Mifare — стандарт № 1 в системах бесконтактной идентификации

В данной статье пойдет речь о стандарте NXP Mifare 13,56 МГц, соответствующем стандартам радиочастотной идентификации ISO 14443 A, ISO 14443 B и ISO 15693. Стандарт Mifare обеспечивает дальность считывания в пределах нескольких сантиметров. Данная технология принадлежит компании NXP Semiconductors.

Внастоящее время технологии контактной и бесконтактной идентификации получают колоссальное распространение в России и мире. Количество сфер применения данных технологий постоянно растет. Вот далеко не полный список тех отраслей, где применяется RFID:

• электронные системы контроля доступа в здание;
• системы идентификации водителя в автомобиле;
• транспортная и складская логистика;
• медицина — мониторинг состояния пациентов;
• библиотеки — станции автоматической книговыдачи, быстрая инвентаризация;
• электронные паспорта;
• транспортные и другие платежи;
• дистанционное управление;
• идентификация животных.

Для различных применений существуют различные стандарты RFID.

С начала 1990-х годов было изобретено множество протоколов радиочастотной идентификации. Чтобы их упорядочить, была создана организация — разработчик стандартов RFID: EPCglobal, а впоследствии еще одна организация — AIM global. В конце 2007 года автомобильный концерн Daimler AG присоединился к EPCglobal group. Данные организации не занимаются выпуском RFID-продуктов, они только разрабатывают стандарты.

Существует ряд компаний, которые зарекомендовали себя в качестве крупнейших производителей микросхем для RFID-меток и считывателей, среди них NXP Semiconductors, Infineon, Texas Instruments.

Безусловным лидером производства микросхем для бесконтактных микросхем и RFID является NXP Semiconductors: 80% электронных паспортов и более 80% электронных проездных билетов в общественном транспорте во всем мире основаны на микросхемах NXP.

Компания NXP выпускает микрокомпоненты для построения систем радиочастотной идентификации на базе стандарта Mifare и других стандартов, которые входят в портфель интеллектуальной собственности NXP (наряду с Hitag, UCODE, ICODE и др.).

Любая система идентификации обычно состоит из считывателя (ридера) и метки (транспондера). В зависимости от дальности считывания метка может быть активной или пассивной (соответственно с наличием или отсутствием собственного источника питания).

Активные метки используются в тех системах, где необходимо обеспечить большое расстояние считывания. Метка в этом случае — излучателем достаточно мощного сигнала, источником энергии для которого является собственный источник питания. Пассивные метки используются для недорогих систем. Пассивная метка не излучает сигнал, а только модулирует энергию электромагнитного поля, излучаемого ридером, и поэтому не нуждается в собственном источнике питания. А ридер в этом случае фиксирует модуляцию излучаемого им электромагнитного поля, осуществляемую меткой.

Платформа Mifare представлена набором считывателей и микросхемами для смарткарт, которые могут поддерживать различные стандарты криптозащиты, размеры памяти, количество циклов перезаписи и т. д.

В принципе, компания NXP позиционирует Mifare даже не как RFID (поскольку чистая радиочастотная идентификация представлена в портфолио NXP такими стандартами, как ICODE, Hitag, UCODE), а как интерфейсную платформу для бесконтактных смарткарт (рис. 1). Действительно, несмотря на сравнительно небольшое расстояние считывания (до 10 см), Mifare обладает множеством характеристик, необходимых для различных сложных применений, например, криптозащита, наличие EEPROM, а новейшие микросхемы меток семейства Mifare можно также программировать, поскольку в них используются микроконтроллеры.

Что касается меток Mifare, то для них стандарт представлен следующими подсемействами:

• Mifare Ultralight;
• Mifare Classic (Standard) Mini/1/4 кбайт;
• Mifare Plus (выпуск ожидается в 3-м квартале текущего года).
• Mifare DesFire8 2/4/8 кбайт.
• SmartMX с объемом памяти EEPROM от 5 до 144 кбайт и возможностью эмуляции карт Mifare 1/4 кбайт.

Рассмотрим характеристики данных подсемейств, возможности их применения и продукты, предлагаемые в каждом из подсемейств компанией NXP.

Mifare Ultralight

Mifare Ultralight (рис. 2) был разработан специально с учетом нужд оплаты проезда в общественном транспорте, совместно с провайдерами услуг, системными интеграторами и производителями бумаги для смарт-карт.

Поэтому он идеально подходит для бюджетных систем с большим количеством пользователей, например, для оплаты проезда в общественном транспорте, для систем продажи билетов на различные мероприятия и для многих других применений.

Преимущества:

• EEPROM 512 бит с возможностью перезаписи;
• совместим с существующей инфраструктурой Mifare;
• расстояние считывания до 10 см;
• система антиколлизии;
• используется с пассивными метками;
• возможна организация полностью бесконтактной системы;
• сокращение механических повреждений систем контроля доступа;
• сокращение затрат на установку системы и затрат на ремонт и обслуживание;
• наиболее усовершенствованная статистическая система сбора данных.

Возможность перезаписи позволяет использовать карту многократно. Mifare Ultralight позволяет создавать бесконтактные системы контроля доступа с расстоянием считывания до 10 см. При этом, благодаря системе антиколлизии, через один пункт контроля доступа может проходить одновременно несколько пользователей. В Mifare Ultralight используется пассивная метка, не требующая дополнительного питания. Такая метка может быть размещена на плоском бумажном или пластиковом носителе, что позволяет снизить стоимость смарт-карты для конечного пользователя и использовать ее многократно.

Mifare Standard (Classic)

Это подсемейство представлено микросхемами меток Mini/1К/4К EEPROM (S20, S50, S70).

Mifare Classic — это пионер и лидер в технологии бесконтактных смарт-карт с возможностью перезаписи, работающих в диапазоне частот 13,56 МГц. Впервые тонкая ISO-карта с антенной по стандарту Mifare была выпущена в 1995 году.

Стандарт Mifare был впервые использован для продажи билетов в общественном транспорте в столице Кореи, Сеуле. После этого стандарт также был использован для продажи билетов в общественном транспорте таких крупных городов, как Лондон, Пекин, Тайбэй и многих других. В России данный стандарт также используется в системах оплаты метрополитенов Санкт-Петербурга и Москвы.

С появлением контроллера дуального интерфейса Mifare начали использовать в закрытых билетных системах, где происходит безопасная авторизованная оплата. Дуальный интерфейс позволяет использовать микросхемы меток Mifare как в контактных, так и в бесконтактных системах. Этот стандарт также широко применяется для билетов с фиксированной стоимостью, например для проездных билетов на неделю или на месяц.

Продукты Mifare Classic могут использоваться для платежей в других системах, например как пропуск на платные парковки (с возможностью отследить время прибытия и выезда с платной стоянки). Такие авиакомпании, как Lufthansa и Air France, применяют технологию Mifare для карт постоянных клиентов, компания Shell основала на стандарте Mifare систему платежей за бензин Shell Easypay.

Mifare Classic и Mifare Ultralight являются универсальными стандартами, и единственный их недостаток, из-за которого они не могут быть использованы в системах контроля доступа, заключается в том, что в них реализован простейший алгоритм криптозащиты CRYPTO-1. В других подсемействах Mifare реализованы более сложные аппаратные алгоритмы криптозащиты: AES, DES и PKI.

В марте 2008 года в мировых и российских специализированных СМИ активно обсуждался взлом хакерами алгоритма CRYPTO-1 (в частности, информацию об этом можно посмотреть на сайте www.computerra.ru). Компания NXP опубликовала официальный ответ на обсуждение взлома этого крипто-алгоритма на сайте www.mifare.net.

Mifare DesFire8

Mifare DesFire8 — это первая бесконтактная система на рынке, которая поддерживает Усовершенствованный Стандарт Кодирования — Advanced Encryption Standard (AES) а также общие криптографические методы, такие как DES и 3DES.

Преимущества:

• полностью совместим со стандартом ISO 14443A 1-4;
• программируемая EEPROM 2/4/8К;
• безопасный высокоскоростной набор команд;
• гибкая файловая структура;
• система антиколлизии;
• уникальный 7-байтный серийный номер (по системе ISO уровень 2);
• аппаратно реализованный открытый криптоалгоритм DES/3DES;
• аппаратно реализованный открытый криптоалгоритм AES128.

По этому стандарту выполнены микросхемы меток с EEPROM 2/4/8К (D21, D40, D41, D81). Mifare DesFire8 может применяться в системах, где необходима высокоскоростная передача данных с повышенной безопасностью. Продукты Mifare DesFire8 обладают гибкой организацией памяти и могут взаимодействовать с существующей инфраструктурой Mifare. Mifare DesFire8 совместим со всеми 4 уровнями стандарта ISO / IEC 14443A и использует дополнительные команды стандарта ISO / IEC 7816-4.

Карта, основанная на Mifare DesFire8, может использоваться в 28 различных системах и иметь в памяти до 32 файлов на каждую систему. Размер каждого файла определяется в момент его создания, что делает Mifare DesFire8 гибким и удобным продуктом.

Mifare DesFire8 имеет высокий уровень безопасности благодаря аппаратному криптографическому инструменту 3DES, используемому для зашифровки передаваемых данных.

Mifare DesFire8 обеспечивает множество преимуществ конечным пользователям, позволяя записывать на карту бесконтактные билеты, использовать карту для платежей в торговых автоматах, а также для доступа, например, в офис.

SmartMX

Smart MX — это семейство микроконтроллерных карт с поддержкой нескольких интерфейсов (контактного, бесконтактного и USB). Уровень криптозащиты SmartMX еще выше, чем у DesFire8: это семейство отвечает стандартам криптозащиты 3DES, AES и PKI (Public Key Infrastructure). Размер памяти данного продукта может быть гораздо больше, чем у других подсемейств Mifare (от 5 до 144 кбайт).

Smart MX могут эмулировать карты Mifare 1 кбайт и Mifare 4 кбайт (рис. 2). Помимо бесконтактного, SmartMX могут работать с контактным интерфейсом стандарта ISO 7816 и USB 2.0.

Карты на базе чипов семейства SmartMX могут применяться в четырех основных областях, требующих защиты информации: электронные документы, платежные и банковские карты, транспортные карты, мобильные приложения.

При этом семейство SmartMX может взаимодействовать с существующей инфраструктурой Mifare — никаких обновлений системы не требуется.

Mifare Plus

10 марта 2008 года компания NXP объявила о том, что в четвертом квартале 2008 года будет выпущена микросхема транспондера нового стандарта Mifare Plus . Являясь модификацией стандарта Mifare Classic, Mifare Plus позволяет реализовать защиту информации для применений низкого ценового диапазона, в особенности для реализации систем оплаты проезда в городском транспорте при помощи бесконтактных смарт-карт, а также для применений в системах контроля доступа.

Mifare Plus — это последнее добавление NXP к портфолио Mifare, которое имеет несколько уровней криптозащиты, включая AES, а также обладает всеми свойствами стандарта Mifare Classic.

СMifare Plus пользователи могут быть уверены, что их персональная информация не будет отслежена другими. Mifare Plus предоставляет высокую гибкость, поддерживая несколько уровней безопасности и обеспечивая простое усовершенствование существующей системы, реализованной на Mifare Classic, и обладает при этом приемлемой стоимостью.

Семейства считывателей Micore и Micore 2

Для организации систем идентификации Mifare компания NXP предлагает два семейства считывателей — Micore и Micore 2.

Семейство считывателей Micore представлено четырьмя продуктами:

• MFRC500;
• MFRC530;
• MFRC531;
• CLRC 632.

Все микросхемы повыводно совместимы между собой. Для того чтобы заменить одну микросхему на другую в системе, разработчику не нужно менять программное обеспечение.

Семейство считывателей Micore 2 представлено двумя продуктами:

• MFRC522;
• MFRC523.

Micore 2 оптимизировано для портативных считывателей (сниженное энергопотребление, уменьшенные корпуса микросхем). MFRC522 и MFRC523 выпускаются в корпусе HVQFN32 и являются повыводно совместимыми между собой. Они обладают интерфейсами RS-232, SPI и I²C.

Отладочные средства

В качестве отладочных средств для стандарта Mifare компания NXP предлагает готовые комплекты MFEV700, MFEV800 и CLRD701 на базе считывателей Pegoda с образцами карт. Также на сайте NXP в свободном доступе есть программное обеспечение для работы с ридерами.

Таким образом, на сегодняшний день компания NXP предлагает полный набор компонентов, необходимый для разработки систем бесконтактной идентификации для различных применений.