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非接触IC卡在燃气表上的应用

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 引言:随着 IC卡 预付费燃气表在国内的广泛使用,在一些场合,如户外,工业场所,接触式IC本身固有的一些问题都体现出来了,我们公司根据市场和用户反馈的信息,比较了接触式和非接触式 IC卡 的优缺点,同时根据非接触 IC卡 国内技术情况,开发、生产了符合IP65防护标准的非接触 IC卡 燃气表。并已经投放到市场使用,改变了国内 IC卡 预付费气表主要采用接触式卡的形式,推动了非接触 IC卡 的发展。
 
 
    一、非接触 IC卡 和接触式 IC卡 技术特点比较
 
 
    1. 使用环境:
 
 
    由于卡座的存在,接触式 IC卡 一般在使用环境比较好的地方可以保证可靠工作,而非接触卡,无机械接触,从而避免了由使用环境造成的各种故障。
 
 
    2. 器件成本:
 
 
    接触式 IC卡 只需要用微处理器对卡进行直接读写,而非接触式需要专用读写芯片对卡进行读写,其成本要略高于接触式 IC卡 。
 
 
    3. 操作难易程度:
  
 
    接触式 IC卡 需要强调卡片的方向性及保持卡片的清洁,且操作过程需要明显的时间限制,而非接触卡只要保持与读写器在10CM范围内就可以对卡片操作, 没有方向性,并且操作速度很快(106k),减少了操作中的数据出错概率,方便用户使用.。  
 
 
    4. 加密性能:
 
 
    非接触卡采用双向验证机制。在读写卡操作过程中读写器要验证IC 卡的合法性,同时 IC卡 也要验证读写器的合法性,每张卡均有唯一的序列号,制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化在卡内,不可再更改,因此可以说世界上没有两张相同的非接触IC 卡。
 
 
    5.抗攻击性:
 
 
    由于非接触卡无触点,一般情况下不容易被攻击。
 
 
    6.可适合应用场合:
 
 
    非接触卡根据不同的扇区设置不同的访问权限,能运用于不同系统,非常适合城市一卡通的应用。
 
 
    一、  非接触 IC卡 在预付费燃气表上使用的优点
   
 
    随着 IC卡 燃气表应用的快速发展,燃气表的使用环境也越发多样化,其中不乏阴暗潮湿的地下室、热气腾腾的厨房、空气中含盐度高且潮湿度大于80%的东南沿海城市、及裸露在户外等使用环境,在这些恶劣的使用环境中许多接触式 IC卡 表都无法保证可靠运行,暴露出很多问题,比如卡口密封性不好,容易受潮、进水及腐蚀,导致数据读写出错。卡口和卡片摩擦过多也易使卡片和卡座损坏。接触式卡片本身易受到污染及表面产生氧化层,导致无法与卡座良好接触。非接触卡成功地解决了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,随着非接触卡在表类产品中的应用,上述问题便迎刃而解。
 
 
    二、  非接触 IC卡 技术特点:
 
 
    1.工作原理:
 
 
    射频读写器向IC 卡发一组固定频率的电磁波,卡片内有一个LC 串联协振电路,其频率与读写器发射的频率相同,这样在电磁波激励下,LC 协振电路产生共振,从而使电容内有了电荷,在这个电荷的另一端,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存储,当所积累的电荷达到2V 时,此电容可作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受读写器的数据。
 
 
    2.主要技术指标:
 
 
    容量为8K位EEPROM;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:10cm以内(与读写器有关)。


    3.存储结构:
 
 
    我们以M1卡为例简要介绍一下存储结构:M1卡分为16个扇区,每个扇区由4块(块0、块1、块2、块3)组成,(我们也将16个扇区的64个块按绝对地址编号为0~63。存贮结构如下图所示:


 

    三、   非接触 IC卡 燃气表的实现


 
    从上世纪90年代中期我公司研发和生产出国内第一只 IC卡 预付费燃气表开始,我们应用了多种类型的 IC卡 :接触式非加密 IC卡 (AT24C02、AT1608、AT93C46),接触式逻辑加密卡(4442),接触式CPU卡(握奇公司),非接触式逻辑加密卡(复旦微电子),非接触式CPU卡(握奇数据公司等)。
随着 IC卡 技术的飞速发展,10多年中已经经历了5代产品, IC卡 技术已经完全被国内公司掌握,尤其是接触式CPU卡和非接触式CPU卡的产生,使我国 IC卡 技术已经达到了世界先进水平,目前国内 IC卡 智能燃气表厂家已经开始应用非接触逻辑加密卡。
 
 
    1.系统结构图:


 
    
  
    图1:系统结构
 
 
    2.卡片的操作流程


 
    
     
   图2:卡片操作流程
 
 
    3.全密封设计:
 
 
    随着 IC卡 燃气表应用的快速发展,燃气表的使用环境也越发多样化,其中不乏阴暗潮湿的地下室、热气腾腾的厨房、空气中含盐度高且潮湿度大于80%的东南沿海城市、及裸露在户外等使用环境,在这些恶劣的使用环境中许多接触式 IC卡 表都无法保证可靠运行,因而我们采用了高密封性(IP65)设计。
 
 
    4.数据安全管理:
 
 
    数据管理是 IC卡 预付费燃气表的关键技术之一,我们采用了多种技术段,对密钥和数据进行管理,确保密钥和数据不泄露。
 
 
    密钥的产生及传递
 
 
    燃气表内密钥由卡片进行传递,密钥的生成过程由计算机管理系统完成,管理系统发卡时由不同的领导输入不同的序号,发卡软件根据这些序号产生一组密钥,并将这组密钥用与表约定好的算法进行加密,并将加密后的密钥写在卡上,当卡插入表内后将密钥输入表内,同时由表将卡上密钥清空。
 
 
    数据管理
 
 
    卡上的不同扇区控制权限不同,将安全级别要求高的扇区设为只读扇区,每个扇区内数据都以密文形式存在,当数据与表进行交换时,由燃气表先对数据进行解密,再将表内数据信息同样方法进行加密后分类返写到卡上。
 
 
    6.寻卡和功耗控制
  
 
    IC卡 预付费燃气表是采用锂电或碱电供电,为保证使用寿命要对仪表的功耗进行控制,尤其对寻卡的次数进行控制,我们采用低功耗自动侦测和判断技术,使得表内CPU能够及时检测到 IC卡 的存在,并能实现低功耗的设计要求。
 
 
    7.非接触 IC卡 预付费燃气表卡片的分类
  
 
    整个系统使用的卡包括以下几种:居民用户卡,参数设置卡、应急卡、气表检测卡、数据转移卡、操作员身份登记卡 。
 
 
    四、  非接触 IC卡 燃气表目前存在的问题
    
 
    非接触 IC卡 燃气表已经克服了接触式燃气表的众多问题,但目前还有一些问题,如成本较接触式卡要高出几十元钱。器件集成度不高,读写部分要有几十个器件,占用较大空间。普通非接触卡的加密性和安全性不是十分高。读写卡的功耗较大。
 
 
    五、  非接触 IC卡 燃气表的发展方向
 
 
    1.卡类型要采用非接触CPU卡,这样在使用中其加密性和安全性可以达到非常高的级别。
 
 
    2.读写器件集成度的提高:读写器件要尽量多的集成到读写芯片内部,使外围器件减少,提高产品的可靠性。
 
 
    3.读写 IC卡 的功耗要降低:降低功耗有利于电池能量的降低和仪表寿命的加长。
 
 
    4.实现公用事业付费一卡通功能:随着非接触CPU卡的使用,家庭中水,电,气和公交等付费业务都可以采用一张卡来结算,节省了资源又可方便用户。
 
 
    结论:
 
 
    随着 IC卡 技术的不断发展,特别是中国自有技术的提高和一卡通在各个场合的广泛使用,非接触 IC卡 在预付费燃气表上会越来越多地被采用。

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