基于RFID的考试身份认证系统

基于RFID的考试身份认证系统小组成员组长：曾叶子组员：吴金锷，宁杜淼，张后田，邹文强目录：一、项目基本信息··············································1二、应用领域····················································2三、核心技术攻破··············································32014年10月6日1第一部分：项目基本信息（一）题目来源及选题意义每当遇到考试之际，无论是四六级大学英语考试，还是期中期末考试，无数考生在紧张的准备之中，还需要记得带上身份证，学生证，准考证等繁杂的证件，来证明自己考生的身份。这无疑对考生增加了不少的麻烦，许多考生还因忘记携带相关证件，往返于路途之中，甚至有些考生因此而无法在规定时间内返回考场，而被取消考试资格。造成了许多的遗憾。随着科技水平的发展，人们对智能化的要求也越来越高，科技改变了人们的生活方式，改善了人们的生活水平。随着物联网技术的发展，越来越多的智能设备，无线感知设备将出现在我们的周围。本系统旨在解决校园内存在的问题，采用目前非常流行的RFID（无线射频识别技术），配合由后台.NET技术开发的后台管理系统。采用C#语言实现WPF的客户端上位机程序，采用SQLSEVER数据库，实现智能身份识别的一个系统。我们从广度上进行探索，并根据实际情况的可行性与技术上的可行性分析，认为这是款切实可行，能为学校带来便利的系统。该系统是学生在进入考场时，进行刷卡，由教室门口的阅读器读取学生的信息（主要的头像信息），并通过阅读器将数据导入后台的数据库，在前台应用程序中实时显示学生的头像，功能的实现是阅读器只读取到学生的ID号（既学号）传送到后台后，根据学号对改条学生记录进行查询，监考员对考生进行第一次身份确认，该条学生的信息显示后，系统会自动将该条信息添加到一个新的数据表中，在开考后，形成一张整体学生的表，监考员再对学生进行第二次身份认证。考试身份认证系统大大的提高了效率，方便了对考生进行管理，并且能够记录考生是否缺考，替考或舞弊。该系统同时也免去了考生带身份证，学生证各种证件的麻烦。其次，可以在各考场的一楼也放置一台读写器和电脑，方便学生随时查看自己的考场和准考证号。总而言之，该系统切实可行，方便高效。2（二）本设计应达到的要求①熟悉射频识别技术的发展历程，特别是进十几年来RFID在各大行业的应用；②熟悉射频识别技术的技术原理，掌握RFID的基本架构，五大基本组件及其作用；③培养自学能力，论文撰写能力，团队协作能力和创新意识；第二部分：应用领域射频识别技术(RFID)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池；也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波(调成无线电频率的电磁场)。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。本文主要系统介绍基于RFID的考试身份认证系统的相关功能，技术要求，技术的实现。身份识别是RFID应用发展的新趋势，技术上也趋于成熟。比如现在的门禁系统，智能门锁等等，本文所研究的考试身份认证系统是基于原有的身份识别技术的一种从深度上的探索。其目的在于解决校园内一些尚未解决的问题。本文详细的介绍了考试身份认证的整体实现方案，包括将学生的个人信息（基本信息和照片信息）嵌入到校园卡内。通过读卡器读出卡里的数据并上传至计算机。学生刷卡后立即显示学生的基本信息，头像，对学生进行第一次身份确认。开考后，应用层的软件系统会自动生成一张包含所有学生的信息表，之后对学生进行二次身份确认。本系统采用C#语言开发，前台采用WPF窗体应用程序加入串口通信组件，后台数据库用SQLSEVER实现，硬件部分电子标签采用学生的校园卡，阅读器，通过RS232转串口实现与PC机连接。高校校园一卡通系统是针对高校的综合管理设计开发，借助于射频卡技术、运营商增值业务、金融IC卡应用等，将高校内所有的管理系统统一规划，建设统一的信息平台，实现统一管理。极大地提高了学生管理、教学管理和后勤管理工作的效率和水平，提3升了高校形象。进一步拓展数字化校园建设的思路，将高校的管理水平推升到一个新的台阶。校园一卡通发展至今，已经不仅仅局限于在校园内持卡消费、身份认证了，它正在向更加人性化、多样化和智能化发展，体现融合、服务和创新。同时，校园一卡通的卡载体也在不断变化，从以前的只能读取编号的ID卡系统，发展到可读写、安全性较高的非接触式IC卡--M1卡，再到目前的多载体系统，如基于CPU卡的校园一卡通系统、基于金融IC卡的校园一卡通系统以及手机校园一卡通系统。“校园一卡通”是“数字化校园”中的重要组成部分，它应主要具有综合消费类、身份识别类、金融服务类、公共信息服务类等功能。整个系统应与银行系统、学校原有的系统和学校管理信息系统有良好的衔接，并为学校潜在管理信息系统预留合适的接口，在项目完成后随时为学校增加其它管理系统接口提供必要的协助。第三部分：核心技术攻破1.需求分析基于校园一卡通平台的便携式课程考试管理系统旨在对考试过程规范化管理，为监考人员提供数字化管理手段。系统应具备以下功能：提供RFID身份认证机制，以有效防范替考等违纪行为；提供签到管理机制，以记录考场中考生的出入情况；提供违规记录处理机制，准确及时地记录考生的作弊信息，以严肃考风考纪；提供统计同步功能，将考试过程中的必4要数据同步到学校的教务系统中。2.系统框架系统框架如图所示。前台WPF应用程序和后台服务器端界面，用于向用户呈现信息和收集用户输入信息。前台WPF用于程序：身份认证模块调用读卡器读出的数据，完成考生身份信息在屏幕上显示；前台如图所示：5签到管理模块根据考生刷卡时间，完成考生入场时间和离场时间的收集；违规记录模块完成对输入违规数据的基本处理；通过调用服务器端相应功能处理程序，完成身份认证、过程管理等功能。后台服务器端：后台数据库负责存储和管理系统数据。系统通过校园一卡通系统提供的第三方API，与数字化校园平台中的教务信息系统数据中心相关信息链接，建立系统后台数据库。后台学生身份信息管理UI如图所示；主要进行考生信息二次核对，及身份信息的管理。3系统功能初步设计如下：（1）身份认证：考生在读卡器上刷卡后，系统根据读出的信息在当前考场考生信息中查找。若考生进入正确考场，前台应用程序界面将显示出考生的姓名、照片、班级、学号、有无作弊历史等信息。监考人员据界面显示信息验证考生身份；若考生刷卡后，在当前考场考生信息中没有此考生相关信息，系统将提示“此考生不属于本考场”等信息，避免考生误入考场。考试结束交卷时，再次刷卡，前台应用程序界面再次显示考生相关信息，监考人员据6此信息核对考生试卷个人信息是否填写正确。（2）签到管理：记录考生进入考场时间，交卷离场时间，考试中有无离开考场等信息；统计到场人数，据实际到场人数准确发放相应数目的试卷。（3）违规记录：由监考官在信息管理界面的违规界面下拉框选择违规类型：包括传纸条，携带手机，携带作弊工具，交头接耳等等。（4）考场报时：系统提示考试时间，提示拆卷时间、发卷时间、开考时间和考试结束时间。（5）考试动态：提供考试时间、考试科目、监考人员、考场规则等信息（6）同步统计：统计考试过程中重要的考务信息，如统计没有到达考场参加考试的考生和多次不按时到达考场考试、旷考的考生；统计违规记录，以提供依据，并与后台服务器数据同步。4.系统实现关键技术研究1.前台数据库为SQLServer2005；后台使用WindowsXP操作系统、IIS服务器、SQLSever2005数据库、前台和后台开发环境均使用VisualStudio2012。仔细分析校园一卡通系统和教务信息系统数据，只取与考试相关的重要信息，并按3NF设计数据库结构，目的是节省存储空间，消除存储异常，使数据冗余尽量小，便于插入、删除和更新，提高对关系的操作效率，同时满足应用需求。本地采用数据库主要有考生信息库和考务信息库。考生库保存姓名、照片、学号、违规历史等考生基本信息；考务信息库拟保存考试安排、考场分布、考场出入等考场考务相关信息。2.读卡实现本校校园一卡通是MIFARE1S50射频卡，其内具有微处理器，内置大规模集成电路和天线，工作频率为13.56MHz。采用SDiD1020射频读写器来完成读卡工作。（1）SDiD1020读写器及其工作原理：SDiD读写器是产业界第一个RFID读写安全数码卡，基于标准SDIO接口，专为具备SD卡插槽的个人数位处理PDA、智能手机等手持设备而设计，为便携终端提供RFID读/写能力。当卡片进入读卡器工作区域内时，读写器射频模块向卡片发射一组固定频率的电磁波，与卡片内部的一个同样频率的LC串联谐振电路发生共振，从而使卡片内部电容充电，通过卡内单向导通的电子泵，将电荷向另一个电容存储，当积累电荷达到一定量时，即可以提供射频卡工作电路电压，发送数据信息。读7卡器感应接收射频卡的应答信息，将对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带射频卡上其他相关信息传输到主机以供处理。（2）卡片数据读取：SDiD读写器可读取两种协议标准的射频卡：15693标准和14443A标准。SDiDAPI中的WDIUtility：：Change-Protocol（）函数可以完成协议标准的转换工作。SDiDAPI针对不同的射频卡提供了不同开发包，实现对射频卡的读写。但目前系统仅需读卡数据，故只需其Read系列函数的支持。此外，每种射频卡的CardMemoryModel因卡而异，且有严格的数据加密格式，为保证卡的安全性，加密格式均不对外开放，因此很难正确读取卡内数据。但每张卡出厂时都有唯一的生产序列号标识，研究通过调用SDiD1020API中的Mifare1KCard标准包完成对一卡通序列号的读取。（3）非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。非接触式IC卡是世界上最近几年发展起来的一项新技术,它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破.卡片在一定距离范围内(通常为5—10mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。对非接触式IC卡的读写操作是通过读写器来完成的，读写器是主控机与非接触式IC卡间进行信息传输和存储甚至运算处理的中间媒介，也叫接口设备、卡接收设备、耦合设备或终端。非接触式IC卡卡片的电气部分由一个元件和AISC组成，没有其他的外部器件，卡片中的天线是只有线圈，很适合封状到ISO卡片中。ASIC由一个高速（106KB波特率）的接口，一个控制单元和一个810位EEPROM组成。以Mifare为例，读卡器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器的频率相同，这样便产生电磁共振，从而使电容内有了电荷，在电容的另一端接有一个单向通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当储存积累的电荷达到2V时，此电源可为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。8二者之间的通讯频为13.56MHZ。非接触式读写器包含流向相反的两个信号通道：上部的发送通道和下部的接收通道。发送通道首先由频率稳定的石英晶体振荡器产生相应工作频率载波信号，该信号将在调制级由已在ASIC段按曼彻斯特或变型密勒或NRZ规则编码的拟发送信息序列进行幅移键控（ASK）调制，最后经功率输出级放大后，由天线发送。接收通道则首先滤除输入信号中的干扰和噪声。从高强度的发射驱动信号中提取非接触式IC卡的微弱应答信号，继而放大解调后送ASIC进一步处理。