M1卡(S50)资料讲解

1S50非接触式IC卡性能简介（M1）一、主要指标容量为8K位EEPROM分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位每个扇区有独立的一组密码及访问控制每张卡有唯一序列号，为32位具有防冲突机制，支持多卡操作无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次工作温度：-20℃~50℃(湿度为90%)工作频率：13.56MHZ通信速率：106KBPS读写距离：10cm以内（与读写器有关）二、存储结构1、M1卡分为16个扇区，每个扇区由4块（块0、块1、块2、块3）组成，（我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63，存贮结构如下图所示：块0数据块0扇区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块0数据块4扇区1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∶∶∶0数据块60扇区151数据块612数据块623密码A存取控制密码B控制块632、第0扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。3、每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。数据块可作两种应用：★用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。2★用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。4、每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。具体结构如下：密码A（6字节）存取控制（4字节）密码B（6字节）5、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。存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：块0：C10C20C30块1：C11C21C31块2：C12C22C32块3：C13C23C33三个控制位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）。三个控制位在存取控制字节中的位置，以块0为例：对块0的控制：bit76543210字节6C20_bC10_b字节7C10C30_b字节8C30C20字节9(注：C10_b表示C10取反)存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示：bit76543210字节6C23_bC22_bC21_bC20_bC13_bC12_bC11_bC10_b字节7C13C12C11C10C33_bC32_bC31_bC30_b字节8C33C32C31C30C23C22C21C20字节9(注：_b表示取反)6、数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B53控制位（X=0..2）访问条件（对数据块0、1、2）C1XC2XC3XReadWriteIncrementDecrement,transfer,Restore000KeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|B010KeyA|BNeverNeverNever100KeyA|BKeyBNeverNever110KeyA|BKeyBKeyBKeyA|B001KeyA|BNeverNeverKeyA|B011KeyBKeyBNeverNever101KeyBNeverNeverNever111NeverNeverNeverNever（KeyA|B表示密码A或密码B，Never表示任何条件下不能实现）例如：当块0的存取控制位C10C20C30=100时，验证密码A或密码B正确后可读；验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。7、控制块块3的存取控制与数据块（块0、1、2）不同，它的存取控制如下：密码A存取控制密码BC13C23C33ReadWriteReadWriteReadWrite000NeverKeyA|BKeyA|BNeverKeyA|BKeyA|B010NeverNeverKeyA|BNeverKeyA|BNever100NeverKeyBKeyA|BNeverNeverKeyB110NeverNeverKeyA|BNeverNeverNever001NeverKeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|BKeyA|B011NeverKeyBKeyA|BKeyBNeverKeyB101NeverNeverKeyA|BKeyBNeverNever111NeverNeverKeyA|BNeverNeverNever例如：当块3的存取控制位C13C23C33=100时，表示：密码A：不可读，验证KEYA或KEYB正确后，可写（更改）。存取控制：验证KEYA或KEYB正确后，可读、可写。密码B：验证KEYA或KEYB正确后，可读、可写。三、工作原理卡片的电气部分只由一个天线和ASIC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8K位EEPROM组成。工作原理：读写器向M1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4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。四、M1射频卡与读写器的通讯改变扇区不改变扇区复位应答（Answertorequest）M1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，复位应答Request防冲突机制AnticollisionLoop选择卡片SelectTag三次相互验证Authentication读块Read写块Writeblock加值increment减值decrement中止Halt5读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。防冲突机制(AnticollisionLoop)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。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；传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态；6关于非接触式IC智能(射频)卡及其读写设备内核技术的研究与应用开发上海华东磁记录电子公司张敏前言当今的信息技术又到了一个关键的十字路口。单独的PC甚至局域网的时代已为“全球化网络”时代所代替。互联网INTERNET的产生和今天的飞速发展和广泛渗透就是典范。IC（集成电路）智能卡正在并已经融入当今信息技术的主流。她以其高度的信息集成，高度的安全性，正日渐其辉煌和灿烂。随着金融行业的不断发展，社会经济的日新月异，特别是公共交通行业，无线通信领域，卫生保健行业，封闭式场所管理，身份识别，电话通信，大楼保安系统等等，人们已愈来愈多地开始接受和使用IC智能卡。特别是银行服务系统，IC智能卡替代古老的磁卡而服务于大众已日渐成熟。并且“一卡通”，一卡多用，给我们的生活质量带来了很大的提高。IC智能卡自动电表抄表系统，煤气/自来水抄表系统，公交/地铁自动售票/检票系统，移动通信手机中IC智能SIM卡等等，IC智能卡已愈来愈贴近我们的生活，成为我们生活的一步分。“刷卡”已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。近几年来，随着IC智能卡中的接触式CPU卡以及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的高度安全保密性，使之在IC智能卡领域中异军突起，成为当今IC智能卡中的流行宠物，应用前景十分广阔。国外对IC卡的研究和应用较早，特别是在美国，欧洲国家等。IC卡遍布社会各个方方面面。就象在美国，国民消费总额的20%~~30%是由“刷卡”消费完成的，由此可见IC智能卡流行和使用的程度。尽管国外对IC卡已有多年的研究，但真正在IC智能卡中特别是CPU卡类，非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）方面的研究也仅有1~~2年的成熟期。因为他们也看到了CPU卡，特别是非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）代表了整个“刷卡”领域的发展方向，前景光明。我国对IC卡行业的发展始于1993年左右，当时的中央领导特别是江泽民同志高度重视IC卡行业，高瞻远瞩，指示要发展我国自己的IC卡事业，建立“金卡工程”。虽然至今也只有短短的6年左右时间，但已取得了不小的成就。已研制成功我国自主版权的较大容量的存储卡，逻辑加密卡等，但是对于尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的制卡技术及其相应的读/写卡设备技术，仍处于落后状态。这极大地制约了IC卡行业的发展，特别是在要求有极高安全性和保密性的金融行业中，制约了我国金卡工程的实施和发展。7为了加快IC卡行业的发展，特别是尖端的CPU卡及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的推广应用，让IC卡行业及其他行业的同行尽快掌握CPU卡及非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）的核心技术及其读写设备的软硬件技术及应用设计，跟上国外的IC卡研究和应用步伐，甚至走在其前面，在上海华东计算机研究所，上海计算机协会等领导同志的关怀下，在上海华东磁记录设备电子公司吴文总经理的直接支持下，经过一段时间全身心投入的研发之后，笔者已基本上比较全面地掌握了PHILIPS公司的非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）MIFARE1卡（S50系列）及其卡片读写设备核心模块MCM（MifareCoreModule）的软硬件技术。使我们发展，应用，甚至超越PHILIPS公司的非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）技术及其读写设备技术成为可能。当今世界上非接触式IC智能射频卡（内建MCU，ASIC等）中的主流主要为PHILIPS公司的MIFARE技术，已经被制定为国际标准：ISO/IEC14443TYPEA标准。欧洲一些较大的IC卡片制造商以及IC卡片读写器制造商以及IC卡片软件设计公司等（例如法国的GEMPLUS公司）大都以MIFARE技术为标准，而发展和推进IC卡行业。通过阅读本文，相信有一定IC卡经验，技术及具有一定的计算机软/硬件技术（尤其是微处理单片机MCU技术）的同行定能将本文消化之后而能设计出诸多应用场合的产品，例如，门禁控制系统（DoorAccessSystem）,高速公路不停车收费系统，停车场收费管理系统，地铁非接触式IC智能射频卡的“刷卡”读写器，机关/企业内部考勤管理系统，医疗保险管理系统，公共交通收费管理系统，出租车收费管理系统，银行服务“一卡通”等等。第一章Mifare1非接触式IC智能(射频)卡一．Mifare1非接触式IC智能射频卡特点Mifare1IC智能(射频)卡的核心是Philips公司的Mifare1ICS50（-01，-02，-03，-04）系列微模块（微晶片）。它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能。Mifare1IC智能(射频)卡采用先进的芯片制造工艺制作。内建有高速的CMOSEEPROM，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写器天线发送无线电载波信号耦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13.5