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新 聞 中 心
 

非接觸IC卡介紹

發布者:AG8亚游智能科技 發布時間:2009-12-19 閱讀:2532
一種新型的智能卡,功能與接觸ID卡、IC卡一樣,隻是它無需電源,由接收天線從讀卡器磁場感應取電,並工作運算數據,反饋到讀卡器。
  非接觸式卡,誕生於90年代初,是世界上最近幾年發展起來的一項新技術,它成功地將射頻識技術和IC卡技術結合起來,解決了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題,是電子器件領域 的一大突破。由於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, 並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, 並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, 通常由非接觸式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,該信號由卡接收後, 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, 並返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫係統,無論是硬件結構, 還是操作過程都得到了很大的簡化, 同時借助於先進的管理軟件,可脫機的操作方式, 都使數據讀寫過程更為簡單。
  與接觸式 IC卡相比較,非接觸式卡具有以下優點:
  1.可靠性高:非接觸式IC卡與讀寫器之間無機械接觸,避免了由於接觸讀寫而產生的各種故障。 例如:由於粗暴插卡、非卡外物插入、灰塵或油汙導致接觸不良等原因造成的故障。此外,非接觸式卡表麵無裸露的芯片,無須擔心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞 等問題,既便於卡片的印刷,又提高了卡片的使用可靠性。
  2.操作方便,快速:由於非接觸通訊,讀寫器在10cm範圍內就可以對卡片操作,所以不必 插撥卡,非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時沒有方向性,卡片可以任意方向掠過讀寫?鞅礱?,即可完成操作,這大大提高了每次使用的速度。
  3.防衝突:非接觸式卡中有快速防衝突機製,能防止卡片之間出現數據幹擾,因此,讀寫 器可 以“同時”處理多張非接觸式IC卡。這提高了應用的並行性,無形中提高了係統工 作速度。
  4.可以適合於多種應用:非接觸式卡的存儲結構特點使它一卡多用,能應用於不同的係統 ,用戶可根據不同 的應用設定不同的密碼和訪問條件。
  5.加密性能好:非接觸式卡的序列號是唯一的,製造廠家在產品出廠前已將此序列號固化,不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗證機製,即讀寫器驗證IC卡的合法性,時IC卡也驗證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器進行三次相互認證,而且在通訊過程中所有的數據都加密。此外,卡中各個扇區都有自己的操作密碼和訪問條件?S捎詵牆喲ナ絀C卡具有以上無可比擬的優點,所以它很適宜應用於電子錢包,公路自動收 費係統和公共汽車自動售票係統等。
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  二、Ml係統參數 Ml非接觸式符合MIFAREI國際標準,容量為8K位,數據保存期為10年,可改寫10萬次,讀無 限次。Ml卡不帶電源,自帶天線,內含加密控製邏輯電路和通訊邏輯電路,卡與讀寫器之間的通訊采用國際通用的DES和RES保密交叉算法,具有極高的保密性能。
  工作頻率:13.56HMZ *通信速率:106HB波特率
  防衝突:同一時間可處理多張卡略讀寫距離:在100MM內(與天線形狀有關)能方便、快速 地傳遞數據 *半雙工通訊方式 *在無線通訊過程中通過以下機製來保證數據完整
  防衝突機製 ·每塊有16位 CRC糾錯·每字節有奇偶校驗位 ·檢查位數
  用編碼方式來區分“l”、“0”或無信息·信道監測(通過協議順序和位流分析)
  支持多卡操作
  防衝突機製:同一時間內可處理多張卡,並且在處理卡片時可防突發的讀或寫或讀寫中 斷現象動態讀寫當對某張卡片進行處理時,其它卡可進入或離開射頻區域快速防衝突協議 每增加一張卡對整個處理過程來說僅增加1ms
  材料:PVC*尺寸:符合ISO10536標準*工作溫度:-20℃至70℃(濕度為90%)*無電池:無線 方式傳遞數據和能量*芯片加工技術:采用高速的CMOSEEPROM工藝*組成部分:一個芯片和一個簡單的線圈各安全性:·三次相互認證(ISO/EC DIS97982)
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  三、工作原理 卡片的電氣部分隻由一個天線和ASIC組成,沒有其它外部器件。天線:卡片的天線是隻有 幾組繞線的線圈,很適於封裝到ISO卡片中。ASIC:卡片的ASIC由一個高速(106KB波特率)的接口,一個控製單元和一個8K位EEPBOM組成。Ml射頻卡的工作原理是:讀寫器向Ml卡發一組固定頻率的電磁波,卡片內有一個LC串聯諧振電路,其頻率與讀寫器發射的頻率相同,在電磁波的激勵下,LC諧振電路產生共振,從而使電容內有了電荷,在這個電容的另一端,接有一個單向導通的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內儲存,當所積累的電荷達到2V時,此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓,將卡內數據發射出去或接取讀 寫器的數據。
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  四、保密性 MI射頻卡的保密性能很好:讀寫前三次確認、獨一無二的卡片序列號、傳輸數據加密、傳 輸密碼和訪問密碼的保護。卡片中的密碼是受保護、不可讀的,隻有知道密碼的用戶才能修改。卡中的EEPROM分位16扇區,每扇區讀有自己的密碼,用戶可根據不同扇區設不同密 碼,扇區的密碼分為KEY A 和KEYB兩組不同的密碼,兩組密碼分別限製減操作和加操作。
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  五、結構 MI射頻卡的8K位EEPROM分為16個扇區,每扇區由四塊組成,每塊由16個字節。每個扇區的 四塊中的塊三(第四塊)包含了該扇區的KEYA(6字節)、存取控製(4字節)和KEYB(6字節),其餘的三塊位數據塊。在0塊至63塊中,0塊為固化塊,其中有廠家代碼等特殊內容 。
  射頻識別係統工作過程中,空間傳輸通道中發生的過程可歸結為三種事件模型,本文以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別係統的典型工作方式與工作流程。 射頻標簽(射頻標簽)與閱讀器(讀寫器)之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸的通道。細分射頻標簽與閱讀器之間的電磁耦合,包含兩種情況:即近距離的電感耦合與遠距離的電磁耦合。在電感耦合方式中,閱讀器一方的天線相當於變壓器的初級線圈,射頻標簽一方的天線相當於變壓器的次級,因而也稱電感耦合方式為變壓器方式。電感耦合方式的耦合中介是空間磁場,耦合磁場在閱讀器線圈初級與射頻標簽線圈次級之間溝成閉合回路。電感耦合方式是低頻近距離無接觸射頻識別係統的一般耦合原理。在電磁耦合方式中,閱讀器的天線將閱讀器產生的讀寫射頻能量以電磁波的方式發送到定向的空間範圍內,形成閱讀器的有效閱讀區域,位於閱讀器有效閱讀區域中的射頻標簽從閱讀器天線發出的電磁場中提取工作電源,並通過射頻標簽的內部電路及標簽天線將標簽內存的數據信息傳送到閱讀器。電磁耦合與電感耦合的差別在於電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發送出去;在電感耦合方式中,閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍,通過交變閉合的線圈磁場,溝通閱讀器線圈與射頻標簽線圈之間的射頻通道,沒有向空間輻射電磁能量。 射頻識別係統工作過程中,空間傳輸通道中發生的過程可歸結為三種事件模型: (1)數據交換是目的; (2)時序是數據交換的實現方式;(3)能量是時序得以實現的基礎。 下麵以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別係統的典型工作方式與工作流程。
  1、能量閱讀器向射頻標簽供給射頻能量。對於無源射頻標簽來說,其工作所需的能量即由該射頻能量中取得(一般由整流方法將射頻能量轉變為直流電源存在標簽中電容器裏);對於(半)有源射頻標簽來說,該射頻能量的到來起到了喚醒標簽轉入工作狀態的作用。完全有源射頻標簽一般不利用閱讀器發出的射頻能量,因而閱讀器可以較小的能量發射取得較遠的通信距離。移動通信中的基站與移動台之間的通信方式可歸入該類模式。
  2、時序對於雙向係統(閱讀器向射頻標簽發送命令與數據、射頻標簽向閱讀器返回所存貯的數據)來說,閱讀器一般處於主動狀態,即閱讀器發出詢問後,射頻標簽予以應答,稱這種方式為閱讀器先講方式。另外一種情況是射頻標簽先講方式,即射頻標簽滿足工作條件後,首先自報家門,閱讀器根據射頻標簽的自報家門,進行記錄或進一步發出一些詢問信息與射頻標簽構成一個完整對話達成閱讀器對射頻標簽進行識別的目的。射頻識別係統應用中根據閱讀器讀寫區域中允許出現單個射頻標簽或多個射頻標簽的不同,將射頻識別係統稱為單標簽識別係統,或簡稱為射頻識別係統,與多標簽識別係統。在閱讀器的閱讀範圍內有多個標簽時,對於具有多標簽識讀功能的射頻識別係統來說,一般情況下,閱讀器處於主動狀態,即閱讀器先講方式。閱讀器通過發出一係列的隔離指令,使得讀出範圍內的多個射頻標簽逐一或逐批地被隔離(令其睡眠)出去,最後保留一個處於活動狀態的標簽與閱讀器建立無衝撞的通信。通信結束後將當前活動標簽置為第三態(可稱其為休眠狀態,隻有通過重新上電,或特殊命令,才能解除休眠),進一步由閱讀器對被隔離(睡眠)的標簽發出喚醒命令喚醒一批(或全部)被隔離的標簽,使其進入活動狀態,再進一步隔離,選出一個標簽通信。如此重複,閱讀器可讀出閱讀區域內的多個射頻標簽信息,也可以實現對多個標簽分別寫入指定的數據。 實現多標簽的讀取,現實應用中也有采用標簽先講方式的應用。多標簽讀寫問題是射頻識別技術及應用中
  麵臨的一個較為複雜的問題,目前已有多種實用方法解決這一問題。解決方案的評價依據,一般考慮以下三個因素: (1)多標簽讀取時待讀標簽的數目; (2)單位時間內識別標簽數目的概率分布;(3)標簽數目與單位時間內識讀標簽數目概率分布的聯合評估。理論分析表明,現有的方法都有一定的適用範圍,需根據具體應用情況,結合上述三點因素對多標簽讀取方案給出合理評價,選出適合具體應用的方案。多標簽讀取方案涉及到射頻標簽與閱讀器之間的協議配合,一旦選定,不易更改。對於無多標簽識讀功能的射頻識別係統來說,當閱讀器的讀寫區域內同時出現多個標簽時,由於多標簽同時響應閱讀器發出的詢問指令,會造成閱讀器接收信息相互衝突而無從讀取標簽信息,典型情況是一個標簽信息也讀不出來。
  3、數據傳輸射頻識別係統所完成的功能可歸結為數據獲取的一個便利手段,因而國外也有將其歸為自動收集數據ADC(Automatic DataCapture)技術範疇。射頻識別係統中的數據交換包含兩個方麵的含義: (1)從閱讀器向射頻標簽方向的數據交換;(2)從射頻標簽到閱讀器方向的數據交換。根據具體實現係統的不同,以及理解層麵的不同,上述兩個方麵的含義會有不同的理解和解釋,下麵分別給予簡單討論。
  3.1.從閱讀器向射頻標簽方向的數據交換從射頻識別係統實現過程中的純技術層麵來說,如果將注意力放在射頻標簽中存貯信息的注入方式來說,閱讀器向射頻標簽方向的數據交換可分為兩種情況,即有線寫入方式和無線寫入方式。具體采用何種方式,需結合應用係統需求、代價,技術實現的難易程度等因素來定。在有線寫入方式下,閱讀器的作用是向射頻標簽(中的存貯單元)寫入數據信息。閱讀器更多地被稱為編程器。根據射頻標簽存貯單元及編程寫入控製電路的設計情況,寫入可以是一次性寫入不能修改,也可以是允許有線多次改寫的情形。另外一種寫入情形是,在絕大多數通用射頻識別係統應用中,每個射頻標簽要求具有唯一的標識。這種唯一的標識被稱為射頻標簽的ID號,通常在標簽出廠時已被固化在射頻標簽內,用戶無法修改。ID號的固化過程可以在射頻標簽芯片生產過程中完成,也可以在射頻標簽應用指定後的初始化過程中完成。無論在何時完成,都是以有線(解觸)方式實現ID號的寫入。對於聲表麵波SAW射頻標簽以及其它無芯片射頻標簽來說,一般均在標簽製造過程中將標簽ID號固化到標簽記憶體中。無線寫入方式是射頻識別係統中閱讀器向射頻標簽方向數據交換的另外一種情況。根據射頻識別係統實現技術方麵的一些原因,一般情況下應盡可能地不要采用無線寫入方式,尤其是在射頻識別係統工作過程中。這種建議的主要原因有以下幾點:(1)具有無線寫入功能的射頻識別係統屬於相對複雜的係統,能夠采用簡單係統解決應用問題即采用簡單係統是一般的工程設計原理。其背後隱含著簡單係統較複雜係統成本更低、可靠性更高、培訓、維護成本更低。(2)采用集成電路芯片的射頻標簽寫入信息要求的能量比讀出信息要求的能量要大得多,可以10倍的量級進行估算。這就造成射頻標簽無線寫入過程花費的時間要比從中讀取等量數據信息花費的時間要長許多。(3)無線寫入後一般均應對寫入結果進行檢驗,檢驗的過程是一個讀取過程,因而造成寫入過程所需時間進一步增加。(4)寫入過程花費時間的增加非常不利於射頻識別在鑒別高速移動物體方麵的應用。這很容易理解,閱讀器與射頻標簽之間經空間傳輸通道交換數據過程中,數據是一位一位排隊串行進行的,其排隊行進的速度由射頻識別係統設計時決定。將射頻標簽看作數據信息的載體,數據信息總是以一定長度的數據位組成,
  因而讀取或寫入這些數據信息位要花費一定的時間。移動物體運動的速度越高,通過閱讀區域所花費的時間就越少。當有無線寫入要求時,必將限製物體的運動速度以保證有足夠的時間用於寫入信息。(5)無線寫入過程麵臨著射頻標簽信息的安全隱患。由於寫入通道處於空間暴露狀態,這給蓄謀攻擊者提供了改寫標簽內容的機會。另一方麵,如果將注意力放在閱讀器向射頻標簽是否發送命令方麵,也可分為兩種情況,即射頻標簽隻接受能量激勵和既接受能量激勵也接受閱讀器代碼命令。射頻標簽隻接受能量激勵的係統屬於較簡單的射頻識別係統。這種射頻識別係統一般不具備多標簽識別能力。射頻標簽在其工作頻帶內的射頻能量激勵下,被喚醒或上電,同時將標簽存貯的信息反射出來。目前在用的鐵路車號識別係統即采用這種方式工作。同時接受能量激勵和閱讀器代碼命令的係統屬於複雜射頻識別係統。射頻標簽接受閱讀器的指令無外乎是為了做兩件事,即無線寫入和多標簽讀取。
  3.2.從射頻標簽向閱讀器方向的數據交換射頻標簽的工作使命即是實現由標簽向閱讀器方向的數據交換。其工作方式包括:(1)射頻標簽收到閱讀器發送的射頻能量時,即被喚醒並向閱讀器反射標簽存貯的數據信息;(2)射頻標簽受到閱讀器發送的射頻能量被激勵後,根據接收到的閱讀器的指令情況轉入發送數據狀態或"睡眠/休眠"狀態。從工作原理上來說,第一種工作方式屬單向通信,第二種工作方式為半雙工雙向通信
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