智慧卡技術（第四版）——IC卡、RFID標籤與物聯網

《智慧卡技術（第四版）——IC卡、RFID標籤與物聯網》是2015年清華大學出版社出版的圖書，作者是王愛英。

基本介紹

• 書名：智慧卡技術（第四版）——IC卡、RFID標籤與物聯網 
• 作者：王愛英 
• 出版社：清華大學出版社 
• 出版時間：2015年1月1日 
• 頁數：449 頁 
• 定價：49.5 元 
• 裝幀：平裝 
• ISBN：9787302369318 

內容簡介

本書對IC卡、RFID標籤和物聯網進行了全面論述，包括技術基礎、物理結構、邏輯特性、實現方法、測試技術和套用系統等內容，並認真討論了有關的國際標準、安全保密體制以及與IC卡、RFID標籤配合工作的讀寫器。

書中介紹的磁卡、條形碼、感測器分別是實現和推廣IC卡、RFID標籤和物聯網套用的基礎，正在廣泛套用。討論的射頻技術是對非接觸式IC卡與RFID標籤進行識別和防衝突的技術基礎；網際網路和射頻通信系統是支持物聯網套用的基礎。

本書可作為高等院校和高等職業學院相關專業學生和研究生的教材，其主要服務對象還包括從事IC卡、RFID標籤、物聯網及其配套設備的開發設計、製造、維護和套用的工程技術人員。為配合大學生和高職學生的培養，對書中的內容進行了調整。

前言

1995年，清華大學計算機科學與技術系師生在從事IC卡的積體電路設計和讀寫設備的設計製造過程中，深切感到國內這項工作尚處在起步階段，無論是資料、設備還是開發工具都很缺乏；同時又感到憑國內計算機系統的設計製造水平和半導體工藝水平，完全能將IC卡及其配套設備的設計製造任務承擔起來。IC卡套用範圍遍及銀行、商業、旅遊、飯店以及各種預收費系統等，而且會開發新的套用系統。因此，在全國將需要一大批有相應技術水平的人來從事各類卡及其配套設備和套用系統的設計、開發、製造、發行、維護和服務工作。為了適應這一需要，我們在收集資料的基礎上經過消化、吸收、補充、提高，於1996年1月出版了《智慧卡技術》一書。後來用該書作為教材，為清華大學學生開了兩次課，另外還向社會開辦了兩次培訓班。

4年過去後，IC卡的套用無論在國外還是國內都得到了前所未有的迅速發展。與此相適應的新的國際標準和國內標準不斷湧現，作者通過幾年的工作和學習，對IC卡的認識不斷深入，於是萌發了修訂《智慧卡技術》的想法，在清華大學出版社的大力支持下，《智慧卡技術》(第二版)於2000年與讀者見面。

清華大學計算機科學與技術系早期參與IC卡研製工作以及為本書原著出過力的研究生有張力同、孫軍、陳華、湯斌浩和顧清等，如今他們都已奔赴各自的工作崗位。第二版的修訂工作主要由王愛英完成，但是沒有他們的努力，原書的質量得不到保證，也就不會有第二版了。

在隨後的幾年內，無論在國際還是國內，IC卡的套用領域不斷擴大，發行數量驟增，而且對套用RFID標籤的呼聲也越來越高，IC卡和RFID的新標準不斷湧現，原有標準不斷修改。在此背景下，中國電子技術標準化研究院的同行們提出了合作寫書的建議，經商討後決定以《智慧卡技術》（第三版）的形式來完成這一願望。

中國電子技術標準化研究院是制定識別卡和RFID技術國際標準的歸口單位，負責標準的研究與制定工作，與社會各界聯繫廣泛。該院提出的標準經國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會批准後，發布為正式的國家標準。

《智慧卡技術》（第三版）由王愛英負責規劃，在原書的基礎上進行了大量的補充與修改，於2009年出版。

由於IC卡使用具有流動性與全球性的特點，迫切要求實現開放性，相應的國際標準和國家標準也就顯得特別重要，因此有關的標準在本書中占有大量篇幅。同時，由於標準是可能修訂的，第三版按當時最新的標準版本進行了修改，並增強了有關非接觸式IC卡的論述以及補充了RFID標籤的介紹。

2011年，智慧卡技術（第三版）被評為普通高等教育精品教材，又由於智慧卡和射頻識別技術對國內正在興起的物聯網起了重要作用,因此萌發了再次改版的想法，於是,在第四版中補充了射頻技術和物聯網的相關內容，全面論述了智慧卡、RFID標籤和物聯網實現的技術基礎、規範、標準和套用。

編寫本書時，為了提高可讀性，增強了循序漸進的指導思想，對第三版進行了大量修改，擴展與精簡併存，融合“產、學、研、用”於一體。

本書由王愛英主編。參加編寫的人員（按姓氏筆畫為序）有葉郁、馮敬、孫軍、安暉、金倩、張力同、楊蔚明、耿力、袁理。

本書在編寫過程中，總結我們的學習和工作經驗，力圖全面反映智慧卡、RFID標籤和物聯網技術各方面的知識、理論和實踐經驗，注意系統性和易讀性，但由於作者知識的局限性，再加上技術發展迅猛，又在一定程度上存在保密等原因，書中肯定會存在不少缺點甚至錯誤，殷切希望領導、專家和廣大讀者提出寶貴意見和建議。

王愛英2014年10月

目錄

第1章智慧卡、射頻識別標籤和物聯網概論

1.1智慧卡和射頻識別標籤的基礎知識1

1.1.1智慧卡概述1

1.1.2接觸式IC卡的讀寫器2

1.1.3射頻識別標籤與讀寫器2

1.2IC卡的套用3

1.3智慧卡和RFID標籤的安全問題4

1.3.1影響安全的若干基本問題4

1.3.2安全措施5

1.3.3密鑰與認證5

1.4識別卡和RFID標籤的國際標準6

1.5智慧卡、RFID標籤和物聯網的誕生與發展8

1.6智慧卡與RFID標籤的架構10

1.6.1接觸式IC卡的架構10

1.6.2非接觸式IC卡和RFID的架構11

1.7本書的特點和內容簡介11

習題13

第2章\[b\]磁卡

2.1磁卡尺寸、磁條和磁軌位置14

2.2磁條編碼技術15

2.3低矯頑力磁條和高矯頑力磁條18

2.3.1基本概念及有關參數18

2.3.2測試方法19

2.3.3低矯頑力磁條19

2.3.4高矯頑力磁條20

2.4金融交易卡21

2.5主賬號格式23

2.6磁卡存在的問題24

習題25

第3章IC卡信息編碼

3.1ASN.1的基本編碼規則26

3.1.1編碼結構（BERTLV）26

3.1.2通用類編碼28

3.2IC卡使用的數據對象29

3.2.1數據對象的格式29

3.2.2數據對象的標記分配30

3.2.3編碼舉例33

3.3IC卡的檔案系統34

3.3.1檔案的種類34

3.3.2結構選擇方法、數據引用方法和檔案控制信息35

習題38

第4章接觸式IC卡的特性

4.1接觸式積體電路卡的物理特性40

4.2接觸式積體電路卡的觸點尺寸和位置40

4.3接觸式積體電路卡的電信號和傳輸協定41

4.3.1觸點的功能41

4.3.2接觸式IC卡的操作過程和卡的復位42

4.3.3異步傳輸的復位應答ATR45

4.3.4歷史字元49

4.3.5協定和參數選擇PPS52

4.3.6異步半雙工字元傳輸協定（T=0和T=1）53

4.4接觸式積體電路卡(同步卡)的電信號和復位應答57

4.4.1觸點的電特性57

4.4.2卡的復位57

4.4.3復位應答59

4.4.4觸點的停活60

4.5\[a\]接觸式積體電路USB卡電氣接口和操作規程ISO/IEC 78161260

習題61

第5章智慧卡的安全和鑑別

5.1對智慧卡安全的威脅63

5.2物理安全63

5.3邏輯安全64

5.3.1用戶鑑別64

5.3.2存儲區域保護66

5.3.3智慧卡的通信安全與保密67

5.4密碼技術69

5.4.1對稱密碼體制71

5.4.2非對稱密碼體制79

5.4.3單向密碼體制83

5.4.4密鑰管理84

5.5智慧卡的安全使用85

習題87

第6章智慧卡的命令系統和安全體系

6.1智慧卡和讀寫器之間的命令回響對88

6.2智慧卡的安全體系結構95

6.2.1安全狀態、安全屬性和安全機制簡介95

6.2.2安全屬性96

6.2.3安全支持數據元100

6.3安全報文101

6.3.1SM欄位和SM數據對象101

6.3.2\[a\]基本SM數據對象103

6.3.3\[a\]輔助的SM數據對象105

6.3.4\[a\]安全環境107

6.3.5\[a\]安全的命令回響對109

6.4在ISO/IEC 7816中定義的命令112

6.4.1管理卡和檔案的命令113

6.4.2數據單元處理命令119

6.4.3記錄處理命令121

6.4.4數據對象處理命令128

6.4.5安全處理命令131

6.4.6傳輸處理命令140

6.4.7\[a\]用於結構化卡查詢語言的處理命令141

6.4.8多套用環境的套用管理命令153

習題156

第7章射頻識別技術基礎（IC卡和RFID標籤）

7.1射頻識別系統結構158

7.2射頻技術160

7.2.1基帶信號與載波調製信號160

7.2.2數位訊號的編碼方式161

7.2.3調製方式162

7.2.4負載調製和反向散射調製164

7.2.5表面聲波電子標籤的識別167

7.3擴頻技術168

7.4多路存取（多標籤射頻識別）170

7.5無線區域網路173

7.5.1IEEE 802.11體系結構173

7.5.2IEEE 802.11標準頻譜174

7.5.3藍牙無線網174

7.5.4無線區域網路的特點175

習題175

第8章非接觸式IC卡國際標準

8.1ISO/IEC 144432 射頻能量和信號接口176

8.1.1能量傳送176

8.1.2信號接口（Type A和Type B）177

8.2ISO/IEC 144433 初始化和防衝突180

8.2.1輪詢180

8.2.2Type A——初始化和防衝突180

8.2.3Type B——初始化和防衝突190

8.3ISO/IEC 144434傳輸協定197

8.3.1PICC Type A的激活序列198

8.3.2\[a\]半雙工分組傳輸協定200

8.4ISO/IEC 156932空中接口和初始化203

8.4.1VCD到VICC的通信信號接口203

8.4.2VICC到VCD的通信信號接口205

8.5ISO/IEC 156933防衝突和傳輸協定208

8.5.1命令和回響的通用格式、VICC狀態及其轉換209

8.5.2防衝突211

8.5.3命令和回響214

8.6\[b\]擴展協定和擴展命令217

8.6.1擴展協定217

8.6.2擴展協定中的防衝突管理218

8.6.3擴展協定——VICC回響格式221

8.6.4擴展協定命令224

習題225

第9章RFID標籤空中接口標準

9.1概述227

9.2空中接口標準化參數227

9.3ISO/IEC 180003：13.56MHz頻率下的空中接口通信參數230

9.3.1模式1（M1）： 物理層、防衝突系統和協定230

9.3.2模式2（M2）： 物理層和媒體訪問控制參數230

9.3.3模式2（M2）: 命令與回響237

9.3.4模式2（M2）： 防衝突管理240

9.4\[b\]ISO/IEC 180006: 860～960MHz頻率下的空中接口通信參數242

9.4.1概述242

9.4.2參數表243

9.4.3FM0返回鏈路(適合於類型A和類型B)244

9.4.4類型A前向鏈路（編碼、數據元、協定和衝突仲裁）245

9.4.5類型A： 命令與回響249

9.4.6類型B前向鏈路（編碼、數據元、協定和衝突仲裁）250

9.4.7類型B： 命令與回響254

9.5\[b\]ISO/IEC 180007：433MHz頻率下的有源標籤空中接口通信參數257

9.5.1物理層257

9.5.2數據鏈路層（數據包、命令回響）257

9.5.3標籤採集和衝突仲裁260

習題260

第10章IC卡及其專用晶片

10.1\[b\]存儲器卡晶片262

10.2IC卡的邏輯加密晶片(接觸式IC卡)264

10.2.1名詞解釋264

10.2.2功能框圖265

10.2.3晶片內部存儲區域分配(舉例)266

10.2.4ATMEL公司的邏輯加密卡晶片267

10.2.5SIEMENS公司的邏輯加密卡晶片272

10.2.6熔絲電路278

10.3非接觸式IC卡Mifare279

10.3.1Mifare standard280

10.3.2Mifare PRO284

10.4移動通信中的SIM卡286

10.4.1SIM卡概述286

10.4.2SIM卡的結構和工作原理287

10.4.3SIM卡的數據結構289

10.5智慧卡的硬體環境和晶片291

10.5.1智慧卡的微處理器292

10.5.2智慧卡的存儲器297

習題300

第11章智慧卡的作業系統

11.1COS概述301

11.2一個簡單的IC卡作業系統(SCOS)示例302

11.3COS的體系結構306

11.4COS的命令系統312

11.5COS設計原則314

11.6COS的測試317

11.6.1測試原則317

11.6.2設計工具與測試儀器318

11.6.3測試舉例（SCOS的測試）318

11.7\[a\]Java智慧卡321

11.7.1Java語言及簡單程式舉例321

11.7.2Java虛擬機322

11.7.3Java智慧卡324

習題330

第12章IC卡和RFID標籤的讀寫器

12.1IC卡讀寫器的組成331

12.2IC卡適配插座332

12.3接觸式IC卡讀寫器的接口電路和讀寫控制333

12.3.1接觸式IC卡讀寫器的接口電路333

12.3.2接觸式IC卡讀寫器的控制與讀寫技術334

12.4非接觸式IC卡和RFID讀寫器的接口電路和讀寫控制338

12.4.1非接觸式IC卡讀寫器的基本結構338

12.4.2\[b\]MFRC500高集成度讀寫晶片339

12.5讀寫器在系統中的地位和發展趨勢350

12.5.1讀寫器在系統中的地位和種類350

12.5.2射頻識別讀寫器的發展趨勢351

習題352

第13章測試技術與標準

13.1概述353

13.2IC卡的一般特性測試353

13.3接觸式IC卡物理特性和電氣特性測試方法354

13.3.1接觸式IC卡物理特性測試方法354

13.3.2測試設備355

13.3.3異步卡（接觸式IC卡）電氣特性測試方法355

13.3.4讀寫器電氣特性 355

13.3.5接觸式IC卡邏輯操作的測試方法356

13.3.6讀寫器邏輯操作測試方法357

13.4非接觸式卡測試方法358

13.5智慧卡命令系統的測試358

習題363

第14章物聯網技術基礎

14.1概述365

14.1.1物聯網定義365

14.1.2物聯網體系結構365

14.2條形碼366

14.3RFID標籤370

14.4感測器和感測網371

14.4.1感測器371

14.4.2感測網372

14.4.3物聯網與網際網路的關係373

14.5移動通信技術374

14.6無線網375

習題376

第15章智慧卡套用

15.1中華人民共和國第二代居民身份證377

15.2北京市政交通一卡通378

15.3中國金融積體電路卡規範（電子錢包/電子存摺）379

15.3.1電子錢包/電子存摺卡的機電特性和傳輸協定379

15.3.2EP/ED的檔案結構、套用選擇和套用檔案382

15.3.3EP/ED的命令與運行狀態387

15.3.4EP/ED的安全機制和密鑰管理390

15.3.5EP/ED的交易流程394

15.3.6中國金融積體電路卡新規範399

15.4借記/貸記IC卡規範和終端規範399

15.4.1檔案和數據對象列表399

15.4.2借記/貸記IC卡交易流程400

習題403

第16章RFID和物聯網的套用

16.1RFID的套用404

16.1.1一位系統404

16.1.2RFID在生產流水線中的套用404

16.1.3RFID在井下人員跟蹤管理中的套用406

16.1.4RFID在圖書管理中的套用408

16.1.5RFID在供應鏈管理中的套用409

16.1.6射頻識別不停車收費系統411

16.2物聯網的套用412

16.2.1物聯網在物流業中的套用412

16.2.2物聯網在交通管理系統中的套用413

16.2.3物聯網在電網管理系統和其他系統中的套用415

16.3物聯網與雲計算416

習題418

附錄A識別卡領域國際標準制定情況419

附錄B\[a\]RSA密碼算法的實現423

附錄C智慧卡的生命周期428

C.1智慧卡設計與製造428

C.1.1晶片設計428

C.1.2\[a\]晶片製造429

C.1.3模組製造431

C.1.4卡片製造432

C.2IC卡的初始化432

C.3個人化和發行433

C.4使用階段433

C.5使用終結階段433

附錄D本課程的教學探討434

D.1課前的必備知識和附錄D的內容434

D.2智慧卡和RFID標籤中的數據434

D.3智慧卡、RFID標籤和物聯網的安全436

D.3.1一般數據的差錯校驗與糾錯437

D.3.2數據的安全保證437

D.3.3智慧卡的安全體系（學習導引）438

D.4教學安排的幾點構想439

D.4.1各章教學內容安排的參考意見439

D.4.2智慧卡的硬體(SoC、命令系統)和軟體(COS)的學習安排440

附錄E英文縮寫詞442

參考文獻