复旦FM17522芯片读写M1卡（S50/S70）、CPU卡

概述

四部分：

PC/STM32 读卡器模块 卡特性 协议

UART/SPI 读卡芯片 S50/70 复旦CPU卡 ISO/IEC 14443 A

 

归结为一下三方面问题：

卡怎么用

读卡芯片怎么用

主芯片与读卡芯片怎么通信

卡的存储结构/文件结构

M1卡存储结构

M1卡（S50/S70）的存储结构：



 

控制块的结构：



左边是低字节，则6、7、8、9字节为FF、07、80、69，这是默认的控制字，其中69是保留字节值并没有任何作用。

复旦CPU卡的文件结构

以读写二进制示例为例：



初始化卡的时候必须要添加密钥文件，其作用是控制添加其他密钥的权限；

二进制文件在创建的时候定义了其读写的权限；

所有种类的密钥文件都有密钥标示，该字节的作用是标识多个同类型密钥，实现密钥索引的功能；

卡的权限管理方式

控制字

存取控制中每个块都定义了3个控制位：



三个控制为以正和反两种形式，按规定的位置存放在控制字节中的前三个字节，这三个字节最终的值最终确定了该块的访问权限。

 

控制位在控制字节中定义的位置：



数据块的"权限-控制位值"表：



控制块的"权限-控制位值"表：

安全状态寄存器

FMCOS
通过核对口令和外部认证来改变当前文件夹下安全状态寄存器的值。

 



 

例:

设卡中某目录下有一个二进制文件，定义读二进制文件的权限为F1,写二进制文件权限为F2。该目录下有一个口令密钥，口令核对通过之后的后续状态为1，卡中有一外部认证密钥，使用权限为11，外部认证通过之后后续状态为2。



此处必须先认证外部口令成功之后才有使用口令密钥的权限。

卡的认证

M1卡在选卡成功之后，会进行"三次互相验证"。

CPU在进入目录后，进行外部认证和内部认证。

M1卡的三次互相认证

 

复旦CPU卡的外部认证和内部认证

CPU卡外部认证步骤：

 
1、CPU卡产生一个8字节随机数送给外部程序，CPU卡临时保存随机数在卡内

2、外部程序把8字节随机数送给机具，机具用密钥计算随机数，得到8字节随机数密文

3、外部程序把8字节随机数密文送给CPU卡

4、CPU卡在卡片内部解密8字节随机数得到随机数明文，

5、CPU卡在卡片内部把解密后的随机数和步骤1中临时存放的随机数比对，若相等，则外部认证成功，所以外部认证是CPU卡认证机具

机具内部认证步骤：

过程与外部验证一样，只是认证方被认证方调换。

1、机具产生一个8字节随机数送给外部程序，机具临时保存随机数在机具中

2、外部程序把8字节随机数送给CPU卡，CPU用内部认证密钥计算随机数，得到8字节随机数密文

3、外部程序把8字节随机数密文送给机具

4、机具解密8字节随机数得到随机数明文

5、机具在内部把解密后的随机数和步骤1中临时存放的随机数比对，若相等，则内部认证成功，所以内部认证是机具认证CPU卡

 

两种卡认证的机制相似，不同点在于内、外部验证一开始传的都是明文随机数，如果采用这两个认证的组合来认证M1卡，那需要更多的交互次数。

发卡流程

基于读卡器指令、COS指令的发卡流程举例：

M1卡发卡流程

关闭自动寻卡

复合寻卡（包括寻卡、防冲突、选卡）

 

密钥验证

写控制块（修改密钥）

新的密钥的验证

写控制块（修改控制字）

 

复合写块（包括密钥验证、写块）

 

复旦cpu卡发卡流程

FMCOS激活

选择MF

外部认证

删除MF目录下的文件

 

创建MF下新的密钥文件

添加外部认证密钥

建立子目录

选择子目录

创建子目录密钥文件

添加子目录下外部认证

添加口令密钥

外部认证

验证口令

创建二进制文件

选择文件

写文件

停活

 

读卡器模块

初期主要是熟悉读卡器模块厂商的操作手册，这也是学习各种卡片特性、操作COS指令的良好工具，待板子出来后需要开发STM32读卡器模块。

PC/STM32端（控制端）

编写Linux环境下串口操作程序（串口终端），实现与第三方读卡器交互数据，熟悉函数字符串操作、熟悉函数封装、熟悉对相应返回数据的处理。

例：

char* str_to_cmd(char* str, char count);

void print_cmd(char *ptr, char count);

 

int read_rfid(int fd, char **data);

int write_rfid_base(int fd, char *buff, unsigned char num);

 

int read_rfid_atomod(int fd);

 

以上用于预研阶段调试用，实际产品中STM32主芯片通过uart或者spi接口控制FM17522，读卡器模块的开发可参考官方SDK（或者参考RC
9a89
522芯片资料，因为二者在软件和硬件上皆可通用）。

 

ISO/IEC 14443 TYPE A协议

这两种卡都是在ISO/IEC 14413 TYPE A协议下操作。

 

ISO/IEC 14413标准共有四层：

ISO/IEC 14413-1，规定物理特性

ISO/IEC 14413-2，规定了射频能量和型号接口，这一层有TYPE A和TYPE B两种空中接口

ISO/IEC 14413-3，防碰撞协议

ISO/IEC 14413-4，传输协议

 

M1卡的流程

寻卡-防冲突-选卡-ATS，协议中规定了若干命令（通过这些命令与支持该协议的读卡器芯片交互）来实现这个流程。

 

这些发送或者接受命令具有特定的帧结构，如ATQA应答命令中有厂商编码、UID大小等信息，在ISO/IEC 14413-3层，选卡命令SELECT之后，卡返回SAK应答命令的结构中b6 = 0，表示该卡不支持ISO/IEC 14413-4，则可判断该卡不是cpu卡。

 

复旦CPU卡的流程

前面三步和M1操作完全一样，属于ISO14443A前面三层的操作，ATS成功后就进入ISO14443A-4协议层了，也就进入了CPU卡的操作层。

 

ISO/IEC 14413 A 规定的命令集

REQA/WUPA

ATQA应答

ANTICOLLISION

SELECT

SAK

RATS

ATS

 

读卡器芯片是在这些命令的基础上来与卡片交互，双方都遵从ISO/IEC 14413A协议。