Обмен данными между картой и считывателем

Что такое бесконтактная смарт-карта.

© Л.В.Быстров, Заместитель генерального директора компании "Розан Файнэнс"

Обзор возможностей

Бесконтактные смарт-карты MIFARE® 1 S50 IC или MIFARE® Standard (в дальнейшем карты MIFARE® или БСК) широко используются в мире для самых разных целей, преимущественно там, где требуется надежное и очень быстрое обслуживание держателей карт, имеющее массовый характер. В основном это - транспортные, идентификационные, расчетные и дисконтные приложения. Под приложением БСК мы будем понимать программно-техническую систему, в которой одним из основных информационных элементов является карта MIFARE®. Фактически стандарт MIFARE® 1 S50 IC является самым распространенным стандартом для бесконтактных смарт-карт, имеет более 40 млн. пользователей и занимает около 90% рынка бесконтактных смарт-карт.

Как и любая другая смарт-карта, БСК - активный элемент карточной системы, обладающий развитой логикой и умеющий самостоятельно обрабатывать хранящиеся в памяти карты данные. В этом ее основное отличие от других видов пластиковых карт - с магнитной полосой, со штриховым кодом. Возможность офф-лайновой работы ¹, хорошая защищенность и сравнительно низкая стоимость позволяет эффективно и дешево применять БСК в качестве расчетной карты или карты лояльности клиентов.

В карте MIFARE® предусмотрен специальный механизм электронного кошелька для реализации быстрого и безопасного проведения операций с ним (дебетование и кредитование кошелька). Для этого отдельные блоки памяти карты особым образом размечаются, а условия доступа к ним разграничиваются с точки зрения проведения отдельных операций: дебетование происходит при использовании одного секретного ключа, кредитование - при использовании другого секретного ключа.

БСК является многофункциональной смарт-картой. Она допускает размещение в своей памяти нескольких независимо использующихся приложений. Каждая область памяти, занятая отдельным приложением, может быть защищена двумя своими секретными ключами. Таким образом, одно приложение не может изменить данные другого приложения. Это открывает широкие возможности для использования одной и той же карты в совершенно разных областях.

Например, карта MIFARE®, выпущенная в городском проекте, может использоваться сразу для нескольких целей:

• для проезда на общественном транспорте;
• для получения скидок, в том числе в рамках программ лояльности клиентов, и проведения мелких платежей в торговых и сервисных организациях - от магазинов и кафе до АЗС и парковок;
• для оплаты телефонной связи в таксофонах;
• для контроля доступа, как в информационные системы (Интернет, корпоративные сети и др.), так и в помещения (например, в свой подъезд);
• для бронирования билетов и доступа на массовые зрелищные мероприятия, спортивные соревнования и т.д.;
• для идентификации держателя карты в иных различных целях.

Важным свойством БСК, выделяющим ее среди других смарт-карт, является отсутствие механического контакта с устройством, обрабатывающим данные с карты. Фактически, надежность технических элементов систем, использующих БСК, определяется надежностью микросхем. Последнее обстоятельство приводит к существенному снижению эксплуатационных расходов на систему по сравнению с аналогичными системами, использующими смарт-карты с внешними контактами.

Обмен данными между картой и считывателем

Порядок проведения операций с БСК и устройством чтения/записи памяти карты (в дальнейшем - считывателем) определяется программным приложением. При поднесении пользователем карты к считывателю происходит транзакция, т.е. обмен данными между картой и считывателем, и возможное изменение информации в памяти карты. Максимальное расстояние для осуществления транзакций между считывателем и картой составляет 10 см. При этом карту можно и не вынимать их бумажника. С одной стороны это позволяет пользователю удобно и быстро произвести транзакцию, но с другой стороны при попадании карты в поле антенны, карта вовлекается в процесс обмена информацией, независимо от того желал этого пользователь или нет.

Здесь возникает одна интересная особенность карты MIFARE®, которая принципиально отличает ее от "контактных" смарт-карт, да и от карточек с магнитной полосой или штриховым кодом. Устройства, которые работают с тремя последними типами карт, при проведении данной транзакции всегда имеют дело только с одной картой. Пока эта карта вставлена в приемную щель считывателя или сканируется, работа с другими картами на этом устройстве невозможна.

Иное дело - бесконтактная смарт-карта. Очень часто в поле действия антенны считывателя попадает не одна, а сразу несколько карт. Для избежания путаницы и ошибок, которые могут из-за этого возникнуть, в картах MIFARE® применятся т.н. антиколлизионная функция (в дальнейшем - антиколлизия).

Механизм антиколлизии построен на "умении" считывателя определять количество карт в поле антенны и работать только с одной, выбранной в данный момент времени, картой. В основном, если более одной карты попадает в поле действия антенны (что очень возможно), то быстрое срабатывание алгоритма антиколлизии предотвращает путаницу между картами при передаче данных и, следовательно, возникновение ошибок при обработке транзакции. Карта может быть выбрана индивидуально. Продолжение транзакции и выбор карты не искажается другими БСК, находящимися в поле антенны считывателя, или при внесении (удалении) в поле новых карт MIFARE®.

Если у пользователя карточки в бумажнике находится не одна, а предположим, две карты MIFARE®, то, благодаря антиколлизии, приложение выбирает для проведения транзакции только одну карту, или просто отказывается от проведения транзакций ².

Технология MIFARE® позволяет производить обмен данными по радиоканалу между считывателем и БСК с очень высокой скоростью - до 106 Кбод.

Типичная начальная последовательность команд для работы приложения с картой включает в себя:

• "захват" карты (выбирается первая, находящаяся в поле антенны считывателя, карта),
• если необходимо - включение антиколлизионного алгоритма (команда антиколлизии сообщает приложению уникальный серийный номер "захваченной" карты, точнее - уникальный номер встроенной в карту микросхемы),
• выбор карты с данным серийным номером для последующей работы с памятью карты или ее серийным номером.

Указанная последовательность команд выполняется за 3 мс, т.е. практически мгновенно.

Далее следует аутентификация выбранной области памяти карты. Она основана на использовании секретных ключей и будет описана ниже. Если карта и считыватель "узнали" друг друга, то данная область памяти "открывается" для обмена данными и в зависимости от условий доступа могут быть выполнены команды чтения и записи, а также специализированные команды электронного кошелька (если, конечно, область соответствующим образом была размечена при персонализации карты). Команда чтения 16 байтов памяти карты выполняется за 2,5 мс, команды чтения и изменения баланса кошелька за 9-10 мс. Таким образом, типичная транзакция, начинающаяся с "захвата" карты и приводящая к изменению 16 байтов памяти совершается максимум за 16 мс.

После работы с картой приложение может дать команду "отпустить" данную карту, что эквивалентно ее удалению из поля действия антенны считывателя, и перейти к работе с другой, находящейся в поле антенны картой MIFARE®.

Такое быстродействие (и, разумеется, отсутствие механического контакта карты с устройством) предопределило преимущественное применение карты MIFARE® в транспортных приложениях. Москвичи с удовольствием используют БСК в качестве проездного билета в Московском метрополитене, для проезда на поездах пригородного сообщения. Использование БСК позволяет сократить время проведения типичной транзакции в большинстве транспортных приложений до 0,1 секунды. Таким образом, держатель БСК при проходе, например, через турникет метрополитена, может не останавливаться для фиксации карты в поле считывающего устройства. Это существенно увеличивает пропускную способность системы и экономит время пользователя карты.

Важной особенностью карты MIFARE® (с точки зрения, как потребителя, так и разработчика приложения) является возможность пользователя проводить транзакцию самостоятельно, без участия оператора, не обладая при этом специальными навыками.

В отличие от контактных смарт-карт, карточек с магнитной полосой или штриховым кодом, пользователю БСК не надо знать, как вставлять карточку в приемное устройство. Достаточно просто поднести ее к антенне считывателя, положение которой обычно обозначено легко узнаваемой пиктограммой.

Однако не надо думать, что карта MIFARE® используется только на транспорте. Изначально разработанные для такого рода приложений (там, где надо было достичь наибольшей пропускной способности карточной системы), БСК стали активно использоваться и в других местах. Одна из статей, приведенная в данном выпуске, посвящена именно нетранспортным приложениям смарт-карты MIFARE®.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: