中北大学2016届毕业设计说明书
?
可重复写入10万次
（3） 安全性
安全的重点是防盗窃。相互随机数和应答认证、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[7]。 ? 相互三轮应答认证（ISO/IEC DIS9798-2） ? 射频通道数据加密
? 每个区的尾块有两个密钥，按应用场合不同密钥分级 ? 每张卡的序列号唯一
?
在通信过程中以发送密钥保护对存储区的访问权
2.1.2 结构功能说明
天线能量卡数据读卡器4匝线圈嵌入的芯片模块
图2.2 Mifare卡内部结构
数字控制单元RF接口控制和算逻单元防冲突EEPROM接口认证天线加密
图2.3 Mifare卡的功能说明
○
1RF接口： ? 调制解调器
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? ? ? ?
检波器 时钟发生器 上电复位 稳压器
2防冲突：一一选定通信范围内的几张卡，然后先后操作。 ○
3认证：○在对任意存储器的存储块进行读写操作之前得先通过认证，必须各个存储
区指定的密钥相匹配才能获得访问资格。
4控制和算术逻辑单元：写入特定的冗余格式的数据，可以读写、加减。 ○
5EEPROM接口 ○
6加密单元：○每次数据交换的 CRYPTO1 数据流都进行加密，防止数据被非法盗窃。 7EEPROM: 1 KB，分16区，每区4块。每一块有16字节。 ○
2.1.3 存储区结构
1024 x 8 bit EEPROM存储器分为16区，每区4块，每块16字节。 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”。
表2.1 存储区扇区结构 扇区 块 3 15 2 1 0 3 14 2 1 0 : : : : : : 3 1 2 1 0 3 0 2 1 0 KEY A 控制位 KEY B 扇区1尾块 块内字节编号
说明 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F KEY A 控制位 KEY B 扇区15尾块 数据 数据 数据 KEY A 控制位 KEY B 扇区14尾块 数据 数据 数据 数据 数据 数据 KEY A 控制位 KEY B 扇区0尾块 数据 数据 制造商占用块 第 7 页 共 61 页
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（1）制造商占用块
第1个区的第1个块（块0）。它含有卡的序列号、检查字节和制造商数据。由于安全和系统要求，此块只能由制造商在生产过程进行一次编程。用户对块0只能进行只读，前4个字节是卡的序列号，此值唯一。
最高位最低位 X X X X X X X X 0字节 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15序列号检查字节制造厂商数据
图2.4 块0的存储结构
（2）数据块
各区均有3个16字节的块用于存储数据，除区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：
1 读写块，比如用于非接触门禁系统，存储用户资料。 ? ○
2 数值块，可以加减，可作电子钱包的用途。 ? ○
在进行任一数据块操作之前，必须先通过认证环节。此次研究我只使用读写块功能，用于存储用户的信息，我将自己的名字存储到0区的块1中。 （3）尾块
各区都有一个尾块，存有：
1密钥A和B（可选）○，读块时返回逻辑“0”。
2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）。
每张卡的密钥A的默认密码是6个字节的“FF”。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[7]。
表2.2 尾块的存储结构
字节号 说明 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 密钥B（可选） 第 8 页 共 61 页
密钥A 读写条件 中北大学2016届毕业设计说明书
2.2 通信原理
卡呼叫（休眠卡/全部）防冲突循环，取得卡号选卡（激活）切换扇区三轮认证（对指定扇区）不切换扇区读块写块加值减值恢复休眠转存
图2.5 通信流程图
读写器发出或根据commandReg寄存器里得到的命令，按照对应区访问条件，再由数字控制单元来处理。 2.2.1 寻卡（REQUEST）
读卡器向所有在天线范围内未进入休眠状态的卡发出的请求（0x26）命令，进入电磁场的卡被唤醒后，发送请求应答码（ATQA 符合ISO/IEC 14443A）。 2.2.2 防冲突循环（ANTICOLL）
在防冲突过程中，读回一张卡的序列号。若在读卡器的通信范围内同时有几张卡，这过程可以通过唯一序列号一一选定，并进行下一步操作。没被选定的卡转入待命状态，等待新的请求命令。 2.2.3 选卡（SELECT CARD）
然后选定卡片，得到校验码，将2个字节的卡片类型、4个字节的序列号和1字节的校验码进行CRC计算，将其发送给卡片，通信成功，则返回SAK（选择确认）SAK 1字节+2字节CRC校验（0x18（24）共3个字节）。 2.2.4 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[8]。
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认证成功后，所有的存储器操作都是加密的。
(A)RB(E)非接触式卡片读卡器(B)TOKEN AB（D）TOKEN BAMifare 1卡片(C)
图2.6 三轮认证的流程图
认证过程：
A环：卡片向读卡器发送一个随机数据RB；
B环：读卡器发出一组携带随机数据RA的令牌数据TOKEN AB；
C环：当卡片收到令牌数据TOKEN AB后，对TOKEN AB进行解密并得到RB，校验得到的RB与A环中发出的RB是否相同；
D环：若校验得到的RB与A环中发出的RB相同，则卡片再次向读卡器发出令牌数据TOKEN BA；
E环：读卡器收到令牌数据TOKEN BA后，对TOKEN BA进行解密并得到RA；校验得到的RA与B环中发出的RA是否相同。
如果以上的每一个环节都能顺利进行，每次校验结果都相同，则整个的认证过程将成功。 2.3 存储器读写
在此强调，必须先依次通过防冲突和密钥认证过程，才能进行存储器操作。先把该区的访问条件设置好了，区块才会执行相对应的操作。
表2.3 存储器操作说明
存储器操作 操作 读 写 增值 减值 转存 恢复 说明 读存储器块 写存储器块 增加块的内容，并将结果存入内部寄存器 减少块的内容，并将结果存入内部寄存器 将内部寄存器内容写入块中 将块中内容写入内部寄存器 使用块型 读写、数值和尾块 读写、数值和尾块 数值 数值 数值 数值 2.3.1 读写条件
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