發(fā)布時(shí)間：2017-09-15 05:13

  本文關(guān)鍵詞：兼容MIFARE1功能的CPU卡芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： CPU卡 Mifare1 兼容 分組傳輸

【摘要】：IC卡作為一種包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能的消費(fèi)類產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金融、通信和醫(yī)療等領(lǐng)域。其中CPU卡易擴(kuò)展與高安全的特點(diǎn)使其市場占有率越來越高。M1卡的安全算法被破解之后，CPU卡將逐漸取代M1卡在各方面的應(yīng)用。但是M1卡巨大發(fā)行量以及本身的優(yōu)勢在短期內(nèi)難以被禁止使用。為了實(shí)現(xiàn)M1卡應(yīng)用向CPU卡過渡，北京市嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)一款兼容M1卡功能的CPU卡芯片。 本研究參與設(shè)計(jì)Mifare1卡與CPU卡功能兼容芯片，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)。該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)M1卡與CPU卡兩種功能，根據(jù)芯片交易命令選擇工作在M1卡模式或CPU卡模式。利用M1卡與CPU卡相同的通信方式實(shí)現(xiàn)了模擬模塊與通信接口復(fù)用。通過硬件加解密的方式使M1卡時(shí)序滿足要求。使用硬件邏輯實(shí)現(xiàn)了CPU卡的數(shù)字鏈路層功能。設(shè)計(jì)還為COS(Chip Operating System)實(shí)現(xiàn)兩種功能提供了相應(yīng)的軟硬件接口與固件支持。 在研究非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443以及M1卡技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的CPU卡芯片以及通用M1卡的測試與研究，提出了軟件模擬M1卡的方案，使用CPU卡實(shí)現(xiàn)M1卡的功能。針對(duì)純軟件實(shí)現(xiàn)方案的不足，分析了在CPU卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)M1卡功能的可行性。提出軟硬件協(xié)同的方案，用加解密運(yùn)算和數(shù)據(jù)位編解碼同步進(jìn)行的方式縮短交易時(shí)間，采用軟硬件協(xié)同方式共同實(shí)現(xiàn)M1卡功能。本研究還綜合分析CPU卡芯片硬件結(jié)構(gòu)與COS結(jié)構(gòu)，分離了COS中應(yīng)用層與數(shù)據(jù)鏈路層功能，并將數(shù)據(jù)鏈路層通過硬件邏輯實(shí)現(xiàn)。 在設(shè)計(jì)的RTL實(shí)現(xiàn)后，通過仿真對(duì)芯片功能、時(shí)序、功耗進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)還通過FPGA平臺(tái)模擬實(shí)際芯片工作情況，分別與M1卡讀卡器和CPU卡讀卡器進(jìn)行交易測試，驗(yàn)證芯片能完成M1卡和CPU卡的所有功能。借助MP300TCL2測試工具，借鑒ISO/IEC10373-6協(xié)議的測試案例，，對(duì)芯片進(jìn)行比較完備的功能驗(yàn)證。通過測試各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了預(yù)期要求，芯片已在SMIC0.18μm EFLASH工藝下流片。 論文提出的設(shè)計(jì)方案，通過在一顆芯片上集成M1卡和CPU卡的功能，不僅降低芯片成本，而且使得芯片使用范圍更廣也更方便，并且實(shí)現(xiàn)一卡多用；將CPU卡的數(shù)據(jù)鏈路層與應(yīng)用層分離，簡化芯片的層次結(jié)構(gòu)以及COS開發(fā)工作。 本研究成果在一卡多用方面具有獨(dú)創(chuàng)性和實(shí)用性，能夠有效地推進(jìn)M1卡向CPU卡過渡，而且對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、FPGA驗(yàn)證有很好的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：CPU卡 Mifare1 兼容 分組傳輸
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP332
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外智能卡研究與應(yīng)用現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 智能卡發(fā)展方向12
• 1.3 研究內(nèi)容與意義12-13
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)13-15
• 第2章 非接觸式智能卡和 Mifare 1 卡協(xié)議研究15-31
• 2.1 ISO/IEC14443-1 物理特性15
• 2.2 ISO/IEC14443-2 射頻能量和信號(hào)接口15-17
• 2.2.1 從讀卡設(shè)備傳送到 IC 卡的信號(hào)15-16
• 2.2.2 從 IC 卡傳送到讀卡設(shè)備的信號(hào)16-17
• 2.3 ISO/IEC14443-3 初始化和防沖突17-19
• 2.4 ISO/IEC14443-4 傳輸協(xié)議19-24
• 2.4.1 Type A 的激活序列19-20
• 2.4.2 半雙工分組傳輸協(xié)議20-22
• 2.4.3 協(xié)議操作22-24
• 2.5 Mifare 1 邏輯加密卡技術(shù)24-29
• 2.5.1 結(jié)構(gòu)組成24-25
• 2.5.2 存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)與訪問條件25-26
• 2.5.3 交易流程及幀格式26-29
• 2.6 需求分析29
• 2.7 本章小結(jié)29-31
• 第3章 分析與設(shè)計(jì)31-41
• 3.1 BES2416V09 芯片結(jié)構(gòu)31-33
• 3.2 可行性分析33-35
• 3.2.1 芯片比較34-35
• 3.2.2 時(shí)間估計(jì)35
• 3.3 BES2416V09 芯片改進(jìn)35-38
• 3.3.1 芯片層次結(jié)構(gòu)35-36
• 3.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層分析36-37
• 3.3.3 改進(jìn)層次結(jié)構(gòu)37-38
• 3.4 芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 第4章 芯片數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)41-57
• 4.1 Mifare 1 卡加解密模塊設(shè)計(jì)41-50
• 4.1.1 加解密算法41-43
• 4.1.2 加解密模塊架構(gòu)分析43-46
• 4.1.3 加解密模塊實(shí)現(xiàn)46-50
• 4.2 分組傳輸解析模塊設(shè)計(jì)50-55
• 4.2.1 EBUS 接口50-51
• 4.2.2 流程控制51-53
• 4.2.3 規(guī)則處理53-54
• 4.2.4 指針控制54
• 4.2.5 CRC 運(yùn)算控制54-55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 第5章 驗(yàn)證和測試57-67
• 5.1 仿真驗(yàn)證57-62
• 5.1.1 仿真驗(yàn)證的內(nèi)容及預(yù)期結(jié)果58
• 5.1.2 功能仿真58-61
• 5.1.3 時(shí)序仿真61
• 5.1.4 功耗仿真61-62
• 5.1.5 仿真驗(yàn)證結(jié)果分析62
• 5.2 FPGA 驗(yàn)證62-66
• 5.2.1 Mifare 1 卡功能驗(yàn)證63-65
• 5.2.2 CPU 卡功能驗(yàn)證65-66
• 5.2.3 FPGA 驗(yàn)證結(jié)果分析66
• 5.3 芯片測試66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王鵬飛;;芯片安全是智能卡產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2013年02期

2 夏新軍,文宏,陳吉華;SoC設(shè)計(jì)中支持軟硬件劃分的虛擬微處理器[J];計(jì)算機(jī)工程;2004年18期

3 周宏華,李樹國,周潤德;高安全性的智能卡芯片結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年04期

4 ;Optimal hardware/software co-synthesis for core-based SoC desi gns[J];Journal of Systems Engineering and Electronics;2006年02期

5 龔茜茹;;基于CPU智能卡技術(shù)的加油機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];西昌學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年02期

6 高勇;;Mifare密鑰破解將引發(fā)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn) 訪北京艾克塞斯科技發(fā)展有限公司執(zhí)行董事 朱峰 深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司產(chǎn)品事業(yè)部市場總監(jiān) 黃志勇[J];中國安防;2009年04期

7 趙烽;;非接觸智能卡安全分析與探討[J];信息網(wǎng)絡(luò)安全;2013年02期

本文編號(hào)：854506