基于非接觸式IC卡門禁系統的設計

1、西安科技大學碩士學位論文基于非接觸式IC卡門禁系統的設計姓名：安靜宇申請學位級別：碩士專業(yè)：檢測技術與自動化裝置指導教師：柴鈺20060418論文題目：基于非接觸式卡門禁系統的設計專業(yè)：檢測技術與自動化裝置碩士生：安靜宇（簽名）望凇指導教師：柴鈺（簽名）毖：摘要本論文介紹了一種基于非接觸式卡的門禁管理系統，非接觸式卡是卡領域的一項新興技術，它是射頻識別技術和卡技術相結合的產物。射頻識（，簡稱）技術是最近幾年發(fā)展起來的一門新的自動識別技術。它利用射頻方式在非接觸式卡和讀卡器之間進行無線雙向通信，完成目標識別和數據交換。而卡上電路的工作電源由讀卡器發(fā)出的電磁波能量提供。由于非接觸式卡具有操作快捷、

2、防碰撞能力強、工作距離遠、安全性高、便于“一卡多用”等特點，在身份識別、自動收費和電子錢包等領域具有接觸式卡所無法比擬的優(yōu)越性，具有廣闊的市場前景。非接觸式卡讀卡器是非接觸式卡應用系統的關鍵設備之一?；趯嶋H應用項目的需要，本課題開發(fā)了一種讀寫距離為的非接觸式卡讀卡器。文章從門禁技術的發(fā)展出發(fā)，首先介紹了非接觸式卡的特點、種類、組成以及國際標準。然后介紹非接觸式卡門禁系統所涉及的技術。在此基礎上，論文又詳細地闡述了非接觸式卡讀卡器的硬件和軟件設計，讀卡器的硬件設計包括蜂鳴器驅動電路、通信電路、接口電路和讀卡器天線電路；軟件設計包括的應用程序的設計、讀卡器其它電路的應用程序設計和主程序設計三個部

3、分。最后，論文又介紹了上位機數據查詢、讀卡以及寫卡的程序設計。關鍵詞：非接觸式卡；射頻識別；讀卡器研究類型：應用研究：（）：（），、，、，、，、，、：姿料技太學學位論文獨創(chuàng)性說明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及其取得研究成果。盡我所知，除了文中加以標注和致謝的蛾方外，論文中不包含其他人或集體己經公開發(fā)表或撰寫過豹研究成果，也不包含為獲得西安科技大學或冀豫教育機構的學位或涯書所使用過的材料。與我一露王侔豹同志對本研究蘑做的任俺貢獻均融在論文中擻了明確豹說明并襲示了謝意。學位論文作者簽名：童桁日麟：形幺學位論文知識產權聲明書本入完全了解學校有關保護知識產權的規(guī)定，

4、肆：研究生在校攻讀學位期涸論文王作的知識產權單位屬于西安科技大學。學校有權保髻勞向國家有關部門或楓拇送交論文的復竄侔和電子版。本人允許論文被套凝和偌閱。學?？蓪⒈緦W位論文漿全部或部分內容綻入有關數據庫進行梭索，可以采震影印、縮印或掃接等復魁手段保存穰匯編本學位論文。冠時本人保證，畢業(yè)后結合學位論文磷究課題再撰寫的文章一律注明作者單位為藤安科技大學。保密論文待解密廚適用本聲臻。學位論文作者簽名：指導教師簽名：廖量，一每諺強話緒論課題的提出背景在卡應用日益廣泛的今天，卡門禁系統以其管理的安全、可靠、高效、靈活和方便逐步取代其它現有各類門鎖成為目前門禁系統的主流方式。門禁安全管理系統是一種新型智能化

5、的安全管理系統，它集自動識別技術和現代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、光學、計算機技術和通訊技術等諸多方面。它是解決重要部門出入口便捷控制和實現安全防范管理的有效措施。適用各種機要部門，如銀行、賓館、機房、辦公大樓、智能化小區(qū)、工廠、軍械庫、機要室等。在數字技術和網絡技術飛速發(fā)展的今天，門禁系統也得到了迅猛發(fā)展。門禁系統已由早期單純的門道及鑰匙管理，發(fā)展為一套完整的出入管理系統，并且通過采用先進的網絡技術，使整套系統的操作和自身資源的使用不再受時間和地域的限制。非接觸式卡門禁管理系統讀卡器是以非接觸卡射頻識別技術為核心，使用戶使用方便和管理方便為目的，具有高安全性、高可靠性的管理系統。當要

6、開門時，只要將卡在讀卡器前一劃，讀寫器就會識別出該卡是否對應此門，當密碼正確則打開門，并自動準確記錄下卡號和開門時間等信息。先進的門禁系統涉及保安、保密、防盜及系統安全等重大問題。由于目前國內尚未陷：首先是價格高：第二是產品設計不夠靈活，國外品牌的門禁系統產品一般只針對大目前歐美門禁系統市場正逐漸進入成熟階段，其產業(yè)的分工已進入細分階段，生產成功開發(fā)出可與國外著名廠商的門禁系統相抗衡且技術先進的產品。所以盡管目前的門禁市場上產品眾多，但一般被國外品牌所壟斷，但我們認為它們存在著以下幾方面的缺型用戶，而中國很多客戶需要的是中小型門禁系統，這種情況如果采用國外的產品，無疑造成巨大的浪費；第三是國外

7、產品面向的是不同國家的用戶，它們多數采用英文的顯示平臺。這給廣大的中國用戶帶來諸多不便；第四是國外品牌的產品為了其廠家的商業(yè)利益，對其產品進行了大量的加密措施，在硬件上采用專用大規(guī)模集成器件，在軟件上使用軟件狗，即使用戶發(fā)現某一方面不合適，也束手無策。針對上述的不足，本論文專門為實驗室開發(fā)了一套門禁系統，該系統是實驗室管理系統的一個子系統，不僅成本比較低，而且可以對系統進行隨時更新。國內外研究現狀國外研究現狀卡和讀卡器的廠家就只生產卡和讀卡器，如美國的公司、公司、德國的西安科技大學碩士學位論文公司。生產控制器的公司只研究生產控制器和軟件，如美國的公司、公司。隨著其產業(yè)化的形成，各大專業(yè)公司由于

8、其財力的雄厚、技術的先進、市場的先導以及專業(yè)人員的積累，壟斷勢頭不斷呈現出來。正是由于市場的不斷成熟，人們在普遍接受門禁系統的觀念之后，在采購方面就可以很方便地分別從不同公司采購到各部分設備，自己進行系統集成安裝成整套系統。從目前全球門禁系統的前端輸入設備的水平及發(fā)展方向來看，雖然磁卡和接觸式卡讀卡器在門禁系統的應用中還有一部分市場，但從發(fā)展趨勢上看，除賓館鎖外，磁卡和接觸式卡讀卡器已在逐步地退出門禁系統市場”。國外對卡的研究和應用較早，特別是在美國和歐洲，但非接觸式卡方面的研究使用也只是近幾年的事。非接觸式卡和讀卡器的關鍵技術掌握在歐美國家和部分亞洲國家中，但真正形成大批量生產的廠家只有美國

9、：德國、英國次之：日本、臺灣、新加坡處于同一檔次。當今世界上非接觸式卡主流產品是公司的技術，己經被制定為國際標準標準。歐洲一些卡及讀卡器制造商大都以技術為標準發(fā)展自己的卡事業(yè)。公司的卡系列產品有三大類：，（第一代）和（第二代）。最近又推出一種新型卡，即非接觸式卡，簡稱為，有字節(jié)，專用于車票系統，卡最大的特點是交易時問只有，比其它卡要短得多。此外還有一種卡，密碼機制更加完善，不是按塊而是按文件操作，波特率高達公司生產的非接觸式卡芯片是一種（身份）識別芯片，公司的非接觸卡，容量為位，采用射頻頻率，也是低己用于公交系統等。美國德州儀器公司（公司）的卡是一種低頻只讀卡，內部有國內研究現狀隨著國內廠商硬

10、件技術的成熟，其單套系統的最終用戶價己進入元以內。因我國政府在年制定的“金卡工程實施計劃”及全國范圍的金融卡網絡系統，有防撕扯功能、值文件功能等種用途【。容量為位，采用射頻頻率，是一種低頻卡，操作距離。相應的讀寫基站芯片為，此芯片在動物身份識別等方面得到了應用。瑞士頻卡，其讀寫芯片為。射頻卡容量為字節(jié)，讀寫距離，字節(jié)（位）號碼，已應用在門禁考勤系統中。此，國內市場也已表現出向成長期迅速發(fā)展的明顯趨勢。年規(guī)劃，是一個旨在加速推動我國國民經濟信息化進程的重大國家級工程。它的實施，推動了金融電子化、商業(yè)和流通領域電子化的步代，使我國銀行業(yè)務得到迅速發(fā)展，并逐漸在電信、公安、石油、海關、工商管理、稅收

11、征管、衛(wèi)生醫(yī)療、交通管理、公共事業(yè)、社會保障等各行各業(yè)得到廣泛應用，并帶動了讀寫機器和各類應用產品及系統的開發(fā)、生產和推廣應用，初步形成了從芯片設計、開發(fā)、模塊生產、制卡、讀寫機具及應用產品開發(fā)、生產的完整體系。如年月份在上海推出的社會保障卡，存儲了持卡者的指紋、姓名、身份證號碼、照片、工作單位、婚姻狀況等信息，真正做到了個人信息電子化。但目前我國非接觸式卡的制卡技術及其相應的讀、寫卡設備技術仍處于相對落后狀態(tài)，這種要求有極高安全性和保密性的金融行業(yè)制約了我國金卡工程的實施和發(fā)展。也正因為如此，許多軟硬件企業(yè)也紛紛瞄準這一新的卡領域進行生產與開發(fā)，相信非接觸式片的廣泛應用前景必將帶來這一市場越

12、來越激烈的競爭和更快的發(fā)展。本課題來源本課題來源于某省級示范實驗教學中心，該中心是一個開放型的實驗室（學生可以隨時到實驗室進行實驗），人流量特別大，實驗室老師不僅要對學生的基本情況、實驗內容和所借工具進行登記，而且還需要對學生的進出情況進行記錄。在此之前都采用人工登記的辦法，這使實驗室老師的工作特別繁瑣、工作量特別大。本設計采用非接觸式卡作為學生管理的門禁考勤系統，該系統不僅可以自動記錄學生的出入情況【，而且還實現了學生基本信息收集和處理的自動化，管理的綜合化、現代化。西安科技大學碩士學位論文課題總體研究和涉及的主要技術非接觸式卡門禁系統組成非接觸式卡門禁系統由非接觸式卡、讀卡器和管理機組成，

13、此外還包括外部門禁設備。）讀卡器：是門禁系統的主要設備，直接與機通過一串行口相連，只要有非接觸式卡進入讀卡器天線射頻能量范圍，讀卡器便通過射頻信號與卡通信，認證密碼，讀取卡中的數據，并將其存入計算機中。（）非接觸式卡：相當于開門鑰匙，它是通過磁力線圈產生感應電流向讀卡器發(fā)射卡內信息，完成讀卡工作的。（）管理機：門禁系統有不同的構成方案，一種是讀卡器不帶存儲器，機直接與讀卡器相連，讀卡信息實時地傳送給機。另一種是讀卡器獨立工作，內部用較大的存儲器存放讀卡數據，采用采集器采集讀卡器中的數據，再傳送到管理機上。在本設計中采用的是第一種方案。（）禁設備：門禁設備由讀卡器中單片機的口根據刷卡情況發(fā)出控制

14、信號控制，密碼認證通過開門，否則不開門。在讀卡器上用喇叭來仿真。讀卡器門禁系統的關鍵部件是讀卡器，它由微處理器、外圍擴展器件、讀寫芯片、射頻天線、串行通信接口等幾部分組成。接上串行口和電源之后不僅可以讀卡而且可以與計算機進行通信。該讀卡器是針對公司產品設計的，能夠讀寫系列的非接觸式卡。非接觸式卡讀卡器技術指標如下：（）讀寫卡片類型：；（）天線可操作距離：天線的可操作距離為；（）卡片存儲容量：卡存儲大小為字節(jié)；（）射頻輸出：通過功率匹配將天線線圈直接連接到功率輸出級；（）供電電壓：士（小于）；（）接口：標準（讀卡器）。非接觸式卡（）非接觸式卡的分類課題總體研究和涉及的主要技術卡可以根據卡中所鑲嵌

15、的集成電路的不同可以分成三類。存儲器卡：卡中的集成電路有；邏輯加密卡：卡中的集成電路具有加密邏輯和：卡：卡中的集成電路包括中央處理器、以及固化在中的片內操作系統（）。按照應用領域來分，卡分為金融卡和非金融卡，金融卡又有信用卡和現金卡等。按照卡與外界數據傳送的方式來分，卡分為接觸式卡和非接觸式卡，當前廣泛使用的是接觸式卡，但是非接觸式卡是將來卡發(fā)展的方向。還有一種雙界面卡，其既可以接觸式使用也可以非接觸式使用，是未來卡發(fā)展的方向之一。非接觸式卡的特點非接觸式卡無機械觸點，通過無線方式與讀寫設備進行通訊，與接觸式卡相比具有以下特點：操作快捷：卡與讀卡器之間為無線通訊，使用時無需插拔卡及固定方向。大

16、大提高了使用速度。同時，由于卡與讀卡器進行通訊時的載波頻率較高，卡內芯片可以工作在較高的系統時鐘下，使二者的通信速率很高。高抗干擾性：非接觸式卡具有防沖突機制，在多張卡片同時進入讀卡器工作范圍時能夠防止卡片之間出現數據干擾，允許多張卡片同時操作。高可靠性：非接觸式卡與讀卡器之間無機械接觸，避免了由于接觸而產生的各種故障，同時無需擔心由于觸點損壞或脫落而導致卡片失效，提高了應用的可靠性及設備和卡的壽命。而且由于無線電波不會受塵土、潮氣和震動的干擾，使得非接觸式卡可應用在惡劣的環(huán)境。同時，由于讀卡器可以置于障礙物的后面而不影響它與卡的通訊，可以防止在接觸式卡的使用中對讀卡器進行惡意破壞現象的出現忡

17、。高安全性：非接觸式卡的序列號是唯一的，制造商在產品出廠前將此序列號固化于卡內芯片中，不可再更改，使用時非接觸式卡與讀卡器要進行三次相互認證，而且通訊過程中所有的數據都加密，卡內各個扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。（）非接觸式卡的功能組成本課題采用的非接觸式卡是公司非接觸式卡系列的產品。非接觸式卡的功能組成如圖所示：零一一圖非接觸式卡的功能組成圖蠶睪重三一一一一蕓一三下一西安科技大學碩士學位論文整個卡片包含了兩個部分，射頻接口電路和數字電路部分：射頻接口電路在射頻接口電路中，波形轉換模塊接收讀卡器上的的無線電調制頻率，一方面送調制解調模塊，另一方面進行波形轉換，將正弦波轉換為方波，然后對其整

18、流濾波，由電壓調節(jié)模塊對電壓進行進一步的處理，包括穩(wěn)壓等，最終輸出供給卡片上的各電路。存儲器及其接口電路：該單元主要用于存儲數據。中的數據在卡片失掉電源后（卡片離開讀卡器天線的有效工作范圍內）仍將被保持。用戶所要存儲的數據被存放在該單元中?？ㄆ羞@一單元容量為字節(jié)，分為個扇區(qū)。數字電路部分請求模塊：當一張卡片處在讀卡器天線的工作范圍之內時，程序員控制讀卡器向卡片發(fā)出（或）命令后，卡片的模塊將啟動，將卡片中的卡片類型號共個字節(jié)傳送給讀卡器，建立卡片與讀卡器的第一步通信聯絡。如果不進行第一步的工作，讀卡器對卡片的其他操作（讀、寫等操作）將不會進行【。防重疊模塊：防（卡片）重疊功能，如果有多張卡片處

19、在讀卡器的天線的工作范圍之內時，模塊的防重疊功能將被啟動工作。在程序員控制下的讀卡器將會首先與每一張卡片進行通信，取得每一張卡片的系列號。由于每一張卡片都有其唯一的序列號，因此讀卡器根據卡片的序列號來識別已選的卡片，讀卡器中芯片的防重疊功能配合卡片上的防重疊功能模塊，由程序員來控制讀卡器，根據卡片的序列號來選定一張卡片。被選中的卡片將直接與讀卡器進行數據交換，未被選擇的卡片處于等待狀態(tài)，隨時準備與讀卡器進行通信。模塊（防重疊功能）啟動工作時，讀卡器將得到卡片的序列號，共有個字節(jié)，實際有用的為個字節(jié)，另一個字節(jié)為序列號的校驗字節(jié)【。選擇模塊：主要用于卡片的選擇當卡片與讀卡器完成了上述的二個步驟，

20、想要對卡片進步操作時，必須先對卡片進行“選擇”操作，以使卡片真正地被選中。被選中的卡片將存儲在卡片上的卡片的容量傳送給讀卡器。當讀卡器收到信息后，就可以對卡片進行深一步的操作了。認證模塊：在確認了上述的三個步驟，確認已經選擇了一張卡片時，程序員對卡片進行讀寫操作之前，必須對卡片上已經設置的密碼進行認證，如果匹配，則允許進一步的讀、寫操作。卡片上有個扇區(qū)，每個扇區(qū)都可分別設置各自的密碼，互不干涉。因此每個扇區(qū)可獨立地應用于一個應用場合。整個卡片可以設計成“一卡通”形式來應用。三遍認證的令牌原理框圖如圖。課題總體研究和涉及的主要技術環(huán)非接觸式旦型：！曼墮壘旦讀卡器卡片環(huán)圖三遍認證的令牌原理框圖圖中

21、的環(huán)表示由卡片向讀卡器發(fā)送一個隨機數據；環(huán)表示由讀卡器收到后向卡片發(fā)送一個令牌數據，其中包含了讀卡器發(fā)出的一個隨機數據：次由環(huán)中卡片發(fā)出去的隨機數是否與環(huán)中接收到的中的相一給讀卡器；后，讀卡器將對令牌中的（隨機的中的相一致。如果上述的每一個環(huán)都為“真”，都能正確通過驗證，的操作?？ㄆ械钠渌葏^(qū)由于有其各自的密碼，因此不能對其進行進一步的操作。如控制及算術運算單元：這一單元是整個卡片的控制中心。它主要進行對整個卡片的和單元：主要配合控制及算術運算單元，將運算的結果進行暫時數據加密單元：該單元完成對數據的加密處理及密碼保護。（）卡的存儲結構卡分為個扇區(qū)，每個扇區(qū)由塊（塊、塊、塊、塊）組成，我們環(huán)

22、表示卡片收到后，對的加密的部分進行解密，并校驗第一環(huán)表示讀卡器收到令牌致；環(huán)表示如果環(huán)校驗是正確的，則卡片向讀卡器發(fā)送令牌數）進行解密，并校驗第一次由環(huán)中讀卡器發(fā)出去的隨機數是否與環(huán)中接收到則整個的認證過程將成功，讀卡器將能對剛剛認證通過的卡片上的這個扇區(qū)進行下一步想對其他扇區(qū)進行操作，必須完成上述的認證過程。認證過程中的任何一環(huán)出現差錯，整個認證將告失敗，必須從新開始。上述的敘述已經可以充分地說明了卡片的高度安全性，保密性，及卡片的應用場合多樣性，一卡多用。各個單位進行微操作控制，協調卡片的各個步驟；同時它還對各種收發(fā)的數據進行算術運算處理，遞增、遞減處理，運算處理等等，是卡片中內建的單元。

23、存儲，如果某些數據需要存儲到，則由控制及算術運算單元取出送到存儲器中；如果某些數據需要傳送給讀卡器，則出控制及算術運算單元取出，經過射頻接口電路的處理，通過卡片上的天線傳送給卡片讀卡器。中的數據在卡片失掉電源后（卡片離開讀卡器天線的有效工作范圍內）將被清除。同時，中還固化了卡片運行所需要的必要的程序指令，由控制及算術運算單元取出去對每個單元進行微指令控制，使卡片能有條不紊地與卡片的讀卡器進行數據通信。也將個扇區(qū)的個塊按絕對地址編號為一，存儲結構如下表所示【：西安科技大學碩士學位論文表卡存儲結構第扇區(qū)的塊用于存放廠商代碼，己經固化，不可更改。每個扇區(qū)的塊、塊、塊為數據塊，可用于存儲數據。每個扇區(qū)

24、的塊為控制塊，包括了密碼、存取控制、密碼；每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨立的，可以根據實際需要設定各自的密碼及存取控制。存取控制為個字節(jié)，共位，扇區(qū)中的每個塊（包括數據塊和控制塊）的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應的三個控制位，三個控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權限（如進行減值操作必須驗證，進行加值操作必須驗證，等等）。（）非接觸式卡的國際標準非接觸式卡表面無觸點，因此接口設備與通信方式和接觸式卡不同，提供電源的方式也不同，為此根據接口設備與卡作用距離的不同而定義了三個國際標準，如表所示：表非接觸式卡國際標準課題總體研究和涉及的主要

25、技術其中又分為和兩個標準。本課題開發(fā)的非接觸式卡讀卡器是基于標準的。非接觸式卡門禁系統涉及的主要技術隨著非接觸式卡的應用越來越普遍，它的應用逐漸滲透到金融、通訊、安全控制等許多重要領域，其安全性和保密性的特點受到了人們的高度關注。如今如何有效防止各種可能的攻擊和欺詐，成為非接觸卡實際應用系統設計的重要課題。為了確保讀卡器和卡之間通信的完整、可靠和快速，主要采取了以下技術，一是采用循環(huán)冗余校驗技術以確保通信時數據的可靠和完整性；二是采用快速防沖突機制，防止通信時卡片之間出現數據干擾，以提高應用的并行性。非接觸式智能卡系統是一個典型的跨學科的專業(yè)領域，一個多技術融合的系統。循環(huán)冗余校驗技術循環(huán)冗余

26、校驗碼簡稱碼（?。且环N高性能的檢錯碼。循環(huán)碼是線性碼的一個子集，具有嚴密的數學結構，對其進行分析要用到近代代數理論。所謂線性碼是指由個信息元和個校驗碼元構成的碼組，其中每一個校驗碼元是該碼組中某些信息碼元的模和；常用（億）來表示碼長為信息碼元為的線性碼。當線性碼（月，尼）中的任一碼組每一次循環(huán)左移或右移得到的是碼中的另一碼組時，這種線性碼就是循環(huán)碼【。如果將循環(huán)碼的碼組中的各個碼元當作一個多項式的系數，則由竹位碼元組成的碼組（。，。，。）可用多項式表示為（）川肛。一肛工用（）式表示循環(huán)碼時可以發(fā)現循環(huán)碼具有如下的重要特性，即在一個（”，）循環(huán)碼中，有且僅有一個一）次的生成多項式（蓋）樅柑一

27、“一使該循環(huán)碼的每個碼多項式（）都是（）的倍式，反之，能被（）除盡的次數不大于一）次的多項式，也必定是碼多項式。利用這個特性，可以實現編碼和譯碼功能。假設待編碼位信息的碼組為（。，。，。）它所對應的碼多項式是：吖（）¨“¨“。西安科技大學碩士學位論文用”乘以（）得”“，（）女一”一女一”一，”（）再用給定的（”，）循環(huán)碼的生成多項（）去除”（），得”。（）（）（）（），、式中（）和（）分別為商式和余式?！?。（）的最高冪次為一）（），而（）最高冪次為一，所以，（）的最高冪次將是一）一一）一，（）的最高冪次就是一一。即（）的冪次與碼組中信息碼相互對應，（）的冪次與碼組中校驗碼元

28、相對應。由于是模運算，根據運算規(guī)則，加與減是相同的，故將（）式移項后可得”。彳（）月（五）（）（）（）式表明，”。（）（）是（）的倍式，它是”一次的多項式，其中”（）剛好對應于編碼碼組的信息碼元，而（）則對應于校驗碼元。將（）式的左邊展開有肛。彳（）尺（）帆一川一肛十”一¨一肛“”一（）它對應的碼組是（。，。，。，：，），這說明待編碼的碼組所組成的循環(huán)碼是由不加任何改變的位信息碼元和附加在其后（”一）位校驗碼元組成的。接收器收到碼以后，用相同的多項式（）去除碼的碼組，如果數據在置（五一。）來表示，其中，確定突發(fā)差錯離開接收碼的右端有多因子存在，因此如果表達式，（也，）中的括號內表達式

29、：”肖傳送過程中沒有變化，那么所得到的結果應該只有商式（），則可認為信息在傳輸時無差錯產生。循環(huán)碼的校驗能力與組成多項式有關。具有個校驗位的多項式能檢出所有長度小于或等于的差錯。一個長度為上的突發(fā)性連續(xù)差錯可以用表達式遠，也就是說，突發(fā)差錯在碼中的位置是從工直到。如果除式（）中有的項，那么它將不會有的階數低于（）的階數時，接收到的碼組與（）相除時，余數不可能為零。如果突發(fā)差錯長度為，當且僅當突發(fā)差錯和（）一樣時，被（）除的余式才可能是，這時將不正確的數據當作正確的數據接收的概率是。對長度大于，的突發(fā)錯誤，分析發(fā)現，將不正確的數據當作正確的數據接收的概率是。對于多項式（），有許多種選取的方式，其

30、中有三個目前己成為國際標準：課題總體研究和涉及的主要技術一：（、：（）從上面的分析不難計算，后兩種的檢錯率至少為。在電路部分設計了循環(huán)冗余校驗協處理器，以使得可以在速度較快的情況下完成位的循環(huán)冗余校驗。該電路采用了標準的多項式：（）”。電路的初始狀態(tài)由置位信號決定。在控制信號的作用下，該電路可完成循環(huán)冗余校驗的編碼和譯碼。編碼時，待編碼的數據被送入移位寄存器，當待編碼的數據全部送入寄存器后，移位寄存器中存儲的就是校驗碼組（）；譯碼時，編碼后的數據被逐位送入移位寄存器中，當編碼數據全部送入移位寄存器后，移位寄存器中存儲的是編碼的多項式與生成多頂式相除的余數，如果傳輸正確無誤，則移位寄存器中全部為

31、。密碼技術隨著卡應用范圍的不斷擴大，針對卡的各種攻擊也不斷增多，因此卡的安全和保密性顯得日益重要，現在己經成為卡技術中的關鍵技術之一（】。我們從三方面來討論卡的安全性。（）通訊安全和保密通信安全與保密是為了達到卡與讀寫設備進行信息交換過程中的有效與合法。具體而言，也就是要求相互傳送的信息具有完整性、真實性、有效性、保密性和不可否認性。完整性是指卡與讀寫設備必須能檢測出在它們之間交換的信息是否己經被修改，判斷出相互交換的信息是否合法，對于完整性的保證，一般是在所交換的信息內添加一段報文鑒別碼（）。真實性是指卡和讀寫設備都必須有一種確證能力，能夠確證它們各自所收到的信息都由真實對方發(fā)出，自己發(fā)出的

32、信息也確實被真實對方接收。有效性是指卡和讀寫設備能區(qū)別當前有效合法的信息與前次有效的信息；對于有效性的保證一般是在通信信息內添加加密后的時間段信息。保密性是指通過對要交換的信息進行加密處理來防止非授權者讀到真實的明文內容。不可否認性是指發(fā)方和收方不可否認信息的發(fā)出和收到【】。從上面談到的卡邏輯安全中，我們可以清楚地看到密碼學在卡安全性中的重要地位。在決定卡安全性的問題上，采用什么樣的加解密方法，什么樣的認證方法及它們的安全強度如何等等，對于卡的安全性有著至關重要的影響。使用密碼進行通信的一般模型如圖所示：其中要被加密的原文稱為明文，加密過程的輸出稱為密文，密文通過傳輸信道傳輸到接收端，然后通過

33、解密過程將明文還原。可見，數據的加密和解密的過程實際上就是通過一定的算法將信息加以偽裝和解除偽裝的過程。西安科技大學碩士學位論文圖密碼通信的一般模型完成加密和解密的算法稱為密碼體制。密碼體制的分類有很多種。按照加密密鑰和解密密鑰是否相同，分為對稱密鑰密碼體制（秘密密鑰體制）和非對稱密鑰密碼體制（公開密鑰體制）。在本設計中主要采用了非對稱密鑰密碼體制【。（）對稱密鑰密碼體制對稱密鑰密碼體制中加密密鑰和解密密鑰相同。這一體制是密碼學的基本方法。通信雙方享用一個共同密鑰，一方用密鑰加密明文，產生密文；另一方用密鑰解密密文，恢復出明文。可以把加密與解密過程表示為：（。表示加密算法，。表示解密算法，明文

34、空間）（）（）所（瓦（）對稱密鑰密碼算法中，最著名的就是（）算法，它是由公司在年研究成功并公開發(fā)表的，它是一種分組加密算法，明文按比特分組加密，密鑰是位密鑰加位奇偶校驗位。加密算法與解密算法相同，分組的明文信息根據密鑰執(zhí)行一系列可逆的混亂與擴散算法。（）非對稱密鑰密碼人們在使用對稱密鑰密碼系統中，發(fā)現它有兩個主要缺陷：密鑰管理既復雜又困難，例如，在一個具有個用戶的相互通訊系統中，就需要有：個密鑰，當很大時，就使得維護密鑰的安全變得十分困難。對稱密鑰系統不能確證信息來源的真實性和用戶的身份。于是在年，和在其“密碼學新方向”，一文中提出了公開密鑰系統，即密碼系統中的加密密鑰、解密密鑰可以不同。加密

35、密鑰公開，由加密密鑰和密文不能容易地求得解密密鑰和明文。另外，加密變換和解密變換可以交換，即滿足巨。這樣，公開密鑰體系可以方便地解決上述兩個問題。在公開密鑰密碼體制中，最有名的一種是體制。它己被廠的數據加密技術分委員會推薦為公開密鑰數據加密標準。算法是由博士、博士、博士創(chuàng)立，并以他們的名字命名的公開密鑰的算法。課題總體研究乖涉及的主要技術算法是一種分組密碼算法，它以數論中的歐拉定理為理論基礎。密碼系統為每個用戶分配兩對密鑰，即（，）和（，），其中（，）用于加密報文，（，）用于與解密報文。實現算法需要解決兩個問題：如何確定，三個密鑰。如何實現加密算法和解密算法。由于其中涉及大數的指數運算及模運算

36、，計算量很大，因此這是實現算法的關鍵。下面分別對這兩個問題進行討論。產生素數的方法根據修改的歐拉定理，如為素數，則對于的所有整數值，應滿足：這是一個必要條件而非充分條件，不過，如果有個以上的值能滿足上述條件，則可基本斷定為素數。產生加密密鑰是與（）互素的任意數，因此可以先選擇一數，檢查它是否與巾（）互素，若不是，則執(zhí)行，再次檢查，直到與巾（月）互素為止。檢查兩數是否互素的方法如下：檢查兩數的公約數是否為，若是，則兩數互素。根據歐幾里德算法，如果，則和的等于和的，即（，）（，），因此，（，）可用每次運算的余數去除該運算的除數來計算，這樣可以逐漸減少參加運算的操作數的數值，最后的非零余數即為公約數

37、。如對，是否互素進行判斷，即計算（，）。第一次運算：。，即的余數為；第二次運算：，即的余數為；第三次運算：，即的余數為；因此，（，），與互素。上述算法即使對很大的整數，也只需要不多的步驟即可得到結果。產生解密密鑰采用歐幾里德算法的一種變型產生解密密鑰。設：中（）（），），（）和是互素的數：（）為（）（）的余數；（）（）（）的商（取整數）；（，）；貝：（）（一）（）（）；遞歸計算，直到（），（）的值即為密鑰。下面以，為例，對密鑰的值進行計算。西安科技大學碩士學位論叉（）中（月）（一），（一），（）；（）（）（），（）；（），（）；（）（一）（），則（）：（）（一）（）（），貝（）同理，（），（）

38、；（），（）；（），（）；所以，解密密鑰的值為。由以上確定、數據的過程可知，若使算法安全，、必為足夠大的素數，使分析者無法分解出。通常選擇和大約是位的十進制素數。模的長度至少為比特。（）標準使用的算法規(guī)定的長度為到比特之間，必須是的倍數。國際數字簽名標準中規(guī)定的長度為比特。為了抵抗現有的整數分解算法，對模的素因子和有如下要求：（）很大，通常和的長度相同；（）和一分別含有素因子。和；（）一和，一分別含有素因子和；（）和分別含有素因子和。加密和解密算法的實現是在療、和數據已經確定的情況下，完成；（）”的加密過程；（）：。的解密過程【】。射頻識別技術是非接觸式智能卡系統的基礎，是在射頻技術、通信技術

39、和計算機技術等現代信息技術發(fā)展的基礎上于世紀年代中期問世的。自出現以來，由于它極比，射頻識別技術具有非接觸、作用距離遠、精度高、信息的收集和處理快捷等一系列的優(yōu)點，在工業(yè)自動化、商品控制、交通運輸控管等眾多領域得到廣泛的發(fā)展【”。射頻識別技術是自動識別技術中的一種。自動識別技術（目前應用最廣泛的自動識別技術大致可以分為兩個方面：光學技術和無線電技術兩射頻識別技術大加速了信息的收集和處理，近年來獲得迅速的發(fā)展。與傳統的條碼或磁條識別技術相，簡稱）是目前國際上發(fā)展很快的一項新技術。該項技術的基本思想是通過采用一些先進的技術手段，實現人們對各類物體或設備（人員、物品）在不同狀態(tài)（移動、靜止或惡劣環(huán)境

40、）下的自動識別和管理。課題總體研究和涉及的主要技術個方面。其中光學技術中普遍應用的產品有條形碼和攝像兩大類。這兩類產品目前已廣泛應用于人們的日常生活中，并已為人們所熟知。比如，條形碼用于商品管理，攝像用于抓拍違章車輛等。無線電技術在自動識別領域應用中更具體的技術名稱為射頻識別。射頻識別系統的組成般至少包括兩個部分，一部分是電子標簽（），另一部分是閱讀器（）。電子標簽中一般保存有約定格式的電子數據，在實際應用中，電子標簽附著在待識別物體的表面。閱讀器又稱為讀寫裝置，可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的，進一步通過計算機及計算機網絡實現對物體識別信息的采集、處

41、理及遠程傳送等管理功能。依據射頻識別技術實現的射頻卡系統，可按照以下種方式分類：（）根據整個系統工作頻率的不同可分為高頻、中頻及低頻系統；（）根據射頻卡工作方式的不同可分成三種：可讀寫卡（）、一次寫入多次讀出（）和只讀卡（）系統；（）根據射頻卡供電方式可分為有源卡系統及無源卡系統；（）根據調制方式的不同可分為主動式和被動式系統；（）根據讀取卡片數據的技術實現手段，可將其分為廣播發(fā)射式、倍頻式和反射調制式三大不同系統。多路存取法在射頻識別系統工作時，可能會有一個以上的應答器同時處在閱讀器的作用范圍內，這樣如果有兩個或兩個以上的應答器同時發(fā)送數據時就會出現通信沖突，這樣會導致數據的相互干擾（碰撞）

42、，同樣有時也可能有多個應答器處在多個閱讀器的工作范圍內，他們之間的數據通信也會引起數據干擾，不過我們一般很少考慮后面的這種情況。為了防止這些沖突的產生，射頻識別系統中需要設置一定的相關命令，解決沖突問題，這些命令被稱為防沖突命令或算法（）。射頻識別系統中的通信方式有三種。第一種是“無線廣播”式，即在一個閱讀器的閱讀范圍內存在多個應答器，閱讀器發(fā)出的數據流被多個應答器接收。這同數百個無線電廣播接收機同時接收一個無線電廣播發(fā)射機發(fā)射的信息類似。第二種是在閱讀器的作用范圍內有多個應答器同時傳輸數據給閱讀器，這種通信形式稱為多路存取通信。第三種是多個閱讀器同時給多個應答器發(fā)送數據，現在射頻識別系統中這

43、個情況很少遇到，我們常常遇到的是“多路存取”這種通信方式。每個通信通路都有規(guī)定的通路容量。這種通路容量是由這個通信通路的最大數據率以及供給它使用的是時間片確定的。分配給每個應答器的通路容量必須滿足多個應答器同時把數據傳輸給一個單獨的閱讀器時不能出現互相干擾（碰撞）。對于電感藕合式的射頻識別系統來說，最大數據率是由應答器天線的有效帶寬和閱西安科技大學碩士學位論疋讀器得出的。在無線通信技術中，通信沖突的問題是長久以來存在的問題，但同時也研究出許多相應的解決方法?；旧嫌兴姆N不同的方法：空分多路法（）、頻分多路法（）、碼分多路法（）和時分多路法（）。下面分別介紹這四種方法：（）空分多路法（）空分多路

44、法（）可以理解為在分離的空間范圍內重新使用確定資源（通路容量）的技術。一種方法是使單個閱讀器的作用距離大幅度減少，而把大量的閱讀器和天線覆蓋面積并排地安置在一個陣列之中，因此閱讀器的通信容量在相鄰的區(qū)域內可重新使用。當應答器經過這個陣列時就可以與之最近的閱讀器進行通信，而因為每個天線的覆蓋面積小，所以相鄰的閱讀器區(qū)域內有其他應答器仍然可以相互交換信息而不受干擾，這樣許多應答器在這個陣列中，由于空間分布可以同時讀出而不會相互影響。第二種方法是在閱讀器上利用一個電子控制定向天線，該天線的方向圖直接對準某個應答器（自適應的）。所以不同的應答器可以根據它的閱讀器作用范圍內的角度位置區(qū)分開來，這種天線由

45、若干個偶極子構成，用各個確定的、獨立的相位去控制每個偶極子元件。天線的方向圖就是由各個不同方向的偶極子的單個波疊加出來的，在某個方向上，偶極子元件的各個場的疊加使相位關系得到了加強；在其他方向上，則全部或部分抵消而被削弱。如果要改變指向，可以通過可調的移相器向各個偶極子供給相位可調的高頻電壓。當啟動某一個應答器時，使定向天線掃描閱讀器周圍的空間，直到此應答器被閱讀自適應射頻識別系統只有當頻率大于（典型的是）時才能（）頻分多路法（）頻分多路法（）是把若干個使用不同載波頻率的傳輸通路同時供給通信用戶使）時分多路法（）是把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術。它在數字移動（詢問驅動）。應答器控制法的工作是非同步的，因為這里對閱讀器的數據傳