文献综述
概述：
Mifare1射频卡的核心部分是PHILIPS公司生产的的Mifare1ICS50系列微模块(微晶片)[1]。它确定了卡片的特性以及卡片读卡器的诸多性能。
Mifare1IC射频卡采用先进的芯片制造工艺制作。内建有高速的CMOS、EEPROM、MCU等。卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。卡片上无源(无任何电池)，工作时的电源能量由卡片读卡器天线发送无线电载波信号祸合到卡片上天线而产生电能，一般可达2V以上，供卡片上IC工作。工作频率13.56MHZ。Mifare1射频卡所具有的独特的MIFARERF非接触式接口标准已被制定为国际标准:ISO/IEC14443TYPEA标准[2]。射频卡标准操作距离为100mm和25mm，与卡片读卡器的通信速率高达106Kbit/soMifare1IC智能(射频)卡上具有先进的数据通信加密并双向验证密码系统;且具有防重叠功能:能在同一时间处理重叠在卡片读卡器天线的有效工作距离内的多张重叠的卡片。Mifare1IC智能(射频)卡与读卡器通信使用握手式半双工通信协议;卡片上有高速的CRC协处理器，符合CCITT标准。卡片制造时具有唯一的卡片系列号，没有重复的相同的两张MIFARE卡片。卡片上内建8K(bit)EEPROM存储容量并划分为16个扇区，每个扇区划分为4个数据存储块，每个扇区可由多种方式的密码管理。卡片上还内建有增值/减值的专项的数学运算电路，非常适合公交/地铁等行业的检票/收费系统。典型的检票交易时间最长不超过100ms(0.1秒)。卡片上的数据读写可超过10万次以上;数据保存期可达10年以上，且卡片抗静电保护能力达2KV以上[3]。
Mifare1S50卡的电气部分只由一个天线和一块RFID芯片组成。其中天线是只有几组绕线的线圈,封装到ISO卡片中[4]。卡与读写器之间的通讯采用国际通用的DES和RES保密交叉算法,具有极高的保密性能。Mifare1S50卡的芯片由RF-Interface(射频接口)和DigitalSection(数字模块)两部分组成,如图1所示。
图1Mifare1S50卡内部结构
射频接口部分由整流器、电压调节器、上电复位(POWERONRESET,POR)模块、时钟再生器、调制器/解调器等部分组成。主要有4个功能:
(1)为RFID芯片内部各部分电路提供工作时所需要的能量。
(2)提供POR信号,使各部分电路同步启动工作。
(3)从载波中提取电路正常工作所需要的时钟信号。
(4)将载波上的指令和数据解调出来供数字模块处理以及对待发送的数据进行调制。
数字模块主要由如下部分组成[5]:
(1)ATR(AnswertoRequest)模块:卡在读写器的天线工作范围内时,当读写器向卡发出Requestall(或Requeststd)命令后,芯片的此模块启动,藉此建立与读写器的第一步通信。
(2)AntiCollision模块:起防止卡片重叠。具体原理如下:若有多张卡在读写器天线的工作范围内时,芯片的此模块启动,读写器首先与所有的卡片通信,获取每一张卡的序列号,然后根据序列号选定一张卡片[6]。
(3)SelectApplication模块:确认对卡片的选择。
(4)Authentication&AccessControl模块:卡片确认被选中后,启动此模块,进行卡片与读写器之间相互认证。只有通过相互认证,才能进行进一步的操作。
(5)Control&ArithmeticUnit模块:此模块是整块芯片的控制中心,芯片内建的中央处理机单元。
(6)RAM:配合Control&ArithmeticUnit,将运算结果进行暂时存储;若有数据要存到E2PROM,则取出数据存到E2PROM中;若有数据要传送到读写器,则取出数据,让射频接口电路进行处理,通过卡上的天线传送给读写器。
(7)ROM:固化卡片运行所需要的必要的程序指令。
(8)CryptoUnit:此模块完成对数据的加密处理及密码保护。
(9)E2PROMInterface:此模块为E2PROM的接口电路。
(10)E2PROMMemory:E2PROM存储器。
Mifare1卡片采用EEPROM作为存储介质，整个结构划分为16个扇区[7]，每个扇区4块（块0～3），共64块，按块号编址为0～63，除了第0扇区的块0（即绝对地址0块）用于存放厂商代码不可更改外，其他各扇区的块0、块1、块2为数据块，用于存储数据；块3为控制块，存放密码A、存取控制、密码B，其结构如图3.2所示：
扇区0 块0 数据块 0 块1 数据块 1 块2 数据块 2 块3 密码A存取控制密码B 控制块 3 扇区1 块0 数据块 4 块1 数据块 5 块2 数据块 6 块3 密码A存取控制密码B 控制块 7 …….. 扇区15 块0 数据块 60 块1 数据块 61 块2 数据块 62 块3 密码A存取控制密码B 控制块 63 图3.2扇区结构
每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位，分别以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEYA，进行加值操作必须验证KEYB，等等）。也就是说扇区中的每个数据块的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，通过此授权机制，对特定操作实现不同级别的读写控制，只有知道特定密码组合的操作才能更新卡中数据，从而大大增强了系统的安全性。在实际写卡过程中，千万不要写第0扇区的块0及其他各个扇区的块3，否则读写密码修改后，会造成此扇区的整个四个块无法读写。
结语:
IC智能卡技术是一门产生于20世纪末的新兴课题，随着微电子学科、集成电路制造技术和现今电子计算机技术和理论发展，为IC智能卡技术的出现奠定了理论和技术基础。当第一次提出智能卡的概念时，由于当时的条件限制，从硅芯片的制造技术或者是成本而言可行性都不高，而采用磁条技术的射频卡制造则相对成本较低。
RFID卡是射频识别技术与IC技术相结合的产物,与接触式IC卡相比较,他使用时无需与读写器接触,操作方便、快捷,使用可靠性高且使用寿命长,此外,加密性能好、有防冲突机制,可以一卡多用。目前,RFID卡在我国电子身份证、城市公共交通支付、证照与商品防伪、特种设备强检、安全管理、动植物电子标识、现代物流管理等领域展示了其美好的应用前景,所以,应加大研发RFID芯片的力度。
参考文献
[1]PhilipsSemiconductors,Inc.MifareoneS50ICcardmannu.l2001.
[2]Hamrita}KErichChrisdevelopmentofa"smart"wirelesssoilmonitoringsensorprototypeusingRFIDtechnology.AppliedEngineeringinAgriculture.2005.79(3):139~143
[3]KeskilammiM..KivikoskiM.}RadioFrequencyTechnologyforAutomatedManufacturingandLogisticsControl.AdvancedManufacturingTechnology2003.67(9)769~774
[4][德]KlausFinkenzeller.射频识别(RFID)技术———无线电感应的应答器和非接触IC卡的原理[M].2版.陈大才,译.北京:电子工业出版社,2001.
[5]尹立增.微波射频识别技术研究[M].西安:西安电子科技大学,2002.
[6]章晓卿,刘中元,彭雁.非接触式RFID读写器系统的研究[J].国外电子元器件,2006(2):15-17.
[7]PhilipsSemiconductors，Inc.MifareoneS50ICcardmannu.l2001.
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