一種經(jīng)典的Mifare S50電子標簽

發(fā)布日期：2021-02-20 09:15:44 作者：Ling 點擊：22684

飛利浦是世界上最早研制非接觸式IC卡的公司，其產(chǎn)品系統(tǒng)包括Mifare Standard（邏輯加密卡，EEPROM容量為8 KB）、Mifare Light（邏輯加密卡，EEPROM容量為384 KB）、Mifare PLUS（第一代雙界面卡）、Mifare PRO（第二代雙界面卡）等。
Mifare Standard卡型號為Mifare S50，簡稱S50卡）與讀寫器之間的工作距離小于100 mm，數(shù)據(jù)傳輸率為106 kb/s，完完成一次讀卡時間可小于0.1 s，工作頻率為13.56 MHz，具有可靠性高、防碰撞能力強、一卡多用、安全性能好等特點。

內(nèi)部結(jié)構與工作過程
Mifare S50整個電路（除線圈外）都集成在一個芯片內(nèi)，其內(nèi)部邏輯框圖如圖所示，芯片電路可以分為射頻接口電路和數(shù)字模塊。

射頻接口模塊由整流器、電壓調(diào)節(jié)器、上電復位（Power On Reset，POR）模塊、時鐘產(chǎn)生器、調(diào)制器以及解調(diào)器等部分組成，主要有以下功能。

1、為芯片內(nèi)部各部分電路提供工作時所需能量；
2、提供POR信號，使各部分電路同步啟動工作；
3、從載波中提取電路正常工作所需要的時鐘信號；

4、將載波上的指令數(shù)據(jù)解調(diào)出來供數(shù)字電路模塊處理以及對待發(fā)送的數(shù)據(jù)進行調(diào)制。
數(shù)字電路模塊主要由如下部分組成：
1、ATR（Answer to Request）模塊：當接收到讀寫器的Request命令后，芯片啟動該模塊建立與讀寫器的通信。
2、Anti-Collision模塊：當多個電子標簽同時位于讀寫器天線工作范圍內(nèi)時，此模塊根據(jù)電子標簽的序列號選擇其中一個電子標簽。
3、Authentication & Access Control模塊：確認電子標簽被選中后，此模塊進行讀寫器與電子標簽之間的相互認證，只有通過相互認證，才能進行進一步操作。

4、Control & Arithmetic Unit模塊：此模塊是芯片的控制中心，是中央處理器單元。
5、RAM：配合Control & Arithmetic Unit將運算結(jié)果進行暫時存儲；動態(tài)存取EEPROM中的數(shù)據(jù)供Control & Arithmetic Unit操作使用。
6、ROM：固化電子標簽所需要的程序指令。
7、EEPROM Memory：EEPROM存儲器，用于存放用戶數(shù)據(jù)，可讀可寫。
8、EEPROM Interface：訪問EEPROM存儲器的控制接口。

Mifare S50的工作過程如圖所示，讀寫器發(fā)送Request命令給所有在天線場范圍內(nèi)的電子標簽，通過防碰撞循環(huán)，得到一張卡的序列號后，選擇此卡進行認證，通過認證后對存儲器進行操作。Mifare S50對存儲器的操作包括：

1、Read：讀存儲器的一個分組。
2、Write：寫存儲器的一個分組

3、Decrement：減少分組內(nèi)容，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)寄存器。
4、Increment：增加分組內(nèi)容，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)寄存器。
5、Transfer：將數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫入EEPROM的一個分組。
6、Restore：將分組內(nèi)容存入數(shù)據(jù)寄存器。
存儲器組織與訪問控制
Mifare S50卡有8 KB的EEPROM，分成16個區(qū)，每個區(qū)又分成4個分組（Block0～Block3），一個分組有16 B，其存儲結(jié)構組織如圖

（1）每個扇區(qū)由4塊（塊0、塊1、塊2、塊3）組成（也有的將16個區(qū)的64個塊按絕對地址編號為0～63）。
（2）第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊）都是一個特殊的塊，該塊存儲了制造商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。

（3）每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，用于存儲數(shù)據(jù)，可以進行讀寫操作。
（4）每個區(qū)的塊3為控制塊，包括了密鑰A、訪問控制條件、密鑰B。具體結(jié)構如下：密鑰A有6字節(jié)，訪問控制條件有4字節(jié)，密鑰B有6字節(jié)，其結(jié)果如圖5-17所示。由于每個區(qū)都有各自的密鑰和訪問條件，各區(qū)之間互不干擾，因此Mifare S50可作為多功能卡使用。

圖區(qū)尾部（塊3）的組成

每個區(qū)的密鑰和訪問控制條件相互獨立，可以根據(jù)實際需要設定各自的密鑰及訪問控制條件。每個塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條件是由密鑰和訪問控制條件共同決定的，訪問控制條件四個字節(jié)所表示的含義如表5-4所示（注：_b表示取反）
表訪問控制條件的定義

其中，在存取控制中每個塊都有相應的三個控制位，定義如下。
塊0：　C10　C20　C30
塊1：　C11　C21　C31

塊2：　C12　C22　C32
塊3：　C13　C23　C33
三個控制位以正、反兩種形式存在于表5-4所示訪問條件字節(jié)中，決定了該塊的訪問權限。三個控制位在存取控制字節(jié)中的位置如下（Byte 9為備用字節(jié)，默認值為0x69）。
例如，上述存取控制字節(jié)為FF 07 80 69時，對應的每一位為表所示。

表存取控制位為FF 07 80 69對應的二進制碼
那么對應每個塊的存取控制位

如下。
塊0：000
塊1：000
塊2：000
塊3：001
查詢訪問控制碼的結(jié)構表，可得到相應塊所對應的訪問條件。例如，當塊3的存取控制位C13 C23 C33=001時，驗證密鑰A或密鑰B正確后可讀、不可寫、不可加值；驗證密鑰A或密鑰B正確后可進行Decrement、Transfer、Restore操作。其中，KeyA|B表示密鑰A或密鑰B，Never表示任何條件下均不能實現(xiàn)。