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非接触智能卡SHC1112的存储器结构

发布时间:2018-08-12 14:56热度()我要投稿
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导读:一概述SHC1112无线通讯接口符合ISO/IEC14443TypeA协议的第2和第3部分。安全协议采用了专用加密算法来保护数据交换的安全

  一概述

  SHC1112无线通讯接口符合ISO/IEC 14443 Type A协议的第2和第3 部分。安全协议采用了专用加密算法来保护数据交换的安全。

  SHC1112采用先进的芯片制造工艺制作。内有高速的CMOS EEPROM。卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外,无任何其他元件。卡片上无源(无任何电池)。卡放在读写设备的有效天线场内,高速RF通讯接口能达到的数据传输速率高达106kbit/s。

  SHC1112具有防冲突功能:能在同一时间处理在卡片读写器天线的有效工作距离内的多张卡片。该防冲突算法确保只选中一张卡,并保证在与选中的卡进行数据交换过程中,不受其他卡进入或离开射频区域的影响。

  SHC1112设计时考虑了卡使用者使用的方便性。卡提供的高速数据传输速率使一次典型的交易处理时间短于250ms, 因此卡使用者通过读卡设备时不必停下。因此适用于各种证件、电子钱包、自动收费系统和公共交通自动售检票系统等应用中。

  特别重要的是防欺骗的安全问题上,SHC1112采用了三重相互认证机制(ISO/IEC DIS 9798-2),并在通讯过程中所有数据均通过流密码加密以防信号截取,并且每张卡4字节的UID码是在芯片出厂测试时写入的,出厂后不可改确保了其唯一性,这其实是一种有效的防治克隆技术。可以用于存储于卡片上的安全数据的加密,也可以用于发散一卡一密加密系统的密钥。

  SHC1112支持一卡多用功能。每个应用区有不同的权限控制,不同的密钥提供了不同层次的功能。

  二产品特性

  ISO/IEC 14443 A RF接口

  非接触数据和能量传输(不需要电池,无源)

  工作距离:在距读卡器天线0-60 mm区域内能正确进行数据交换和完成各项操作(具体的读写距离由天线的形状、大小和场强而定)

  最小工作场强Hmin:0.3A/m(标准ID-1尺寸天线)

  最大可耐受工作场强Hmax:8A/m(标准ID-1尺寸天线)

  工作频率:13.56MHz

  数据传输速率:106kbit/s

  高数据完整性:

  --- 每块有16位CRC检验

  --- 每字节有奇偶校验位

  --- 比特计数

  --- 用编码方式来区分l、0或无信息

  抗冲突

  4字节序列号(根据ISO/IEC 14443-3级联级别1,Cascade level 1)

  典型售票交易流程:<250ms

  EEPROM存储器

  EEPROM存储容量为1k字节,分为64块,每块16字节。

  每个数据块的访问条件可由用户自己定义。

  数据保持时间:最少10年。

  擦写次数:最少10万个周期。

  安全性

  三重相互认证体制(ISO/IEC DIS9798-2)。

  通讯过程所有数据加密以防信号截取。

  由8个相互独立的密码,支持一卡多用。

  每张卡的4字节序列号唯一。

  三 功能块划分

  芯片是非接触式IC卡芯片,芯片由射频通讯接口、数字逻辑控制模块(包括安全控制单元)、和8K比特的EEPROM存储器组成。能量和数据通过与芯片直接连接的线圈组成的天线来传输,不需要任何外接部件。其总体结构框图如下图所示:


芯片结构框图

  模块描述:

  射频通讯接口

  -调制和解调

  -整流

  -时钟再生

  -上下电复位电路

  -稳压及保护

  数字逻辑控制模块

  -防碰撞:完成ISO 14443-A协议规范的工作场强内多张卡片的选择及顺序操作;

  -指令解释及执行,完成指令集解释及执行,并操作EEPROM

  -认证: 在任何存储器相关操作之前,均需要认证处理,确保对数据存储块的访问是通过该块指定的可操作密钥认证的。

  -控制和算术逻辑单元: 数据值按特定的冗余格式存放,并能执行加减操作。

  -EEPROM-接口

  -加密单元:专用加密模块保证数据安全交换。

  EEPROM

  - EEPROM存储容量为8K比特,每块16个字节。

  四SHC1112支持的指令

  指令 指令代码(Hex)解释备注

  Request std(REQA)26标准请求

  Request all(WUPA)52所有请求

  AntiCollision 93防冲突可能有多次交互。*

  Select Tag 93选卡

  Authentication 70KEY认证两次交互

  AlterAuthentication71KEY认证两次交互,后续通讯流加密不包括CRC和奇偶校验位

  Read 30读

  WriteA0写两次交互

  IncrementC1增值两次交互

  DecrementC0减值两次交互

  RestoreC2重储两次交互

  TransferB0传送

  Halt50停机

  KillE0注销

  *:视读卡机场内卡数目而定。

  五存储器结构

  下图为存储器结构图。EEPROM被划分成控制区和数据区,每次基本访问的单位为块,每个块包含16Bytes。EEPROM单元状态定义为擦除后为‘0’,写入后为‘1’。在认证、读写加减操作时,指令中的地址为指令涉及到的密钥或数据块的直接地址。


存储器结构图

  5.1 制造商块

  第一个数据块(block 0)为制造商块Tag ID。它包含IC制造商的参数。由于安全和系统需要,当IC制造商在生产过程中编程以后,这个块是写保护的。

  在制造商块内,字节0~字节3是UID信息,字节4是UID的校验字节,根据ISO/IEC 14443-3,校验码BCC的值为SN0⊕SN1⊕SN2⊕SN3。由于序列码为出厂时编程,因此相应内容根据用户要求确定。其余内容定义参见6.3。

  所有EEPROM的字节,均为MSB在前(左),LSB在最后(右)。如下图所示。


制造商块数据格式

  5.2数据块

  每个数据块可以储存一组数据,并有唯一对应的两个access condition byte。

  数据块可以通过access condition byte 进行配置,如下:

  读/写块可以应用于非接触通行控制。

  数值块可以应用于电子钱包,当附加的命令被提供,如直接控制存储的数值增加和减少的命令。

  在任何的存储器操作以前,认证的命令必须执行,以便允许进一步的命令操作。

  5.3数值块

  数值块提供执行电子钱包的功能(有效的命令:read,write,increment,decrement,restore,transfer)。

  数值块有一个固定的数据格式,允许错误侦测,修正和备份管理。

  数值内容只可以在数值块格式下通过write操作创建。

  数值:表示一个有正负号的4-byte数值。数值的最低位有效字节存储在最低位地址字节中。负数按标准的二进制补数的格式存储。因为数值完整性和安全性的原因,一个数值被存储三次,两次正常和一次取反。

  地址:表示1-byte的地址,可用来保存块的存储地址,当执行强化的备份管理时。地址字节保存四次,两次取反和两次正常。当执行increment, decrement, restore和transfer操作时,地址保持不变。它仅可通过write命令改变


数值块数据格式

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