ст. Кормышев Р.У.

Харьковский национальный университет радиоэлектроники

ПРИНЦИП РАБОТЫ БЕСКОНТАКТНЫХ КАРТ МЕТРОПОЛИТЕНА

Рассматриваются карточки, применяеме в метро, а точнее - их интегральные схемы "MIFARE 1 S50". Сами схемы связаны не только с метро и могут применяться для решения любых задач с бесконтактными ключевыми картами. Тем не менее, для простоты и ввиду причин совершенно очевидных я буду ссылаться на них, как на бесконтактные карты метро.

Сама карта содержит всего два элемента: микросхему и плоскую обмотку-антенну, используемую как для электропитания карты, так и для связи с хост-системой (турникетом). Наведенное турникетом в антенне напряжение достаточно велико для того, чтобы после выпрямления и стабилизации снабдить карту энергией, необходимой для обработки информации и посылки обратного сигнала. Работает радиосвязь на частоте 13.56 МГц и скорость связи достигает 106 КБод. При этом карта должна находиться на расстоянии никак не более 10 см от турникета. Как правило, для проведения классических операций с картой достаточно 0.1 секунды - за это время можно провести один-два десятка элементарных обменов информацией, таких как считывание, запись и инкремент блока.

Что представляет собой карта с точки зрения программиста? Фактически, это просто один килобайт энергонезависимой памяти. Он делится на 16 секторов по 4 16-байтных блока в каждом. Блок - наименьшая адресуемая единица при работе с картой. Сектор - единица, с которой сопоставляются отдельные права доступа и ключи для проведения операций. Каждый сектор хранит собственную пару ключей, а права доступа указывают, какой доступ при указании какого ключа возможен.

Карта сама по себе многофункциональна и может поддерживать до 15 функций. Например, быть электронным кошельком, "билетом" в метро, пропуском в клуб, ключом для домофона и хранителем "пароля" от компьютера. Каждой функции выделяется сектор, в котором хранятся необходимые для нее данные, два персональных ключа и карта прав доступа. Карта определяет, что хост-система может делать с тем или иным блоком, и какой ключ для этого необходим. Например, при использовании карты в качестве электронного кошелька можно позволить снимать деньги с карты с помощью одного ключа, а класть с помощью другого, известного лишь банку.

Метро использует только секторы 0 и 15 карты. Нулевой сектор - специальный и в его нулевом блоке хранится уникальный идентификатор карты, который используется для того, чтобы отличать ее от других. В 15 пишется специфическая для системы метро информация - к примеру, номер месяца для месячного проездного, число поездок для "счетного" проездного и т.п.

Итак, как же все это работает. Вы подходите к турникету и подносите карту к датчику. Передающая система датчика наводит в антенне карты электрический ток, который поступает в карту и снабжает ее энергией. Этот же ток несет в себе кодированную информацию запроса турникета к карте. Карта отвечает на него (через ту же антенну, используя накопленную энергию) идентификатором, который определяет протокол дальнейшего общения. По идентификатору турникет узнает тип карты.

Далее идет считывание серийного номера карты. Если в этот момент в поле радиосистемы турникета оказалось более одной карты, происходит коллизия и считывание повторяется до тех пор, пока не будут чисто и без всяких коллизий считаны номера всех находящихся в пределах доступности карт. В частности, если в вашем кошельке две карты и лишь одна из них - метро, турникет сможет включить лишь ее, игнорируя другие карты. Обмен информацией будет происходить конкретно с этой картой.

Затем происходит выбор сектора карты, с которым турникет (или иное устройство для работы с бесконтактными картами) хочет обменяться информацией. Для данного сектора производится обмен шифровками, призванный убедить турникет и карту в том, что они - действительно те, за кого себя выдают. При этом используется способ "я тут дам тебе число, а ты его зашифруй, и ответ пришли мне. А я погляжу, так ли ты зашифровал, как положено". Эта проверка выполняется с обеих сторон, после чего все уже уверены в том, что они - это они. Включается шифрование канала и турникет может, в соответствии с разрешенным ему его ключом доступом читать и модифицировать данные в карте.

Следует отметить, что карта, обладая уникальным серийным номером, уже на этом уровне является многофункциональным ключом. Ведь для того, чтобы считать серийный номер карты не нужно знать никаких паролей! А значит, прописав номера "разрешенных" карт в замок можно сделать систему доступа на базе этих карт, попросту присоседившись к метро.

Для управления картой метрополитена в “домашних условиях” необходимо использовать специальный Cardreader на базе чипа MIFARE 1 S50. Настольное устройство чтения/записи бесконтактных карт и меток стандартов MIFARE®, FeliCa, NFC - ACR122 представляет собой многофункциональный считыватель бесконтактных карт, поддерживающий бесконтактные микропроцессорные карты, отвечающие стандарту ISO14443 A/B (MIFARE®, MIFARE® Ultralight C, JCOP30 и др.),.ISO/IEC18092..(NFC), FeliCa.
Устройство может быть интегрировано в создаваемые или уже существующие системы, использующие бесконтактные карты и метки MIFARE®, FeliCa, NFC, такие как: системы контроля доступа, платежные терминалы, пункты продажи и проката.

При пополнении счета на бесконтактной карте очищается определенный блок памяти в секторе карты, который был заполнен в процессе прохода через турникет. Размер очищенной памяти зависит от пополняемой суммы.

С помощью Cardreader есть возможность самостоятельно очистить память на карте.