本文從與磁卡、接觸式IC卡比較的角度著(zhe)力介紹了非接觸式IC卡(又稱射頻卡)技術，這(zhè)是世界上最近幾年發(fā)展起(qǐ)來的一項新技術，它成(chéng)功地將(jiāng)射頻識别技術、磁電技術、計算機技術和IC卡技術結合起(qǐ)來，解決了無源(卡中無電源)、低功耗和免接觸這(zhè)一難題，克服了接觸式IC卡由于存在機械接觸，容易造成(chéng)磨損以及由于接觸而産生各種(zhǒng)故障的問題。而且非接觸式IC卡表現出來的防監聽、防解密性能(néng)也超出一般的IC卡，不論非接觸式IC卡本身，還(hái)是非接觸式IC卡讀寫設備(無卡座、全密封)，均防水、防油、防污、防腐蝕、防扭曲、防靜電(包括靜電擊穿、靜電破壞卡中的數據)，具有高安全、高可靠、高快捷、高适用等性能(néng)，是現代電子技術領域的一大突破。

　　IC(集成(chéng)電路)卡于1974年誕生于法國(guó)，當時(shí)有位叫(jiào)羅蘭•莫雷諾(RolandMoreno)的工程師爲了將(jiāng)一些個人信息存放在一個便于攜帶、保存的存貯媒體上，提出了將(jiāng)一個集成(chéng)電路芯片嵌裝于一塊塑料基片上構成(chéng)一張存貯卡的想法，并按此方法做了一張卡片，這(zhè)就(jiù)是世界上第一張IC卡。但是由于當時(shí)集成(chéng)電路技術水平有限，市場也沒(méi)有形成(chéng)迫切的需要，這(zhè)種(zhǒng)想法并沒(méi)有立即付諸實施，後(hòu)來随著(zhe)集成(chéng)電路技術的發(fā)展，芯片的集成(chéng)度、容量、安全性都(dōu)得到了很大的提高，尤其是EEPROM技術的成(chéng)熟，使得IC卡的生産、應用成(chéng)爲現實。目前，以歐洲爲中心的IC卡市場已發(fā)展成(chéng)爲世界性的市場。

　　IC卡是由一個或多個集成(chéng)電路芯片組成(chéng)，并封裝成(chéng)人們攜帶的卡片。IC卡按其内部封裝的芯片種(zhǒng)類和功能(néng)可分爲存貯卡(Memorycard)和智能(néng)卡(smartcard)，存貯卡和智能(néng)卡的區别就(jiù)在于存貯卡芯片内不含微處理器(cpu)，隻具有存貯數據信息的功能(néng)。存貯卡又分爲非加密存貯卡(一般存貯卡)和加密存貯卡(簡稱邏輯加密卡)。加密卡有内建互相認證安全模塊，是銀行金融應用中在安全和成(chéng)本上得到完美結合的卡。智能(néng)卡又名CPU卡、電腦卡、智慧卡、聰明卡，它不僅具有象存貯卡一樣(yàng)的數據存貯功能(néng)，也具有象微電腦一樣(yàng)的邏輯處理、邏輯判斷、I/0控制、指令執行功能(néng)。智能(néng)卡既具有智能(néng)性又具有便于攜帶的特點，這(zhè)就(jiù)爲現代信息處理帶來了一種(zhǒng)全新的思維和手段。IC卡按使用方法和信息交換方式又可分爲接觸式IC卡和非接觸式IC卡(射頻卡)。接觸式IC卡是通過(guò)物理接觸方式，將(jiāng)卡插入卡座後(hòu)，與外界交換信息，所用集成(chéng)電路芯片露在塑料卡外面(miàn)的一面(miàn)是一塊含有電路腿的接觸片，大部分都(dōu)鍍金。非接觸式IC卡是通過(guò)電磁波與外界交換信息，帶有射頻收發(fā)及相關電路的芯片與環形天線全部埋在塑料基片中，在進(jìn)行讀寫時(shí)，讀寫設備向(xiàng)射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片内與讀寫設備發(fā)射頻率相同的LC串聯諧振電路，在電磁波的激勵下産生共振，從而使電容内有了電荷，在這(zhè)個電容的另一端，接有一個單向(xiàng)導通的電子泵，將(jiāng)電容内的電荷送到另一個電容内貯存，當所積累的電荷達到2V時(shí)，此電容可做爲電源爲其它電路提供工作電壓，從而完成(chéng)將(jiāng)卡内數據發(fā)射出去或接收讀寫設備的數據。

　　根據卡中所鑲嵌的集成(chéng)電路的不同，IC卡主要有四大類:1)存貯器卡;2)加密存貯卡;3)CPU卡;4)射頻卡。它們的讀寫屬性、安全性、容量、成(chéng)本和使用的方便性等性能(néng)如表1所示。

　　除上述四類卡之外，還(hái)有各種(zhǒng)專用卡，如予付費卡等。目前，又出現了光卡，其優勢已引起(qǐ)廣泛的重視。

　　目前市場上使用最多的是接觸式IC卡，它與磁卡比較:1)其先進(jìn)的矽片制作工藝完全可以保證卡的抗磁性、抗靜電及抗各種(zhǒng)射線的能(néng)力，而且由于矽片的體積很小，裡(lǐ)面(miàn)有環氧液的保護，外面(miàn)有PCB闆及基片的保護。因此，抗機械、抗化學(xué)破壞的能(néng)力也很強;2)其容量遠比磁卡大，可以作到幾千字節(當前已達到2M位)，而且EEPROM可以分區，并且可以有不同的訪問級别，這(zhè)就(jiù)爲不同的信息處理及一卡多用提供了方便;3)其加密性爲磁卡遠不及，首先體現在芯片的結構和讀取方式上，由于容量大而且存貯器的讀取和寫入區域可以任意選擇，因此，靈活性大，即使一般的非加密存貯器卡，采用特定的技術，也具備較強的保密性，對(duì)于加密存貯器卡，存貯區的訪問受邏輯電路的控制，隻有各密碼核對(duì)無誤後(hòu)，才能(néng)進(jìn)行讀寫操作。而且密碼核對(duì)次數有規定，超過(guò)限制的次數，卡將(jiāng)被(bèi)鎖死;4)其相關設備的成(chéng)本，也是磁卡的高。因此，目前市場上廣泛使用的磁卡有被(bèi)IC卡替代的趨勢。盡管接觸式IC卡作爲一種(zhǒng)成(chéng)熟的高技術産品，已給人們工作、生活的現代化程度添加了光彩，但也存在某些同磁卡一樣(yàng)的可靠性和操作速度慢的問題。

　　1)使用時(shí)存在IC卡芯片觸點與讀寫設備插座之間頻繁的機械接觸、容易造成(chéng)二者的磨損與由于接觸讀寫而産生的各種(zhǒng)故障。例如，由于粗暴、傾斜或不到位插卡，非卡外物插入，以及灰塵、氧化、脫落物或油污導緻接觸不良等原因造成(chéng)的故障;

　　2)由于集成(chéng)電路芯片有一面(miàn)在卡片表面(miàn)裸露，容易造成(chéng)芯片脫落、靜電擊穿、彎曲、扭曲損壞等問題;

　　5)由于插拔卡的速度較慢，完成(chéng)一次操作需要的時(shí)間比較長(cháng)，這(zhè)就(jiù)嚴重影響應用在需要快速響應的場合，例如地鐵、公交及高速公路的收費上。

　　非接觸式IC卡又稱射頻率卡，是世界上最近幾年發(fā)展起(qǐ)來的一項新技術，它成(chéng)功地將(jiāng)射頻識别技術和IC卡技術結合起(qǐ)來，解決了無源(卡中無電源)和免接觸這(zhè)一難題，是電子器件領域的一大突破。

　　系統由控制器、讀寫器、IC卡組成(chéng)。系統按13.56MHz的工作頻率以半雙工方式在讀寫器與IC卡之間雙向(xiàng)傳遞數據。讀寫器將(jiāng)要發(fā)送的信号，編碼後(hòu)加載在頻率爲13.56MHz的載波信号上經(jīng)天線向(xiàng)外發(fā)送,進(jìn)入讀寫器工作區域的IC卡接收此脈沖信号,一方面(miàn)卡内芯片中的射頻接口模塊由此信号獲得電源電壓、複位信号、時(shí)鍾信号;同時(shí)卡内芯片中的有關電路對(duì)此信号進(jìn)行調制、解碼、解密，然後(hòu)對(duì)命令請求、密碼、權限等進(jìn)行判斷，若爲讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經(jīng)加密、編碼、調制後(hòu)經(jīng)卡内天線發(fā)送給讀寫器，讀寫器對(duì)接收到的信号進(jìn)行解調、解碼、解密後(hòu)送至後(hòu)台計算機處理。若爲修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起(qǐ)的内部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM時(shí)所需的高壓，以便對(duì)EEPROM中的内容進(jìn)行改寫。若經(jīng)判斷其對(duì)應的密碼和權限不符，則返回出錯信息與接觸式IC卡相比較，非接觸(感應)式IC卡具有以下優點:

　　* 操作方便、快捷由于采用非接觸無線通訊，讀寫器對(duì)在感應範圍内的卡就(jiù)可以進(jìn)行操作，免去了插拔卡，所以非常方便用戶使用;而且非接觸卡在使用時(shí)既沒(méi)有正反面(miàn)之分也沒(méi)有方向(xiàng)性與角度限制，卡片可以随意方向(xiàng)掠過(guò)讀寫器表面(miàn)，完成(chéng)一次操作僅需0.1秒，這(zhè)就(jiù)大大提高了每次使用的速度。

　　* 抗幹擾性高非接觸式IC卡中有快速防沖突機制，能(néng)有效防止卡片之間出現數據幹擾，在多卡同時(shí)進(jìn)入讀寫範圍内時(shí)，讀寫設備可一一對(duì)卡進(jìn)行處理。這(zhè)提高了應用的并行性，也無形中提高了系統工作的速度。

　　* 可靠性高非接觸式IC卡與讀寫器之間沒(méi)有機械接觸，這(zhè)就(jiù)從根本上消除了由于接觸讀寫而産生的各種(zhǒng)故障;而且卡中的IC芯片和感應天線完全密封在标準的PVC中，這(zhè)也進(jìn)一步提高了應用的可靠性和卡的使用壽命。

　　* 高安全性非接觸式卡的序列号是唯一的，制造商在産品出廠前已將(jiāng)此序列号固化在芯片中，不可以更改;非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向(xiàng)互認驗證機制，即讀寫器要驗證IC卡的合法性，IC卡也要驗證讀寫器的合法性;非接觸式IC卡在數據交換前要與讀寫器進(jìn)行三次相互認證;而且在通訊過(guò)程中所有的數據都(dōu)加密;此外，卡中各個區域都(dōu)有自己的操作密碼和訪問條件。

　　* 适合于多種(zhǒng)應用非接觸式IC卡的存貯結構特點使其可以做到一卡多用，能(néng)應用于不同的場合或系統，例如，企業或機關内部員工“一卡通”，可用作考勤、食堂就(jiù)餐、電話管理、停車場、門禁等;校園“一卡通”，可用作學(xué)生證、借書證、消費卡、門禁“銅匙”等，此時(shí)用戶可根據不同的應用設置不同的密碼和訪問條件。

　　* 适應于多種(zhǒng)要求非接觸式IC卡系統可根據環境與應用對(duì)象的不同而做到作用距離不同，如用于高速公路或一般路、橋收費，可選用作用距離爲0.6m—20m的系統，如用于電子錢包或公交收費，可選用作用距離僅幾厘米的系統。系統配置相當靈活多樣(yàng)。

　　這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)技術都(dōu)是目前國(guó)際上具有代表性的兩(liǎng)大感應卡技術。LEGIC是由瑞士KABA公司提供的感應式IC卡讀寫技術，MIFARE是由PHILIP公司提供的感應式IC卡讀寫技術。這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)技術都(dōu)采用13.56MHZ的近距離非接觸式IC卡通訊頻率标準，其讀寫速度和讀寫距離是相同的;在通訊安全上均采用符合IS09798國(guó)際标準的三次互感校驗技術，以對(duì)卡和讀寫設備的合法性進(jìn)行相互校驗;在數據通訊上均采用DSA算法對(duì)通訊數據進(jìn)行加密，以确保卡上的數據不被(bèi)非法的修改。但在安全性保障上，LEGIC技術是由開(kāi)發(fā)公司向(xiàng)用戶承諾負責的，而MIFARE技術是由用戶自行承擔的。

　　* MIFARE采用密碼讀寫控制方式，即讀寫設備的監控程序要掌握相應的系統密碼才能(néng)對(duì)IC卡内的數據進(jìn)行不同操作(如讀、寫、加值、扣值等)，其優缺點是顯然的，優點是可對(duì)不同數據和不同的操作設置不同的密碼，但安全性極易被(bèi)破壞，因爲密碼含在軟件裡(lǐ)，容易造成(chéng)系統密碼洩露或遭到破解。LEGIC不同于MIFARE，它采用授權讀寫控制方式，即讀寫設備必須先獲得“設備授權卡”的授權後(hòu)才能(néng)讀寫本系統的IC卡，而卡的初始化又必須經(jīng)過(guò)上級授權卡的授權，并且隻可以在專用的授權設備上進(jìn)行。因此該授權方式不存在密碼的被(bèi)破解，隻要保證系統各級授權卡、管理卡和專用授權設備不被(bèi)非法盜用，即可保證系統的絕對(duì)安全性。

　　* MIFARE讀寫模塊與監控計算機之間采用符合單片機外部總線标準的并行标準，讀寫過(guò)程可由監控程序逐步控制。LEGIC模塊與監控計算機之間采用串行通訊方式，讀寫進(jìn)程由模塊自動完成(chéng)。兩(liǎng)種(zhǒng)接口方式相比、LEGIC更便于集成(chéng)，而MIFARE則可提供更爲靈活的控制方式。在抗幹擾性能(néng)方面(miàn)，并行總線接口方式的抗幹擾性較差，而且受幹擾後(hòu)不易校驗，相對(duì)來說(shuō)串行接口方式抗幹擾性較好(hǎo)，而且受幹擾後(hòu)的數據可校驗出來。在此，還(hái)特别值得指出的是，由于MIFARE采用外部總線接口，讀寫數據和系統密碼都(dōu)是通過(guò)總線傳遞的，這(zhè)也埋下了系統安全性的隐患。

　　* 在防沖撞功能(néng)上，MIFARE允許多卡同時(shí)進(jìn)入讀寫範圍，再由讀寫設備逐一處理，如用在公交收費上，這(zhè)一功能(néng)的設置似乎在客流量大時(shí)可加快讀卡檢票的速度，但容易造成(chéng)漏讀卡的情況，駕駛員或監票員也不易監管，極易造成(chéng)紛争。LEGIC采用同一時(shí)間内隻能(néng)讀寫一張卡的防沖撞模式，經(jīng)實踐證明該模式非但保證了卡讀寫的可靠性，不易造成(chéng)混亂，而且這(zhè)種(zhǒng)單卡操作方式完全适應公交營運的速度要求。

　　* 在卡的制作上，LEGIC技術采用平面(miàn)天線技術，制卡工藝簡單，容易國(guó)産化，成(chéng)品卡不怕彎曲，适應性強，價格低。而MIFARE技術用一束束的細銅絲做天線，成(chéng)品卡過(guò)份彎曲和經(jīng)常搖折會(huì)折斷，使卡損壞，故适應性差。而且制作工藝複雜，難以國(guó)産化，價格高。

　　此外，在讀寫模塊的外型尺寸上LEGIC讀寫模塊小于MIFARE的讀寫模塊，并且LEGIC模塊采用+5V單電源供電，MIFARE模塊采用+5V和+12V雙電源供電，因此LEGIC技術比MIFARE技術更利于設備的小型化。

　　非接觸式IC卡的工作特點，反映在設計與制造過(guò)程中存在的一些技術難點，主要集中表現在芯片的制造和卡片的封裝方面(miàn)。

　　*無源設計，需由讀寫器向(xiàng)射頻卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，通過(guò)卡内電路産生芯片工作所需直流電壓;

　　無論是按有源方式還(hái)是按無源方式設計的非接觸式IC卡，一個最基本的要求都(dōu)需要降低功耗，以提高卡片的壽命和擴大應用場合，可以說(shuō)降低功耗，同保證一定的距離是同等的重要。因此卡内芯片一般都(dōu)采用非常苛刻的低功耗工藝和有關技術，如電路設計中采用“休眠模式”技術進(jìn)行設計制造。

　　由于非接觸式IC卡中需要埋裝天線、芯片和其他特殊部件，爲确保卡片的大小、厚度、柔韌性和高溫高壓工藝中芯片電路的安全性，需要特殊的封裝技術和專門設備。

　　除了卡的通訊安全技術外，還(hái)要以卡用芯片的物理安全技術和卡片制造的安全技術這(zhè)二個方面(miàn)再和前者構成(chéng)其強大的安全體系。

　　*CPU卡、卡中的芯片電路包括MPU(中央處理器)、EEPROM、RAM、ROM等，片内操作系統COS裝在ROM中，有的卡内芯片還(hái)集成(chéng)有協處理器CAU，以提高安全性和工作速度。

　　正是由于非接觸式IC卡的上述特點，使它在某些領域具有接觸式IC卡無法比拟的優越性，被(bèi)廣泛應用于電子錢包、鐵路、地鐵、公交、輪渡、高速公路、一般路橋收費、食堂售飯收費、門禁系統、考勤系統、身份證等領域。特别是在地鐵、公交、路橋、輪渡等收費應用中，近期將(jiāng)占到整個卡應用的50%以上。