RFID与射频卡电器特性

Posted 2020-08-11 Dark_dance

电气特性：

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；

● 工作温度：-20℃～50℃；

● 工作频率：13.56MHZ；

● 通信速率：106KBPS；

● 读写距离：可达10mm(与读写器以及卡天线尺寸有关)；

● 数据保存期为10年，可改写10万次，读不限次。

工作原理：

卡片由一个卷绕天线和特定用途集成电路模块组成。其中，模块由一个高速(106KB波特率)的RF接口。一个控制单元和一个8K位E2PROM组成。读写器向MF1卡发出一组固定频率(13.56MHZ)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，从而使谐振电容内有了电荷，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模块存储电容内储存，当所积累的电荷达到2V以上时，此电容可作为电源向模块电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。

存储结构：

MF1卡分为16个扇区，每区有4块(块0～块3)，共64块，按块号编址为0～63。第0扇区的块0(即绝对地址块0)用于存放芯片商，卡商相关代码，已经固化不可更改。其他各扇区的块0，块1，块2为数据块，用于存贮用户数据；块3为各扇区控制块，用于存放密码A，存取控制条件设置，密码B。各区控制块结构相同，如下所示：

各区控制块3 结构	字节号	0 1 2 3 4 5	6 7 8 9	10 11 12 13 14 15
	控制值	FF FF FF FF FF FF FF	07 80 69	FF FF FF FF FF FF
	说明	密码A(0～5字节)	存取控制(6～9字节)	密码B(10～15字节)

控制属性：

每个扇区的用户密码和存取控制条件都是独立设置的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。在存取控制中，每个块都有三个控制位相对应，用以决定某数据块或控制块的读写条件，定义为："CXxy"，见表1所示。

其中CX代表每块控制位号(C1～C3)，x代表某块所属扇区号(0～15)， y代表该扇区内某块号。例如C1x2 即为x扇区内块2的第1控制位，余此类推。

注：控制位的设置存放在存取控制字节中，见表2所示。
表1：控制位定义"CXxy"

块0	C1x0	C2x0	C3x0	用户数据块，(0区0块除外)
块1	C1x1	C2x1	C3x1	用户数据块
块2	C1x2	C2x2	C3x2	用户数据块
块3	C1x3	C2x3	C3x3	密匙存取控制块

 

表2：三个控制位在存取控制字节中的位置(注：" _b" 表示取反)

位号 字节号	bit 7	6	5	4	3	2	1	0
字节6	C2x3_b	C2x2_b	C2x1_b	C2x0_b	C1x3_b	C1x2_b	C1x1_b	C1x0_b
字节7	C1x3	C1x2	C1x1	C1x0	C3x3_b	C3x2_b	C3x1_b	C3x0_b
字节8	C3x3	C3x2	C3x1	C3x0	C2x3	C2x2	C2x1	C2x0
字节9	BX7	BX6	BX5	BX4	BX3	BX2	BX1	BX0
所属块	块3控制位	块2控制位	块1控制位	块0控制位	块3控制位	块2控制位	块1控制位	块0控制位

 

各扇区数据块0～块2的三个控制位以正反两种形式存在于块3的存取控制字节中，它决定了该块的访问权限(例如进行减值及初始化值操作必须验证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(6～9字节)中的权限如下(阴影区的存取控制为厂商初始值；字节9为备用字节，默认值为69)：

注释：表3中，KeyA|B表示密码A或密码B，Never表示没有条件实现。

表3：数据块的存取控制权限(x=0～15扇区； y=块0，块1，块2)

C1xy C2xy C3xy	读	写	加值	减值，初始化
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 0 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

  

 例如，某区块的3个存取控制位C1xy，C2xy，C3xy=000时(厂商预设的初始值，见阴影区)，验证密码A或密码B正确后可读出/可写入/可加值/减值及初始化操作。该初始值主要供制卡和发卡商检测心片功能使用，确认所有读写/加密功能均正常(存取控制初始值"ff078069"，请参考"步骤举例"自行验算)后，再依据使用需要和参照表4表5设置新的存取控制权限值，进行用户数据操作和修改新的用户密码。

再如当某区块0的存取控制位C10，C20，C30的设置均=100时，验证密码A或密码B正确后可读出其数据；只有验证密码B正确后才可允许改写数据；不能进行加值，减值等操作。

以厂商初始值"FF 07 80 69"为例，说明存取控制条件对数据块的影响。初始存取控制默认值(C1x0，C2x0，C3x0=000；C1x1，C2x1，C3x1=000；C1x2，C2x2，C3x2=000；C1x3，C2x3，C3x3=001)和KeyA，KeyB默认值(由厂商提供，通常为：ffffffffffff)。那么块3中，厂商初始的存取控制值如下表所示：

表4：块3中厂商初始存取控制值(-号表示需要取反)

Bit#	7	6	5	4	3	2	1	0
字节6	1-	1-	1-	1-	1-	1-	1-	1-
字节7	0	0	0	0	0-	1-	1-	1-
字节8	1	0	0	0	0	0	0	0
	CXx3	CXx2	CXx1	CXx0	CXx3	CXx2	CXx1	CXx0

 

如果用户要读到块1的内容，对照表4和查对表3可知，当存取控制C1x1，C2x1，C3x1=000时，必需正确校验KEY A或KEY B后才可允许读取块1的内容，否则，MF1读写器会因校验某区密码出错而无法读取和传送数据!以此类推，用户要进行其它操作时，可根据存取条件，对照表2～4来决定其操作权限。 
   表5列出了飞利浦公司对MF1卡的8种控制位设置值所对应的存取控制权限表，供发卡商及用户设置MF1卡使用权限时参考，其释义如下： 
表5：块3的存取控制权限(供发卡商及用户设置权限时参考)

控制位设置值			密码A权限		存取控制权限		密码B权限
C1x3	C2x3	C3x3	读	写	读	写	读	写
0	0	0	Never	KeyA	KeyA	Never	KeyA	KeyA
0	1	0	Never	Never	KeyA	Never	KeyA	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	KeyA	KeyA	KeyA	KeyA
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C13C23 C33 = 100时，表示：密码A：不可读(隐藏)，验证KEYB正确后，可写(或更改)；存取控制：验证KEYA或KEYB正确后，可读不可写(写保护)；密码B：不可读，验证KEYB正确后可写。

又如：当块3的存取控制位C13C23 C33 = 110或者111时，除存取控制值需要在验证KEYA或KEYB正确后仅仅可读外，其它如存取控制值的改写，密码A，密码B的读写权限均被锁死而无法访问!

 

 

MF1卡修改各区块控制位值和数据——举例

(一)，以常用设置"08 77 8F 69"控制条件为例，先搞清楚它――具有的访问权限。 
1、对"08 77 8F 69"值进行计算，该值定位于各区块3的6，7，8，9四个字节内，字节6=08，字节7=77， 
字节8=8F，字节9=69(默认值，不予计算)。 
2、例如：字节6=08，对应其二进制值=00001000，则对6，7，8这三个字节进行二进制转换结果见下表：

字节6 = 0 0 0 0 1 0 0 0

字节7 = 0 1 1 1 0 1 1 1

字节8 = 1 0 0 0 1 1 1 1

3、参照表2及表4算法,字节6的全部二进制值取反,字节7的低四位二进制值取反,字节8不变,得到：

字节号	对应二进制值	位置	高4位	位置	低4位
字节6  字节7  字节8	0 0 0 0 1 0 0 0  0 1 1 1 0 1 1 1  1 0 0 0 1 1 1 1	C2Y  C1Y  C3Y	1 1 1 1  0 1 1 1  1 0 0 0	C1Y  C3Y  C2Y	0 1 1 1  1 0 0 0  1 1 1 1
所属块位			块3 块2 块1 块0		块3 块2 块1 块0

 

4、对以上6，7，8字节的存取/控制二进制已取反值，依照表2，表4块位转换为各块控制值，如下表：

块3位	字节7，字节6，字节8 = C13，C23，C33 = C1Y，C2Y，C3Y = 0 1 1
块2位  块1位  块0位	字节7，字节6，字节8 = C12，C22，C32 = C1Y，C2Y，C3Y = 1 1 0 字节7，字节6，字节8 = C11，C21，C31 = C1Y，C2Y，C3Y = 1 1 0 字节7，字节6，字节8 = C10，C20，C30 = C1Y，C2Y，C3Y = 1 1 0

注意：高4位的各块值=低4位的各块值时，其值可用。高4位值≠低4位值时，其值不可用! 
5、查对访问权限(数据存取控制依照表3，块3存取控制依照表5)，该例"08 77 8F 69"的访问权限为： 
◆ 块3 = 011：权限为：KeyA，KeyB均不可读，验证KeyB正确后可改写KeyA和KeyB，验证KeyA或KeyB正确后可读"控制位"。在此可见密钥KeyB的重要性，KeyB不正确是无法看到块3控制值，更无法修改密钥。

◆ 块2 = 块1 = 块0 =110：权限为：验证KeyA或KeyB后可读该块数据，减值以及初始化值，只有验证KeyB 正确后才可改写该块数据，在此可以看到密钥KeyB对改写数据块也起着关键性作用。 
(二)、"08 77 8F 69" 控制条件设置步骤：
由(一)可知：KeyB设置后为不可读，并且改写数据和改写控制位都需要正确验证它，故KeyB设置后程序
操作员必须妥善保管KeyB值，否则以后改写数据和控制位时，不正确的KeyB值将无法实现卡的任何操作!!! 
1、修改块3控制位的值：最初的各区块3内的KeyA，KeyB都是厂商12个"F"默认值(KeyA在任何条件下均为不可读，大部分读写机程序表现KeyA为未知的12个"0" )，在修改控制值时，先不要修改默认密码KeyA和KeyB，在控制位修改成功后，再去更改新密码值。即先对块3的控制位进行修改(默认值FF 07 80 69改为新值08 77 8F 69)并执行写操作。控制位写成功后，KeyB亦为12个"0"不可读了，但仍是隐藏的12个"f"默认值。
2、修改块3的KeyA和KeyB值：控制位0877 8F 69值写成功后，验证KeyB正确后方可改写KeyA和KeyB新密码。在密码操作模式键入要改写区块之先前密码B(先前密码为默认值时，则不需改动和加载)，加载后反回数据操作模式，再进行读值，KeyA和KeyB值的改写。

3、修改块0～块2中数据：由新的控制条件08778F69可知，要修改数据，必须先验证KeyB，故先设置密码操作为KeyB认证方式，加载后再返回数据操作模式，对要修改的数据块进行值的改写操作。

4、上例中分析了"08 77 8F 69"的访问条件及其改写步骤，对用户的其它控制条件亦可参照应用。

MF1卡常见问题及处理建议

① 盲目操作：造成某些区块误操作被锁死不能再使用。应当仔细参考表3表5的控制权限后，予先得出操作后的结果是否适合使用要求，并且列出操作顺序表单再操作。最好授权程序员对块3的设置作专人操作。

② 丢失密码：再读写时造成密码认证出错而不能访问卡。特别要求在对MF卡进行块3编程操作时，必须及时记录相关卡号的控制值，KeyA，KeyB等，而且应当有专人管理密码档案。

③错误设置：对MF1卡的块3控制块了解不透彻，错误的理解造成设置造成错误的设置。依照表2可知，目前Mf1卡的控制块仅只有8种数据块访问控制权限和8种控制块设置权限，超出这16种权限的其他代码组合，将直接引起错误设置而使卡片报废!

④ 极端权限：当块3的存取控制位C13C23 C33 = 110或者111时，称为极端权限。除特殊应用外一般不被使用!启用前认真权衡对密码读写，存取控制的锁死是否必要，否则，数据加密后即使有密码也无法读取被锁死的数据区块(看不见)!

⑤ 设备低劣：低劣的设备将直接影响卡的读写性能。对MF卡进行块3编程操作的设备，特别要求其性能必须十分可靠，运行十分稳定!建议选用由飞利浦公司原装读写模块构建的知名读写机具!

⑥编程干扰：在对块3进行编程操作时，不可以有任何的"IO"中断或打扰!包括同时运行两个以上程序干扰甚至PC机不良的开关电源纹波干扰等，否则，不成功的写操作将造成某个扇区被锁死的现象，致使该扇区再次访问时出错而报废。

⑦ 数据出错：在临界距离点上读卡和写卡造成的。通常的读卡，特别是写卡，应该避免在临界状态(刚能读卡的距离)读卡。因为临界状态下的数据传送是很不稳定的!容易引起读写出错!

⑧ 人为失误：例如，密码加载操作失误，误将KeyA加载为KeyB；或者是误将其他制卡厂约定的初始密码值如a0a1a2a3a4a5，b0b1b2b3b4b5加载到本公司生产的MF1卡内；或者在初始状态下(密码A=000000000000【隐藏状态，实际为ffffffffffff】，控制位=FF07 80 69，密码B=ffffffffffff【可见】)若不经意地将KeyA=000000000000删除后又重新输入12个"0"，并加载了它!这时无意中已将KeyA原来12个隐藏的"f"，修改成了12个"0"，其后果可想而知!

⑨ 卡片失效：读写均无数据传送，读写器报告"寻卡错误"!卡片被超标扭曲，弯曲而造成内电路断裂。

⑩ 读写距离过近：与用户使用的读写器性能有关。标准型MF1卡的读写距离可达10cm(在飞利浦公司的标准读写机具上测试的最大距离)，国产知名品牌读写器一般可达5-10cm。尺寸较小的匙扣卡，其读写距离当然比标准卡近许多，但只要可靠的读写距离≥5～10mm以上，一般不会影响正常使用!