Система бесконтактной идентификации Mifare Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компоненты и технологии, № 4'2002

Компоненты

Система бесконтактной

идентификации Mifare

Статья открывает обзорный цикл по системам бесконтактной идентификации (RFID) производства компании Philips Semiconductor.

Семейство Mifare сегодня занимает 85 % мирового рынка бесконтактных пластиковых карт благодаря таким свойствам, как высокая степень защиты данных, антиколлизия, возможность реализации функции электронного кошелька, простота построения иерархических структур и многозадачность.

Геннадий Ефимов

gne@microem.msk.ru

Итак, что же такое технология RFID?

При попадании катушки карты в антенное поле считывателя в нее передается энергия, достаточная для питания электронной схемы карты. После этого при помощи той же катушки и антенны производится непосредственный обмен данными между картой и считывателем (рис. 1).

В случае с Mifare антенном поле считывателя может находиться одновременно несколько карт. При этом начинает работать механизм антиколлизии, способный определять количество карт в поле антенны и работать только с одной, выбранной в данный момент времени. Работу считывателя не нарушает внесение или удаление из поля антенны других карт. После того как одна из карт выбрана, происходит взаимная аутентификация устройств, и только после этого начинается непосредственная передача данных.

Стандарт Mifare, разработанный компанией Philips Semiconductor, стал доступен всем производителям систем и оборудования ISO 14443A. Основные области применения бесконтактных карт Mifare:

Таблица 1

Mifare Ultralight Mifare Standard Mifare Pro/Prox

MF0 IC U10 MF1 IC S50 MF1 IC S70 MF2 IC Dxx P8RFxxxx

| Параметры

Рабочая частота [МГц] 13.56 13.56 13.56 13.56 13.56

Дистанция 100 мм 100 мм 100 мм 100 мм 100 мм

Антиколлизия да да да да да

Скорость обмена 130 14443А [Кбод] 106 106 106 106 106

Шифрование - Mifare classic Mifare classic Triple-DES Triple-DES, PKC

сри - - - 80C51 (20k ROM) 80C51 (32...64k ROM)

| Память

EEPROM 512 бит 1024 байт 4096 байт 2, 8 Кбайт 4, 8,16 Кбайт

Организация 16 стр./4 бит 16 сект./64 байт 32 сект./64 байт, 8 сект./256 байт Определяется программно Определяется программно

| Стандарты

ISO 14443A (бесконтактный) да да да да да

ISO 7816 (контактный) - - - да да

| Дополнительные параметры

Многозадачность - да да да да

Время транзакции [мсек.] 31.4 164 140 - -

Температурный режим [C] -0.294117647 -0.294117647 -0.294117647 -0.294117647 -0.294117647

Корпус | Поставляются в виде кремниевых пластин или корпусированные в микромодули

обеспечение контроля доступа, электронные платежи, автомобильные парковки, транспортные, социальные и клубные карты — и этот список можно продолжать бесконечно.

Семейство Mifare включает три основные группы продуктов: Mifare Ultralight, Mifare Standard и Mifare Pro. Основные характеристики приведены в табл. 1.

Сегодня наибольшее применение получила группа Mifare Standard. Это RFID-система с частотой 13,56 МГц и расстоянием чтения-записи до 10 см. Скорость обмена информацией между картой и считывателем составляет 106 Кбод. ИС Mifare Standard имеет 1024 байта EEPROM, которая разбита на 16 секторов. Каждый сектор защищен двумя ключами, что позволяет использовать их для нескольких приложений.

ИС Mifare Ultralight появилась как логическое дополнение к Mifare Standard. Она предназначена для интеграции в дешевую бумажную карту. Главные ее отличия — меньший объем памяти (512 бит) и отсутствие шифрования при передаче данных.

Основным применением этих карт могут быть разовые пропуска, транспортные билеты с небольшим временем действия и т. д.

Группа Mifare Pro и Prox ориентирована на приложения, где требуется самый высокий уровень безопасности. ИС этой группы имеет двойной интерфейс: контактный ISO 7816 и бесконтактный ISO 14443A. ИС Mifare Pro и Prox имеют встроенный микропроцессор (80С51), сопроцессор, реализующий алгоритм шифрования данных Triple-DES и боль-------www.finestreet.ru------------------------

-Q-

Компоненты и технологии, № 4'2002

шой объем EEPROM (до 16 Кбайт) с возможностью конфигурирования пользователем.

Важным свойством карт Mifare является небольшое время транзакции, для большинства приложений оно не будет превышать 100 мс.

К эксплуатационным свойствам карты можно отнести механическую прочность в соответствии с ISO 7810, возможность работы в температурном диапазоне от -25 до +85 °С и способность EEPROM сохранять данные в течение 10 лет.

Компания Philips Semiconductor производит большой спектр считывателей для семейства Mifare. К ним относятся готовые считыватели MFRD260 и MFRD560, выполненные на дискретных компонентах или гибридных ИС и имеющие стандартные интерфейсы RS232/422.

Но наибольший интерес благодаря их низкой стоимости, малым габаритам и расширенным функциональным возможностям представляют новые однокристальные считыватели серии MFRC5xx.

Первая ИС этой серии MFRC500 выполнена в корпусе SO32, имеет расстояние чтения записи до 100 мм, полностью поддерживает стандарт ISO14443A. MFRC500 имеет внешний 8-битный интерфейс с 5-вольтовым уровнем и скорость обмена данными с картой Mifare 106 Кбод.

Интеграция ИС в считыватель не требует большого количества внешних компонентов, необходимо лишь подключение внешнего генератора с частотой 13,56 МГц, цепей фильтрации помех и согласования с антенной.

Все новые ИС разработаны компанией Philips Semiconductor на базе MFRC500 и обладают дополнительными функциональными возможностями. В MFRC530 добавлены SPI-интерфейс, большая скорость обмена данными до 848 Кбод, 8-битный интерфейс с 3,3-5-вольто-вым уровнем. MFRC531 поддерживает стандарт ISO14443B c уровнем амплитудной модуляции сигнала 10 % (модуляция сигнала в ISO 14443A 100 %). ИС SLRC632 в дополнение к этому поддерживает стандарт ISO 15693 (I Code). Это се-

Компоненты

Таблица 2

ИС считывателей Средства разработки

MFRC500 MFRC530 MFRC531 CLRC632 MFEV700 MFEV800

Параметры

Дистанция 100 мм 100 мм 100 мм 100 мм 75 мм 75 мм

Антенна - - - - встроена встроена

Интерфейс 8-бит 8-бит, SPI 8-бит, SPI 8-бит, SPI USB USB/ RS232

ВЧ интерфейс

Аналоговый интерфейс встроен встроен встроен встроен MFRC500 MFRC500

Рабочая частота [МГц] 13.56 13.56 13.56 13.56 13.56 13.56

Модуляция 100 % 100 % 100 % и 10 % 100 % и 10 % 100 % 100 %

Скорость обмена ІБО 14443 [Кбод] 106 106/212/4 24/ 848 106/212/4 24/ 848 106/212/4 24/ 848 106 106

Скорость обмена ІБО 15693 [Кбод] - - - 1.66/26.5

Стандарты и протоколы

ISO 14443A да да да да да да

ISO 14443B - - да да - -

ISO 15693 - - - да - -

Mifare Classic да да да да да да

I Code 1 - - - да - -

| Дополнительные параметры

Напряжение питания аналоговых цепей [В] 5 5 5 5 - -

Напряжение питания цифровых цепей [В] 5 3,3-5 3,3-5 3,3-5 5 5

Время перехода в рабочий режим [мксек] 400 400 400 400 - -

Температурный режим [°С] -0.294117647 -0.294117647 -0.294117647 -0.294117647 0/+70 0/+70

Корпус SO32 SO32 SO32 SO32 - -

Совместимость по выводам с МР1?С500 да да да - -

мейство продукции Philips Semiconductor будет подробно описано в последующих статьях.

Все эти ИС выполнены в корпусе SO32 и полностью совместимы по выводам. Таким образом, переход от считывателя Mifare на базе MFRC500 к многостандартным считывателям на базе MFRC531 или SLRC632 требует только доработки программного обеспечения, аппаратная же часть при этом не меняется.

Philips Semiconductor производит два варианта средств разработки для систем Mifare — MFEV700, MFEV800. MFEV700 включает в себя полностью готовый считыватель с USB-интерфейсом, несколько карт Mifare, документацию и программное обеспечение. Благодаря своей низкой стоимости этот комплект можно использовать как готовый считыватель для небольших проектов. MFEV800 дополнительно имеет плату считывателя с двумя интер-

фейсами ШВ и И8232, библиотеки программ С51, антенну и часы Міїаге.

На сегодняшний день в России реализовано несколько проектов, использующих технологию Міїаге. К ним относятся оплата проезда в московском метрополитене и пригородных поездах московской железной дороги, оборудование горнолыжного курорта под Санкт-Петербургом и клубные карты.

Согласно распоряжению премьера правительства Москвы № 715-РП от 7 августа 2001 г. в трех районах Москвы (Чертаново Центральное, Чертаново Южное, Бирюлево Западное) с 15 сентября 2001 г. начался эксперимент по внедрению «Социальной карты москвича». Его целью является персонализация льгот для оплаты проезда в общественном транспорте, медицинского страхования, оплаты товаров и услуг.

RS232

Преобр,

уровня

USB

ТУ

UART

нС

и

>s

ф

-е-

а

ф

н

л

5

с

о

а

о

OSCIN OSCIN [Г 32]OSCOUT

|П| oscom —ШІ—т—а man: 3T]RSTPD

[ I mfinQZ gjVMID

MFOUr[T 29] RX

Генератор txi[T 28] AVSS

tvddE 27AUX

1X2 [Е MFRC500 26]AVDD

TVSSQI 25] DVDD

_ NCS[T M]AJ _

и nwrQo 2j]AI

>S

Ф А NRDpTT 22] AO

а DVSS[j2 5] ALE

s J X D0 13 20D7 >■

S D1[M T»]D6

■ D2[js J8]D5

со D3[J6 JZlM

их

VMID

С4

AVSS

I

ї=ЧІ-

R1

R2

1X1

сз-

TVSS

из—

LO

СО

co:

TX2

d>-

<J*U>

Cs

<™s>-

Cp

LO

С TX22 >

Cs

Цепь приемника EMC- фильтр

Кабель Цепь Катушка

согласования

Структурная схема считывателя

Рис. 2

www.finestreet.ru

е

127