M1卡
介绍
所谓的M1芯片，是指飞利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写，全称为NXP Mifare1系列，常用的有S50及S70两种型号。常见的有卡式和钥匙扣式。
- S50: 容量为1K字节EEPROM，分16 个扇区，每个扇区分为4块，以块存取单位，每块16个字节
- S70: 容量为4K字节EEPROM，前2K分32个扇区，每个扇区分为4块; 后2块分为8 个扇区，每个扇区分为4块，以块存取单位，每块16个字节
参数
- 容量为8K位EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only
Memory，带电可擦可编程只读存储器) - 分为16/40个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位
- 每个扇区有独立的一组密码及访问控制 每张卡有唯一***，为32位
- 具有防冲突机制，支持多卡操作
- 无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路 数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次
- 工作温度：-20℃~50℃(温度为90%)
- 工作频率：13.56MHZ 通信速率：106KBPS 读写距离：10mm以内（与读写器有关）
存储结构
- M1(S50)卡分为16个扇区，每个扇区4块（块0～3），共64块，按块号编址为0～63。第0扇区的块0（即绝对地址0块）用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。其他各扇区的块0、块1、块2为数据块，用于存贮数据；块3为控制块，存放密码A、存取控制、密码B。每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存贮结构如下表所示：
| 扇区 | 块 | 存储 | 类型 | 块编号 |
|---|---|---|---|---|
| 扇区0 | 块0 | IC卡厂家信息 | 数据块 | 0 |
| 块1 | 数据块 | 1 | ||
| 块2 | 数据块 | 2 | ||
| 块3 | 密码A 存取控制 密码B | 控制块 | 3 | |
| 扇区1 | 块0 | 数据块 | 4 | |
| 块1 | 数据块 | 5 | ||
| 块2 | 数据块 | 6 | ||
| 块3 | 密码A 存取控制 密码B | 控制块 | 7 | |
| ： | ： | ： | ： | ： |
| 扇区15 | 块0 | 数据块 | 60 | |
| 块1 | 数据块 | 61 | ||
| 块2 | 数据块 | 62 | ||
| 块3 | 密码A 存取控制 密码B | 控制块 | 63 |
- 第0扇区的块0（即绝对地址0块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。
- 每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可用于存贮数据。
数据块可作两种应用：
-
用作一般的数据保存，可以进行读、写操作。
-
用作数据值，可以进行初始化值、加值、减值、读值操作。
- 每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存取控制、密码B。具体结构如下：
| 字节号 | 控制值 | 说明 |
|---|---|---|
| 0 1 2 3 4 5 | FF FF FF FF FF FF | 密码A(0～5字节) |
| 6 7 8 9 | FF 07 80 69 | 存取控制(6～9字节) |
| 10 11 12 13 14 15 | FF FF FF FF FF FF | 密码B(10～15字节) |
密码A（6字节） 存取控制（4字节） 密码B（6字节）
- 每个扇区的密码和存取控制都是独立的，可以根据实际需要设定各自的密码及存取控制。存取控制为4个字节，共32位，扇区中的每个块（包括数据块和控制块）的存取条件是由密码和存取控制共同决定的，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,定义如下：
表：控制位定义"CXxy" (x=0～15扇区； y=块0，块1，块2)
| 块 | 类型 | |||
|---|---|---|---|---|
| 块0 | C1x0 | C2x0 | C3x0 | 用户数据块，(0区0块除外) |
| 块1 | C1x1 | C2x1 | C3x1 | 用户数据块 |
| 块2 | C1x2 | C2x2 | C3x2 | 用户数据块 |
| 块3 | C1x3 | C2x3 | C3x3 | 密匙存取控制块 |
例如C1x0中的C代码这是控制位，1代表第一位，0代表是块0的控制位。
三个控制位以正和反两种形式存在于存取控制字节中，决定了该块的访问权限（如进行减值操作必须验证KEY A，进行加值操作必须验证KEY B，等等）。三个控制位在存取控制字节中的位置
表：三个控制位在存取控制字节中的位置(注：" _b" 表示取反)
| 字节号 / 位号 | bit 7 | bit 6 | bit 5 | bit 4 | bit 3 | bit 2 | bit 1 | bit 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 字节6 | C2x3_b | C2x2_b | C2x1_b | C2x0_b | C1x3_b | C1x2_b | C1x1_b | C1x0_b |
| 字节7 | C1x3 | C1x2 | C1x1 | C1x0 | C3x3_b | C3x2_b | C3x1_b | C3x0_b |
| 字节8 | C3x3 | C3x2 | C3x1 | C3x0 | C2x3 | C2x2 | C2x1 | C2x0 |
| 字节9 | BX7 | BX6 | BX5 | BX4 | BX3 | BX2 | BX1 | BX0 |
| 所属块 | 块3控制位 | 块2控制位 | 块1控制位 | 块0控制位 | 块3控制位 | 块2控制位 | 块1控制位 | 块0控制位 |
以块0为例,对块0的控制：
| 字节号 / 位号 | bit 7 | bit 6 | bit 5 | bit 4 | bit 3 | bit 2 | bit 1 | bit 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 字节6 | C20_b | C10_b | ||||||
| 字节7 | C10 | C30_b | ||||||
| 字节8 | C30 | C20 | ||||||
| 字节9 |
( 注： C10_b表示C10取反 )
存取控制（4字节，其中字节9为备用字节）结构如下所示：
| 字节号 / 位号 | bit 7 | bit 6 | bit 5 | bit 4 | bit 3 | bit 2 | bit 1 | bit 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 字节6 | C23_b | C22_b | C21_b | C20_b | C13_b | C12_b | C11_b | C10_b |
| 字节7 | C13 | C12 | C11 | C10 | C33_b | C32_b | C31_b | C30_b |
| 字节8 | C33 | C32 | C31 | C30 | C23 | C22 | C21 | C20 |
| 字节9 |
( 注： _b表示取反 )
- 数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：
（KeyA|B 表示密码A或密码B，Never表示任何条件下不能实现）
例如：当块0的存取控制位C10 C20 C30=1 0 0时，验证密码A或密码B正确后可读；验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。
- 控制块（块3）的存取控制与数据块（块0、1、2）不同，它的存取控制如下：
例如：当块3的存取控制位C13 C23 C33=1 0 0时，表示：
密码A： 不可读，验证KEYB正确后可写（更改）。
存取控制：不可写，验证KEYA或KEYB正确后可读。
密码B： 不可读，验证KEYB正确后可写。
工作原理
卡片的电气部分只由一个天线和ASIC(Application Specific Integrated Circuit)组成。
天线：卡片的天线是只有几组绕线的线圈，很适于封装到IS0卡片中。
ASIC：卡片的ASIC由一个高速（106KB波特率）的RF接口，一个控制单元和一个8K位EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，带电可擦可编程只读存储器)组成。
工作原理：读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与讯写器发射的频率相同，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷，在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当所积累的电荷达到2V时，此电容可做为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。
复位应答（Answer to request）
M1射频卡的通讯协议和通讯波特率是定义好的，当有卡片进入读写器的操作范围时，读写器以特定的协议与它通讯，从而确定该卡是否为M1射频卡，即验证卡片的卡型。
防冲突机制 (Anticollision Loop)
当有多张卡进入读写器操作范围时，防冲突机制会从其中选择一张进行操作，未选中的则处于空闲模式等待下一次选卡，该过程会返回被选卡的***。
选择卡片(Select Tag)
选择被选中的卡的***，并同时返回卡的容量代码。
三次互相确认(3 Pass Authentication)
选定要处理的卡片之后，读写器就确定要访问的扇区号，并对该扇区密码进行密码校验，在三次相互认证之后就可以通过加密流进行通讯。（在选择另一扇区时，则必须进行另一扇区密码校验。）
对数据块的操作
-
读 (Read)：读一个块；
-
写 (Write）：写一个块；
-
加（Increment）：对数值块进行加值；
-
减（Decrement）：对数值块进行减值；
-
存储（Restore）：将块中的内容存到数据寄存器中；
-
传输（Transfer）：将数据寄存器中的内容写入块中；
-
中止（Halt）：将卡置于暂停工作状态；
M1卡运作机理
连接读写器→寻卡→识别卡（获取卡***）→从多卡中选一张卡→向卡中缓冲区装载密码→验证密码→进行读写→关闭连接
即（代码说明）
Open_USB→rf_request→rf_anticoll→rf_select→rf_load_key→rf_authentication→(/a_hex)→rf_read/rf_write→(hex_a)→Close_USB
如果概括来说的话，主要也就四部分：开关连接、寻卡、验证密码、读取。
基本操作规则
-
程序开始，调用rf_init函数初始化串口。
-
寻卡，调用rf_card；
相当于连续调用三个函数：
rf_request
rf_anticoll
rf_select
注：调用高级函数对卡进行操作时，无需此步骤。
-
对单个扇区操作，顺次执行A～D；
对多个扇区操作，循环执行A～E；
A、选定要操作的扇区；
B、装载密码，调用rf_load_key；
C、验证密码，调用rf_authentication；
D、进行操作，包括读写及值操作。
E、调用rf_halt。
-
关闭串口，调用rf_exit。程序正常退出或因错误退出之前，要使用函数；否则再次执行初始化串口时将出错。
M1卡功能模式
1.寻卡模式：
寻卡模式分三种情况：IDLE模式、ALL模式及指定卡模式（0，1，2 均是int类型，是方法参数，下同）。
0——表示IDLE模式，一次只对一张卡操作；
1——表示ALL模式，一次可对多张卡操作；
2——表示指定卡模式，只对***等于snr的卡操作（高级函数才有）【不常用】
也就是说，我们一次也可以同时操作多张卡。
对于多卡操作，其实际真正执行操作的还是一张卡。读写器能识别多张卡的***（但注意识别出的顺序是不定的，并且最多也就能识别4张卡，因为卡叠放的厚度太厚，会超出读写器的识别范围），并一一进行操作。
所以由此看出，多卡操作的意义并不大。但我建议大家还是设置为1好了。
2.密码验证模式：
0——KEYSET0的KEYA
4——KEYSET0的KEYB
M1卡可以在验证密码时选择密码类型（A/B）。【其实M1卡有3套密码（KEYSET0、KEYSET1、KEYSET2），共6个密码（用0～2、4～6来表示这六个密码），目的是为了适应不同读写器。而这里我们用的是KEYSET0的2个密码】
M1卡密码机制
这可以说是M1卡的精髓了，也是M1卡最为复杂的地方，希望大家耐心看完。
（请先看明白M1卡结构）如上所说，在存取控制中每个块都有相应的三个控制位,它们的定义如下：
块0： C10 C20 C30
块1： C11 C21 C31
块2： C12 C22 C32
块3： C13 C23 C33
一个扇区的三个数据块，我们可以利用密码机制对它们分别进行权限控制。数据块（块0、块1、块2）的存取控制如下：
例如：当块0的存取控制位C10 C20 C30=100时，验证密码A或密码B正确后可读；验证密码B正确后可写；不能进行加值、减值操作。
那么M1卡修改密码的方法是rf_changeb3
参数：
icdev：通讯设备标识符
_SecNr：扇区号（0～15）
_KeyA：密码A
_B0：块0控制字，低3位（D2D1D0）对应C10、C20、C30
_B1：块1控制字，低3位（D2D1D0）对应C11、C21、C31
_B2：块2控制字，低3位（D2D1D0）对应C12、C22、C32
_B3：块3控制字，低3位（D2D1D0）对应C13、C23、C33
_Bk：保留参数，取值为0
_KeyB：密码B
返 回：成功则返回 0
由上我们看出_B0、_B1、_B2、_B3分别控制块0、块1、块2、块3。
由图我们可知_B0、_B1、_B2的可取值为 0、10、100、110、1、11、101、111。
这里大家一定要注意一点：
不能装载密码到M1卡某一扇区后再更改那扇区的密码（最好连接完读写器后直接更改密码），否则更改密码会失败而冻结扇区。如果不慎这样了，解决的办法是完成一次读写操作，再更改密码。
控制块（块3）的存取控制与数据块（块0、1、2）不同，它的存取控制如下：
_B3的取值与_B0相同。
存取控制举例
例1：块3的初始化值为：
KeyA=A0、A1、A2、A3、A4、A5
控制块=FF、07、80、69
KeyB=B0、B1、B2、B3、B4、B5
| 字节 | Bit 7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0 | 权限 | 二进制 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Byte6 | C2x3_b | C2x2_b | C2x1_b | C2x0_b | C1x3_b | C1x2_b | C1x1_b | C1x0_b | FF | 1111 1111 |
| Byte7 | C1x3 | C1x2 | C1x1 | C1x0 | C3x3_b | C3x2_b | C3x1_b | C3x0_b | 07 | 0000 0111 |
| Byte8 | C3x3 | C3x2 | C3x1 | C3x0 | C2x3 | C2x2 | C2x1 | C2x0 | 80 | 1000 0000 |
| Byte9 | BX7 | BX6 | BX5 | BX4 | BX3 | BX2 | BX1 | BX0 | 69 | 0110 1001 |
得出存取控制位如下：
| 块0 | C1x0 | C2x0 | C3x0 | 000 |
| 块1 | C1x1 | C2x1 | C3x1 | 000 |
| 块2 | C1x2 | C2x2 | C3x2 | 000 |
| 块3 | C1x3 | C2x3 | C3x3 | 001 |
例2：块3的初始化值为：
KeyA=A0、A1、A2、A3、A4、A5
控制块=08、77、8F、00
KeyB=B0、B1、B2、B3、B4、B5
| 字节 | Bit 7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0 | 权限 | 二进制 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Byte6 | C2x3_b | C2x2_b | C2x1_b | C2x0_b | C1x3_b | C1x2_b | C1x1_b | C1x0_b | 08 | 0000 0001 |
| Byte7 | C1x3 | C1x2 | C1x1 | C1x0 | C3x3_b | C3x2_b | C3x1_b | C3x0_b | 77 | 0111 0111 |
| Byte8 | C3x3 | C3x2 | C3x1 | C3x0 | C2x3 | C2x2 | C2x1 | C2x0 | 8F | 1000 1111 |
| Byte9 | BX7 | BX6 | BX5 | BX4 | BX3 | BX2 | BX1 | BX0 | 00 | 0000 0000 |
得出存取控制位如下：
| 块0 | C1x0 | C2x0 | C3x0 | 110 |
| 块1 | C1x1 | C2x1 | C3x1 | 110 |
| 块2 | C1x2 | C2x2 | C3x2 | 110 |
| 块3 | C1x3 | C2x3 | C3x3 | 011 |
M1卡使用注意事项
快速识别EM卡，HID卡和MF卡
如果是一面平，一面代坡并且底面有一排数字的为EM卡，剩下两张应该是平的，其中一张应该是另一张的二倍厚，那么厚的那张是HID卡，薄的是MF卡。M1卡写数据是直接向控制块里写,但能写的前提是扇区的密码已得到确认.向控制块中写数据时,首先要理解控制块中控制位的用途.避免写入无效数据后,扇区被锁死。每个控制块共16个字节,前6个和后6个字节是密码KeyA和KeyB,中间4个字节是控制位.如果写错控制位,即使你知道KeyA/KeyB,也再也不能访问这个扇区了。
所谓三次互相认证是只在进行真正的数据交换前,卡和读写器之间会传输一些随机产生的**,在确认这一次通讯的**后,真正的数据才会使用这些**加密后进行通讯.**产生过程就是三次认证.由于每一次**不同,所以即使是进行相同数据的通讯,在卡和读卡器之间的每次通讯信号都是不同的,没法捕捉。这三次认证跟**KEYA或KEYB是有关的。的确需要事先设定读卡机和卡片的**一致才能认证。认证时通过随机数和KEYA或KEYB产生一个后续通信需要的流加密种子，当然读卡机和卡片的加密算法和该种子需保持一致。
MF1卡常见问题及处理建议：
- ① 盲目操作：造成某些区块误操作被锁死不能再使用。应当仔细参考表3表5的控制权限后，予先得出操作后的结果是否适合使用要求，并且列出操作顺序表单再操作。最好授权程序员对块3的设置作专人操作。
- ② 丢失密码：再读写时造成密码认证出错而不能访问卡。特别要求在对MF卡进行块3编程操作时，必须及时记录相关卡号的控制值，KeyA，KeyB等，而且应当有专人管理密码档案。
- ③ 错误设置：对MF1卡的块3控制块了解不透彻，错误的理解造成设置造成错误的设置。依照表2可知，目前Mf1卡的控制块仅只有8种数据块访问控制权限和8种控制块设置权限，超出这16种权限的其他代码组合，将直接引起错误设置而使卡片报废!
- ④ 极端权限：当块3的存取控制位C13 C23 C33 = 110或者111时，称为极端权限。除特殊应用外一般不被使用!启用前认真权衡对密码读写，存取控制的锁死是否必要，否则，数据加密后即使有密码也无法读取被锁死的数据区块(看不见)!
- ⑤ 设备低劣：低劣的设备将直接影响卡的读写性能。对MF卡进行块3编程操作的设备，特别要求其性能必须十分可靠，运行十分稳定!建议选用由飞利浦公司原装读写模块构建的知名读写机具!
- ⑥ 编程干扰：在对块3进行编程操作时，不可以有任何的‘IO‘中断或打扰!包括同时运行两个以上程序干扰甚至PC机不良的开关电源纹波干扰等，否则，不成功的写操作将造成某个扇区被锁死的现象，致使该扇区再次访问时出错而报废。
- ⑦ 数据出错：在临界距离点上读卡和写卡造成的。通常的读卡，特别是写卡，应该避免在临界状态(刚能读卡的距离)读卡。因为临界状态下的数据传送是很不稳定的!容易引起读写出错!
- ⑧ 人为失误：例如，密码加载操作失误，误将KeyA加载为KeyB；或者是误将其他制卡厂约定的初始密码值如a0a1a2a3a4a5，b0b1b2b3b4b5加载到本公司生产的MF1卡内；或者在初始状态下(密码A=000000000000【隐藏状态，实际为ffffffffffff】，控制位=FF 07 80 69，密码B=ffffffffffff【可见】)若不经意地将KeyA=000000000000 删除后又重新输入12个‘0‘，并加载了它!这时无意中已将KeyA原来12个隐藏的‘f‘，修改成了12个‘0‘，其后果可想而知!
- ⑨ 卡片失效：读写均无数据传送，读写器报告‘寻卡错误‘!卡片被超标扭曲，弯曲而造成内电路断裂。
- ⑩ 读写距离过近：与用户使用的读写器性能有关。标准型MF1卡的读写距离可达10cm(在飞利浦公司的标准读写机具上测试的最大距离)，国产知名品牌读写器一般可达5-10cm。尺寸较小的匙扣卡，其读写距离当然比标准卡近许多，但只要可靠的读写距离≥5～10mm以上，一般不会影响正常使用!
实际应用
M1 卡的格式化方法：
例如，M1 卡的某一扇区的块3数据为：
KEYA：FFFFFFFFFFFF
控制值：FF078069
KEYB：FFFFFFFFFFFF
现要格式化卡（假如验证密码A）为：
KEYA 输入 FFFFFFFFFFFF
KEYB 输入 123456781234
则可以格式化
KEYA 输入 123456781234
KEYB 输入 FFFFFFFFFFFF
也可以格式化
即先用输入的KEYA与卡中控制块的KEYA比较，验证失败再用输入的KEYB与卡中控制块的KEYB比较，验证失败则失败，否则成功。
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