第五章 非接触式智能卡(new)

非接触式智能卡第五章第二代身份证从2004年1月1日起《中华人民共和国居民身份证法》正式实施。与之伴随的是，两年多前就已开始启动的“第二代身份证项目”进入实施阶段，我国第二代IC卡式身份证将全面开始换发。20乘以13亿据了解，第二代身份证卡的定价将在20元左右。这对于制卡厂商来说绝对算不上高利润。但是，以13亿人为销售对象，身份证卡的市场前景立刻就变得无可限量。无限商机260亿元还仅仅是冰山一角，因为一旦IC卡身份证推行开来，将带动各种公共场所的终端需求，如机场、银行、购物场所、甚至是警察的手持Pose机等无线终端将大量涌现，再加上身份信息的网络传输、数据存储系统，整个市场将大得令人难以置信，从而将形成一个崭新的产业，并给芯片企业带来无限商机。入选第二代居民身份证芯片设计的有四大厂商，包括上海华虹、大唐微电子、清华同方微电子和中电华大。为保证第二代身份证专用芯片和模块的研发和产业化工作，清华大学企业集团和清华同方于2001年合资成立了清华同方微电子有限公司，与清华微电子所一起进行该芯片和模块的研发和产业化工作。第二代居民身份证采用了内藏的专用芯片和模块：将芯片进行封装后制成模块，模块比成人的小指甲盖还要小。传统身份证只能通过肉眼识别，而且只包含出生年月、籍贯、身份证号码等有限信息。采用专用芯片和模块的第二代身份证则具有视读和机读两种功能，它不仅克服了第一代身份证的不能机读、防伪造和防变造性能差等方面的缺点，还可以与阅读身份证的机具进行相互认证，通过机读信息进行安全性确认，并实现现代化人口信息管理。这种芯片还可以储存居民个人信息，包括身份证表面印有的公开信息和用于管理、数字防伪技术的有关信息，如公民指纹信息等。由于采用了数字防伪措施，有专家称，今后身份证伪造现象有望杜绝。非接触IC卡技术简介非接触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IC卡技术简介非接触式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IC卡技术简介非接触型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：非接触IC卡技术简介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。非接触IC卡技术简介由非接触式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IC卡技术简介非接触式&接触式IC卡比较非接触式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;寿命完全接近IC芯片的自然寿命;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。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。非接触式&接触式IC卡比较正因为如此，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&接触式IC卡比较同时，非接触IC卡国际标准ISO14443，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&接触式IC卡比较技术特点非接触式IC卡技术就是射频识别技术和IC卡技术相结合的产物。技术特点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；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。技术特点特殊的要求两点：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。卡应答器特点：此外，由于无接触式IC卡特殊的应用环境，卡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；等非接触式IC卡国际标准ISO/IEC10536-1[1992，识别卡:无接触式集成电路卡第一部分：物理特性（第一版）]。ISO/IEC14443ISO/IEC15693ISO/IEC10536-1CICCCloseCoupledICCardCCDCloseCouplingDevice读写距离：紧靠ISO/IEC14443PICCProximityCoupledICCardPCDProximityCouplingDevice读写距离：10CMISO/IEC15693VICCVicinityCouplingICCardVCDVicinityCouplingDevice读写距离：50cm射频能量和信号接口卡片的电气部分只由一个天线和ASIC(IC)组成。天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个定容量的EEPROM组成。工作原理读写器电路向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。用电感耦合方式给智能卡供电开始对话操作顺序PCD射频场激活PICCPICC等待命令PCD发出命令PICC发出应答能量传送RF电磁场F＝13.56MHzPICC将其－》－》直流电压H值1.5－－7.5A/m信号接口根据信号发送和接收方式的不同，ISO/IEC14443-3定义了TYPEA、TYPEB两种卡型。它们的不同主要在于载波的调制深度及二进制数的编码方式。非接触智能卡用来传送数据的电路原理从读写机具向卡传送信号时，二者是通过13.56MHz的射频载波传送信号。TYPEA方案是同步、改进的Miller编码方式，通过100%ASK传送；TYPEB方案是异步、NRZ编码方式，通过用10%ASK传送。从卡向读写机具传送信号时，二者均通过调制载波传送信号。TYPEA用847KHz的副载波传送Manchester编码。TYPEB通过847KHz的副载波传送信号，由BPSK进行调制。TypeAPCD到PICC的信号载频f＝13.56MHz数据传输速率f/128=106Kb/s1Bittime=9.4μsTypeA调制方式ASK100％调制(振幅键控)01001PauseTypeA数位的表示和编码时序X在64/fc之处，产生一个“Pause”时序Y在整个位期间（128/fc）不调制时序Z在位期间的开始产生一个“Pause”TypeAMiller编码逻辑1时序X逻辑0时序Y例外：a：若相邻有2个或更多“0”，从第2个“0”开始（包括其后面的“0”）采用时序Z；b:假如在帧的起始位后的第1位为“0”，则用时序Z表示这一位和直接跟随其后的“0”；通信开始时序z通信结束逻辑“0”，跟随其后为时序Y无信息至少有两个时序YTypeAPICC到PCD的信号载频f＝13.56MHz初始化和防冲突期间数据传输速率f/128=106Kb/s负载调制利用fc生成负载波fsPICC采用开通/断开负载（loadmodulation）方法来实现副载波副载波频率fs=fc/16=847KHzPICC→PCDManchester编码时序D载波被副载波在位宽的前半部分（50％）调制时序E载波被副载波在位宽的后半部分（50％）调制时序F在整个位宽内载波不被副载波调制时序D逻辑1时序E逻辑0时序D表示通信开始时序F表示通信结束无副载波无信息01001PICC→PCDTypeBPCD到PICC的信号f＝13.56MHz数据传输速率f/128=106Kb/s1Bittime=9.6μsTypeB调制方式ASK调制(10%)01001TypeB表示和编码载波高幅度（无调制）表示1载波低幅度表示0PICC到PCD的信号数据速率106Kb/s初始化和防冲突期间负载调制利用fc生成负载波fsPICC采用loadmodulation方法数位表示和编码采用NRZ-L不归零编码；逻辑状态转换用负载波相移180度表示；Φ0表示“1”Φ0+180度表示“0”“0”“1”01001PICC→PCDTYPEB较TYPEA主要有以下优势：——芯片具有更高的安全性。接收信号时，不会因能量损失而使芯片内部逻辑及软件工作停止。——支持更高的通讯速率。TYPEA最大的数据通讯速率为150Kbit/s-200Kbit/s,应用10%ASK技术的TYPEB至少可支持400Kbit/s的速率。——外围电路设计简单。读写机具到卡及卡到读写机具的编码方式均采用NRZ方案，电路设计对称。——抗干扰能力强。负载波采用BPSK调制技术，较TYPEA方案降低了6dB的信号噪声。A型B型PCD到PICC调制ASK100%ASK10%位编码改进的Miller编码NRZ编码波特率106kb106kb同步位级同步(帧起始，帧结束标记)每个字节有1个起始位和1个结束位PICC到PCD调制用振幅键控调制847kHz的负载调制的副载波用相位键控调制847kHz的负载调制的副载波位编码曼彻斯特编码NRZ编码波特率106kdB106kdB同步1位“帧同步”(帧起始，帧结束标记)每个字节有1个起始位和1个结束位射频卡与读写器的通讯射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为射频卡，即验证卡片的卡型。防冲突机制(Anti-collisionLoop)当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的序列号。ISO/IEC14443-3规定了TYPEA，TYPEB的防冲突机制。二者防冲突机制的原理完全不同。TYPEA是基于bit冲突检测协议;TYPEB是通过字节、帧和命令完成防冲突。防冲突机制使非接触IC卡能进行并行操作，数据干扰，携带有多种卡的用户可不必寻找正确的一张卡，只用算法编程，读写机具即可自动做到选取正确的一张卡进行后续操作。这样方便了操作，提高了应用的并行性，也提高了系统的速度选择卡片(SelectTag)选择被选中的卡的序列号，并同时返回卡的容量代码。三次互相确认(3PassAuthentication)选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）对数据块的操作读(Read)：读一个块；写(Write）：写一个块；加（Increment）：对数值块进行加值；减（Decrement）：对数值块进行减值；存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；