射频识别技术漫谈(18)——Mifare Desfire

Mifare DESFire（MF3 IC D40/D41,本文以D40为例）遵守14443 TypeA协议，卡内的数据以文件形式存储，所以有人认为它是准CPU卡，主要用于安全性要求较高的非接触式领域。

与普通MF1 S50不同，DESFire的数据传输速率不仅支持最基本的106Kbps，还支持212Kbps和424Kbps；其数据传送的加密方法也不再使用已经被破解的Crypto1加密流，而是使用更为安全的DES/3DES、AES加密，至少DES/3DES和AES已经经过了多年的公开检验，至今还没有被破解。

DESFire的全球唯一序列号是7字节，支持ISO14443-4和ISO7816的部分协议。7字节的序列号要使用两个防冲突循环才能读出，第一轮防冲突循环卡片返回层级代码0x88， UID的前3个字节SN0-SN2和校验码BCC0，第二轮防冲突循环返回UID的后4个字节SN3-SN6和校验码BCC1，SN0为制造商的ID号，NXP产品固定为16进制的04H.

DESFire有4K字节的非易失存储空间，典型的写时间为2ms（1ms擦除，1ms编程)。存储空间的组织采用柔性文件系统，D40卡上可同时最多支持28种应用,每种应用用一个3字节的应用标识符（AID）表示，每种应用可以设置序号为0-13的最多14组不同的密码，每种应用下可建立最多16个文件.

卡片支持5种不同的文件类型，每种类型使用一个字节的类型编码来表示。文件类型及其编码如下：

每种应用应用与读写器之间的通讯加密等级根据安全性不同分为3类，使用一个字节的通讯设置码来表示。通讯设置码的各个bit代表的意义如下表所示：

明文模式最简单，就是直接传送没有加密的真值，一旦被截获，黑客看到的就是真实信息；
带有MAC校验的明文传输也好不到哪里去，它是把要传送的明文用CBC模式进行DES/3DES加密，把最后一步的8字节加密输出结果中的前4字节称为MAC校验，加在要传送的明文后面，前面的明文还是明文，只不过加了个校验防止出错而已；
只有第三种完全DES/3DES密文通讯才对得起“DESFire”这个名字，这是真正的加密通讯。所有要传送的密文先用CRC16进行校验，然后明文连同CRC16校验作为一个整体使用CBC模式的DES/3DES加密，传送的是加密后的密文。黑客即使截获了也看不懂，前提是不知道DES密码。
前面叙述时经常用DES/3DES这个组合，那到底是DES还是3DES呢，二者的运算量和加密强度可是有天壤之别啊！这一点DESFire卡片采用了自动识别的方法。DES和3DES密钥的长度都是16字节，如果前8字节与后8字节相同，则自动被作为DES运算；反之，如果前8字节与后8字节不同，则自动被作为3DES运算。

D40卡片的默认出厂设置为密钥全0，单DES操作。
DESFire卡片可以为应用中的文件设置不同的读写权限，读写权限的意思就是读或写文件时是否需要验证密码，以及验证哪一组密码。读写权限使用2个字节的编码来表示，2个字节共16个bit，每4个bit表示一种权限类型：

前面说了，每种应用可以有编号为0-13的最多14组不同的密码，而4位二进制数可以表示0-15共16种组合。当4位权限码的值为0-13时，表示执行相应的读写操作要验证权限码的值指向的一组密码；当权限码的值为14时，表示不用验证任何密码可直接读写；权限码的值为15时表示冻结，就是不论什么条件也不让读写了。
DESFire的卡片命令可以分为6大类：
(1)ISO14443-3 命令
(2)ISO14443-4 命令
(3)安全相关命令
(4)卡片级命令
(5)应用层命令
(6)数据操作命令
这些命令的理解并不难，DESFire卡片的真正难点在于3次握手认证并生成段密码的过程，这部分内容我将用专门的一篇博文叙述。

审核编辑 黄宇