專利名稱：非接觸cpu卡門禁讀卡器的制作方法
非接觸CPU卡門禁讀卡器本發(fā)明涉及一種讀卡裝置，具體地說，是一種非接觸CPU卡門禁讀卡器。 [背景技術(shù)]2009年初，德國(guó)和美國(guó)的研究人員成功地破解了 NXP的Mifarel芯片的安全算法， Mifarel芯片主要用于門禁系統(tǒng)訪問控制卡，以及一些小額支付卡，應(yīng)用范圍已覆蓋全球， 研究人員宣布MIFARE系列產(chǎn)品的安全性存在薄弱環(huán)節(jié)，通過研究讀寫器和卡之間的通信 數(shù)據(jù)，找到這種Mifarel卡的加密算法和認(rèn)證通信的協(xié)議，并有兩種方法可以得到MIFARE class邏輯加密卡的分區(qū)密碼，通過這種方法，破壞者可以使用非常廉價(jià)的設(shè)備在40ms內(nèi) 就可以輕易獲得一張Ml卡的密碼，這給Ml卡帶來了致命的打擊。同Mifarel卡相比，非接觸CPU卡是一種真正意義上的“智能卡”，CPU卡內(nèi)集成電 路中包括中央處理器(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、電可擦除可編程只 讀存儲(chǔ)器(EEPROM)等主要部分，猶如一臺(tái)超小型電腦。具有信息量大、防偽安全性高、可脫 機(jī)作業(yè)，可多功能開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，CPU卡采用強(qiáng)大而穩(wěn)定的安全控制器，增強(qiáng)了卡片的安全性， 而非接觸傳輸接口又能滿足快速交易的要求(如公交的快速通過)，CPU卡采用了多種芯片 級(jí)防攻擊手段，基本上不可偽造，CPU卡所特有的內(nèi)外部認(rèn)證機(jī)制以及以金融IC卡規(guī)范為 代表的專用認(rèn)證機(jī)制，能夠完全保證交易的合法性；在認(rèn)證和交易過程中，CPU密鑰是不在 線路上以明文出現(xiàn)的，它每次的送出都是經(jīng)過隨機(jī)數(shù)加密的，而且因?yàn)橛须S機(jī)數(shù)的參加，確 保每次傳輸?shù)膬?nèi)容不同，保證了交易的安全性，在認(rèn)證和交易過程中所使用的密鑰都是在 安全的發(fā)卡環(huán)境中產(chǎn)生并密文安裝到SAM卡和用戶卡中，整個(gè)過程密鑰不外露。由于非接觸式CPU卡具有以上顯著的優(yōu)點(diǎn)，特別適用應(yīng)用于電子錢包、電子存折、 公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、公共汽車自動(dòng)售票系統(tǒng)、社會(huì)保障系統(tǒng)、IC卡加油系統(tǒng)、安全門禁等領(lǐng) 域，非接觸CPU卡將逐步取代邏輯加密卡而成為IC卡的主要選型，在Ml卡被破解的形勢(shì) 下，采用非接觸CPU卡取代Ml卡是解決Ml卡危機(jī)的最終解決方案。然而，目前市場(chǎng)上門禁讀卡器主要采用兩種方式，但都存在著嚴(yán)重缺陷一、采用 ID卡或者M(jìn)ifare one卡的卡號(hào)作為門禁用戶卡的卡號(hào)，這種方式由于根本沒有進(jìn)行加密 認(rèn)證或者專用的密鑰，其安全性非常低，卡號(hào)可以被簡(jiǎn)單的讀取并被復(fù)制到另一張卡；二、 采用Mifarel卡認(rèn)證后讀寫在卡中預(yù)先寫入的卡號(hào)方式，然而2009年年初，德國(guó)和美國(guó)的 研究人員成功地破解了的Mifare 1芯片的安全算法，通過研究讀寫器和卡之間的通信數(shù) 據(jù)，找到Mifare one卡的加密算法和認(rèn)證通信的協(xié)議，并有兩種方法可以得到MIFARE one 邏輯加密卡的分區(qū)密碼。本發(fā)明的目的在于提供了一種安全性能高的非接觸CPU卡門禁讀卡裝置，以解決 現(xiàn)在門禁系統(tǒng)的最重要的身份識(shí)別功能中的安全漏洞問題。本發(fā)明采用非接觸CPU卡作為門禁用戶卡，讀卡器內(nèi)置PSAM卡，應(yīng)用PSAM卡和CPU卡的安全認(rèn)證讀寫機(jī)制，極大的提高傳統(tǒng)門禁讀卡器的安全級(jí)別，CPU卡門禁讀卡器采 用PSAM卡與CPU卡的安全認(rèn)證，建立了完整、嚴(yán)密的密鑰管理系統(tǒng)，充分使用了 CPU卡安全 特性，包括CPU卡和PSAM卡的密鑰系統(tǒng)，密鑰注入PSAM卡后，外部無(wú)法讀取，將PSAM卡插 入讀卡設(shè)備內(nèi)，通過PSAM卡和CPU卡進(jìn)行雙向驗(yàn)證，驗(yàn)證報(bào)文是由隨即數(shù)參與計(jì)算的，同一 張卡在一臺(tái)設(shè)備上刷卡，每次都不相同，徹底杜絕“偽卡”的出現(xiàn)。非接觸CPU卡門禁讀卡器，由射頻部分、485通信部分、安全模塊部分、維根輸出和 外部控制部分、電源部分、外部連接部分、微控制器部分組成，射頻部分、安全模塊部分、外 部接口部分、485通信部分與微控制器相互通信，微控制器信號(hào)通過維根輸出和外部控制部 分實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出和控制，電源部分用來提供電能。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下一、本讀卡器采用了非接觸CPU卡作為門禁用戶卡，CPU卡內(nèi)集成電路中包括中央 處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(EEPROM)以及卡片操 作系統(tǒng)(COS)等主要部分，猶如一臺(tái)超小型電腦，具有信息量大、防偽安全性高、可脫機(jī)作 業(yè)，可多功能開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，CPU卡采用強(qiáng)大而穩(wěn)定的安全控制器，增強(qiáng)了卡片的安全性，而非 接觸傳輸接口又能滿足快速方便的要求，CPU卡采用了多種芯片級(jí)防攻擊手段，不可偽造； CPU卡所特有的內(nèi)外部認(rèn)證機(jī)制以及以金融IC卡規(guī)范為代表的專用認(rèn)證機(jī)制，能夠完全保 證交易的合法性；在認(rèn)證和交易過程中，CPU密鑰是不在線路上以明文出現(xiàn)的，它每次的送 出都是經(jīng)過隨機(jī)數(shù)加密的，而且因?yàn)橛须S機(jī)數(shù)的參加，確保每次傳輸?shù)膬?nèi)容不同，保證了交 易的安全性，在認(rèn)證和交易過程中所使用的密鑰都是在安全的發(fā)卡環(huán)境中產(chǎn)生并密文安裝 到PSAM卡和用戶卡中，整個(gè)過程密鑰不外露，CPU卡的應(yīng)用防火墻功能可以保障同一張卡 中不同應(yīng)用的安全獨(dú)立性，對(duì)安全性要求較高的金融行業(yè)都以CPU卡作為下一代銀行卡的 標(biāo)準(zhǔn)，采用非接觸式CPU卡可以杜絕偽造卡、偽造終端、偽造交易，最終保證了系統(tǒng)的安全 性。二、本讀卡器采用了 13. 56Mhz的無(wú)線射頻技術(shù)，RFlD是射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency denti-fieation)的英文縮寫，又稱電子標(biāo)簽，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦 合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)， 射頻識(shí)別技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)第一，安全性高.適合于高安全性的終端，數(shù)據(jù)安全方 面除電子標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理，讀寫器與標(biāo)簽之間存 在相互認(rèn)證的過程，可實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲(chǔ)，讀寫器具有不直接對(duì)最終用戶開放的物理接 口，可保證其自身的安全性；第二，可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽；第三，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)， 并可工作于各種油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境；第四，非接觸操作，完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)需人 工干預(yù)，應(yīng)用便利。讀卡芯片采用復(fù)旦微電子公司的FM1702型讀卡芯片，該讀卡IC完全集成了在 13. 56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議，F(xiàn)M1702支持IS014443A所有的層， 內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線(可達(dá)100mm) 接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于IS014443兼容的應(yīng)答器信號(hào)；數(shù) 字部分處理IS014443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)(奇偶&CRC)，方便地串行接口(SPI 串行通信接口) 可直接連接到任何微處理器，F(xiàn)M1702可方便的用于各種基于IS0/IEC 14443A標(biāo)準(zhǔn)并且要 求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應(yīng)用場(chǎng)合。
三、本讀卡器支持IS07816協(xié)議，讀取符合7816標(biāo)準(zhǔn)的PSAM卡，PSAM卡即終 端安全控制模塊，符合《中國(guó)金融集成電路(IC卡)PSAM卡規(guī)范》，包括普通PSAM卡和 高速PSAM卡，PSAM符合以下標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范識(shí)別卡，帶觸點(diǎn)的集成電路卡標(biāo)準(zhǔn)《IS0/IEC 7816-1/2/3/4》、《中國(guó)人民銀行PSAM卡規(guī)范》。所述的PSAM具有以下主要特征支持一卡多應(yīng)用，各應(yīng)用之間相互獨(dú)立(多應(yīng)用、防火墻功能)；支持多種文件類型包括二進(jìn)制文件，定長(zhǎng)記錄文件，變長(zhǎng)記錄文件，循環(huán)文件，錢 包文件；在通訊過程中支持多種安全保護(hù)機(jī)制(信息的機(jī)密性和完整性保護(hù))；支持多種安全訪問方式和權(quán)限(認(rèn)證功能和口令保護(hù))；支持中國(guó)人民銀行認(rèn)可的Single DES, Triple DES算法；支持多級(jí)密鑰分散機(jī)制，產(chǎn)生《中國(guó)金融集成電路(IC)卡規(guī)范》中定義的MACl和 校驗(yàn)MAC2 ；支持多級(jí)密鑰分散機(jī)制，用分散后的密鑰作為臨時(shí)密鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、解密、 MAC等運(yùn)算，以完成終端與卡片之間的合法性認(rèn)證等功能；支持多種通訊協(xié)議接觸界面支持T = 0 (字符傳送)和T = 1 (塊傳送)通訊協(xié) 議。接觸界面符合PPS協(xié)議，支持多種速率選擇；支持多種容量選擇可選擇I、8K字節(jié)EEPROM空間。四、本讀卡器采用接觸式PSAM卡和非接觸CPU卡進(jìn)行雙向安全認(rèn)證方式，在非接 觸CPU卡中存放一個(gè)密鑰，讀卡器中(即讀卡器內(nèi)的PSAM卡)中存放有和CPU卡相同的密 鑰。CPU卡外部認(rèn)證步驟1、CPU卡產(chǎn)生一個(gè)8字節(jié)隨機(jī)數(shù)送給外部程序，CPU卡臨時(shí)保存隨機(jī)數(shù)在卡內(nèi)；2、外部程序把8字節(jié)隨機(jī)數(shù)送給讀卡器，讀卡器用密鑰計(jì)算隨機(jī)數(shù)，得到8字節(jié)隨 機(jī)數(shù)密文；3、外部程序把8字節(jié)隨機(jī)數(shù)密文送給CPU卡；4、CPU卡在卡片內(nèi)部解密8字節(jié)隨機(jī)數(shù)得到隨機(jī)數(shù)明文；5、CPU卡在卡片內(nèi)部把解密后的隨機(jī)數(shù)和步驟1中臨時(shí)存放的隨機(jī)數(shù)比對(duì)，若相 等，則外部認(rèn)證成功，所以外部認(rèn)證是CPU卡認(rèn)證讀卡器。讀卡器內(nèi)部認(rèn)證步驟如下1、讀卡器產(chǎn)生一個(gè)8字節(jié)隨機(jī)數(shù)送給外部程序，讀卡器臨時(shí)保存隨機(jī)數(shù)在讀卡器 中；2、外部程序把8字節(jié)隨機(jī)數(shù)送給CPU卡，CPU用內(nèi)部認(rèn)證密鑰計(jì)算隨機(jī)數(shù)，得到8 字節(jié)隨機(jī)數(shù)密文；3、外部程序把8字節(jié)隨機(jī)數(shù)密文送給讀卡器；4、讀卡器解密8字節(jié)隨機(jī)數(shù)得到隨機(jī)數(shù)明文；5、讀卡器在內(nèi)部把解密后的隨機(jī)數(shù)和步驟1中臨時(shí)存放的隨機(jī)數(shù)比對(duì)，若相等， 則內(nèi)部認(rèn)證成功，所以內(nèi)部認(rèn)證是讀卡器認(rèn)證CPU卡，這樣讀卡器和CPU卡從而達(dá)到了雙向認(rèn)證，確保讀卡器和CPU卡的真實(shí)可靠性，讀卡器和CPU卡任何一方如果是偽造，認(rèn)證結(jié)果 都會(huì)失敗。五、本讀卡器傳輸方式上支持兩種方式維根接口和485接口，讀卡器把非接觸 CPU卡內(nèi)存儲(chǔ)的用戶編號(hào)讀取后，通過維根或者485接口傳輸?shù)介T禁控制器，Wiegand (維 根)協(xié)議是由摩托羅拉公司制定的一種通訊協(xié)議，它適用于涉及門禁控制系統(tǒng)的讀卡器 和卡片的許多特性；其協(xié)議并沒有定義通訊的波特率、也沒有定義數(shù)據(jù)長(zhǎng)度維根格式主要 定義是數(shù)據(jù)傳輸方式Data 0和Data 1兩根數(shù)據(jù)線分別傳輸0和1，有很多格式，標(biāo)準(zhǔn)的 沈-bit應(yīng)該是最常用的格式；此外，還有34-bit、66-bit等格式，格式的含義如下當(dāng)給出 這一串?dāng)?shù)字0283M56，用戶并不知道這串?dāng)?shù)字的含義，但是安防行業(yè)并不愿意把這些格式 公開，而安防公司也常常變化這些格式來保證產(chǎn)品的保密性。而標(biāo)準(zhǔn)沈-bit格式是一個(gè)開放式的格式，這就意味著任何人都可以購(gòu)買某一特 定格式的卡，并且這些特定格式的種類是公開可選的，26-Bit格式就是一個(gè)廣泛使用的工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)所有的用戶開放，幾乎所有的門禁控制系統(tǒng)都接受標(biāo)準(zhǔn)的沈-Bit格式。RS-485通信接口，最高傳輸速率為10Mbps，通常RS-485都要和計(jì)算機(jī)的RS-232 通信，所以實(shí)際速率最高一般為115200bps，又因?yàn)樗俾侍邥?huì)導(dǎo)致RS-485的傳輸距離減 小，所以通常都在9600bps左右，RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為1200米(9600bps 時(shí))，實(shí)際上可達(dá)3000米，RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)1 個(gè)收發(fā)器、即RS-485 具有多機(jī)通信能力，用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，因此RS-485 接口具有良好的抗干擾性，長(zhǎng)距離和多站能力，和控制器連接只需要4根線，電源(12VDC兩 根線)和通信(RS-485的A，B兩根線)，比維根接口要少兩根控制線，因此使用特別方便。通信接口方面讀卡器只支持一種(維根接口和RS-485接口)，因此客戶對(duì)讀卡器 的選擇性會(huì)更高，適合不同的接口平臺(tái)。本發(fā)明在門禁讀卡器內(nèi)使用安全控制模塊(PSAM卡或者SAM模塊)，把非接觸CPU 卡作為門禁用戶卡，對(duì)用戶卡進(jìn)行讀卡訪問，讀取用戶卡內(nèi)預(yù)先寫入的用戶編號(hào)信息，由于 采用CPU卡技術(shù)，可真正意義上實(shí)現(xiàn)用戶卡的一卡一密，利用內(nèi)部認(rèn)證和外部認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)讀 卡器和用戶卡任何一方都不能被偽造，讀卡器、PSAM卡、用戶卡任何一方遺失或被盜撬，都 不會(huì)造成安全信息的泄漏，所以本發(fā)明解決了門禁系統(tǒng)的高安全性漏洞，有效防止不法分 子利用非法手段進(jìn)行攻擊和破壞，保證國(guó)家和各企事業(yè)單位的利益不受損失。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為一實(shí)施例射頻部分電路原理圖；圖3為一實(shí)施例485通信部分電路原理圖；圖4為一實(shí)施例安全模塊部分電路原理圖；圖5_a為一實(shí)施例維根輸出部分電路原理圖；圖5_b為一實(shí)施例外部控制部分電路原理圖；圖6為一實(shí)施例電源部分電路原理圖；圖7為一實(shí)施例外部連接部分電路原理圖；圖8為一實(shí)施例微控制器部分電路理圖原；
圖9為本發(fā)明工作原理/流程圖。 [具體實(shí)施方式
]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述；見圖1，非接觸CPU卡門禁讀卡器，由射頻部分、485通信部分、安全模塊部分、維根 輸出和外部控制部分、電源部分、外部連接部分、微控制器部分組成，射頻部分、安全模塊部 分、外部接口部分、485通信部分與微控制器相互通信，微控制器信號(hào)通過維根輸出和外部 控制部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出和控制，電源部分用來提供電能。見圖2，射頻部分，由耦合元件及電路組成，包括射頻讀卡芯片U4，直流偏置電阻 R12、R13、R21、R24、I^9 31，電容 C16 C26、C29 C32，電感 L2、L3，優(yōu)選地 U4 采用復(fù)旦 微電子公司的FM1702sl型讀卡芯片，射頻部分主要用來完成讀卡器與卡片通信相互訪問 的功能，其發(fā)射電波及內(nèi)部處理器運(yùn)行所需能量均來自讀卡器產(chǎn)生的13. 56MHZ電磁波，用 戶卡片接收到閱讀器發(fā)出的電磁波信號(hào)后，將部分電磁能量轉(zhuǎn)化為供自己工作的能量。見圖3，485通信部分由三極管Q1，二極管D3、D4，單片機(jī)U2，直流偏置電阻R2 R7，電容C8串并聯(lián)組成，支持兩種通信接口，分別為485接口和維根接口，485接口具有使用 方便，傳輸距離遠(yuǎn)，可靠性高等特點(diǎn)，方便與控制器相互通信，簡(jiǎn)化客戶端布線；優(yōu)選地三極 管型號(hào)為S8050，二極管型號(hào)為P6KE6. 8，單片機(jī)型號(hào)為MAX485。見圖4，安全模塊部分，由直流偏置電阻R14 R16、貼片式安全模塊U5和PSAM卡 Sl等組成，安全模塊部分包括兩種安全模塊，一種是PSAM，符合iso-7816封裝標(biāo)準(zhǔn)，可以方 便插入讀卡器中，另一種是貼片式安全模塊，采用sop-8封裝，具有尺寸小，使用方便，可以 焊接在PCB板子上，灌封膠對(duì)板子進(jìn)行灌封，達(dá)到安全，抗潮濕，抗攻擊等特點(diǎn)，兩種安全模 塊只能選用一種。圖5-a為維根輸出部分，圖5-b為外部控制部分，兩部分分別包含有微控制器與外 部傳輸?shù)木S根接口和外部控制接口，維根接口部分采用開關(guān)式電路，由三極管Q5、Q6，直流 偏置電阻R18、R19、R25、I^6構(gòu)成；R25于Q5的基極連接，Q5的集電極連接有偏置電阻R18， Q5的發(fā)射極為公共信號(hào)端，方便與控制器的維根接口連接，R26于Q6的基極連接，Q6的集 電極連接有偏置電阻R19，Q5、Q6的集電極端均加有+5V電壓，Q5、Q6的基極端分別與微處 理器Ul的引腳P8、P29連接；外部控制部分，包括二極管D7 D10、D-B1、D-Rl，電容C4，直 流偏置電阻Rl7、R20、R22、R23、R27、R28、R32、R33，三極管Q2 Q4等，D7、D8的負(fù)極分別 連接微控制器Ui的引腳P13和外部連接部分中cm的引腳3，接口主要是受控制器的控制， 采用硬件控制方式，實(shí)時(shí)響應(yīng)，控制方便；優(yōu)選地三極管型號(hào)為S8550。見圖6，電源部分，包括二極管D5、D6，電感Li，電容CIO、ClU C13、C14，耦合電 容C9、C12、C15，芯片U3，電源芯片包含兩部分，一部分是外部電源輸入，轉(zhuǎn)換到5V，此部 分采用開關(guān)式電源芯片LM2596，支持外部輸入高電壓，上限值為40VDC，效率高達(dá)80%以 上，長(zhǎng)時(shí)間工作不發(fā)熱，另一部分是給微控制器供電，微控制器是3. 3V供電，采用LD0， 1117-3. 3V，1117具有低壓差，大電流，輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)。見圖7，外部接口部分，由接口 CN1、偏置電阻R8 Rll構(gòu)成，CNl的引腳6接電源 部分D5的正極，外部接口部分主要有3個(gè)部分電源、通信、控制，電源是外部輸入電源，通 常為12VDC，通信部部分是維根接口和485接口，但是只能選用一種，控制部分是LED控制和蜂鳴器控制，控制器可以通過兩個(gè)低電平來分別控制LED燈和蜂鳴器。見圖8，微控制器部分，采用最新ARM V7內(nèi)核，采用高效的哈弗結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線， 達(dá)到1. 25DMIPS/MHZ，由于對(duì)卡片的認(rèn)證過程比較多，使用高效的微控制器可以使整個(gè)認(rèn)證 過程時(shí)間更短，以達(dá)到一個(gè)更快速的認(rèn)證。見圖9，本發(fā)明讀卡器的工作原理/流程如下1)讀卡器上電后，微控制器對(duì)相應(yīng)的部分進(jìn)行初始化，主要是程序相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)賦值，通信端口初始化，射頻端口部分初始化和安全模塊端口初始化；2)初始化完成之后，開始尋找系統(tǒng)卡，通過對(duì)系統(tǒng)卡訪問，得到相關(guān)配置信息，如 系統(tǒng)卡類型，用戶類型，維根類型設(shè)置，尋卡時(shí)間配置，用戶卡相關(guān)目錄設(shè)置，如果系統(tǒng)卡屬 于配置卡，那么這些信息將要配置到讀卡器的存儲(chǔ)器當(dāng)中，以便讀卡器使用到最新配置的 信息，如果系統(tǒng)卡屬于消權(quán)卡，那么根據(jù)用戶類型來消去相關(guān)的配置信息，這樣讀卡器也就 恢復(fù)到出廠原始狀態(tài)；3)操作系統(tǒng)卡完成之后，讀卡器會(huì)再次從存儲(chǔ)器中調(diào)用配置的信息，如果沒有 系統(tǒng)卡，讀卡器也會(huì)再次從存儲(chǔ)器中調(diào)用配置的信息，這樣讀卡器就使用到最新配置的信 息；4)讀卡器所有的配置和系統(tǒng)卡操作完成之后，軟件系統(tǒng)中便產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)尋卡時(shí) 鐘，這個(gè)時(shí)間是330ms，時(shí)鐘產(chǎn)生后，便開始尋找用戶卡，微控制器調(diào)用自動(dòng)尋卡函數(shù)，如果 函數(shù)調(diào)用返回0K，那么說明卡片已經(jīng)尋卡成功，并且完成了防沖突，選卡，復(fù)位應(yīng)答操作，這 時(shí)讀卡器會(huì)對(duì)卡片和安全模塊進(jìn)行相關(guān)認(rèn)證，讀卡器根據(jù)配置的用戶目錄信息進(jìn)行選擇用 戶卡的目錄，目錄選擇成功后，便開始了第一次認(rèn)證內(nèi)部認(rèn)證，由于安全模塊和用戶卡都 各存在一條相對(duì)應(yīng)的密鑰，先從用戶卡取8個(gè)隨機(jī)數(shù)，用安全模塊計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)鑒別數(shù)據(jù)， 再用用戶卡根據(jù)這8個(gè)隨機(jī)數(shù)也產(chǎn)生一個(gè)鑒別數(shù)據(jù)，然后判斷兩個(gè)鑒別數(shù)據(jù)是否相同，如 果相同那么一次內(nèi)部認(rèn)證也就完成了，緊接著開始了第二次認(rèn)證外部認(rèn)證；5)再次從用戶卡中取8個(gè)隨機(jī)數(shù)，用安全模塊對(duì)這次取的隨機(jī)數(shù)計(jì)算產(chǎn)生一個(gè) 鑒別數(shù)據(jù)，鑒別數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，就可以用這個(gè)鑒別數(shù)據(jù)送給用戶卡做外部認(rèn)證，外部認(rèn)證通過 后，用戶文件的訪問權(quán)限也就滿足了，讀卡器讀取到用戶卡的數(shù)據(jù)后，根據(jù)配置的維根發(fā)送 方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行從讀卡器到控制器的發(fā)送，整個(gè)操作過程中如果有失敗或者不成功的過 程，那么讀卡器便結(jié)束了此次尋卡/認(rèn)證過程。優(yōu)選地，如果自動(dòng)尋卡函數(shù)返回NG，則說明沒有卡片，或者尋卡沒有成功，那么讀 卡器便完成了此次尋卡，等待下一次的系統(tǒng)尋卡時(shí)鐘的產(chǎn)生。本發(fā)明通過在門禁讀卡器內(nèi)使用安全控制模塊(PSAM卡或者SAM模塊)，把非接觸 CPU卡作為門禁用戶卡，對(duì)用戶卡進(jìn)行讀卡訪問，讀取用戶卡內(nèi)預(yù)先寫入的用戶編號(hào)信息， 由于采用CPU卡技術(shù)，可真正意義上實(shí)現(xiàn)用戶卡的一卡一密，利用內(nèi)部認(rèn)證和外部認(rèn)證，實(shí) 現(xiàn)讀卡器和用戶卡任何一方都不能被偽造，讀卡器、PSAM卡、用戶卡任何一方遺失或被盜 撬，都不會(huì)造成安全信息的泄漏，本發(fā)明解決了門禁系統(tǒng)的高安全性漏洞，可以有效防止不 法分子利用非法手段進(jìn)行攻擊和破壞，保證國(guó)家和各企事業(yè)單位的利益不受損失。
權(quán)利要求
1.非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，由射頻部分、485通信部分、安全模塊部分、 維根輸出和外部控制部分、電源部分、外部連接部分、微控制器部分組成，射頻部分、安全模 塊部分、外部接口部分、485通信部分與微控制器相互通信，微控制器信號(hào)通過維根輸出和 外部控制部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出和控制，電源部分用來提供電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的射頻部分，采 用13. 56Mhz的無(wú)線射頻技術(shù)，由耦合元件及電路組成，包括射頻讀卡芯片U4，直流偏置電 阻 R12、R13、R21、R24、R29 31，電容 C16 C26、C29 C32，電感 L2、L3，優(yōu)選地 U4 采用 復(fù)旦微電子公司的FM1702型讀卡芯片，射頻部分主要用來完成讀卡器與卡片通信相互訪 問的功能，其發(fā)射電波及內(nèi)部處理器運(yùn)行所需能量均來自讀卡器產(chǎn)生的13. 56MHZ電磁波， 用戶卡片接收到閱讀器發(fā)出的電磁波信號(hào)后，將部分電磁能量轉(zhuǎn)化為供自己工作的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的485通信部 分，由三極管Q1，二極管D3、D4，單片機(jī)U2，直流偏置電阻R2 R7，電容C8串并聯(lián)組成，支持 兩種通信接口，分別為485接口和維根接口，三極管型號(hào)為S8050，二極管型號(hào)為P6KE6. 8， 單片機(jī)型號(hào)為MAX485。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的安全模塊部 分，由直流偏置電阻R14 R16、貼片式安全模塊UU5和PSAM卡Si，安全模塊部分包括兩種 安全模塊，一種是PSAM，符合iso-7816封裝標(biāo)準(zhǔn)，可以方便插入讀卡器中，另一種是貼片式 安全模塊，采用sop-8封裝，焊接在PCB板子上，灌封膠對(duì)板子進(jìn)行灌封，兩種安全模塊只能 選用一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的維根輸出和 外部控制部分，兩部分分別包含有微控制器與外部傳輸?shù)木S根接口和外部控制接口，維根 接口部分采用開關(guān)式電路，由三極管Q5、Q6，直流偏置電阻R18、R19、R25、R26構(gòu)成；R25于 Q5的基極連接，Q5的集電極連接有偏置電阻R18，Q5的發(fā)射極為公共信號(hào)端，與控制器的維 根接口連接，R26于Q6的基極連接，Q6的集電極連接有偏置電阻R19，Q5、Q6的集電極端均 加有+5V電壓，Q5、Q6的基極端分別與微處理器Ul的引腳P8、P29連接；外部控制部分，包 括二極管 D7 D10、D-Bl、D-Rl，電容 C4，直流偏置電阻 Rl7、R20、R22、R23、R27、R28、R32、 R33，三極管Q2 Q4等，D7、D8的負(fù)極分別連接微控制器Ul的引腳P13和外部連接部分中 CNl的引腳3，接口主要是受控制器的控制，采用硬件控制方式，三極管型號(hào)為S8550。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的電源部分，包 括二極管D5、D6，電感Li，電容CIO、ClU C13、C14，耦合電容C9、C12、C15，芯片U3，電源芯 片包含兩部分，一部分是外部電源輸入，轉(zhuǎn)換到5V，此部分采用開關(guān)式電源芯片LM2596，支 持外部輸入高電壓，上限值為40VDC，效率高達(dá)80%以上，長(zhǎng)時(shí)間工作不發(fā)熱，另一部分是 給微控制器供電，微控制器是3. 3V供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的外部接口部 分，由接口 CNl、偏置電阻R8 Rll構(gòu)成，CNl的引腳6接電源部分D5的正極，外部接口部 分主要有3個(gè)部分電源、通信、控制，電源是外部輸入電源，通常為12VDC，通信部部分是維 根接口和485接口，但是只能選用一種，控制部分是LED控制和蜂鳴器控制，控制器通過兩 個(gè)低電平來分別控制LED燈和蜂鳴器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，所述的微控制器部分，采用最新ARM V7內(nèi)核，采用高效的哈弗結(jié)構(gòu)三級(jí)流水線，達(dá)到1. 25DMIPS/MHZ，由于對(duì) 卡片的認(rèn)證過程比較多，使用高效的微控制器可以使整個(gè)認(rèn)證過程時(shí)間更短，以達(dá)到一個(gè) 更快速的認(rèn)證。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸CPU卡門禁讀卡器，其特征在于，其工作原理/步驟 為讀卡器上電后，微控制器對(duì)相應(yīng)的部分進(jìn)行初始化，主要是程序相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)賦值， 通信端口初始化，射頻端口部分初始化和安全模塊端口初始化；初始化完成之后，開始尋找 系統(tǒng)卡，通過對(duì)系統(tǒng)卡訪問，得到相關(guān)配置信息，如果系統(tǒng)卡屬于配置卡，那么這些信息將 要配置到讀卡器的存儲(chǔ)器當(dāng)中，以便讀卡器使用到最新配置的信息，如果系統(tǒng)卡屬于銷權(quán) 卡，那么根據(jù)用戶類型來銷去相關(guān)的配置信息，這樣讀卡器也就恢復(fù)到出廠原始狀態(tài)；操作 系統(tǒng)卡完成之后，讀卡器會(huì)再次從存儲(chǔ)器中調(diào)用配置的信息，如果沒有系統(tǒng)卡，讀卡器也會(huì) 再次從存儲(chǔ)器中調(diào)用配置的信息，這樣讀卡器就使用到最新配置的信息；讀卡器所有的配 置和系統(tǒng)卡操作完成之后，軟件系統(tǒng)中便產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)尋卡時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)間是330ms，時(shí)鐘 產(chǎn)生后，便開始尋找用戶卡，微控制器調(diào)用自動(dòng)尋卡函數(shù)，如果函數(shù)調(diào)用返回0K，那么說明 卡片已經(jīng)尋卡成功，并且完成了防沖突，選卡，復(fù)位應(yīng)答操作，這時(shí)讀卡器會(huì)對(duì)卡片和安全 模塊進(jìn)行相關(guān)認(rèn)證，讀卡器根據(jù)配置的用戶目錄信息進(jìn)行選擇用戶卡的目錄，目錄選擇成 功后，便開始了第一次認(rèn)證內(nèi)部認(rèn)證，由于安全模塊和用戶卡都各存在一條相對(duì)應(yīng)的密 鑰，先從用戶卡取8個(gè)隨機(jī)數(shù)，用安全模塊計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)鑒別數(shù)據(jù)，再用用戶卡根據(jù)這8個(gè) 隨機(jī)數(shù)計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)鑒別數(shù)據(jù)，然后判斷兩個(gè)鑒別數(shù)據(jù)是否相同，如果相同那么一次內(nèi)部 認(rèn)證也就完成了，緊接著開始了第二次認(rèn)證外部認(rèn)證；再次從用戶卡中取8個(gè)隨機(jī)數(shù)，用 安全模塊對(duì)這次取的隨機(jī)數(shù)計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)鑒別數(shù)據(jù)，鑒別數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，就可以用這個(gè)鑒別 數(shù)據(jù)送給用戶卡做外部認(rèn)證，外部認(rèn)證通過后，用戶文件的訪問權(quán)限也就滿足了，讀卡器讀 取到用戶卡的數(shù)據(jù)后，根據(jù)配置的維根發(fā)送方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行從讀卡器到控制器的發(fā)送，整 個(gè)操作過程中如果有失敗或者不成功的過程，那么讀卡器便結(jié)束了此次尋卡/認(rèn)證過程， 如果自動(dòng)尋卡函數(shù)返回NG，則說明沒有卡片，或者尋卡沒有成功，那么讀卡器便完成了此次 尋卡，等待下一次的系統(tǒng)尋卡時(shí)鐘的產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸CPU卡門禁讀卡器，由射頻部分、485通信部分、安全模塊部分、維根輸出和外部控制部分、電源部分、外部連接部分、微控制器部分等部分組成，讀卡器內(nèi)置PSAM卡，應(yīng)用PSAM卡和CPU卡的安全認(rèn)證讀寫機(jī)制，CPU卡門禁讀卡器采用PSAM卡與CPU卡的安全認(rèn)證，建立了完整、嚴(yán)密的密鑰管理系統(tǒng)，充分使用了CPU卡安全特性，包括CPU卡和PSAM卡的密鑰系統(tǒng)，密鑰注入PSAM卡后，外部無(wú)法讀取，將PSAM卡插入讀卡設(shè)備內(nèi)，通過PSAM卡和CPU卡進(jìn)行雙向驗(yàn)證，驗(yàn)證報(bào)文是由隨即數(shù)參與計(jì)算的，同一張卡在一臺(tái)設(shè)備上刷卡，每次都不相同，徹底杜絕“偽卡”的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)G06K7/00GK102129730SQ20101002280
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者朱衛(wèi)青 申請(qǐng)人:上海崢創(chuàng)電子有限公司