IC卡片使用基础

一、 卡片基本概念

集成电路卡，即日常生活中常使用的卡片，可以根据读写特性分为两类：ID卡和IC卡。

ID卡，全称身份识别卡，是一种不可写入的感应卡，含固定编号。卡内除了卡号外，无任何保密功能，其“卡号”是公开、裸漏的。

IC卡，带有存储器，又称为记忆卡或存储卡，带有微处理器的IC卡又称为智能卡或智慧卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡则不仅具有存储信息的能力，而且还具有处理信息的能力，它的功能相当于一台微型计算机。IC卡按操作时是否需要与读卡器发生电气接触，可分为接触式IC卡和非接触式IC卡。

M1芯片，是指菲利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写，全称为NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70两种型号，S70与S50主要不同在于卡片的扇区分布和容量不同，M1 S50容量为8KBit，而M1 S70的容量达到了32KBit。常见的有卡式和钥匙扣式。现已经有国产芯片与其兼容，利用PVC封装M1芯片、感应天线，然后压制成型后而制作的卡即是智能卡行业所说的M1卡，属于非接触式IC卡，遵循ISO 14443a协议。

二、 卡片相关协议

ISO 7816：带触点的集成电路卡片国际标准，规定了卡片的材料、尺寸、电信号、传输协议及行业使用的交换命令。
ISO 14443：不带触点的集成电路卡片国际标准，定义了与非接触卡片数据传输的通信协议。ISO 14443按应用场景分为两类：ISO 1443a和ISO 14443b。ISO 14443a协议主要应用在生产自动化、门禁考勤、安防、一卡通和产品防伪领域；ISO 14443b协议因加密特性好，在我国主要应用为我国的二代身份证。

ISO 15693：不带触点的集成电路卡片国际标准，与ISO 14443不同：ISO 14443是近场耦合的，ISO 15693是远场耦合；ISO 14443具有加密功能，ISO 14693具有穿透性好，抗干扰性高的优点。ISO 15963常应用于高频、读距要求高的场合，如宽道门禁、物品识别等领域。

三、M1 S50卡片介绍

PICC：接近式卡片
PCD：接近式耦合设备（读卡器）
UID：唯一识别符

M1 S50（以下简称M1）卡片，卡的序列号是全球唯一的，不可修改的32bit数据，M1卡片容量为8KBit，分为16个扇区，每个扇区4块，每块可存放16byte数据（每个扇区的第4块存放密钥和权限控制字节），可以通过读卡器向卡中不同区域写入相关信息，各扇区独立使用并访问密钥独立，互不干扰。可用于一卡通领域，简易并且安全。工作频率13.56MHz，通信速度106Kb，通信距离2.5-10cm。
在读取M1卡片数据时，M1卡片只能够按块进行读取，读取扇区数据时，需要循环四次读取该扇区各块数据信息。
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1、M1卡片访问权限

M1卡片每个扇区有两个访问密钥：KeyA和KeyB，可以通过权限控制位设定对数据访问及密钥修改时所需要的密钥。（密钥默认值均为：FF FF FF FF FF FF）

• 权限控制位
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  默认值：FF 07 80 69（字节9 未用于权限控制，可用于用户数据存储）
• 数据块访问权限
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• 块3访问权限控制
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2、ISO 14443a命令集

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（1） 概述

REQA
WAKE-UP
ANTICOLLOSION
SELECT
HALT

（2） REQA和WAKE-UP命令

这两条命令都是使卡进入Ready状态，不同的是REQA命令将PICC从IDLE进入Ready状态，而Wake-up从Halt状态进入Ready状态。PICC接收到REQA命令或者WAKE-UP命令后，在PCD能量场范围内的所有PICC同步发出应答（Answer To Request，ATQA），长度为2字节。（REAQ = “26H”，WAKE-UP = “52H”）

（3） ANTICOLLISION和SEKECT命令

命令格式：

SEL：串联级别选择代码：“93”选择UID CL1，“95”选择UID CL2，“97”选择UID CL3
NVB：有效位数量
UID CLn：由NVB指定的UID CLn，UID的一部分，由4个字节组成，1<= n <=3
BCC：校验，UID CLn校验字节，4个先前字节的“异或”值。
（CRC_A：CRC校验位，当NVB完整时，返回完整的卡序列号信息）

只要NVB没有规定40个有效位，若PICC保持在READY状态中，该命令就被称为ANTICOLLOSION命令。若NVB规定了UID CLn的40个数据位（NVB=‘70’），应添加CRC_A，该命令称为SELECT命令。如果PICC己发送了完整的UID，则它从READTY状态转换到ACTIVE状态并在其响应(Answer To Select, ATS)中指出UID完整。否则，PICC保持在READY状态中，并且该PCD应以递增串联级别启动一个新的防冲突环。

（4） HALT命令

命令格式：

如果PICC在HALT帧结束后1ms周期期间以任何调制表示响应，则该响应应解释为“不确定”。当卡片处于ACTIVE状态时，使用HALT命令，可以进入HALT状态。在HALT状态下，使用Wake-Up命令，可以使卡片再次进入READY状态。

3、M1卡片操作步骤

（1） 寻卡

REQA
PCD发出，用于寻找用于类型A PICC的工作场。
命令：26H
寻找到卡片，会收到两个字节的应答数据（ATQA）。

WAKE_UP
PCD发出，使已进入HALT状态的PICC回到READY状态，再次参与防冲突和选择规程。
命令：52H

（2） 防冲突（SEL1 = 93H，SEL2 = 95H，SEL3 = 97H）

命令组成：选择代码SEL（1byte） + 有效位数目NVB（1byte）+ 根据NVB的值，UID Cln的0到40个数据位。（只要NVB没有规定40个有效位，若PICC保持在READY状态中，该命令就被称为ANTICOLLISON命令）（如果PICC已发送了完整的UID，则它从READY状态转换到ACTIVE状态并在其SAK-响应中指出UID完整。否则，PICC保持在READY状态并且该PCD应该递归串联级别启动一个新的防冲突环。）

（3） 选卡（SEL1 = 93H，SEL2 = 95H，SEL3 = 97H）

命令组成：选择代码SEL（1byte）+ 有效数目NVB（1byte）+ UID CLn 40个数据位（NVB = 70H）+ CRC_A
（ANTICOLLISON命令相似，在UID CLn完整时，添加CRC_A，称为SELECT命令）

（4） 三轮认证

选卡后，读写器指定后续读写的存储器位置，并用相应密钥进行三轮认证。认证成功后，所有的存储器操作都是加密的。

（5） 业务操作

密钥修改
访问权限修改
读写块数据

（6） 停止

PCD发出HALT命令，使PICC进入HALT状态。

附：防冲突技术

正常情况下，读卡器在某一时刻只能对磁场中的一张射频卡进行读写操作，但是当多张卡片同时进入读卡器的射频场时，读卡器需要选出唯一一张卡片进行读写操作，这就是防冲突。
常见的非接触式卡片中放冲突机制主要有以下三种：面向比特的放冲突机制（ISO 14443a使用）、面向时隙的防冲突机制（ISO 14443b使用）、位与时隙相结合的放冲突机制（ISO 14693使用）。