IC、ID、M1、CPU卡

本博文转自：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_9ed067ad0100xj3n.html潘春伟的博客

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博文目录：

IC、ID、M1、CPU卡之间的区别

漫谈射频识别技术——ID卡

漫谈射频识别技术——CPU卡概述

非接触式M1卡

业内也有一些不成文的习惯。一般的卡操作通常是主从式的，即读卡器作为主动方发送命令，卡收到命令后做出反应。我们称之为这张卡IC卡。有一种相对简单的卡，卡只有一个识别号存储在里面。通常，只要进入射频场获得能量，识别号就会主动发送。这种卡通常被称为ID卡。当然，这些名字只是习惯，事实上IC这意味着集成电路。上述卡片应称为IC但是习惯的力量往往很大，时间长了，大家都会接受这个名字。

IC卡包括了ID卡，M1卡、CPU卡；ID卡指低频卡，读取频率不同
M1卡通常指恩智浦S50芯片卡； CPU卡比ID卡和M1卡容量大，自动操作功能强，安全性强。

IC、ID、M1、CPU卡之间的区别

1、ID卡
全称身份识别卡（Identification Card），它是一种不能写入的感应卡，包含固定编号.卡号封卡前不能更改，绝对保证了卡号的唯一性和安全性.ID卡在弱电系统中通常被用作门禁或停车场系统的用户身份识别ID卡无钥匙安全认证机制，不能写卡，行业基本共识是ID卡不适合一卡通，也不适合消费系统。

2、 IC又称集成电路卡。
它由嵌入一个或多个集成电路组成，大小与普通信用卡相同。集成电路芯片可以是存储器或向处理器。带有存储器的IC该卡又称带微处理器的记忆卡或存储卡IC又称智能卡或智能卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡不仅具有记忆能力，而且具有处理信息的功能。IC汽车费、电话费、地铁乘车费、食堂用餐费、公路费、购物旅游、贸易服务等都可以非常方便地存放。

3、 M1卡
指菲利浦子公司恩智浦生产的芯片缩写。目前，国产芯片与其兼容，属于非接触式IC卡。M1卡，优点是可读多功能卡，缺点是：价格稍贵，感应距离短，适用于非定额消费系统、停车场系统、门禁考勤系统等。

4、CPU卡
CPU一般来说，卡芯片是指芯片中含有微处理器，其功能相当于微计算机。人们经常使用集成电路卡（IC卡片上的金属片是CPU卡芯片。CPU卡可适用于金融、保险、交警、政府行业等领域。具有用户空间大、阅读速度快、支持一卡多用的特点，已通过中国人民银行和国家商业秘书委员会认证。CPU从外观上看，卡是普通的IC射频卡和射频卡没有区别，但性能有了很大的提高，安全性和普通性IC卡比通常会提高很多。CPU卡包含随机数发生器，硬件DES,3DES加密算法等。配合操作系统即片OS,也称COS,能达到金融安全水平。

漫谈射频识别技术——ID卡

ID(Identification)识别的意思，ID卡是识别卡。ID卡包含范围广泛，只要具有识别功能的卡片都可以叫ID比如条码卡，磁卡可以ID当然，我们在这里说的是射频识别卡。

射频ID卡通常工作TTF进入射频场后，不断发送自己的识别号。最初识别卡是用来识别人的，用5个字节40位二进制数表示，可以识别大约一万亿人，估计是因为考虑到一万亿太多了，一般ID使用卡片时，只使用4个低字节，最高字节作为制造商标志或版本号。4字节32位二进制数可识别43亿人，当时世界上每个人都有一个识别号就足够了。当然，卡号可以随意复制，这是后话。

为了检查数据传输中是否有错误，射频识别卡在每个字节中增加了两个验证位置，其中一个是高半字节，一个是低半字节，每个字节增加到10位二进制数，5个字节共增加50位。为了验证数据的完整性错误，射频ID卡还增加了一个4位的纵向冗余检查，使整个卡ID卡数据增加到54位。进入射频场时，如果卡片直接返回这五个字节，读写器很难确定起始位置和结束位置。因此，射频识别卡在前面增加了9个二进制1，在后面增加了一个二进制0。ID卡有64位数据，只有8个字节。如下图所示：

例如卡号为2100A5EAD9卡的编码格式是

111111111     9个“1”的起始位，也叫头部

                    0   0   1   0   1           “2”

                    0   0   0   1   1           “1”

                    0   0   0   0   0           “0”

                    0   0   0   0   0           “0”

                    1   0   1   0   0           “A”

                    0   1   0   1   0           “5”

                    1   1   1   0   1           “E”

                    1   0   1   0   0           “A”

                    1   1   0   1   1           “D”

                    1   0   0   1   0           “9”

                    1   1   0   0   0           列偶校验和结束位“0”  

    射频ID卡的数据编码一般使用曼侧斯特码或两项码，传送数据的速率用传送一位二进制数据使用几个单位载波表示。常用的有64载波，32载波，16载波，在125KHz的频率下，一个载波的时间是8微秒，因此相应的位宽为512微秒，256微秒，128微秒。对应的数据传输速率为2K(1953)、4K(3906)、8K(7813)。我们平常使用的大多是2K曼侧斯特编码的ID卡。下图是使用HTRC110芯片读卡时，卡号为2100A5EAD9的卡片从数据输出脚DOUT输出的实测波形。

    软件解码时可以使用查询或中断检测跳变，配合定时器确定脉宽，根据跳变沿的方向确定数据。

    为了和128位的动物识别标签相区别，业内一般称这种64位的ID卡格式为“ID64格式”。

 

 

 

射频识别技术漫谈——CPU卡概述

    智能卡按安全级别可以分为三类：存储器卡、逻辑加密卡和CPU卡，其中CPU卡是安全级别最高的。从“CPU”这个名字可以看出，CPU卡最大的特点就是卡片里面有一个"CPU"，有了CPU我们就可以对卡片编程写入软件(COS，卡片操作系统)，实现复杂的安全加密算法，所以CPU卡的安全性是最高的。与之形成对比的是，存储器卡和逻辑加密卡中没有"CPU"，尽管在我们看来像MIFARE1卡看起来似乎也很智能，但M1卡里存在的仅仅是一个专用集成电路(ASIC)，而不是CPU。

    说到非接触式CPU卡，就不得不提接触式CPU卡，因为就CPU卡的灵魂——COS来说，二者遵循的协议基本是一样的，都是ISO7816-4，不同之处在于二者进入COS的方式和途径，在此以复旦微电的非接触式CPU卡FM1208M01为例，与接触式CPU卡进入COS的过程对比如下图所示。

    CPU卡在进入ISO7816-4协议之前所做的都是一些为卡片和读写器对话进行的准备工作。接触式CPU卡的序列比较简单，卡片插在卡座上，读写器给卡片一个复位(Reset)信号,卡片回送一个应答ATR(Answer To Reset),ATR由5部分组成：

    (1)初始字符TS：指定字符传送规则，如果是3B则高电平表示1，低电平表示0，先传送字符最低有效位；如果是3F

                   则高电平表示0，低电平表示1，先传送字符最高有效位。

    (2)格式字符T0：指定存在哪些接口字符以及历史字符的个数。

    (3)接口字符  ：指定协议参数和协议类型

    (4)历史字符  ：说明诸如制造商、芯片型号等一般信息

    (5)校验字符  ：保证ATR数据的完整性，使用的是异或校验

    非接触式CPU卡得到ATS(Answer To Select)相对步骤多一些，不过这也是迫不得已，这是由卡片本身的“非接触”特性决定的。不像接触式卡片那样一卡一座，非接触式卡片由于“无源”和“免接触”，读写器的射频场中可能同时存在多张卡片，为了从多张卡片中选中一张进行操作，读写器要启动防冲突和卡选择的过程。由于不能保证射频场中的卡片都是CPU卡，所以读写器选中一张卡片后还要向卡片发送RATS命令，CPU卡会回送一个ATS响应，此ATS与接触式CPU卡的ATR也大同小异，同样由5部分组成：

    (1)长度字符TL：指出ATS的长度，不包括后面的校验字节。

    (2)格式字符T0：指定存在哪些接口字符以及卡片能接收的帧的最大长度。

    (3)接口字符  ：指定协议参数和协议类型

    (4)历史字符  ：说明诸如制造商、芯片型号、序列号等一般信息

    (5)校验字符  ：保证ATS数据的完整性

非接触式M1卡

 

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：106 KBPS

读写距离：10 cm以内（与读写器有关）

 

存储结构

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15	1		数据块	61
	2		数据块	62
	3	密码A    存取控制   密码B	控制块	63

 

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。

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。

用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。

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）  

 

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：   C10   C20   C30

          块1：   C11   C21   C31

          块2：   C12   C22   C32

          块3：   C13   C23   C33

 

  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KEY A，进行加值操作必须验证KEY B，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：

           bit  7    6     5       4     3      2      1      0

字节6				C20_b				C10_b
字节7				C10				C30_b
字节8				C30				C20
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：

          bit  7    6      5       4     3      2      1      0

字节6	C23_b	C22_b	C21_b	C20_b	C13_b	C12_b	C11_b	C10_b
字节7	C13	C12	C11	C10	C33_b	C32_b	C31_b	C30_b
字节8	C33	C32	C31	C30	C23	C22	C21	C20
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：

 

控制位（X=0..2）			访 问 条 件 （对数据块 0、1、2）
C1X	C2X	C3X	Read	Write	Increment	Decrement, transfer, Restore
0	0	0	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B
0	1	0	KeyA|B	Never	Never	Never
1	0	0	KeyA|B	KeyB	Never	Never
1	1	0	KeyA|B	KeyB	KeyB	KeyA|B
0	0	1	KeyA|B	Never	Never	KeyA|B
0	1	1	KeyB	KeyB	Never	Never
1	0	1	KeyB	Never	Never	Never
1	1	1	Never	Never	Never	Never

     （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C10 C20 C30=1 0 0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B
C13	C23	C33	Read	Write	Read	Write	Read	Write
0	0	0	Never	KeyA|B	KeyA|B	Never	KeyA|B	KeyA|B
0	1	0	Never	Never	KeyA|B	Never	KeyA|B	Never
1	0	0	Never	KeyB	KeyA|B	Never	Never	KeyB
1	1	0	Never	Never	KeyA|B	Never	Never	Never
0	0	1	Never	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B
0	1	1	Never	KeyB	KeyA|B	KeyB	Never	KeyB
1	0	1	Never	Never	KeyA|B	KeyB	Never	Never
1	1	1	Never	Never	KeyA|B	Never	Never	Never

   例如：当块3的存取控制位C13 C23 C33=1 0 0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。

 

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，其频率与讯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。