2015年-射频识别技术-第5章VIP

2015年_射频识别技术-第5章第一页，共48页。电子标签体系结构的分类第二页，共48页。5.1一位电子标签主要应用于商品电子防盗系统，简称EAS。它起源于二十世纪60年代的美国，由于当时美国的零售业存在的严重失窃，故应运而生。第三页，共48页。5.1一位电子标签

1位系统的数据量为1位，当电子标签是1位（1b）系统时，电子标签只有1和0两种状态。该系统读写器只能发出两种状态，这两种状态分别是“在读写器工作区有电子标签”和“在读写器工作区没有电子标签”。第四页，共48页。5.1一位电子标签

1位的电子标签不需要芯片，可以采用射频法、微波法、分频法、智能型、电磁法和声磁法等多种方法进行工作。下面以射频法为例，介绍1位电子标签的工作原理。第五页，共48页。射频法工作原理

射频法工作系统由读写器（检测器）、电子标签和去激活器三部分组成。电子标签采用L-C振荡电路进行工作，振荡电路将频率调谐到某一振荡频率上。射频法工作系统由读写器（检测器）发出某一频率的交变磁场，当交变磁场的频率与电子标签的谐振频率相同时，电子标签的振荡电路产生谐振，同时振荡电路中的电流对外部的交变磁场产生反作用，并导致交变磁场振幅减小。读写器（检测器）如果检测到交变磁场减小，就将报警。当电子标签使用完毕后，用“去激活器”将电子标签销毁。第六页，共48页。5.2采用声表面波技术的标签声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）是传播于压电晶体表面的机械波。利用声表面波技术制造标签，始于20世纪80年代，近年来对声表面波标签的研究已经成为一个热点。声表面波标签不需要芯片，应用了电子学、声学、雷达、半导体平面技术及信号处理技术，是有别于IC芯片的另一种新型标签。第七页，共48页。声表面波技术作为六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。第八页，共48页。

2．声表面波的特点

（1）实现电子器件的超小型化。在多数情况下,SAW的传播速度为3000～5000m/s。（2）实现电子器件的优越性能。（3）易于工业化生产。（4）性能稳定。（5）以能在金属和液体中正常工作而著称。

第九页，共48页。3．声表面波标签SAW标签是由叉指换能器和若干反射器组成。如果将反射器组按某种特定的规律设计，使其反射信号表示规定的编码信息，那么读写器接收到的反射高频电脉冲串就带有该物品的特定编码。

第十页，共48页。太空站采用SAWRFID清点物品第十一页，共48页。5.3含有芯片的电子标签

含有芯片的电子标签（ICRFID）是以集成电路芯片为基础的电子数据载体，这也是目前使用最多的电子标签。5.4具有存储功能的电子标签5.5含有微处理器的电子标签第十二页，共48页。5.4具有存储功能的电子标签

本节讨论具有存储功能、但不含微处理器的电子标签，并只讨论这类电子标签的控制电路部分第十三页，共48页。5.4.2存储器

具有存储功能的电子标签种类很多，电子标签的档次与存储器的结构密切相关。这类电子标签分为只读电子标签、可写入式电子标签、具有密码功能的电子标签和分段存储的电子标签。其中，只读电子标签档次最低，具有密码功能的电子标签和分段存储的电子标签档次较高。第十四页，共48页。1、只读电子标签在识别过程中，内容只能读出不能写入。功能简单，结构简单，价格较低廉，适用于对价格敏感的场合，如动物识别、车辆出入控制、温湿度数据读取、工业数据集中控制等场合。（1）只读标签：ROM（2）一次性编程只读标签：PROM（3）可重复编程只读标签：EEPROM，经擦除后可重复编程写入，但在识别过程中不可改写。第十五页，共48页。2、可写入式电子标签在识别过程中，内容既可以读出又可以写入的电子标签采用SRAM（静态随机存储器）或FRAM（铁电存储器）第十六页，共48页。3、具有密码功能的电子标签（1）分级密钥：是指系统有多个密钥，不同的密钥访问权限不同，在应用中可以根据访问权限确定密钥的等级。（2）分级密钥在公共交通中的应用电子标签：乘客的卡读写器：公交车的刷卡器（密钥A），公交公司的充值器（密钥B）密钥A：读、扣费（不能充值）密钥B：读、充值第十七页，共48页。4、分段存储的电子标签当电子标签存储的容量较大时，可以将电子标签的存储器分为多个存储段。每个存储段单元具有独立的功能，存储着不同应用的独立数据。并且各个段单元有单独的密钥保护，以防止非法的访问。第十八页，共48页。5.4.3非接触式IC卡芯片介绍

老百姓所熟知的“一卡通”，其实准确说来应该叫“非接触逻辑加密IC卡”。它和银行卡不同，背面没有磁条，内部由一个存储信息的芯片和线圈组成。而之所以叫非接触，就是因为在使用的时候可以在距离IC卡接收器一定的范围内，将卡内的信息传递过去，不记名，不用输密码，使用非常方便。像目前应用的公交卡、门禁卡、停车卡等大抵都属这一范畴。第十九页，共48页。IC卡与ID卡

IC卡全称为集成电路卡（IntegratedCircuitCard），又称智能卡（SmartCard）。IC卡可读写，容量大，有加密功能，数据记录可靠，使用很方便。

ID卡全称为身份识别卡（IdentificationCard），是一种不可写入的感应卡（只读卡）。ID卡含有固定的编号。第二十页，共48页。接触式IC卡与非接触式IC卡第二十一页，共48页。接触式IC卡与非接触式IC卡外观区别：接触式IC卡芯片封装在PVC料卡片中，芯片外露，需与卡槽等读卡设备接触才可读写数据；非接触式IC卡芯片封装在PVC料中，通过卡中芯片无线电波可远距离与读卡设备进行感应即可读取数据性能对比：非接触式IC卡保密性好，安全性能高，储存量大，传递速度快。接触式IC卡的读写操作速度较慢，操作也不方便，每次读写时必须把卡正确地插入到读写器的口槽才能完成数据交换，这样，在公交、考勤等需要频繁读写卡的场合就很不方便，而且读写器的触点和卡片上IC卡的触脚暴露在外,容易损坏和搞脏而造成接触不良。第二十二页，共48页。双界面卡

双界面卡是由PVC层合芯片线圈而成，基于单芯片的，集接触式与非接触式接口为一体的智能卡，它有两个操作界面，对芯片的访问，可以通过接触方式的触点，也可以通过相隔一定距离，以射频方式来访问芯片。卡片上只有一个芯片，两个接口，通过接触界面和非接触界面都可以执行相同的操作。两个界面分别遵循两个不同的标准，接触界面符合ISO/IEC7816；非接触符合ISO/IEC14443。第二十三页，共48页。5.4.4MIFARE技术

Mifare是NXP公司生产的一系列遵守ISO14443A标准的射频卡。包括MifareS50、MifareS70、MifareUltraLight、MifarePro、MifareDesfire等，由于Mifare的巨大影响力，业内有时把其它公司生产的遵守ISO14443A标准的射频卡也称为“Mifare”,尤其是MifareS50卡片，几乎就是ISO14443A标准的代言人。MIFARE技术的IC卡应用领域占世界80％的市场份额，是目前射频IC卡的工业标准，也是目前世界上使用量最大、内存容量最大的一种感应式智能IC卡。第二十四页，共48页。NXP公司NXP是由飞利浦公司于1960年创立，2006年之前隶属于飞利浦，2006NXP从PHILIPS独立出来，成为一家独立的半导体公司，总部在荷兰Eindhoven，已拥有五十年的悠久历史，主要提供工程师与设计人员各种半导体产品与软件，为移动通信、消费类电子、安全应用、非接触式付费与连线，以及车内娱乐与网络等产品带来更优质的感知体验。第二十五页，共48页。5.4.4MIFARE技术1．MIFARE卡具有的优点 （1）操作简单、快捷。 （2）抗干扰能力强。 （3）可靠性高。 （4）适合于一卡多用。第二十六页，共48页。2．MIFARE卡的技术参数

Mifare卡的主要芯片有philipmifareoneS50、philipmifareoneS70等。技术参数包括数据存储方式、数据的安全性、工作模式、工作温度、工作频率、通信速率、读写距离等。第二十七页，共48页。MifareS50卡遵守ISO14443A国际标准读写距离最大10cm射频频率：13.56MHz无源免接触，能量由读写器产生的射频场提供每张卡都有一个全球唯一的序列号第二十八页，共48页。MifareS50和MifareS70MifareS50和MifareS70又常被称为MF1卡，是遵守ISO14443A标准的卡片中应用最为广泛、影响力最大的的一员。MifareS50和MifareS70的每张卡片都有一个4字节的全球唯一序列号，卡上数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次。一般的应用中，不用考虑卡片是否会被读坏写坏的问题，当然暴力硬损坏除外

.第二十九页，共48页。MifareS50和MifareS70的区别

MifareS50和MifareS70的区别主要有两个方面。一是读写器对卡片发出请求命令，二者应答返回的卡类型(ATQA)字节不同。MifareS50的卡类型(ATQA)是0004H，MifareS70的卡类型(ATQA)是0002H。另一个区别就是二者的容量和内存结构不同，MifareS70的容量是S50的4倍。第三十页，共48页。S50卡的存取控制第三十一页，共48页。块3的结构每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。具体结构如下：第三十二页，共48页。什么是存取条件？存取条件：指符合什么条件才能对卡片进行操作数据块和控制块KeyA和KeyB第三十三页，共48页。每个块对应三个控制位在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEYA，进行加值操作必须验证KEYB，等等）第三十四页，共48页。存取控制结构

存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示，控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中：第三十五页，共48页。数据块（块0、1、2）的存取控制第三十六页，共48页。控制块（块3）的存取控制第三十七页，共48页。出厂设置C13C23C33=_____，表明该扇区块_____的存取控制信息为：密钥A____（可读，不可读），验证____________（密钥A，密钥B，密钥A或密钥B）正确后，可写；存取控制位在验证密钥A或密钥B正确后，可读且____；密钥B在验证密钥A或密钥B正确后，可读且可写。C12C22C32=_____，表明该扇区块______的存取控制信息为：__________（密钥A，密钥B，密钥A或密钥B）正确后，即可读、可写且可__________。C11C21C31=_____，C10C20C30=____第三十八页，共48页。例子第三十九页，共48页。3．MIFARE卡的安全性

2008年2月，德国研究员亨利克·普洛茨（HenrykPlotz）和弗吉尼亚大学计算机科学在读博士卡尔斯腾·诺尔（KarstenNohl）成功破解了恩智浦公司的Mifare卡。第四十页，共48页。5.5含有微处理器的电子标签微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件。如今微处理器已经无处不在，无论是智能洗衣机、移动电话等家电产品，还是汽车引擎控制、数控机床等工业产品，都要嵌入各类不同的微处理器。第四十一页，共48页。5.5.2操作系统命令的处理过程

读写器向电子标签发送的命令，经电子标签的天线进入射频模块，信号在射频模块中处理后，被传送到操作系统中。操作系统程序模块是以代码的形式写入ROM的，并在芯片生产阶段写入芯片之中。操作系统的任务是对电子标签进行数据传输，完成命令序列的控制、文件管理及加密算法。第四十二页，共48页。5.5.3含有微处理器的电子标签实例