1、1Mifare 1 非接触 IC 卡技术说明1 特性1.1 MIFARE RF 接口 (ISO/IEC 14443 A) 非接触数据传输并提供能源（不需电池） 工作距离：可达 100mm （取决于天线尺寸结构） 工作频率：13.56 MHz 快速数据传输：106 kbit/s 高度数据完整性保护：16 Bit CRC，奇偶校验，位编码，位计数 真正的防冲突 典型票务交易： 100 ms （包括备份管理）1.2 EEPROM 1 Kbyte，分为 16 个区，每区 4 个块，每块 16 字节。 用户可定义内存块的读写条件 数据耐久性 10 年 写入耐久性 100.000 次1.3 安全性 相互三
2、轮认证（ISO/IEC DIS9798-2） 带重现攻击保护的射频通道数据加密 每区（每应用）两个密钥，支持密钥分级的多应用场合 每卡一个唯一序列号 在运输过程中以传输密钥保护对 EEPROM 的访问权2 概述MIFARE MF1 是符合 ISO/IEC 14443A 的非接触智能卡。其通讯层（MIFARE RF 接口）符合 ISO/IEC 14443A 标准的第 2 和第 3 部分。其安全层支持域检验的 CRYPTO1 数据流加密。2.1 非接触能源和数据传递在 MIFARE 卡中，芯片连接到一个几匝的天线线圈上，并嵌入塑料中，形成了一个无源的非接触卡。不需要电池。当卡接近读写器天线时，高速
3、的 RF 通讯接口将以 106 kBit/s 的速率传输数据。卡4匝 线 圈 读 卡 器嵌 入 的 芯 片 模 块天 线能 量数 据22.2 防冲突智能的防冲突功能可以同时操作读写范围内的多张卡。防冲突算法逐一选定每张卡，保证与选定的卡执行交易，不会导致与读写范围内其他卡的数据冲突。2.3 用户便捷性MIFARE 是针对用户便捷性优化的。例如，高速数据传输使得完整的票务交易在不到100 ms 内处理完毕。因此用户不必在读写器天线处停留，形成高的通过率，减少了公共汽车的登车时间。在交易时，MIFARE 卡可以留在钱包里，甚至钱包里有硬币也不受影响。2.4 安全安全的重点是防欺诈。相互随机数和应答
4、认证、数据加密和报文鉴别检查和，防止各种破解和篡改，使其更适于票务应用。不可更改的序列号，保证了每张卡的唯一性。2.5 多应用功能MIFARE 提供了可以与 CPU 卡媲美的真正多应用功能。每区两个不同的密钥支持采用分级密钥的系统。3 功能说明RF接 口 数 字 控 制 单 元防 冲 突认 证控 制 和 算 逻 单 元EPROM接 口加 密天 线3.1 方框图说明MF1 S50 集成电路芯片内含 1 Kbyte EEPROM、RF 接口和数字控制单元。能量和数据通过天线传输，卡中天线为几匝线圈，直接连接到芯片上。.不再需要额外的组件。 RF 接口： 调制解调器 检波器 时钟发生器 上电复位 稳
5、压器 防冲突：读写范围内的几张卡可以逐一选定和操作。3 认证：在所有存储器操作之前进行认证过程，以保证必须通过各块指定的密钥才能访问该块。 控制和算术逻辑单元：数值以特定的冗余格式存储，可以增减。 EEPROM 接口 加密单元：域验证的 CRYPTO1 数据流加密，保证数据交换的安全。 EEPROM: 1 Kbyte，分 16 区，每区 4 块。每一块有 16 字节。每区的最后一块称作“尾块”，含有两个密钥和本区各块的读写条件。3.2 通讯原理命令由读写器发出，根据相应区读写条件受数字控制单元的控制。 卡 呼 叫 （ 休 眠 卡 /全 部 ）防 冲 突 循 环 ， 取 得 卡 号选 卡 （ 激
6、 活 ）三 轮 认 证 （ 对 指 定 扇 区 ）读 块切 换 扇 区不 切 换 扇 区 写 块 加 值 减 值 恢 复 休 眠转 存3.2.1 呼叫（REQUEST STANDARD / ALL）卡上电复位后，通过发送 request 应答码（ATQA 符合 ISO/IEC 14443A），能够回应读写器向天线范围内所有卡发出的 request 命令。3.2.2 防冲突循环（ANTICOLLISION LOOP）在防冲突循环中，读回一张卡的序列号。如果在读写器的工作范围内有几张卡，它们可以通过唯一序列号区分开来，并可选定以进行下一步交易。未被选定的卡转入待命状态，等候新的 request 命
7、令。3.2.3 选卡（SELECT CARD）读写器通过 select card 命令选定一张卡以进行认证和存储器相关操作。该卡返回选定4应答码（ATS= 08h），明确所选卡的卡型。3.2.4 三轮认证（3 PASS AUTHENTICATION）选卡后，读写器指定后续读写的存储器位置，并用相应密钥进行三轮认证。认证成功后，所有的存储器操作都是加密的。3.2.5 存储器操作认证后可执行下列操作： 读数据块 写数据块 减值：减少数据块内的数值，并将结果保存在临时内部数据寄存器中。 加值：增加数据块内的数值，并将结果保存在数据寄存器中。 恢复：将数据块内容移入数据寄存器。 转存：将临时内部数据寄
8、存器的内容写入数值块。 3.3 数据完整性在读写器和卡之间的非接触通讯链接中实施下列机制，以保证数据传输的可靠性： 每块 16 bit CRC 每字节的奇偶位 位计数检查 位编码，以区分”1”、 ”0”和无信息。 通道监控（协议序列和位流分析）3.4 安全采用符合 ISO 9798-2 的三轮认证，以保证高度的安全性。3.4.1 三轮认证流程a) 读写器指定要访问的区，并选择密钥 A 或 B。b) 卡从位块读区密钥和访问条件。然后，卡向读写器发送随机数。（第一轮）c) 读写器利用密钥和随机数计算回应值。回应值连同读写器的随机数，发送给卡（第二轮）。d) 卡通过与自己的随机数比较，验证读写器的回
9、应值，再计算回应值并发送（第三轮）。e) 读写器通过比较，验证卡的回应值。在第一个随机数传送之后，卡与读写器之间的通讯都是加密的。3.5 RF 接口RF 接口符合非接触智能卡标准 ISO/IEC 14443A。读写器的载波电磁场始终存在（发送中有短暂中断），因为它用作卡的电源。对于两个方向的数据通讯，每个数据帧都只有一个起始位。所传送的每个字节末尾都有一个奇偶校验位（奇校验）。选定块最低地址字节的最低位首先传送。最大帧长为 163 bit（16 数据字节 + 2 个 CRC 字节 = 16 * 9 + 2 * 9 + 1 起始位）。3.6 存储器组织1024 x 8 bit EEPROM 存储
10、器分为 16 区，每区 4 块，每块 16 字节。 5在擦处后的状态下，EEPROM 的单元读为逻辑“0”，写后的状态下读为“1 ”。块内字节编号扇区 块 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 说明3 KEY A 控制位 KEY B 扇区 15 尾块2 数据1 数据150 数据3 KEY A 控制位 KEY B 扇区 14 尾块2 数据1 数据140 数据:3 KEY A 控制位 KEY B 扇区 1 尾块2 数据1 数据10 数据3 KEY A 控制位 KEY B 扇区 0 尾块2 数据1 数据00 制造商占用块3.6.1 厂商代码块这是第 1 区的第 1 块（块
11、0）。它含有集成电路制造商数据。出于安全和系统需求，此块是制造商在生产过程中编程后写保护的。字 节 序 列 号 检 查 字 节 制 造 厂 商 数 据最 高 位 最 低 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 12 13 14 15 X X X X X X X X 03.6.2 数据块各区均有 3 个 16 字节的块用于存储数据（区 0 只有两个数据块以及一个只读的厂商代码块）。数据块可以通过读写控制位设置为：读写块，例如用于非接触门禁管理数值块，例如用于电子钱包，另有可直接控制存储值的命令，如增值、减值。在任何存储器操作之前必须执行认证命令。3.6.2.1 数值块数值块具有电子
12、钱包功能（有效命令：read, write, increment,decrement, restore, transfer）。6数值块有固定的数据格式，以便于错误检测、纠错和备份管理。数值块只能通过以数值块格式的写操作生成： 数值：有符号 4 字节数值。数值的最低字节存储在最低地址字节。负值以标准的 2 的补码形式存储。出于数据完整性和安全原因，数值存储三次，两次不取反，一次取反。 地址（Adr）：1 字节地址，当进行备份管理时，可用于保存块的地址。地址保存四次。两次取反，两次不取反。在 increment、 decrement、 restore 和 transfer 操作中，地址保持不变。它
13、只能通过 write 命令更改。字节号 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0说明 数值 数值 数值 Adr Adr Adr Adr3.6.3 尾块（块 3）各区均有一个尾块，存有： 密钥 A 和 B（可选），读时返回逻辑“0”。 该区四个块的读写条件，存储在字节 6 至 9。读写控制位也指定了数据块的类型（读写块或数值块）。如果不需要密钥 B，块 3 的最后 6 字节可以用作数据字节。尾块的字节 9 可用于用户数据。因为此字节享有与字节 6、7、8 相同的读写权限。字节号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15说明 密钥
14、 A 读写条件 密钥 B（可选）3.7 存储器读写必须如前所述，先选定卡并通过认证，才能执行存储器操作。7识 别 和 选 定 过 程认 证 过 程存 储 器 操 作 数 值 块 读 ,写 ,增 值 ,减 值 ,恢 复 ,转 账 读 写 块读 ,写退 出换 区不 换 区 的 新 命 令存储器操作操作 说明 使用块型读 读存储器块 读写、数值和尾块写 写存储器块 读写、数值和尾块增值 增加块的内容，并将结果存入内部寄存器 数值减值 减少块的内容，并将结果存入内部寄存器 数值转存 将内部寄存器内容写入块中 数值恢复 将块中内容写入内部寄存器 数值对指定块可以执行的存储器操作取决于所用的密钥和存储在相
15、应尾块中的读写条件。3.7.1 读写条件每个数据块和尾块的读写条件均由 3 个 bit 定义，并以非取反和取反形式保存在各个区的尾块中。读写控制位管理着使用密钥 A 和 B 读写存储器的权限。如果知道相关的密钥，并且当前读写条件允许，读写条件是可以更改的。读写控制位 有效命令 块 说明C13 C23 C33 read, write 3 尾块C12 C22 C32 read, write, increment, decrement, transfer, restore 2 数据块C11 C21 C31 read, write, increment, decrement, transfer, re
16、store 1 数据块C10 C20 C30 read, write, increment, decrement, transfer, restore 0 数据块8注意：在每一次存储器读写时，内部逻辑会验证存储条件的格式。如果发现个是错误，这个区将被永久性锁死。注意：在下列说明中，读写控制位是仅以非取反形式表述的。MF1 的内部逻辑保证了命令只有在通过认证后才被执行。3.7.2 尾块的读写条件对密钥和控制位的读写取决于尾块（块 3）的访问控制位，分为“禁止”、“KEY A”、“ KEY B”和“KEY A|B”（ KEY A 或 KEY B）。访 问 控 制 位字 节 6字 节 7字 节 8字
17、 节 9所控制的访问对象访问控制位KEY A 访问控制位 KEY B 注释C1 C2 C3 读 写 读 写 读 写0 0 0 禁止 Key A Key A Key B Key A Key A Key B 可读0 1 0 禁止 禁止 Key A 禁止 Key A 禁止 Key B 可读1 0 0 禁止 Key B Key A|B 禁止 禁止 Key B1 1 0 禁止 禁止 Key A|B 禁止 禁止 禁止0 0 1 禁止 Key A Key A Key A Key A Key A Key B 可读传输配置状态0 1 1 禁止 Key B Key A|B Key B 禁止 Key B1 0 1
18、禁止 禁止 Key A|B Key B 禁止 禁止1 1 1 禁止 禁止 Key A|B 禁止 禁止 禁止注：灰色行为 key B 可读并可用于存储数据的访问控制条件。尾块和 key A 被预定义为传输配置状态。因为在传输配置状态下 key B 可读，新卡必须用 key A 认证。因为访问控制位本身也可以禁止访问，所以个人化时应当特别小心。3.7.3 数据块的访问控制条件对数据块（块 0 至 2）的读写访问取决于其访问控制位，分为“禁止”、“KEY A”、9“KEY B”和“kEY A|B”（ KEY A 或 KEY B）。相关访问控制位的设置确定了其用途以及相应的可用命令。 读写块：允许读、
19、写操作。 数值块：运行另外的数值操作加值、减值、转存和恢复。在用于非充值卡的一种情况（001）下，只能够读和减值。在另一种情况（ 110）下，可以用 key B 充值。 制造厂商块：只读，不受访位控制位设置的影响！ 密钥管理：在传输配置状态下，必须用 key A 认证。访问控制位 所控制的访问操作 用途C1 C2 C3 读 写 加值减值转存恢复0 0 0 key A|B1 key A|B1 key A|B1 key A|B1 传输配置状态0 1 0 key A|B1 key B1 禁止 禁止 读写块1 0 0 key A|B1 key B1 禁止 禁止 读写块1 1 0 key A|B1 key B1 key B1 key A|B1 数值块0 0 1 key A|B1 禁止 禁止 key A|B1 数值块0 1 1 key B1 key B1 禁止 禁止 读写块1 0 1 key B1 禁止 禁止 禁止 读写块1 1 1 禁止 禁止 禁止 禁止 读写块1 如果相应扇区尾块 Key B 可读，则不得用作认证（前表中所有灰色行）。后果：如果读写器试图用灰色行的访问控制条件以 Key B 认证任何扇区的任何块，卡将在认证后拒绝所有后续存储器访问。
