RFID карты, метки, брелки, считыватели

Что такое смарт-карта?

Приставку "Smart" (интеллектуальная) карта получила не просто так. Имея вид обычной пластиковой кредитной карточки, она содержит в себе интегральную схему, которая наделяет ее способностями к хранению и обработке информации.

Смарт-карты классифицируются по следующим признакам:

  • тип микросхемы;
  • способ считывания информации;
  • соответствие стандартам;
  • область применения;

Типы смарт-карт

В зависимости от встроенной микросхемы все смарт-карты делятся на несколько основных типов, кардинально различающихся по выполняемым функциям:

  • карты памяти
  • микропроцессорные карты
  • карты с криптографической логикой


Карты памяти предназначены для хранения информации. Память на таких типах карт может быть свободной для доступа или содержать логику контроля доступа к памяти карты для ограничения операций чтения и записи данных.

Микропроцессорные карты также предназначены для хранения информации, но в отличие обычных карт памяти они содержат в себе специальную программу или небольшую операционную систему, которая позволяет преобразовывать данные по определенному алгоритму, осуществлять защиту информации хранящейся на карте при передаче, чтении и записи.

Карты с криптографической логикой используются в системах защиты информации для принятия непосредственного участия в процессе шифрования данных или выработки криптографических ключей, электронных цифровых подписей и другой необходимой информации для работы системы.

Способы считывания информации со смарт-карты

По методу считывания информации карты делятся на следующие:

  • Контактные
  • Бесконтактные
  • Со сдвоенным интерфейсом

Контактные карты взаимодействуют со считывателем, соприкасаясь металлической контактной площадкой карты с контактами считывателя. Данный метод считывания просто реализуем, но повышает износ карты при частом использовании.

Контактная смарт-карта состоит из трех частей:Смарт карта

  1. Контактная область
    • 6 или 8 контактов квадратной или овальной формы;
    • Позиции контактов выполнены в соответствии со стандартом ISO-7816;
  2. Чип (микропроцессор карты);
  3. Пластиковая основа (карта 54х86мм).

Бесконтактные карты имеют встроенную катушку индуктивности, которая в электромагнитном поле считывателя обеспечивает питанием микросхему выдающую информационные радиосигналы. Такой метод считывания позволяет часто использовать карту без износа самой карты и считывателя.

Карты со сдвоенным интерфейсом имеют одновременно и контактную площадку и встроенную катушку индуктивности. Такие карты позволяют осуществлять работу с разными типами считывателей.

Стандарты на смарт-карты

Для смарт-карт существует несколько международных стандартов, определяющих практически все свойства карт, начиная от размеров, свойств и типов пластика, и заканчивая содержанием информации на карточке, протоколов работы и форматов данных.

Стандарт ISO-7816 "Идентификационные карты - карты с микросхемой с контактами". Состоит из шести частей, регламентирующих физические характеристики, размер и расположение контактов, сигналы и протоколы, структуру файлов, адресацию и команды обмена);

Стандарт EMV (Europay, MasterCard & Visa). 1я и 2я части базируется на ISO-7816, в последующих добавлены определения обработки транзакций, спецификации терминалов и т.д.

Область применения смарт-карт

Практически в любых областях деятельности для смарт-карт можно найти применение. Сегодня одними из основных видов применения являются:

  • Телефония: Карты оплаты разговора для таксофонов, GSM-карты в мобильных телефонах
  • Финансы : Различные банковские операции, оплата товаров и услуг, кредитные и дебетовые карты, карты для начисления стипендий, зарплат и пенсий и т.д
  • Транспорт: Карты для проезда на городском транспорте и метро
  • Здравоохранение: Медициские карты больных, страховые полисы
  • Безопасность: Разграничение доступа в помещения, компьютерные системы, идентификация пользователей и т.д.
  • Карты клиентов: Программы лояльности (начисление скидок, бонусов и т.д.)

Общая характеристика бесконтактных смарт-карт smart cards (карт EM-MARIN И MIFARE)

Бесконтактные пластиковые карты являются одним из основных элементов систем радиочастотной идентификации объектов (RFID -систем). По сравнению с широко распространенными в настоящее время методами идентификации по штрих коду или по информации на магнитной полосе, RFID - системы имеют ряд существенных преимуществ. Идентификация объекта производится по уникальному цифровому коду, хранимому в памяти чипа смарт-карты и излучаемому в диапазоне радиоволн. ЧИП размещается непосредственно в теле пластиковой карты, тут же размещается антенна, с помощью которой производится прием и излучение радиоволн. Кроме уникального идентификационного кода ЧИП может содержать перезаписываемую защищенную память, элементы кодирования и т.д. Опрос бесконтактных пластиковых смарт карт производится автоматически с помощью приемо-передающего устройства (ридера). Энергию, необходимую для формирования ответного сигнала, смарт карточки получают по радиолинии от ридера.

Основными преимуществами бесконтактных пластиковых смарт карт cmart cards являются:

  • Высокая надежность и неограниченный ресурс смарт карты (обеспечивается отсутствием необходимости механического контакта между картой и ридером)
  • Большая скорость обмена информацией между смарт картой и ридером (доли секунды)
  • Возможность многоразового использования смарт карты (при чтении неограниченное число раз, при перезаписи до 100 000 раз)
  • Высокая надежность хранения информации (информация на смарт карте не подвержена воздействию внешних полей и может храниться до 10 лет)
  • Высокая степень защиты от подделок (смарт карту практически не возможно подделать)
  • Возможная многофункциональность бесконтактных пластиковых смарт карт (карточки могут нести большой объем перезаписываемой информации и использоваться одновременно для целого ряда приложений)

Указанные выше преимущества бесконтактных пластиковых смарт карт cmart cards определяют варианты их использования. Наиболее типичными из них являются следующие:

  • Системы контроля доступа и учет рабочего времени персонала предприятий и организаций
  • Системы платного доступа на различные объекты (аттракционы, тренажерные залы, подъемники и т.д.)
  • Системы электронных платежей за пользование различными видами общественного транспорта
  • Системы электронных платежей за услуги для владельцев транспортных средств (расчеты на АЗС, парковках, платных дорогах и т.д.)
  • Системы защиты и сигнализации на транспортных средствах
  • Мини платежи за услуги и товары (электронный кошелек)

Интеллектуальные бесконтактные смарт карты (БСК) - карты универсального применения с большими функциональными возможностями для использования в качестве единого документа в платежных системах, для банковских расчетов, на транспорте, универсального документа для идентификации человека в различных системах контроля доступа, хранения личных информационных данных и т.д.

По способу записи информации RFID метки делятся на:

  • R/W - метки для (read/write, многократное чтение/запись)
  • WORM -метки (Write Once Read Many, однократная запись и многократное считывание)
  • R/O - метки (Read-Only -только чтение).

Существующие в настоящее время системы RFID различаются, как правило, несущей частотой используемых радиосигналов, типом модуляции, протоколом обмена и объемом информации, размещаемой на карточке.

В настоящее время можно выделить три основных частотных диапазона, в которых работают системы RFID:

  1. Низкочастотные (100-500 КГц). Рабочая дальность считывания 5-30 см. Она ограничивается габаритами антенны, так как на этих частотах размеры антенны должны быть достаточно велики. В этом диапазоне широкое распространение получили карточки с ЧИПами, работающими на частоте 125 КГц и использующими протокол швейцарской фирмы EM-Marin. Совместимыми с этими ЧИПами являются ЧИПы фирм Temic, Atmel, Microchip и российской фирмы Ангстрем.К указанной группе бесконтактных пластиковых смарт карт относится предлагаемые нашей фирмой бесконтактные карточки ISO EM-Marin для прямой печати.
  2. В среднечастотном диапазоне скорость приема/передачи информации значительно выше, чем в низкочастотном. Это обстоятельство позволяет ридеру легко различать несколько смарт карт, одновременно находящихся в поле его антенны (функция антиколизии), что значительно расширяет область использования бесконтактных пластиковых смарт карт. Разработки микросхем для среднечастотной области имеются у ряда известных производителей. Это Philips (технология Mifare), Microchip, Infineon (бывшая компания Siemens) и другие. В данном частотном диапазоне также присутствует достаточно высокий уровень промышленных электромагнитных помех. Несмотря на это низкочастотный диапазон широко используется в БСК Proximity для систем контроля доступа.Среднечастотные (10-15 МГц). Обеспечивает меньшие габариты антенны и большую дальность считывания. Более высокая частота работы обеспечивает быстрый обмен данными, поэтому возможно построение на базе транспортеров типа Read/Write, работающих на частоте 13,56 МГц, БСК - смарт карт. Данное направление наиболее перспективно на сегодняшний момент. Высокая частота позволяет выполнить антенну в печатном виде, что может обеспечить производство дешевых и малогабаритных идентификаторов. Для среднечастотного диапазона наша фирма предлагает бесконтактные карточки Mifare Standart.
  3. Высокочастотные (850-950 МГц и 2,4-5 ГГц). Предназначены, в основном, для использования там, где требуется большое расстояние (10 - 15 м) и высокая скорость считывания, например, контроль железнодорожных вагонов при движении состава, автомобилей и т.д. Большие расстояния действия высокочастотных систем FRID достигаются за счет применения остронаправленных антенн ридеров и высоких мощностей запросного сигнала, т.е. такие системы значительно сложнее и дороже предыдущих и требуют специальной аппаратуры для считывания. На современном рынке RFID систем транспондеры (метки) для таких систем представлены продукцией фирм Amtech и Micro Desing ASA. Указанные транспондеры содержат внутри себя приемопередатчик и в виде пластиковых карт в настоящее время не выпускаются.

В настоящее время в БСК применяются микросхемы (Чипы) соответствующие стандартам:

  1. Для частоты 125 КГц - EM-Marin (память 64 бит, только чтение) .
  2. Для частоты 13,56 МГц - Mifare с объемом памяти 1Кбайт и Mifare light с объемом памяти 0,5 Кбайт. По использованию этих Чипов в производстве БСК стандарт Mifare, разработанный фирмой Philips Royal Electronics N.V. составляет 90% рынка БСК

Семейство Mifare включает в себя три основные группы продуктов:

  • Mifare Ultralight
  • Mifare Standard
  • Mifare Pro/Prox

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 это меньший объем памяти (512 бит) и отсутствие шифрования при передаче данных. Основными 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 имеют двойной интерфейс контактный ISO 7816 и бесконтактный ISO 14443A. ИС Mifare Pro и Prox имеют встроенный микропроцессор (80С51), сопроцессор, реализующий Triple-DES алгоритм шифрования данных и большой объем EEPROM (до 16Кбайт) с возможностью конфигурирования пользователем. Кроме того, семейство Mifare Prox имеет дополнительно Frame X криптосопроцессор позволяющий использовать это семейство для кредитных и банковских карт.

Принцип работы пары: бесконтактная карта - считыватель rfid карт.
Пара "карта-proximity считыватель" работает следующим образом (рисунок А). Считыватель содержит генератор, который запитывает антенну считывателя. Излучаемая антенной считывателя энергия принимается антенной карты и используется для питания микросхемы (чип), которая при появлении питания с помощью модулятора (М) начинает модулировать сигнал считывателя кодом, записанным в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) карты.

Принцип работы

Рисунок А

Модулированный сигнал в считывателе детектируется, усиливается и поступает на микроконтроллер, который преобразует принятый от смарт карты сигнал к виду, удобному для передачи на внешнее устройство, к которому подключен считыватель. На рисунке Б показано внутреннее устройство двух типов смарт карт карт: слева карта низкочастотная (125 кГц), о чем говорит антенна с большим количеством витков, а справа карта на 13,56 МГц с печатной антенной.

Внутреннее устройство

Рисунок Б

 

Правила эксплуатации бесконтактных пластиковых карт

Запрещается изгиб смарт-карты более чем на 20°, стирка в моющих средствах, контакт с органическими растворителями, нагрев выше 85° и другие действия, приводящие к механическим повреждениям карточки.

Желательно избегать ношения смарт карты совместно с ключами, монетами и др. твердыми предметами, т.к. это может привести к повреждению изображения на карточке и самой карточки.

Геометрические размеры пластиковых карт должны соответствовать требованиям ISO-7810 «идентификационные карты – физические характеристики» и иметь следующие размеры:Размеры
ширина - 85,595 ± 0,125 мм
высота - 53,975 ± 0,055 мм
толщина - 0,76 ± 0,08 мм
радиус окружности в углах - 3,18 мм

Карты Mifare Standart (Смарт-карты работают на частоте 13,56 Мгц)

Многофункциональность и технические характеристики БСК с микросхемой стандарта Mifare.

Бесконтактные смарт-карты MIFARE® 1 S50 IC или MIFARE ® Standard (в дальнейшем карты MIFARE ® или БСК) широко используются в мире для самых разных целей, преимущественно там, где требуется надежное и очень быстрое обслуживание держателей карт, имеющее массовый характер. В основном это - транспортные, идентификационные, расчетные и дисконтные приложения. Здесь и ниже под приложением БСК понимается программно-техническая система, в которой одним из основных информационных элементов является карта MIFARE ®.
Наиболее яркий пример массового применения бесконтактных смарт-карт MIFARE ® - их использование в качестве проездных документов в Московском метрополитене и на пригородных поездах Московской железной дороге. Для нужд Москвы уже выпущено более 2 млн. БСК. Объем их эмиссии неуклонно растет, карта MIFARE ® захватывает все новые и новые применения. Это - Московская карта студента, Московская карта учащегося, Социальная карта москвича, предназначенные не только для проезда на общественном транспорте, но и для использования в других целях.

За рубежом БСК активно используется в сфере общественного транспорта, в качестве расчетных и дисконтных карт. Фактически стандарт MIFARE ® 1 S50 IC является самым распространенным стандартом для бесконтактных смарт-карт, имеет более 40 млн. пользователей и занимает 90% рынка бесконтактных смарт-карт.

Основные свойства БСК MIFARE Standard.

  1. Обмен информацией между модулем карты Mifare, включающим микросхему с защищённой памятью и антенну, и устройством чтения/записи информации на карту идёт на расстоянии до 10 см, операция с памятью карты проходит в среднем за 10 мс, то есть, практически мгновенно, что позволяет использовать карту как максимально эффективный инструмент оплаты.
  2. Высокий уровень защиты от мошенничества, карту Mifare невозможно подделать. Изготовитель гарантирует уникальность экземпляра карты. Обмен данными ведётся по зашифрованному протоколу, доступ к памяти возможен только по предъявлении секретных ключей, которые хранятся в модуле безопасности терминала и не могут быть прочитаны из него. Ключи назначаются эмитентом, что гарантирует их защиту от изготовителя карты Mifare и разработчика платёжной схемы.
  3. Карта Mifare имеет большой объём памяти (1 Кбайт). Память разбита на 16 зон, каждая из которых может быть использована для загрузки своего приложения, как - то:
    • Автоматизированный сбор оплаты за проезд в общественном транспорте;
    • Оплата проезда по платным автомагистралям;
    • Мини-платежи за услуги и товары (электронный кошелёк);
    • Идентификация владельца карты в системах контроля доступа;
    • Оплата таксофона;
    • Оплата парковки;
    • Оплата авиабилетов;
    • Банковская карта Mifare;
    • Система расчётов на территории учебного заведения / общежития;
    • Оплата коммунальных услуг и другие.

Характеристики системы:

  • Рабочая частота Mifare:13.56 Мгц
  • Скорость обмена ридера с картой: 106 КБод (КБит/сек)
  • Модуляция: Амплитудная
  • Антиколлизия: Исключение взаимного влияния нескольких карт, которые находятся в поле ридера, путем независимой адресации к каждой карте Mifare
  • Рабочее расстояние от антенны до карты 100 мм (в зависимости от геометрии антенны) с возможностью простого и быстрого проведения операций
  • Полудуплексный коммуникационный протокол обмена между ридером и картой Mifare
  • Обеспечивается сохранность и достоверность данных при передаче
  • Осуществляется одновременная обработка нескольких карт Mifare

 

Особенности БСК IC S50 MF 1

Внедренная кристаллическая технология: высокоскоростной процесс запоминания стандарта CMOS EEPROM
Простая кристаллическая конструкция, не требующая для карты наличия наружных компонентов, кроме катушки
Отсутствие батареи питания: бесконтактная передача энергии и данных

Безопасность в использовании карты Mifare достигается за счет:

  • Многократной трехпроходной аутентификации (Стандарт DIS 9798-2)
  • Шифрования данных, передаваемых по радиочастотному каналу
  • Индивидуальной для каждого сектора установки ключей для поддержки многофункционального использования с ключевой иерархией (на каждое применение)
  • Уникального серийного номера карты Mifare
  • Транспортного ключа


Многофункциональность памяти карты Mifare:

  • Объем памяти карты Mifare составляет 1 Кбайт, стандарт EEPROM, батарея питания не требуется
  • Надежно разграниченные между собой 16 секторов, поддерживающие многофункциональное применение
  • Каждый сектор состоит из 4 блоков (3 информационных и 1 для хранения ключей)
  • Блок является самым малым компонентом, к которому адресуется пользователь, и состоит из 16 байт
  • Каждый сектор имеет свой набор ключей доступа, что позволяет разграничивать доступ к различным приложениям
  • Доступ к зонам памяти является гибким и может меняться пользователем при различных его условиях
  • Срок хранения данных в памяти до 10 лет
  • Максимальное количество циклов записи - до 100 000 циклов

Среднее время проведения операций с картой Mifare:

  • Идентификация: - 3 мс (старт, ответ на запрос, антиколлизия, выбор)
  • Чтение блока данных (16 байтов): - 2,5 мс (без аутентификации); - 4,5 мс (с аутентификацией)
  • Запись + контрольное чтение: - 12 мс (без аутентификации); - 14 мс (с аутентификацией)
  • Типичная транзакция транспортного приложения < 100 мс (Идентификация карты + чтение 6 блоков (768 бит, аутентификация 2-х секторов) + запись 2-х блоков (256 бит) для создания архивных (backup) данных). Проведение операции возможно, когда карта находится в движении.

Физические характеристики смарт карт Mifare:

  • Размеры: 85,4 х 54,0 х 0,8 мм
  • Материал: Поливинилхлорид
  • Механические нагрузки: После 250 циклов на перегиб и 500 циклов на разрыв по стандарту ISO 10373 сохраняются функции и форма карты
  • Химические воздействия: Согласно стандарту ISO 10373
  • Влажность: 90%
  • Рабочая температура: От -25 ОС до +85 ОС