卡中的用戶區可按用戶要求，設置成若干個小區，每個小區都可分別設置密碼。



幾種感應式智能卡簡介

　　　

在智能卡家族中，感應式智能卡因其具有高容量、高可靠性（避免了因機械觸點受外物污染的影響）和安全防偽、操作簡單、壽命長（讀寫次數高達10萬次以上）的特點，在各種智能卡應用項目中得到越來越多的重視，加上價格的穩步下降使得感應式智能卡正逐步取代接觸式智能卡的地位，從而成為智能卡應用中的主流，廣泛應用于城市公共交通、高速公路自動收費、智能大廈、各種公共收費、智能小區物業管理、考勤門禁管理、校園和廠區一卡通以及會議簽到等系統中。

目前，世界上公認的比較成功、應用比較廣泛的感應式智能卡有很多中，其中我國公眾比較熟悉的主要有以下幾種：

1、菲利普Mifare非接觸式IC卡（占世界范圍同類智能卡銷量的60%以上，有MifareRight、MifareI和MifareROF三種型號）：

工作頻率：13.56MHZ
數據保存期：10年
操作時間：96ms
讀寫距離：2.5-10cm
存儲容量：8Kbit
尺寸：85.6x54x0.76mm
存儲器類型：EEPROM
操作環境溫度：－20℃-50℃
多重應用區：16個分區
保存環境溫度：－20℃-50℃
廠商序列號：32bit，唯一
相對濕度：90%
寫卡次數：10萬次以上
材料：PVC2、

美國Atmel公司的Temic5550、5560射頻卡55505560

存儲器容量：264bits320bits
讀寫特性：可讀可寫可加密可讀可寫可加密
工作載波：125khz125khz
編碼方式：BIN,FSK,PSKManchesterManchesterBI-PHASE
波特率：1\8\16\32\40\50\601\32\64
調制方式：AMAM 寫卡時間\塊：<=16ms<=16ms
劃分快數：810
讀寫距離：>3-10cm>3-10cm3、
TimeCOS CPU：8位保密
處理器ROM：8K字節 RAM：256K字節
EEPROM：1K2K4K8K16K字節
時鐘頻率：3.57MHz4.91MHz
擦寫壽命：大于100.000次
擦寫時間：1/2/4/8/16字節，擦除并寫入時間分別為5.28/5.31/5.38/5.52/5.8毫秒
數據保存時間：10年
工作電壓：5伏
工作電流：小于10毫安
休眠模式：當TimeCOS等待接收命令時處于狀態休眠，最大電流200微安
溫度：－25℃-70℃
通訊協議：T=0或T=1
通訊速度：使用3.57MHz時9600位/秒，或38400位/秒4.91Mhz時9600位/秒，或76800位/秒

此外，瑞士的Legic卡和以色列的奧迪安等均為較早進入我國市場、應用比較廣泛的知名品牌。