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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/IEC14443ISO/IEC15693ISO/IEC10536-1CICCCloseCoupledICCardCCDCloseCouplingDevice读写距离:紧靠ISO/IEC14443PICCProximityCoupledICCardPCDProximityCouplingDevice读写距离:10CMISO/IEC15693VICCVicinityCouplingICCardVCDVicinityCouplingDevice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PICCPICC等待命令PCD发出命令PICC发出应答能量传送RF电磁场F=13.56MHzPICC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/s1Bittime=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fsPICC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/s1Bittime=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fsPICC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;
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