近距离非接触卡BL75R06的功能特点和工作原理分析

近距离非接触卡的广泛应用使得金卡市场由接触式向近距离的非接触式过渡，预计13.56MHz的RFID近距离非接触卡市场在今冬和明年将有飞快的增长。

13.56MHz非接触卡工作在近场距离内，通过智能卡天线和读卡器天线的电感耦合（一种类似变压器的耦合）方式，从发射天线上获取能量和下行指令，用负载调制（Load Modulation）的方法向读卡器返回数据。

BL75R06的功能特点

BL75R06SM是一款8kb E2PROM的非接触加密存储IC卡芯片，由射频通信接口、数字逻辑控制模块（包括安全控制单元）和8kb的 E2PROM存储器三部分组成，图1是BL75R06的内部拓朴结构。该芯片在应用时直接连接由线圈组成的天线，用来进行无线传输，读写距离为10cm。

图1 BL75R06的内部拓扑结构

射频通信接口部分由与天线导入的射频通信接口、整流、稳压、调制/解调器、上电复位和时钟等部分组成;数字逻辑控制模块由要求应答、防冲突、应用选择、认证和访问控制、控制和算术单元、RAM、ROM、密码单元等部分组成;E2PROM存储器部分由接口和8kb的 E2PROM存储器组成。

BL75R06的RF接口符合ISO/IEC 14443 Type A要求，芯片无需电池，接收读卡器发射的能量即能激活，无线回传芯片内的ID号码和所需信息数据;操作距离可达10cm，当然，其距离与天线的几何形状和效率有关;工作频率为13.56MHz;数据传输率为106kbps;16位CRC校验、奇偶校验、位编码、位计数等确保传输数据的完整性和可靠性;典型交易时间，包括备份管理时间小于100ms。

E2PROM分成16个扇区，每个扇区分成4块，每块16字节;每个存储块的访问条件可由客户自己定义;数据保持时间最少10年;擦写次数最少10万个周期。

BL75R06支持ISO 14443 Type A射频接口和标准读卡器芯片。

IC卡的主要架构

IC卡主要采用类似印刷电路板腐蚀成型的铜簿环状天线和绑定在其上的裸芯片（见图2）构成，外加卡的两面彩塑封装。

图2 卡内的天线与芯片

IC卡的天线形状和匝数与工作频率有关，既要有精确的计算，也需要丰富的实践经验积累，以及与芯片的匹配。在原始设计时需要用网络分析仪来验证和调整天线的几何图形及网络匹配。

IC卡芯片的安全体系

为了提供高安全等级，BL75R06采用了符合ISO/IEC DIS9798-2协议的三重相互认证体制：

1） 读卡器先确定要访问的扇区，然后选择密钥A或密钥B;

2） 第一重是卡从扇区的Trailer块读出密钥和访问条件，发送一个随机数给读卡器;

3） 第二重是读卡器用密钥和附加的输入计算卡的响应，然后向卡发送一个响应和另一个随机数;

4） 第三重是卡验证读卡器的响应，然后计算一个响应，发给读卡器;

5） 读卡器再验证卡的响应;

执行完以上步骤，再发送第一个随机数后，卡和读卡器的通信就都是加密的了。

通信工作原理

BL75R06芯片通过天线与读卡器进行交互，由读卡器发送命令，通过BL75R06内部的数字逻辑控制模块，根据要访问的相应扇区的访问控制条件来决定命令的可操作性，并发送相应的信息或数据。读卡器向工作区射频场内所有的卡发送请求响应的命令，智能卡在上电后，根据ISO/IEC 14443A协议的ATQA，可以响应请求命令。在防冲突循环过程中，读卡器读出卡的ID序列号，如读卡器在其工作范围内有几张卡时，可通过唯一的卡ID序列号来识别，并选中其中一张卡作为下一步操作的对象，没被选中的卡返回到待命模式，等待下一个请求命令。读卡器发出选卡命令后，选中一张卡来认证并对相关存储器进行操作，卡返回ATS代码，该代码表示被选中卡的类型。卡选中后，读卡器根据要访问的存储器位置，采用响应的密匙来进行三重相互认证过程，认证通过后，对存储器的操作都是加密的。在认证通过后即进行读块、写块、加、减、恢复、转移、终止的操作。加是将块中的内容加上一个值，并把结果保存到一个临时的数据寄存器中;减是将块中的内容减去一个值，并把结果保存到一个临时的数据寄存器中;恢复是将块中内容移到临时的数据寄存器中;转移是将临时寄存器中的内容写到指定的块中。读卡器和智能卡的无线通信是采用信息块的16位CRC，以及对每个字节带一个奇偶校验位来保证数据传输的可靠性的。读卡器和智能卡通信工作交易流程如图3所示。

图3 读卡器和智能卡通信工作交易流程图

存储器结构

1024×8bit的E2PROM存储器由16个扇区构成，每个扇区有4个块，每块包含16字节。在擦状态，E2PROM单元读出逻辑“0”;在写状态，读出逻辑“1”。第一扇区的第一个数据块，包含IC制造商的数据，出于安全和系统的需要，当IC制造商在生产过程中编程后，即给予写保护。其余扇区的16字节块均用于存储数据，数据块可以通过存取途经位进行配置，读/写块用于非接触通行控制，数值块可用于电子钱包金额存取，如给予存钱或取钱的附加命令。任何存储器操作之前，认证命令必定先行，以确保安全。1024×8bit的E2PROM存储器具有灵活的按区读写和数据锁定功能。