IC卡的讀寫過程詳解

ISO14443-3

TypeA初始化和防沖突算法

應(yīng)用系統(tǒng)事業(yè)部測(cè)試組2021.71/21/20241精選ppt內(nèi)容介紹ISO/IEC14443-3包括：PCD不斷輪尋進(jìn)入能量場(chǎng)的PICC；在PCD與PICC之間進(jìn)行通信的初始化階段用的字節(jié)格式、幀和時(shí)序；初始化REQA和ATQA〔命令和應(yīng)答〕的內(nèi)容；多張卡中檢出1張卡并與之通信的方法；PCD與PICC進(jìn)行初始化通信的其他參數(shù)；加速從多卡中選出1張卡的可選方法。1/21/20242精選ppt

PCD不斷輪尋進(jìn)入能量場(chǎng)的PICCPCD：為實(shí)時(shí)檢出進(jìn)入PCD能量場(chǎng)的PICC，PCD重復(fù)發(fā)出請(qǐng)求命令REQA，并查尋應(yīng)答ATQA，這一過程稱為“輪尋〞。 PICC：在進(jìn)入PCD能量場(chǎng)的5ms內(nèi)，PICC應(yīng)能接受到REQA。1/21/20243精選ppt位、字節(jié)、時(shí)序和幀格式位、字節(jié)和幀格式 1.1FrameDelayTime〔FDT〕：相反方向的相鄰兩幀之間的間隔1.2FrameGuardTime〔FGT〕：保證通信正常的最小FDT1.3PCD幀傳輸完畢到PICC響應(yīng)幀開始之間的FGT見圖一及表一；1.4PICC幀傳輸完畢到PCD幀之間的FGT至少為1172/fc.〔fc載波頻率〕1/21/20244精選ppt圖1：FramedelaytimePICCtoPCD1/21/20245精選ppt表一：FramedelaytimePICCtoPCD1.5RequestGuardTime〔RGT〕：定義為兩個(gè)連續(xù)Request命令的起始位間的最小時(shí)間。它的值為7000/fc。1/21/20246精選ppt1.6Request和Wake-Up幀用來初始化通信并按以下次序組成：起始位7個(gè)數(shù)據(jù)位發(fā)送，LSB首先發(fā)送。〔標(biāo)準(zhǔn)REQA的數(shù)據(jù)內(nèi)容是‘26’，WAKE-UP請(qǐng)求的數(shù)據(jù)內(nèi)容是‘52’〕終止位

不加奇偶校驗(yàn)位。起始位命令：26〔Request〕或52〔Wake-Up〕圖二1/21/20247精選ppt1.7標(biāo)準(zhǔn)幀用于數(shù)據(jù)交換并按以下次序組成：起始位n*〔8個(gè)數(shù)據(jù)位+奇數(shù)奇偶校驗(yàn)位〕，n≥1。每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的LSB首先被發(fā)送。每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后面跟隨一個(gè)奇數(shù)奇偶校驗(yàn)位。終止位1/21/20248精選ppt面向比特的防沖突當(dāng)至少兩個(gè)PICC同時(shí)發(fā)送不同比特到PCD時(shí)PCD將檢測(cè)到比特沖突。這種情況下，至少一個(gè)比特的整個(gè)位持續(xù)時(shí)間內(nèi)，載波以副載波進(jìn)行調(diào)制。面向比特的防沖突幀僅在防沖突循環(huán)期間使用，并且事實(shí)上該幀是帶有7個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)幀，它被別離成兩局部：第1局部從PCD到PICC傳輸，第2局部從PICC到PCD傳輸。1/21/20249精選ppt面向比特的防沖突以下規(guī)那么應(yīng)適用于第1局部和第2局部的長(zhǎng)度：規(guī)那么1：數(shù)據(jù)位之和應(yīng)為56規(guī)那么2：第1局部的最小長(zhǎng)度應(yīng)為16個(gè)數(shù)據(jù)位規(guī)那么3：第1局部的最大長(zhǎng)度應(yīng)為55個(gè)數(shù)據(jù)位從而，第2局部的最小長(zhǎng)度應(yīng)為1個(gè)數(shù)據(jù)位，最大長(zhǎng)度應(yīng)為40個(gè)數(shù)據(jù)位。1/21/202410精選ppt面向比特的防沖突從而，第2局部的最小長(zhǎng)度應(yīng)為1個(gè)數(shù)據(jù)位，最大長(zhǎng)度應(yīng)為40個(gè)數(shù)據(jù)位。由于該別離可以出現(xiàn)在一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)范圍內(nèi)的任何比特位置，故定義了兩種情況：FULLBYTE情況：在完整數(shù)據(jù)字節(jié)后別離。在第1局部的最后數(shù)據(jù)位之后加上一個(gè)奇偶校驗(yàn)位。SPLITBYTE情況：在數(shù)據(jù)字節(jié)范圍內(nèi)別離。在第1局部的最后數(shù)據(jù)位之后不加奇偶校驗(yàn)位。下面全字節(jié)情況和別離字節(jié)情況的例子定義了位的組織結(jié)構(gòu)和位傳輸?shù)拇涡颉?duì)于SPLITBYTE，PCD應(yīng)忽略第二局部的第一個(gè)奇偶校驗(yàn)位。1/21/202411精選ppt1/21/202412精選ppt1/21/202413精選pptCRC_ACRC_A編碼和校驗(yàn)過程在ITU-T建議的V.41第2段中定義。用來生成校驗(yàn)位的生成多項(xiàng)式為x16+x12+x5+1。初始值應(yīng)為‘6363’。CRC_A應(yīng)被添加到數(shù)據(jù)字節(jié)中并通過標(biāo)準(zhǔn)幀來發(fā)送。1/21/202414精選ppt

PICC各狀態(tài)

〔1〕POWEROFFPICC由于缺少載波能量而處于斷電狀態(tài)，也不發(fā)射副載波?！?〕IDLE〔閑置〕狀態(tài)電磁場(chǎng)激活后，PICC進(jìn)入IDLE狀態(tài)。1/21/202415精選ppt〔3〕READY〔就緒〕狀態(tài)當(dāng)收到一個(gè)有效的REQA或WAKE-UP命令，就進(jìn)入READY狀態(tài)。當(dāng)PICC的UID〔唯一標(biāo)識(shí)符〕被PCD發(fā)來的Selection命令選中時(shí)，就退出本狀態(tài)。〔4〕ACTIVE〔激活〕狀態(tài)當(dāng)PICC的UID被PCD選中時(shí)就進(jìn)入本狀態(tài)。在激活狀態(tài)，完本錢次應(yīng)用的全部操作。1/21/202416精選ppt〔5〕HALT〔停止〕狀態(tài)該狀態(tài)通過HALT命令或本局部中未定義的應(yīng)用特定命令來進(jìn)入。在這種狀態(tài)中，PICC應(yīng)僅響應(yīng)使PICC轉(zhuǎn)換為READY狀態(tài)的WAKE-UP命令。1/21/202417精選pptPICC狀態(tài)圖〔圖1〕POWEROFFIDLE狀態(tài)HALT狀態(tài)REQA命令READY狀態(tài)ACTIVE狀態(tài)防沖突循環(huán)Select命令HALT命令應(yīng)用Wake-up命令1/21/202418精選ppt命令集PCD管理進(jìn)入能量場(chǎng)的多張卡的命令REQAWAKE-UPANTICOLLISIONSELECTHALT1/21/202419精選ppt〔1〕REQA命令和WAKE-UP命令這兩條命令都是使卡進(jìn)入Ready狀態(tài)，差異是REQA命令從IDLE進(jìn)入Ready狀態(tài)，而Wake-up從Halt進(jìn)入Ready狀態(tài)。PICC接收到REQA命令或WAKE-UP命令后，在PCD能量場(chǎng)范圍內(nèi)的所有PICC同步發(fā)出ATQA應(yīng)答，長(zhǎng)度為2字節(jié)。b7b6b5b4b3b2b1說明“26〞＝REAQ01001101010010“52〞＝Wake-up1/21/202420精選ppt－用于防沖突循環(huán)，組成如下：SELNVBUIDCLn數(shù)據(jù)位BCC校驗(yàn)位〔2〕ANTICOLLISION命令與SELECT命令選擇代碼SEL〔1字節(jié)〕有效位數(shù)量NVB〔1字節(jié)〕由NVB指定的UIDCLn〔0～40位〕

命令格式：1字節(jié)1字節(jié)0～4字節(jié)1字節(jié)校驗(yàn)位僅當(dāng)UID的數(shù)據(jù)位為4字節(jié)時(shí)〔完整〕才有。PCD發(fā)出防沖突命令的目的是想從PICC得到卡的UIDCLn的一局部或全部，從而選出一張卡。1/21/202421精選ppt只要NVB沒有規(guī)定40個(gè)有效位，假設(shè)PICC保持在READY狀態(tài)中，該命令就被稱為ANTICOLLISION命令。如果NVB規(guī)定了UIDCLn的40個(gè)數(shù)據(jù)位〔NVB=‘70’〕，那么應(yīng)添加CRC_A。該命令稱為SELECT命令。如果PICC已發(fā)送了完整的UID，那么它從READY狀態(tài)轉(zhuǎn)換到ACTIVE狀態(tài)并在其SAK-響應(yīng)中指出UID完整。否那么，PICC保持在READY狀態(tài)中并且該P(yáng)CD應(yīng)以遞增串聯(lián)級(jí)別啟動(dòng)一個(gè)新的防沖突環(huán)。1/21/202422精選pptS5000CRC（循環(huán)校驗(yàn)碼）E〔3〕HALT命令HALT命令由4個(gè)字節(jié)組成：1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)如果PICC在HALT幀結(jié)束后1ms周期期間以任何調(diào)制表示響應(yīng)，那么該響應(yīng)應(yīng)解釋為‘不確認(rèn)’。1/21/202423精選pptATQA-請(qǐng)求應(yīng)答 所有PICC以其在兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)中編碼了可用防沖突類型的請(qǐng)求應(yīng)答〔ATQA〕表示同步地進(jìn)行響應(yīng)。 如果有多個(gè)卡應(yīng)答，沖突可能出現(xiàn)。PCD應(yīng)把ATQA內(nèi)的沖突解碼為一個(gè)(1)b，其結(jié)果是所有ATQA的邏輯“或〞。

1/21/202424精選pptb16~b9b8b7b6b5b4b3b2b1RFU置0UID大小比特幀RFU比特幀防沖突（只有1位置1）ATQA的編碼ATQ的b8b7UID的大小最大級(jí)聯(lián)CLUID的字節(jié)數(shù)0001101231234710UID的大小1/21/202425精選pptSelect過程Select過程的目的是獲得來自PICC的UID以及選擇該P(yáng)ICC以便進(jìn)一步通信，見以下圖。下面算法應(yīng)適用于防沖突環(huán)：步驟1：PCD賦值編碼了串聯(lián)級(jí)別的SEL。SEL的編碼b8b7b6b5b4b3b2b1說明100100111001010110010111“93”選擇UIDCL1“95”選擇UIDCL2“97”選擇UIDCL31/21/202426精選pptSelect過程步驟2：PCD分配了帶有值為‘20’的NVB。注：該值定義了該P(yáng)CD將不發(fā)送UIDCLn的任何局部。因此該命令迫使工作場(chǎng)內(nèi)的所有PICC以其完整的UIDCLn表示響應(yīng)。步驟3：PCD發(fā)送SEL和NVB。步驟4：工作場(chǎng)內(nèi)的所有PICC應(yīng)使用它們的完整的UIDCLn響應(yīng)。步驟5：假設(shè)場(chǎng)內(nèi)的PICC擁有唯一序列號(hào)，那么，如果一個(gè)以上的PICC響應(yīng)，那么沖突發(fā)生。如果沒有沖突發(fā)生，那么步驟6到步驟10可被跳過。1/21/202427精選pptSelect過程步驟6：PCD應(yīng)識(shí)別出第一個(gè)沖突的位置。步驟7：PCD分配了帶有值的NVB，該值規(guī)定了UIDCLn有效比特?cái)?shù)。這些有效位應(yīng)是PCD所決定的沖突發(fā)生之前被接收到的UIDCLn的一局部再加上(0)b或(1)b。典型的實(shí)現(xiàn)是增加(1)b。NVB編碼〔1字節(jié)〕： 較高4位稱為字節(jié)計(jì)數(shù)，規(guī)定所有被8分開的有效數(shù)據(jù)位的數(shù)，包括被PCD發(fā)送的NVB和SEL。這樣，字節(jié)計(jì)數(shù)的最小值是2而最大值是7。 較低4位稱為比特計(jì)數(shù)，規(guī)定由PCD發(fā)送的所有有效數(shù)據(jù)位模8后的數(shù)。1/21/202428精選pptSelect過程步驟8：PCD發(fā)送SEL和NVB，后隨有效位本身。步驟9：只有PICC的UIDCLn中的一局部等于PCD所發(fā)送的有效位時(shí)，PICC才應(yīng)發(fā)送其UIDCLn的其余局部。步驟10：如果出現(xiàn)進(jìn)一步的沖突，那么重復(fù)步驟6~9。最大的環(huán)數(shù)目是32。步驟11：如果不出現(xiàn)進(jìn)一步的沖突，那么PCD分配帶有值為‘70’的NVB。 注：該值定義了PCD將發(fā)送完整的UIDCLn。1/21/202429精選pptSelect過程步驟12：PCD發(fā)送SEL和NVB，后隨UIDCLn的所有40個(gè)位，后面又緊跟CRC_A校驗(yàn)和。步驟13：它的UIDCLn與40個(gè)比特匹配，那么該P(yáng)ICC以其SAK表示響應(yīng)。SAK的編碼b8b7b6b5b4b3b2b1RFUb6=1，PICC兼容14443RFUb3=0,UID完整b3=1,還有部分UIDCLn需確認(rèn)RFU1/21/202430精選ppt步驟14：如果UID完整，那么PICC應(yīng)發(fā)送帶有清空的串聯(lián)級(jí)別位的SAK，并從READY狀態(tài)轉(zhuǎn)換到ACTIVE狀態(tài)。步驟15：PCD應(yīng)檢驗(yàn)SAK的串聯(lián)比特是否被設(shè)置，以決定帶有遞增串聯(lián)級(jí)別的進(jìn)一步防沖突環(huán)是否應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。 如果PICC的UID是的，那么PCD可以跳過步驟2~10來選擇該P(yáng)ICC，而無需執(zhí)行防沖突環(huán)。1/21/202431精選ppt

開始發(fā)送REQA接收ATQA選擇UIDCL1完成比特幀防沖突檢測(cè)ATQA專用幀和協(xié)議CL+1定義在ISO/IEC14443－4中命令專用防沖突比特幀防沖突UID完整UID不完整檢測(cè)SAKPCD初始化和防沖突1/21/202432精選pptUID內(nèi)容和串聯(lián)級(jí)別UID由4、7或10個(gè)UID字節(jié)組成。因此，PICC最多應(yīng)處理3個(gè)串聯(lián)級(jí)別，以得到所有UID字節(jié)。在每個(gè)串聯(lián)級(jí)別內(nèi)，由5個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)組成的UID的一局部應(yīng)被發(fā)送到PCD。根據(jù)最大串聯(lián)級(jí)別，定義了UID長(zhǎng)度的三個(gè)類型。1/21/202433精選pptUID內(nèi)容和串聯(lián)級(jí)別UIDCLn：根據(jù)串聯(lián)級(jí)別n，UID的一局部，由5個(gè)字節(jié)組成，3≥n≥1UIDn：UID的字節(jié)#n，n≥0BCC：UIDCLn校驗(yàn)字節(jié)，4個(gè)先前字節(jié)的“異或〞值CT：串聯(lián)標(biāo)記，‘88’UID是一固定的唯一數(shù)或由PICC動(dòng)態(tài)生成的隨機(jī)數(shù)。UID的第一個(gè)字節(jié)〔uid0〕分配后隨UID字節(jié)的內(nèi)容。1/21/202434精選pptUID內(nèi)容和串聯(lián)級(jí)別單個(gè)長(zhǎng)度的UID

兩個(gè)和三個(gè)長(zhǎng)度的UID注：串聯(lián)標(biāo)記CT的值‘88’應(yīng)不用于單個(gè)長(zhǎng)度UID中的uid0。在ISO/IEC7816-6/AM1中為“私用〞標(biāo)出的值‘81’到‘FE’在本上下文中應(yīng)不予允許。1/21/202435精選pptUID內(nèi)容和串聯(lián)級(jí)別圖：串聯(lián)級(jí)別的使用注：串聯(lián)標(biāo)記的用途是迫使造成與具有較小UID長(zhǎng)度的PICC沖突。因此，UID0或UID3都不應(yīng)具有串聯(lián)標(biāo)記的值。1/21/202436精選ppt例題1：假設(shè)在PCD場(chǎng)中有2張PICC卡，試說明初始化和防沖突過程。：PICC＃1的UID大?。?，UID0=“10〞PICC＃2的UID大小：2約定：PCDtoPICCPICCtoPCD〔×××‥×〕b發(fā)送的第1位〔最低位〕1/21/202437精選ppt比特幀防沖突選擇時(shí)序如下圖，操作分三階段：〔1〕Request〔PCD發(fā)送請(qǐng)求命令〕REQAATQAPICC#1b1〔1000000000000000〕b16卡＃1采用比特防沖突，b8b7=00,∴UID＝1ATQAPICC#2b1〔1000001000000000〕b16卡＃2采用比特防沖突，b8b7=01,∴UID＝2’26’所有卡PICC應(yīng)答ATQA1/21/202438精選ppt〔3〕Anticollisionloop,cascadelevel2〔防沖突循環(huán)CL2〕’95’SELNVB’20’PICC#2UID3UID4UID5UID6BCCSELNVBCTUID0