RFID射频识别技术 课件 第5章节 公交管理系统3 公交卡进行充值和刷卡

任务三公交卡进行充值和刷卡任务要求使用公交卡管理系统软件完成公交卡的充值50元和刷卡操作，并验证这两次的操作对卡片内部数据的存储变化情况。任务三公交卡进行充值和刷卡了解RFID的书籍传输差错控制编码机制理解RFID常用的几种数据校验方法了解RFID系统安全问题及解决策略理解高频RFID标签的数据读写过程任务目标任务三公交卡进行充值和刷卡

RFID数据传输的完整性RFID系统安全问题及解决策略

M1卡数据读写操作知识储备任务三公交卡进行充值和刷卡1、RFID数据传输的完整性1）差错控制编码

差错控制编码是指在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比的情况下达到一定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号，选择调制、解调方式，采用频域均衡和时域均衡，使误比特率尽可能降低，但若误比特率仍不能满足要求，则必须采用信道编码，即差错控制编码。任务三公交卡进行充值和刷卡常用的差错控制方式主要有三种：检错重发、前向纠错和混合纠错。（1）检错重发检错重发（简称ARQ）,又叫自动重发请求。在这种系统中,发端发送检错码,通过正向信道送到接收端,接收端译码器检测收到的码字中有无错误。如果接收码字中无错误,则向发送端发送确认信号,告诉发送端,此码字已正确接收;如果收到的码字中有错误,接收端不向发送端发送确认信号ACK,发送端等待一段时间后,再次发送此码字,一直到正确接收为止。ARQ的特点是需要反向信道,编、译码设备简单。ARQ适合于不要求实时传输但要求误码率很低的数据传输系统。在接收端根据编码规则进行检查，如果发现规则被破坏，则通过反向信道要求发送端重新发送信号，直到接收端检查无误为止。工作原理如下图5-3-1所示。任务三公交卡进行充值和刷卡任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-1检错重发工作示意图（2）前向纠错，不要方向信道

前向纠错(ForwardErrorCorrection，简称FEC)，又称自动纠错。在这种系统中,发端发送纠错码,收端译码器自动发现并纠正错误。FEC的特点是不需要反向信道,实时性好,FEC适合于要求实时传输信号的系统,但编码、译码电路相对较复杂。工作原理如下图5-3-2所示。任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-2前向纠错工作示意图（3）混合纠错，双向信道混合纠错（简称HEC）,是FEC与ARQ的混合。发端发送纠、检错码(纠错的同时检错),通过正向信道送到接收端,接收端对错误能纠正的就自动纠正,纠正不了时就等待发送端重发。HEC同时具有FEC的高传输效率,ARQ的低误码率及编码、译码设备简单等优点,但HEC需要反向信道,实时性差,所以不适合于实时传输信号。工作原理如下图5-3-3所示。任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-3混合纠错工作示意图1、RFID数据传输的完整性2）数据校验数据校验是为保证数据的完整性进行的一种验证操作。通常用一种指定的算法对原始数据计算出的一个校验值，接收方用同样的算法计算一次校验值，如果两次计算得到的检验值相同，则说明数据是完整的。常用的校验方法有奇偶校验、CRC（循环冗余校验）。任务三公交卡进行充值和刷卡1、RFID数据传输的完整性（1）奇偶校验奇偶校验(ParityCheck)是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。采用何种校验是事先规定好的。通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。若用偶校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为偶数，从而确定传输代码的正确性。如下图5-3-4所示。任务三公交卡进行充值和刷卡任务三公交卡进行充值和刷卡奇偶校验位是一种错误检测码，但是由于没有办法确定哪一位出错，所以它不能进行错误校正。发生错误时必须扔掉全部的数据，然后从头开始传输数据。在噪声很多的媒介上成功传输数据可能要花费很长的时间，甚至根本无法实现。但是奇偶校验位也有它的优点，它是使用一位数据能够达到的最好的校验码，并且它仅仅需要一些简单的电路就能够生成。奇偶校验被广泛应用。图5-3-4M1存储结构1、RFID数据传输的完整性（2）循环冗余校验循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck,CRC)是一种根据网络数据包或电脑文件等数据产生简短固定位数校验码的一种散列函数，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。想要算出该校验码是很难的，所以在开发的时候，通常是在在网络上直接找现场的代码或类库使用，对于平时测试的话，可以下载CRC的算法工具即可。任务三公交卡进行充值和刷卡1、RFID数据传输的完整性3）误码率误码率（SER：symbolerrorrate）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。如果有误码就有误码率。另外，也有将误码率定义为用来衡量误码出现的频率。IEEE802.3标准为1000Base-T网络制定的可接受的最高限度误码率为10-10。这个误码率标准是针对脉冲振幅调制(PAM-5)编码而设定的，也就是千兆以太网的编码方式。误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压,致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码（比如传送的信号是1，而接收到的是0；反之亦然）。任务三公交卡进行充值和刷卡

随着计算机技术和通信技术的发展,以及电子商务迅速崛起，RFID系统面临着如何应对日益严峻的非法监听、网络攻击、信息泄密、信息丢失等信息安全方面问题的考验,因此,电子标签和阅读器之间的数据在通信传输过程的安全性问题变得越来越重要。

RFID系统中任何一个环节都有可能出现安全问题。下图5-3-5所示为RFID系统会出现安全问题的环节。2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-5相关安全问题点示意图1）电子标签安全问题电子标签通过无线电波发送数据到外部，往往会成为窃取、伪造、篡改数据的首要对象。（1）篡改电子标签数据如果篡改电子标签的数据，可能造成非法物品或非法数据混入整体业务系统，最终破坏业务的运行。防止数据被篡改的主要对策有以下几种：2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡限制存储器的写入次数，限制存储器的写入次数是比较可靠的方法，如果电子标签在业务整体流程中数据不需要改变，就可以采用只读标签或一次性读写标签。只读标签不能写数据，一次性读写标签只能写一次数据，从而就切断了篡改数据的物理方法。限制存储器的可写区域，限制存储器的可写区域的具体做法是提前把存储器的区域分割成可写区域和不可写区域，把关键数据放进不可写区域，这样就可以防止关键数据被篡改。密码保护，有些电子标签可以提前设定密码来保护数据，每次数据的写入需要密码的输入，没有破解密码就不能更改数据，但因为每个标签的密码不能一致，需要增加密码管理成本。变更存储器区域读写属性，有些电子标签可以设置存储器各区域的读写属性，对关键数据区域或全体区域设置只读属性就可以防止数据被篡改。任务三公交卡进行充值和刷卡（2）伪造标签伪造标签是目前RFID系统面临的一大威胁，如果不法分子能够轻易地伪造电子标签就意味着能够篡改商品或个人的身份，从而轻而易举地破坏整体系统的信用。例如在RFID的商品防伪应用领域，如能非法伪造电子标签，就意味着防伪系统的崩溃。2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡例如在葡萄酒的防伪应用中，将电子标签内嵌在木塞里，只要开启木塞，里面的电子标签就遭破坏，无法再利用，如图5-3-6所示。2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-6开启木塞破坏电子标签（3）非法读取电子标签数据电子标签的设计通常把重点放在了如何提高耦合效率，使电子标签数据更快、更准确地被读取。因此电子标签本身缺乏对非法读取的防范措施，为了防止电子标签被非法读取，可采用类似于防盗窃的手段。主要是进行数据加密和关键数据的分散存放，让不法分子即使读到了标签数据也解析不出有用的信息。

2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡2）非法截取读写器的无线信号读写器的输出功率要远远大于无源电子标签，因此读写器的电波传送距离要比无源电子标签远得多。例如超高频（UHF）段的读写器和无源电子标签的最大通信距离大约是5米，这主要是受电子标签功率和天线尺寸的限制，而读写器本身的电波可以传播到很远的地方，如图5-3-7所示。如果有人在离读写器较远的地方架设天线截取读写器的电波信号，就很难被察觉。2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-7

读写器的电波可以传播到很远的地方3）读写器的安全课题和对策读写器的安全问题近年来已得到重视，研究机构和厂商也陆续推出了适合于RFID读写器的安全芯片。它的机理是对读写数据及传输数据进行加密，防范真实数据的泄露。4）服务器的安全课题和对策各种服务器及网络数据的安全属于RFID技术以外的范畴，可参照计算机服务器和网络安全方面的书籍及技术资料，本章不做赘述。2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡5）管理方面所谓“三分技术，七分管理”，绝大多数安全起源于实施者忽略安全重要性和操作人员的操作失误。需要更新RFID实施方面的现存安全策略和加强安全操作维护，包括系统规划、风险评估、安全培训和应急处理等多个方面。（1）明确RFID使用的策略，确定如何授权和非授权使用RFID；（2）相应安全策略需要明确RFID相关网络、数据库和应用程序的安全使用；（3）布置RFID标签时要充分考虑有安全防护环境，安全正确部署读写器和标签，并且只有具有授权的人才可以接触和访问RFID系统；（4）除了必要信息以外，在标签中尽量不要出现敏感信息。（5）作为管理的关键，就是要有效培训操作员和管理员的安全操作意识和安全操作技能，尽量避免人为的安全隐患。2、RFID系统安全问题及解决策略任务三公交卡进行充值和刷卡3、M1卡数据读写操作1）M1卡数据访问机制M1卡是在将带有硬件逻辑电路的EEPROM芯片封装在卡片上外部读写设备必须通过硬件逻辑电路的判断后才能访问到EEPROM中的数据单元。由于在M1卡中存在一组硬件逻辑加密电路，EEPROM芯片的接口并不直接对外，在初始状态M1卡芯片中的数据开关处于断开状态。外部读写设备在访问M1卡芯片中的EEPROM单元之前，必须首先发一级数据级硬件逻辑电路，硬件逻辑电路在判断数据的合法性后，才决定是否将M1卡内的开关闭合。只有密码校验正确后，硬件逻辑电路才能将开关闭合，这时外部读写设备才能对EEPROM中的数据进行读写操作，这样M1卡就可以对外部合法和非法的读写设备进行识别判断。任务三公交卡进行充值和刷卡3、M1卡数据读写操作2）M1卡密钥认证M1卡激活后，要进行密钥验证才能对数据块进行基本的操作。密钥的认证采用了三次相互认证的方法，具有很高的安全性。如果事先不知卡上的密钥，则因密钥的变化可以极其复杂，试图靠猜测密钥而打开卡上一个扇区的可能性几乎为零。特别需要注意的是，无论是程序员还是卡的使用者，都必须牢记卡中的16个扇区的每一个密钥，否则，遗忘某一扇区的密钥将使该扇区中的数据不能读写。没有任何办法可以挽救这种低级错误。但是，卡上的其它扇区可以照样使用。任务三公交卡进行充值和刷卡M1卡上16个扇区，每个扇区都可分别设置各自的密钥，互不干涉，必须分别加以认证，才能对该扇区进行下一步的操作。阅读器与M1卡三次相互认证的过程如图5-3-8所示。任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-8三次相互认证的令牌原理框图3、M1卡数据读写操作环：由M1卡片向读写器发送一个随机数据RB。环：由读写器收到RB后向M1卡片发送一个令牌数据TOKENAB，其中包含了用读写器中存放的密钥加密后的RB及读写器发出的一个随机数据RA。环：M1卡片收到TOKENAB后，用卡中的密钥对TOKENAB的加密的部分进行解密得到RB'，并校验第一次由(A)环中M1卡片发出去的随机数RB是否与(B)环中接收到的TOKENAB中的RB'相一致；若读写器与卡中的密钥及加密/解密算法一致，将会有RB=RB'，校验正确，否则将无法通过校验。任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-8三次相互认证的令牌原理框图3、M1卡数据读写操作环：如果(C)环校验是正确的，则M1卡片用卡中存放的密钥对RA加密后发送令牌TOKENBA给读写器。环：读写器收到令牌TOKENBA后，用读写器中存放的密钥对令牌TOKENBA中的RA(随机数)进行解密得到RA'；并校验第一次由(B)环中读写器发出去的随机数RA是否与(D)环中接收到的TOKENBA中的RA'相一致；同样，若读写器与卡中的密钥及加密/解密算法一致，将会有RA=RA'，校验正确，否则将无法通过校验。

任务三公交卡进行充值和刷卡图5-3-8三次相互认证的令牌原理框图3、M1卡数据读写操作卡片中的其它扇区由于有其各自的密钥，因此不能对其进行进一步的操作。如果想对其它扇区进行操作，则必须完成相应扇区的认证过程。注意：认证过程中的任何一环出现差错，整个认证将告失败，必须重新开始。如果事先不知卡片上的密钥，则由于密钥的变化可以极其复杂，因此靠猜测密钥而想打开卡片上的一个扇区的可能性几乎为零。任务三公交卡进行充值和刷卡该任务需要用到高频RFID读写器和RFID高频卡，将高频RFID读写器的usb口连接至电脑usb口，如下图5-3-9所示。1、任务环境准备任务实施图5-3-9

设备连接图任务三公交卡进行充值和刷卡2、充值操作步骤1：打开公交卡管理系统软件，点击充值模块，软件会自动读取卡号信息，在金额中输入50，点击充值按钮，如下图5-3-10所示，完成充值操作。任务实施图5-3-10充值界面任务三公交卡进行充值和刷卡任务实施步骤2：打开高频卡测试管理软件，首先连接端口，确保连接成功。步骤3：对要读取的数据扇区设置读取密码。步骤4：读取下列表格中的数据并填入下表中。任务三公交卡进行充值和刷卡3、刷卡操作步骤1：打开公交卡管理系统软件，点击刷卡模块，软件会自动完成刷卡操作，如下图5-3-11所示，完成刷卡操作。任务实施图5-3-11成功刷卡效果图任务三公交卡进行充值和刷卡