Mifare Classic 簡介

　　MIFARE Classic是恩智浦半導體開發的可用于非接觸式智能卡，符合ISO/IEC 14443 A類標準。用于公共交通票證等應用，還可用于各類其他應用有S20，S50(M1)，S70幾種規格，主要是根據存儲器容量劃分，存儲器容量分別有320B，1K，4K。具有以下防干擾、輕松簡便以及安全等特性：

防干擾

　　智能防干擾功能允許同時有多張卡在現場工作。防干擾算法分別選擇每一張卡，并確保選定的卡正確執行交易，不會受到現場另一張卡的干擾。

輕松集成，使用簡便

　　針對輕松集成和使用簡便而設計，允許在不到100 ms的時間內完成整個票證交易。

安全

· 每器件具有制造商編程的7字節UID或4字節NUID標識符

· 支持隨機ID

· 三道雙向認證(ISO/IEC DIS 9798-2)

· 每扇區提供兩組獨立的密鑰，支持多用途密鑰體系

　　本文以S50進行著重講解，對于S20及S70可訪問官方網站詳細了解。

邏輯框圖

　　對于S50來說，芯片由1KB E2P，非接接口，數字控制單元組成。其中：

非接接口(RF Interface)，包括：

· 調制解調器(Modulator/demodulator)

· 整流器(Rectifier)

· 時鐘再生器(Clock regenerator)

· 上電復位(Power-On Reset )

· 電壓調節器(Voltage regulator)

防沖突管理
認證管理
控制和算術邏輯單元
存儲器及訪問接口：對于S50來說，存儲器(E2P)只需要1KB分為16個扇區，每個扇區為4塊，每塊16個字節,以塊為存取單位。
加密單元

執行流程

執行流程包括三個部分，分別是初始化及選擇過程，認證過程以及數據操作過程，如下圖所示：

· 呼叫

　　讀卡器發送 REQA/WUPA 命令，卡返回 ATQA 的過程。

· 防沖突循環

　　在防沖突循環過程中將讀取卡片的ID，如果存在多張卡，則通過ID進行區別，并選擇一張卡進一步處理，其它卡回到 IDLE 狀態等待REQA/WUPA 命令。

· 選卡

　　讀寫器發送 SELECT，卡返回 SAK 的過程， SAK 指示當前卡是否支持 14443-4 協議和 UID 是否完整。

· 三輪認證

　　選卡后，讀寫器指定后續讀寫的存儲器位置，并用相應密鑰進行三輪認證。認證成功后，所有的存儲器操作都是加密的。

· 存儲器操作

　　認證后可執行下列操作：

讀塊
寫塊
減值：減少數值塊內的值，并將結果保存在數據寄存器中。
加值：增加數值塊內的值，并將結果保存在數據寄存器中。
恢復：將數據塊內容移入數據寄存器。
轉存：將數據寄存器的內容寫入數值塊。

數據存儲結構

廠商代碼塊

　　這是第 0 區的第 0 塊存儲制造商代碼，它含有 UID 和廠商數據，只讀。如果是4字節UID，則0~3字節為序列號，第4字節為校驗字節(異或值)，第5字節國卡片容量，第6、7字節為卡片類型。

數據塊

　　所有扇區都由3個塊組成，每個塊由16字節用于存儲數據(扇區0只有兩個數據塊，一個只讀的廠商數據塊)。數據塊可以設置為：

· 讀寫塊，例如用于非接觸門禁管理，有效命令： read, write

· 數值塊，例如用于電子錢包。

數值塊

　　數值塊允許執行電子錢包功能(有效的命令是:讀、寫增量、減量、恢復、轉移)。數值塊有一個固定的數據格式允許錯誤檢測和校正和備份管理。

· 數值：有符號 4 字節數值。數值的最低字節存儲在最低地址字節。負值以標準的 2 的補碼形式存儲。數值存儲三次，兩次不取反，一次取反。

· 地址（ Adr）： 1 字節絕對地址，當進行備份管理時，可用于保存塊的地址（即地址不一定與當前的塊號相同）。地址保存四次，兩次取反，兩次不取反。在 increment、decrement、 restore 和 transfer 操作中，地址保持不變。它只能通過 write。

　　例：

　　對于十進制數1234567，地址17來說，首先十進制數轉成十六進制為0x0012D687，低字節存儲在第0字節，高字節為第3字節，補碼為0xFFED2978，低字節存儲在第4字節，高字節存儲在第7字節。對于十六進制的地址0x11來說，補碼為0xEE。存儲結果如下表所示：

尾塊

　　各區均有一個尾塊，存有：

· 密鑰 A 和 B（可選）：卡片發行時，所有的密鑰被設置為 FFFFFFFFFFFF。如果讀密鑰的權限不滿足則讀出的密鑰值為全 0.

· 該區四個塊（或16個塊）的讀寫條件，存儲在字節 6 至 9 。讀寫控制位也指定了數據塊的類型（讀寫塊或數值塊）。

　　如果不需要密鑰 B，尾塊的最后 6 字節可以用作數據字節。尾塊的字節 9 可用于用戶數據。此字節享有與字節 6、 7、 8 相同的讀寫權限。對于訪問條件，參考后面章節的詳細說明。

訪問控制

　　任何內存操作之前,卡必須選擇和驗證，對一個特定的塊的訪問，依賴于驗證過程中的密鑰以及存儲在當前的扇區尾部的訪問條件。內存操作如下表所示：

訪問條件

　　每個數據塊和尾塊的訪問條件是由3位數據組成，在訪問條件及其補碼形式存儲在指定塊的尾塊中。

　　訪問控制位使用密鑰A和密鑰B控制內存的訪問，訪問條件可能會改變,只要知道相關的密鑰和當前訪問條件即允許此操作。如下圖所示：

控制位的組成

尾塊訪問條件

　　根據尾塊的訪問控制位，對于key的讀/寫訪問的權限包括：never,keyA,keyB或者keyA|B。

卡片發行時的控制字節為： FF078069，即：

C10 C20 C30=000，塊 0 的讀、寫、增、減、恢復、傳送的權限都是 key A 或 keyB

C11 C21 C31=000，塊 1 的讀、寫、增、減、恢復、傳送的權限都是 key A 或 keyB

C12 C22 C32=000，塊 2 的讀、寫、增、減、恢復、傳送的權限都是 key A 或 keyB

C13 C23 C33=001，塊 3 的 keyA 讀權限 never， keyA 的寫權限、 Access bits 和 keyB 的讀寫權限都是 keyA。

例一： C11 C21 C31=010，即塊 1 的讀權限為 keyA/keyB，寫、增、減、恢復、傳送的權限為never。修改尾塊的值為： FFFFFFFFFFFFDF078200FFFFFFFFFFFF

例二： C1x C2x C3x=111，即數據塊的所有權限都為 never，尾塊的讀控制字節權限為 keyA|B，

其它權限為 never。

修改尾塊的值為： FFFFFFFFFFFF00F0FF00FFFFFFFFFFFF

數據塊訪問條件

　　根據訪問控制位的數據塊(塊0~2)，讀/寫訪問被指定為“從不”,“KeyA”,“KeyB”或“KeyA| B”。訪問控制位定義了應用程序和相應的適用的命令。

?讀/寫塊:允許讀和寫操作。

?數值塊:允許額外的值操作，增量、減量、轉移和恢復。

?制造商塊:只讀，不受訪問控制位設置影響!

?密鑰管理:在運輸時配置必須用于身份驗證的KeyA

執行命令

　　MIFARE Classic卡激活遵循ISO / IEC 14443 TypeA，MIFARE Classic卡被選中后,它可以使用ISO / IEC 14443命令停用,或可以執行MIFARE Classic命令。

ACK與NAK

　　Mifare classic 使用4位ACK/NAK，如下表所示：

個人化

SET_MOD_TYPE命令

認證命令

讀命令

寫命令

增、減、恢復命令

轉存命令

安全與保護

數據完整性

　　以下機制在非接通訊過程中于讀卡器與卡片之間實現，卡片確保數據正確性：

?每個數據塊有16位CRC

?為每個字節奇偶校驗位

?位數檢查

?位編碼區分“1”,“0”和“無信息”

?監測信道(協議序列和位流分析)

三輪認證

1. 卡從指定扇區的尾塊讀出密鑰和訪問權限，并產生 4 字節隨機數發送給讀卡器。

2. 讀卡器使用密鑰加密收到的隨機數，把加密結果連同自己產生的隨機數一起發送給卡（共 8 字節）。

3. 卡使用第 1 輪中讀出的密鑰驗證讀卡器返回的加密數據，如正確則把收到的隨機數加密后發送給讀卡器，否則不發送數據。

RF接口

　　RF-interface根據非接觸式智能卡ISO / IEC 14443標準實現。兩個方向的數據通信在每一幀的開始只有一個起始位。每個字節一位校驗位(奇校驗)。選擇塊的最低(LSB)的字節最選傳輸，最大幀長度為163位(16字節數據+ 2 CRC字節= 16′2′9 + 9 + 1起始位)。

資料參考

1.官方網站：http://www.nxp.com

2.MIFARE Classic EV1 1K - Mainstream contactless smart card IC for fast and easy solution development.pdf Rev. 3.0

3.MIFARE Platform Update &Infrastructure Introduction.Steven CJ Chang2012.Feb.27

4.《智能卡技術》

作者：SCPlatform

Email：SCPlatform@outlook.com

本文旨在學習、交流使用，任何對文章內容的出版、印刷，對文章中提到的技術的商業使用時，請注意可能存在的法律風險。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的MIFARE Classic S50技术详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。