物联网感知和网络传输技能实训.pptx

,物联网感知和网络传输技能实训-rfid卡识别与操作,zhengzhouinstituteoflightindustry,实训目标,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,物联网感知和网络传输技能实训是对前期学习的无线传输和程序设计等知识的总结:了解rfid卡的种类掌握mifareone卡的基本原理及功能学会rf读卡器的原理及基本api函数利用已有设备实现一个餐卡管理系统通过本实训，达到掌握rfid卡、rf读写器的基本原理及功能，并在此基础上可以设计并实现一个餐卡管理系统的目的。能力。,内容时间安排,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,m1卡的基本原理与功能（0.5w）rf读卡器功能与api函数（0.5w）3餐卡系统的设计与实现（3w）,物联网感知和网络传输技能实训,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.1rfid系统的基本构成以无线通信技术为基础，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。最基本的rfid系统由三部分组成：标签(tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.2rfid卡及其种类rfid卡(射频卡)：rfid是radiofrequencyidentification的缩写，即射频识别。是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。rfid技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。包括几种识别方式,但是最常用的是在微芯片或天线上存储一个识别一个人,物体或其他信息的序列号.,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.2rfid卡及其种类,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.2rfid卡及其种类rfid标签按能量提供方式分类rfid标签分为被动标签(passivetags)和主动标签(activetags)两种。主动标签自身带有电池供电，读/写距离较远同时体积较大，与被动标签相比成本更高，也称为有源标签。被动标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.2rfid卡及其种类rfid卡根据其工作频率可分为高频卡和超高频卡。高频卡目前的频率主要是13.56mhz。有几种标准；iso-14443-a、iso-14443-b、iso-15693、iso-18000-3；超高频的有iso-18000-6和epc标准。,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.2rfid卡及其种类uhf和高频卡的不同原理：13.56m的高频卡的原理是电磁感应技术。通过交变的电磁场，给无源的卡提供能量，实现卡与读卡器的通信。而uhf的原理是电磁传播技术，与雷达探测类似，发出一段电磁波，再从反射回来的电磁波中读取信息。uhf和高频卡的不同特征：uhf：天线小、传输距离远、成本高。高频卡：天线大，传输距离近、成本低。,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3mifareone卡及其功能又称m1射频卡的核心是philips公司的mifare1s50/s70等微模块（微晶片）。它确定了卡片的特性以及卡片读写器的诸多性能。卡片的电气部分只由一个天线和asic组成。天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到is0卡片中。asic：卡片的asic由一个高速（106kb波特率）的rf接口，一个控制单元和一个若干k位eeprom组成。,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.1mifareone卡接口特性mifarerf接口(iso/iec14443a)工作距离：可达100mm（取决于天线尺寸结构）工作频率：13.56mhz快速数据传输：106kbit/s高度数据完整性保护：16bitcrc，奇偶校验，位编码，位计数真正的防冲突卡片抗静电保护能力达2kv以上,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.2mifareone卡存储特性eeprom1kbyte，分为16个区，每区4个块，每块16字节。用户可定义内存块的读写条件数据耐久性10年写入耐久性10万次以上,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.3mifareone卡安全特性三层认证（iso/iecdis9798-2）带射频通道数据加密每区两个密钥，支持密钥分级的多应用场合每卡一个全球唯一序列号在运输过程中以传输密钥保护对eeprom的访问权,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.4mifareone信息交互示意图,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.5mifareone内部构成,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,rf接口：调制解调器检波器时钟发生器上电复位稳压器,1.3.5mifareone内部构成,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,防冲突：读写范围内的几张卡可以逐一选定和操作。认证：在所有存储器操作之前进行认证过程，以保证必须通过各块指定的密钥才能访问该块。控制和算术逻辑单元：数值以特定的冗余格式存储，可以增减。,1.3.5mifareone内部构成,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,eeprom接口加密单元：域验证的crypto1数据流加密，保证数据交换的安全。eeprom:1kbyte，分16区，每区4块。每一块有16字节。每区的最后一块称作“尾块”，含有两个密钥和本区各块的读写条件。,1.3.5mifareone内部构成,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.6mifareone通信原理,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,呼叫（requeststandard/all）卡上电复位后，通过发送request应答码（atqa符合iso/iec14443a），能够回应读写器向天线范围内所有卡发出的request命令。防冲突循环（anticollisionloop）在防冲突循环中，读回一张卡的序列号。如果在读写器的工作范围内有几张卡，它们可以通过唯一序列号区分开来，并可选定以进行下一步交易。未被选定的卡转入待命状态，等候新的request命令。,1.3.6mifareone通信原理,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,选卡（selectcard）读写器通过selectcard命令选定一张卡以进行认证和存储器相关操作。该卡返回选定应答码（ats=08h），明确所选卡的卡型。三轮认证（3passauthentication）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。,1.3.6mifareone通信原理,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,三轮认证流程（3passauthentication）a)读写器指定要访问的区，并选择密钥a或b。b)卡从位块读取密钥和访问条件。然后，卡向读写器发送随机数。（第一轮）c)读写器利用密钥和随机数计算回应值。回应值连同读写器的随机数，发送给卡（第二轮）。d)卡通过与自己的随机数比较，验证读写器的回应值，再读卡器发送的随机数计算回应值并发送（第三轮）。e)读写器通过比较，验证卡的回应值。在第一个随机数传送之后，卡与读写器之间的通讯均加密。,1.3.6mifareone通信原理,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,存储器操作认证后可执行下列操作：读数据块写数据块减值：减少数据块内的数值，并将结果保存在临时内部数据寄存器中。加值：增加数据块内的数值，并将结果保存在数据寄存器中。恢复：将数据块内容移入数据寄存器。转存：将临时内部数据寄存器的内容写入数值块。,1.3.6mifareone通信原理,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.7mifareone存储器组织结构,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,厂商代码块这是第1区的第1块（块0）。它含有集成电路制造商数据。出于安全和系统需求，此块是制造商在生产过程中编程后写保护的。,1.3.7mifareone存储器组织结构,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,数据块各区均有3个16字节的块用于存储数据（区0只有两个数据块以及一个只读的厂商代码块）。数据块可以通过读写控制位设置为：读写块，例如用于非接触门禁管理数值块，例如用于电子钱包，另有可直接控制存储值的命令，如增值、减值。在任何存储器操作之前必须执行认证命令。,1.3.7mifareone存储器组织结构,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,数值块具有电子钱包功能（有效命令：read,write,increment,decrement,restore,transfer）。数值块有固定的数据格式，以便错误检测、纠错和备份管理。数值块只能通过以数值块格式的写操作生成：数值：有符号4字节数值。数值的最低字节存储在最低地址字节。负值以标准的2的补码形式存储。出于数据完整性和安全原因，数值存储三次，两次不取反，一次取反。地址（adr）：1字节地址，当进行备份管理时，可用于保存块的地址。地址保存四次。两次取反，两次不取反。在increment、decrement、restore和transfer操作中，地址保持不变。它只能通过write命令更改。,1.3.7mifareone存储器组织结构,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,尾块（块3）各区均有一个尾块，存有：密钥a和b（可选），读时返回逻辑“0”（如何知道密钥是什么呢？）。该区四个块的读写条件，存储在字节6至9。读写控制位也指定了数据块的类型（读写块或数值块）。如果不需要密钥b，块3的最后6字节可以用作数据字节。尾块的字节9可用于用户数据。因为此字节享有与字节6、7、8相同的读写权限。,1.3.7mifareone存储器组织结构,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.8mifareone存储器的读写,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,1.3.8mifareone存储器的读写,注：对指定块可以执行的存储器操作取决于所用的密钥和存储在相应尾块中的读写条件。,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,每个数据块和尾块的读写条件均由3个bit定义，并以非取反和取反形式保存在各个区的尾块中。读写控制位管理着使用密钥a和b读写存储器的权限。如果知道相关的密钥，并且当前读写条件允许，读写条件是可以更改的。,1.3.9mifareone存储器读写控制条件,1m1卡原理及功能,may8,2020suri-jian,collegeofcomputer&communcationengineering,尾块的读写条件对密钥和控制位的读写取决于尾块（块3）的访问控制位，分为“禁止”、“keya”、“keyb”和“keya|b”（keya或keyb）。,1.3.9mifareone存储器读写