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M1卡介绍

2020-07-28 19:21:06 明申科技 37
M1卡是指菲利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写,全称为NXP Mifare1系列,常用的有S50S70两种型号,目前都有国产芯片与其兼容,属于非接触式IC卡。最为重要的优点是可读可写并且安全性高的多功能卡。这些优点与其自身的结构密不可分。
主要指标
  • 容量为8K位EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,带电可擦可编程只读存储器)

  • 分为16个扇区,每个扇区为4块,每块16个字节,以块为存取单位

  • 每个扇区有独立的一组密码及访问控制

  • 每张卡有唯一序列号,为32位

  • 具有防冲突机制,支持多卡操作

  • 无电源,自带天线,内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路

  • 数据保存期为10年,可改写10万次,读无限次

  • 工作温度:-20℃~50℃(温度为90%)

  • 工作频率:13.56MHZ

  • 通信速率:106KBPS

  • 读写距离:10mm以内(与读写器有关)

存储结构

1、M1卡分为16个扇区,每个扇区4块(块0~3),共64块,按块号编址为0~63。第0扇区的块0(即绝对地址0块)用于存放厂商代码,已经固化,不可更改。其他各扇区的块0、块1、块2为数据块,用于存贮数据;块3为控制块,存放密码A、存取控制、密码B。每个扇区的密码和存取控制都是独立的,可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存贮结构如下表所示:


块0
    IC卡厂家信息
数据块0
扇区0 
块1

数据块1

块2

数据块2

块3
密码A   存取控制   密码B
控制块3

块0

数据块4
扇区1
块1

数据块5

块2

数据块6

块3
密码A   存取控制   密码B
控制块7


    ∶
    ∶
    ∶


  0

数据块60
扇区15 
  1

数据块61

  2

数据块62

  3
密码A    存取控制   密码B
控制块63

2、第0扇区的块0(即绝对地址0块),它用于存放厂商代码,已经固化,不可更改。

3、每个扇区的块0、块1、块2为数据块,可用于存贮数据。

  数据块可作两种应用:

  用作一般的数据保存,可以进行读、写操作。

  用作数据值,可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。

4、每个扇区的块3为控制块,包括了密码A、存取控制、密码B。具体结构如下:

各区控制块3 结构字节号0 1 2 3 4 56 7 8 910 11 12 13 14 15
控制值FF FF FF FF FF FFFF 07 80 69FF FF FF FF FF FF
说明密码A(0~5字节)存取控制(6~9字节)密码B(10~15字节)

  密码A(6字节)存取控制(4字节) 密码B(6字节)

5、每个扇区的密码和存取控制都是独立的,可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控制为4个字节,共32位,扇区中的每个块(包括数据块和控制块)的存取条件是由密码和存取控制共同决定的,在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下:

:控制位定义"CXxy" (x=0~15扇区; y=块0,块1,块2)

块0C1x0C2x0C3x0用户数据块,(0区0块除外)
块1C1x1C2x1C3x1用户数据块
块2C1x2C2x2C3x2用户数据块
块3C1x3C2x3C3x3密匙存取控制块

例如C1x0中的C代码这是控制位,1代表第一位,0代表是块0的控制位。

三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中,决定了该块的访问权限(如进行减值操作必须验证KEY A,进行加值操作必须验证KEY B,等等)。三个控制位在存取控制字节中的位置

表:三个控制位在存取控制字节中的位置(注:" _b" 表示取反)

字节号 | 位号bit 76543210
字节6C2x3_bC2x2_bC2x1_bC2x0_bC1x3_bC1x2_bC1x1_bC1x0_b
字节7C1x3C1x2C1x1C1x0C3x3_bC3x2_bC3x1_bC3x0_b
字节8C3x3C3x2C3x1C3x0C2x3C2x2C2x1C2x0
字节9BX7BX6BX5BX4BX3BX2BX1BX0
所属块块3控制位块2控制位块1控制位块0控制位块3控制位块2控制位块1控制位块0控制位

以块0为例,对块0的控制:

bit

7

6

5

4

3

2

1

0

字节6




C20_b




C10_b

字节7




C10




C30_b

字节8




C30




C20

字节9









( 注: C10_b表示C10取反 )

存取控制(4字节,其中字节9为备用字节)结构如下所示:

bit

7

6

5

4

3

2

1

0

字节6

C23_b

C22_b

C21_b

C20_b

C13_b

C12_b

C11_b

C10_b

字节7

C13

C12

C11

C10

C33_b

C32_b

C31_b

C30_b

字节8

C33

C32

C31

C30

C23

C22

C21

C20

字节9









( 注: _b表示取反 )

6、数据块(块0、块1、块2)的存取控制如下:

控制位(X=0..2)


访 问 条 件 (对数据块 0、1、2)

C1X

C2X

C3X

Read

Write

Increment

Decrement, transfer,

Restore

0

0

0

KeyA|B

KeyA|B

KeyA|B

KeyA|B

0

1

0

KeyA|B

Never

Never

Never

1

0

0

KeyA|B

KeyB

Never

Never

1

1

0

KeyA|B

KeyB

KeyB

KeyA|B

0

0

1

KeyA|B

Never

Never

KeyA|B

0

1

1

KeyB

KeyB

Never

Never

1

0

1

KeyB

Never

Never

Never

1

1

1

Never

Never

Never

Never

(KeyA|B 表示密码A或密码B,Never表示任何条件下不能实现)

例如:当块0的存取控制位C10 C20 C30=1 0 0时,验证密码A或密码B正确后可读;验证密码B正确后可写;不能进行加值、减值操作。

7、控制块(块3)的存取控制与数据块(块0、1、2)不同,它的存取控制如下:




密码A

存取控制

密码B

C13

C23

C33

Read

Write

Read

Write

Read

Write

0

0

0

Never

KeyA|B

KeyA|B

Never

KeyA|B

KeyA|B

0

1

0

Never

Never

KeyA|B

Never

KeyA|B

Never

1

0

0

Never

KeyB

KeyA|B

Never

Never

KeyB

1

1

0

Never

Never

KeyA|B

Never

Never

Never

0

0

1

Never

KeyA|B

KeyA|B

KeyA|B

KeyA|B

KeyA|B

0

1

1

Never

KeyB

KeyA|B

KeyB

Never

KeyB

1

0

1

Never

Never

KeyA|B

KeyB

Never

Never

1

1

1

Never

Never

KeyA|B

Never

Never

Never

例如:当块3的存取控制位C13 C23 C33=1 0 0时,表示:

密码A:不可读,验证KEYB正确后可写(更改)。

存取控制:不可写,验证KEYA或KEYB正确后可读。

密码B:不可读,验证KEYB正确后可写。

工作原理

卡片的电气部分只由一个天线和ASIC(Application Specific Integrated Circuit)组成。

天线:卡片的天线是只有几组绕线的线圈,很适于封装到IS0卡片中。

ASIC:卡片的ASIC由一个高速(106KB波特率)的RF接口,一个控制单元和一个8K位EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,带电可擦可编程只读存储器)组成。

工作原理:读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与讯写器发射的频率相同,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存,当所积累的电荷达到2V时,此电容可做为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。

明申智能卡/RFID M1卡介绍

复位应答(Answer to request)

M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的,当有卡片进入读写器的操作范围时,读写器以特定的协议与它通讯,从而确定该卡是否为M1射频卡,即验证卡片的卡型。

防冲突机制 (Anticollision Loop)

当有多张卡进入读写器操作范围时,防冲突机制会从其中选择一张进行操作,未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡,该过程会返回被选卡的序列号。

选择卡片(Select Tag)

选择被选中的卡的序列号,并同时返回卡的容量代码。

三次互相确认(3 Pass Authentication)

选定要处理的卡片之后,读写器就确定要访问的扇区号,并对该扇区密码进行密码校验,在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。(在选择另一扇区时,则必须进行另一扇区密码校验。)

对数据块的操作

读 (Read):读一个块;

写 (Write):写一个块;

加(Increment):对数值块进行加值;

减(Decrement):对数值块进行减值;

存储(Restore):将块中的内容存到数据寄存器中;

传输(Transfer):将数据寄存器中的内容写入块中;

中止(Halt):将卡置于暂停工作状态;

M1卡运作机理

连接读写器→寻卡→识别卡(获取卡序列号)→从多卡中选一张卡→向卡中缓冲区装载密码→验证密码→进行读写→关闭连接

即(代码说明)

Open_USB→rf_request→rf_anticoll→rf_select→rf_load_key→rf_authentication→(/a_hex)→rf_read/rf_write→(hex_a)→Close_USB

如果概括来说的话,主要也就四部分:开关连接、寻卡、验证密码、读取。

基本操作规则

(1)程序开始,调用rf_init函数初始化串口。

(2)寻卡,调用rf_card;

        相当于连续调用三个函数:

    rf_request

    rf_anticoll

      rf_select

    注:调用高级函数对卡进行操作时,无需此步骤。

(3)对单个扇区操作,顺次执行A~D;

    对多个扇区操作,循环执行A~E;

    A、选定要操作的扇区;

    B、装载密码,调用rf_load_key;

    C、验证密码,调用rf_authentication;

    D、进行操作,包括读写及值操作。

    E、调用rf_halt。

(4)关闭串口,调用rf_exit。程序正常退出或因错误退出之前,要使用函数;否则再次执行初始化串口时将出错。

M1卡功能模式

1.寻卡模式:

寻卡模式分三种情况:IDLE模式、ALL模式及指定卡模式(0,1,2 均是int类型,是方法参数,下同)。

     0——表示IDLE模式,一次只对一张卡操作;

     1——表示ALL模式,一次可对多张卡操作;

     2——表示指定卡模式,只对序列号等于snr的卡操作(高级函数才有)【不常用】

也就是说,我们一次也可以同时操作多张卡。

对于多卡操作,其实际真正执行操作的还是一张卡。读写器能识别多张卡的序列号(但注意识别出的顺序是不定的,并且最多也就能识别4张卡,因为卡叠放的厚度太厚,会超出读写器的识别范围),并一一进行操作。

所以由此看出,多卡操作的意义并不大。但我建议大家还是设置为1好了。

2.密码验证模式:

     0——KEYSET0的KEYA

     4——KEYSET0的KEYB

M1卡可以在验证密码时选择密码类型(A/B)。【其实M1卡有3套密码(KEYSET0、KEYSET1、KEYSET2),共6个密码(用0~2、4~6来表示这六个密码),目的是为了适应不同读写器。而这里我们用的是KEYSET0的2个密码】

 M1卡密码机制

这可以说是M1卡的精髓了,也是M1卡最为复杂的地方,希望大家耐心看完。

(请先看明白M1卡结构)如上所说,在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,它们的定义如下:

     块0:   C10   C20   C30

     块1:   C11   C21   C31

     块2:   C12   C22   C32

     块3:   C13   C23   C33

一个扇区的三个数据块,我们可以利用密码机制对它们分别进行权限控制。数据块(块0、块1、块2)的存取控制如下:

明申智能卡/RFID M1卡介绍

例如:当块0的存取控制位C10 C20 C30=100时,验证密码A或密码B正确后可读;验证密码B正确后可写;不能进行加值、减值操作。

那么M1卡修改密码的方法是rf_changeb3

参数:

     icdev:通讯设备标识符

     _SecNr:扇区号(0~15)

     _KeyA:密码A

     _B0:块0控制字,低3位(D2D1D0)对应C10、C20、C30

     _B1:块1控制字,低3位(D2D1D0)对应C11、C21、C31

     _B2:块2控制字,低3位(D2D1D0)对应C12、C22、C32

     _B3:块3控制字,低3位(D2D1D0)对应C13、C23、C33

     _Bk:保留参数,取值为0

     _KeyB:密码B

返 回:成功则返回 0

由上我们看出_B0、_B1、_B2、_B3分别控制块0、块1、块2、块3。

由图我们可知_B0、_B1、_B2的可取值为 0、10、100、110、1、11、101、111。

这里大家一定要注意一点:

不能装载密码到M1卡某一扇区后再更改那扇区的密码(最好连接完读写器后直接更改密码),否则更改密码会失败而冻结扇区。如果不慎这样了,解决的办法是完成一次读写操作,再更改密码。

控制块(块3)的存取控制与数据块(块0、1、2)不同,它的存取控制如下:

明申智能卡/RFID M1卡介绍

_B3的取值与_B0相同。

存取控制举例

例1:块3的初始化值为:
KeyA=A0、A1、A2、A3、A4、A5
控制块=FF、07、80、69
KeyB=B0、B1、B2、B3、B4、B5
 
字节 Bit 7 Bit 6Bit 5  Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0权限 二进制
Byte6C2X3_bC2X2_bC2X1_bC2X0_bC1X3_bC1X2_bC1X1_bC1X0_bFF1 1 1 1 1 1 1 1
Byte 7C1X3C1X2C1X1C1X0C3X3_bC3X2_bC3X1_bC3X0_b070 0 0 0 0 1 1 1
Byte 8C3X3C3X2C3X1C3X0C2X3C2X2C2X1C2X0801 0 0 0 0 0 0 0
Byte 9BX7BX6BX5BX4BX3BX2BX1BX0690 1 1 0 1 0 0 1

得出存取控制位如下:
块0C1X0C2X0C3X00 0 0
块1C1X1C2X1C3X10 0 0
块2C1X2 C2X2C3X20 0 0
块3C1X3C2X3 C3X30 0 1
例2:块3的初始化值为:
KeyA=A0、A1、A2、A3、A4、A5
控制块=08、77、8F、00
KeyB=B0、B1、B2、B3、B4、B5
字节Bit 7Bit 6Bit 5Bit 4Bit 3Bit 2Bit 1Bit 0权限 二进制
Byte 6C2X3_bC2X2_bC2X1_bC2X0_bC1X3_bC1X2_bC1X1_bC1X0_b080 0 0 0 1 0 0 0
Byte 7C1X3C1X2C1X1C1X0C3X3_bC3X2_bC3X1_bC3X0_b770 1 1 1 0 1 1 1
Byte 8C3X3C3X2C3X1C3X0C2X3C2X2C2X1C2X08F1 0 0 0 1 1 1 1
Byte 9BX7BX6BX5BX4BX3BX2BX1BX0000 0 0 0 0 0 0 0
 
得出存取控制位如下:
块0C1X0C2X0C3X01 1 0
块1C1X1C2X1C3X11 1 0
块2C1X2 C2X2C3X21 1 0
块3C1X3C2X3 C3X30 1 1



M1卡使用注意事项

快速识别EM卡,HID卡和MF卡

如果是一面平,一面代坡并且底面有一排数字的为EM卡,剩下两张应该是平的,其中一张应该是另一张的二倍厚,那么厚的那张是HID卡,薄的是MF卡。M1卡写数据是直接向控制块里写,但能写的前提是扇区的密码已得到确认.向控制块中写数据时,首先要理解控制块中控制位的用途.避免写入无效数据后,扇区被锁死。每个控制块共16个字节,前6个和后6个字节是密码KeyA和KeyB,中间4个字节是控制位.如果写错控制位,即使你知道KeyA/KeyB,也再也不能访问这个扇区了。
 
所谓三次互相认证是只在进行真正的数据交换前,卡和读写器之间会传输一些随机产生的密钥,在确认这一次通讯的密钥后,真正的数据才会使用这些密钥加密后进行通讯.密钥产生过程就是三次认证.由于每一次密钥不同,所以即使是进行相同数据的通讯,在卡和读卡器之间的每次通讯信号都是不同的,没法捕捉。这三次认证跟密钥KEYA或KEYB是有关的。的确需要事先设定读卡机和卡片的密钥一致才能认证。认证时通过随机数和KEYA或KEYB产生一个后续通信需要的流加密种子,当然读卡机和卡片的加密算法和该种子需保持一致。
 

MF1卡常见问题及处理建议:

  • ① 盲目操作:造成某些区块误操作被锁死不能再使用。应当仔细参考表3表5的控制权限后,予先得出操作后的结果是否适合使用要求,并且列出操作顺序表单再操作。最好授权程序员对块3的设置作专人操作。

  • ② 丢失密码:再读写时造成密码认证出错而不能访问卡。特别要求在对MF卡进行块3编程操作时,必须及时记录相关卡号的控制值,KeyA,KeyB等,而且应当有专人管理密码档案。

  • ③ 错误设置:对MF1卡的块3控制块了解不透彻,错误的理解造成设置造成错误的设置。依照表2可知,目前Mf1卡的控制块仅只有8种数据块访问控制权限和8种控制块设置权限,超出这16种权限的其他代码组合,将直接引起错误设置而使卡片报废!

  • ④ 极端权限:当块3的存取控制位C13 C23 C33 = 110或者111时,称为极端权限。除特殊应用外一般不被使用!启用前认真权衡对密码读写,存取控制的锁死是否必要,否则,数据加密后即使有密码也无法读取被锁死的数据区块(看不见)!

  • ⑤ 设备低劣:低劣的设备将直接影响卡的读写性能。对MF卡进行块3编程操作的设备,特别要求其性能必须十分可靠,运行十分稳定!建议选用由飞利浦公司原装读写模块构建的知名读写机具!

  • ⑥ 编程干扰:在对块3进行编程操作时,不可以有任何的‘IO‘中断或打扰!包括同时运行两个以上程序干扰甚至PC机不良的开关电源纹波干扰等,否则,不成功的写操作将造成某个扇区被锁死的现象,致使该扇区再次访问时出错而报废。

  • ⑦ 数据出错:在临界距离点上读卡和写卡造成的。通常的读卡,特别是写卡,应该避免在临界状态(刚能读卡的距离)读卡。因为临界状态下的数据传送是很不稳定的!容易引起读写出错!

  • ⑧ 人为失误:例如,密码加载操作失误,误将KeyA加载为KeyB;或者是误将其他制卡厂约定的初始密码值如a0a1a2a3a4a5,b0b1b2b3b4b5加载到本公司生产的MF1卡内;或者在初始状态下(密码A=000000000000【隐藏状态,实际为ffffffffffff】,控制位=FF 07 80 69,密码B=ffffffffffff【可见】)若不经意地将KeyA=000000000000 删除后又重新输入12个‘0‘,并加载了它!这时无意中已将KeyA原来12个隐藏的‘f‘,修改成了12个‘0‘,其后果可想而知!

  • ⑨ 卡片失效:读写均无数据传送,读写器报告‘寻卡错误‘!卡片被超标扭曲,弯曲而造成内电路断裂。

  • ⑩ 读写距离过近:与用户使用的读写器性能有关。标准型MF1卡的读写距离可达10cm(在飞利浦公司的标准读写机具上测试的最大距离),国产知名品牌读写器一般可达5-10cm。尺寸较小的匙扣卡,其读写距离当然比标准卡近许多,但只要可靠的读写距离≥5~10mm以上,一般不会影响正常使用!

实际应用
 
M1 卡的格式化方法:
例如,M1 卡的某一扇区的块3数据为:
KEYA:FFFFFFFFFFFF
控制值:FF078069
KEYB:FFFFFFFFFFFF
 
现要格式化卡(假如验证密码A)为:
KEYA 输入 FFFFFFFFFFFF
KEYB 输入 123456781234
则可以格式化
 
KEYA 输入 123456781234
KEYB 输入 FFFFFFFFFFFF
也可以格式化
即先用输入的KEYA与卡中控制块的KEYA比较,验证失败再用输入的KEYB与卡中控制块的KEYB比较,验证失败则失败,否则成功。


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