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证件中的RFID技术应用研究
作者：周健雄
来源：RFID世界网
日期：2009-07-17 09:42:35
摘要：RFID自动识别技术是一种基于射频原理实现信息交换的自动识别技术，电子证件应用RFID技术具有机读功能和快速身份验证的特点，使其在第二代居民身份证和北京奥运会票证等的应用得到有关部门认同和接受，并受到广泛的关注。
一、概述
RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术(简称RFID技术)发展已有几十年的历史，它应用非接触式自动识别技术，利用射频方式非接触双向通信来自动识别、获取数据。随着科学技术的发展和进步，RFID技术不断成熟、完善，其应用也越来越广泛。特别在第二代居民身份证和北京奥运会票证等量大面广的应用领域。引起世人的关注。应用RFID识别技术，能及时跟踪流动物体的运动状态和运行轨迹等相关信息，通过对这些信息进行分析、统计并根据处理结果，为我们实现对人、财、物动态的管理提供了科学的手段。引入RFID技术的证件是射频识别技术应用的主流产品是防伪性能强、使用方便的电子证件。它具备了机读和自动识别身份的功能，已经在政府管理部门以及各行业获得广泛的认同和接受，在促进信息化管理和个性化服务等方面产生了重要的影响。本文着重围绕证件领域探究RFID射频识别技术及其应用。
二、RFID识别技术与电子证件
RFID技术是一种基于射频原理实现信息交换的自动识别技术，它以无线电通信技术和大规模集成电路技术为核心，利用射频信号及其空间耦合，驱动Ic芯片发射其存储的唯一编码，并准确获取其信息数据。电子证件应用了RFID技术便具有机读功能和快速验证的特点。其系统组成及工作原理如下（以下所讲的电子证件是应用RFID技术的电子证件）：
(一)RFID技术识别系统的组成
RFID技术的电子证件（以下所称的电子证件是应用RFID技术的电子证件）、读卡机和应用系统一起构成射频识别系统，实现从电子证件到计算机信息系统之间的信息传递。
电子证件是射频识别系统的数据载体，在读卡机的响应范围之外，内嵌Ic芯片和射频天线组成的电路处于无源状态，只有证件进入读卡机的响应范围之内才是有源的。在电子证件内部有一个LC谐振电路．在频率为13．56MHz电磁波的激励下，Lc谐振电路产生谐振，从而使电容器充电获得电压，电容器的电压经调节和稳压，最终输出供给Ic芯片内控制单元和存储器的各电路。
典型的读卡机包含有射频模块(发送器和接收器)、控制单元和安全模块，以及与电子证件相联接的耦合元件(天线)，此外，许多的读卡机还配有附加的接口(如RS232，USB等)，以便把所获得的数据传输给应用系统(信息管理系统等)。
(二)电子证件与读卡机的通信过程
读卡机与电子证件是利用天线的电感耦合来传递能量和信息的，天线从原理上等效为Lc谐振电路。为了使得传输的能量最大化，需要将谐振回路准确调谐在谐振频率上。读卡机和电子证件之问的通信是由读卡机把要传输的数字基带信号通过调制(ASK／FSK)变成已调信号，传输给电子证件的。电子证件的芯片电路能够检测到已调信号．并且从中解调出原始的基带信号。相反,电子证件也是利用天线以电感耦合方式把信号返回读卡机。为了解决同一发射频率问题，通常是通过电子证件内部电路对返回信号进行一定的调制，达到频谱搬移的目的，读卡机只需检测到搬移后的边带即可实现电子证件到读卡机的通信，如下图所示。
在RFID射频识别系统中，读卡机是核心部件,也起到举足轻重的作用。读卡机与电子证件之间必然通过天线,实现读卡机向电子证件发送命令,电子证件收到读卡机的命令后做出必要的响应。读卡机主要由射频模块、控制模块和安全模块组成。
射频模块主要完成射频信号的处理工作，包括产生射频能量，激活无源的电子证件并为其提供能量：将读卡机需发往芯片的命令调制到读卡机发射的载频信号上，形成已调制的发射信号，经读卡机天线发射出去，并接收返回的应答信号进行必要的处理。控制处理模块则对经过射频模块解调处理的返回数据进行数据解码、比对等处理 包括执行防碰撞算法、执行加密和解密算法、完成读卡机与电子证件的双方身份认证和控制射频模块的通信时序等等。
三、RFID技术的电子证件的数据安全
由于电子证件在读卡机范围进行数据交换过程中．证件内部信息容易被非法截取或篡改等，因此，必须采取严格的保密措施来保证电子证件内部信息的安全，防止芯片受到破坏和攻击。
(一)物理安全措施
物理攻击通常包括制造伪证、直接分析芯片存储器中的内容和非法进行芯片个人化等手段。为了电子证件的物理安全，一方面对证件制作和发行过程中所使用的一切参数必须严格保密，对制作和发行的整个工序加以分解，确保没有人能够完整地掌握电子证件的制作和发行过程。另一方面把存储器划分成若干个区对每个区设定各自的访问条件，使普通数据和重要数据能有效地分离，各自接受不同程度的逻辑保护，通过发行密码、PIN验证等手段提高物理安全的强度。
(二)数据加密措施
在数据交换中的加密主要是利用密码技术对信息进行加密处理，使之成为伪装信息不可解读，达到保密的目的。应用较多的密码技术是对称密码体系，其中较典型的加密算法是3-DES算法，通过密钥和密码函数对数据进行加工、变换。
(三)双方认证，逻辑关联
电子证件依靠读卡机完成机读过程，在数据交换之前,必须采用DES算法进行加密，解密运算，确认对方IDCODE来完成对方身份认证，只有通过了双方的互相认证才能开始数据交换，实行逻辑关联确保了电子证件的安全使用。
(四)密钥安全管理
在加密系统中。密钥管理具有十分重要的地位，是一项综合性技术，它涉及到密钥的生产、分配、传递、保管和使用，并且与密钥的行政管理以及人员的素质密切相关 现在的密钥管理系统通常采用层级结构，实现用密钥来保护密钥，这种分层模式可以大大提高安全性，例如：由主密钥、子密钥、SAM模块和会晤密钥的层级结构组成等。
四、RFID电子证件拥有的优点
从外表看电子证件与普通的塑料证卡无异,RFID技术使电子证件隐蔽了用于交换数据的外部电路接口．而免受外部空气、水份和腐蚀性液体对它的影响；同时，电子证件的数据加密突现了其智能的数字防伪能力,安全性相比于传统的证件防伪技术具有明显的优势。由于芯片的微处理和逻辑运算功能，也使电子证件拥有众多突出的优点。
(一)独立存在，无法复制
RFID技术的电子证件是真正的防伪证件，每张证件芯片皆有唯一、无法修改、又独立存在的IDCode，结合数据加密安全模块的认证功能，证件内嵌芯片的复制难度极高，基本无复制可能。
(二)操作更方便快捷
射频识别系统具有防冲突功能，允许、支持多张电子证件同时进入读卡机的读卡范围，读卡机自动选择其中一张进行交换数据，从而使得机读证件的操作更方便、更快捷。
(三)可反复读写芯片内容
电子证件有灵活的内部存储空问，可根据需要和权限设置可反复读／写芯片内容，反复擦写超过10万次，且某些存储空间可独立锁定。
(四)使用寿命长
电子证件内嵌芯片与射频天线全封闭，防尘、防水、防静电，无机械磨损，无机械故障，使用寿命长，数据保存时间大于l0年
五、RFID电子身份证件的应用
RFID技术的诸多优点决定了其应用领域具有广泛性，从生产流程管理、物品管理、交通管理、人员管理、到消费服务等等的应用，使得电子证件已成为相当成熟的产品。我们可以看到，RFID技术已经开始深入到各行各业的应用之中，RFID技术的使用价值正在得到越来越广泛地提升。
(一)第二代居民身份证的应用
由于第二代居民身份证(简称二代证)采用了RFID技术，二代证内含芯片和射频天线，因此，二代证具有机读信息特性、自动识别功能和极高的数据安全性。内嵌芯片保存了证件本人包括人像相片在内的9项信息，使用证件的单位利用二代证可以机读信息的特性，将二代证信息读人相关单位、企业的信息应用系统，既快捷、便利，又准确。二代证内嵌芯片的破解成本极高，使证件造假变成了不可能，只要通过读卡机自动识别芯片信息便知真假。目前，有关用证单位和工作人员对核查持证人的证件真伪不再困难，在读卡机自动识别的基础上并加以比对，便轻松、便捷地确认持证人的身份。在现实生活中，人们在投宿旅店、办理医疗保险、搭乘民航班机、出入境登记、办理金融业务以及参加各类考试等活动时，均统一使用二代证。
2008年，广州市一年一度的中考、高考考试中首次应用二代证进行身份核查，收到了明显的效果。广州市考试中心在学生中考、高考报名考试之际，全面实施考生身份验证制度，严格执行教育部门有关在广州参加高考学生必须具有本省户口、参加中考学生必须具有本市户口的规定，考生必须通过核查二代证才能参加考试。有关部门充分利用二代证防伪性能高和可以机读的RFID射频识别技术，在学生报考时使用读卡机读取二代证信息，与考生填写的报考资料进行比对，逐一对考生身份进行核查、验证，确认考生户籍所在地。同时，为充分发挥二代证信息在考生管理中的作用，市考试中心建立考生数据库提供信息共享服务，通过读取考生的二代证数据，将考生的姓名、地址、公民身份号码、相片等信息直接添加到考生数据库中，大大减少了手工录入和考生手工填写资料的差错。该中心通过二代证的应用和数据比对，发现报名资料有问题的考生54人，其中12人户籍在外省不符合在广州报考，42人姓名资料填写错误，强化了考生管理工作。
2006年．广州市国税局实施使用二代证办理税务登记制度，在全市各区税务登记处设置二代证读卡机，联接计算机进行录入、比对纳税人的证件信息，核对纳税人的二代证后，才为其办理税务登记手续。通过实施这一制度，有效防止纳税人利用假身份证办理税务登记事情的发生，有效维护了税收征管工作的正常秩序，对于企图利用假身份证骗购发票的少数不法分子具有震慑作用。
在金融领域，使用二代证可以更快的鉴别客户身份，可以杜绝使用伪造身份证进行交易等问题，结合实名制的规定，银行机构能为客户提供更安全、更快捷的开户、销户、大额存取款、信用卡业务、信贷业务等金融服务。将来，二代证运用的前景将是非常广阔，会不断有新的行业利用二代证开展各类应用，二代证也将发挥出更大的作用。
(二)第104届广交会证件上的应用
广交会是我国规模最大、级别最高的进出口商品展览会，吸引了全球外贸企业采购商、参展商和各国进出口贸易的来宾，每一届广交会云集了数十万人参加展会，号称“亚洲第一展”。为了强化证件验证，快速核实出入展会人员的真实身份，该届广交会证件首次加入了RFID技术，结合展会信息管理系统实现先进、可靠的信息采集和人员管理，特别是可满足大量证件信息实时在线处理工作需求,实现对各类人员、车辆等动态信息的全程监测，并根据安全保卫工作需求进行识别、跟踪、调度、统计等操作。
广交会证件加入RFID技术既强化了证件验证，又强化了人性化、科学化管理的理念。一是利用机读设备能够瞬间识别参展人员身份和通行权限，实现快捷进入场馆。二是利用芯片记忆功能，按照参会来宾、采购商和工作人员的不同类别提供相应的服务，并实现区域定位控制，如开放式门禁系统。三是准确鉴别证件并起到阻吓作用，该届广交会期间假证案件明显下降。
RFID技术发展和应用至今，已经是成熟的且种类繁多的电子产品。而电子证件能够存储生物数据、数字照片等生物特征信息。其方便易用的特点极大地推动了社会化、信息化建设的进程。随着射频识别技术的进一步发展和电子证件的成本降低，将会更广泛在加强区域控制和身份鉴别等方面应用RFID技术，进行有效、快捷的身份识别，彰显出其巨大的社会效益和应用价值。
RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术(简称RFID技术)发展已有几十年的历史，它应用非接触式自动识别技术，利用射频方式非接触双向通信来自动识别、获取数据。随着科学技术的发展和进步，RFID技术不断成熟、完善，其应用也越来越广泛。特别在第二代居民身份证和北京奥运会票证等量大面广的应用领域。引起世人的关注。应用RFID识别技术，能及时跟踪流动物体的运动状态和运行轨迹等相关信息，通过对这些信息进行分析、统计并根据处理结果，为我们实现对人、财、物动态的管理提供了科学的手段。引入RFID技术的证件是射频识别技术应用的主流产品是防伪性能强、使用方便的电子证件。它具备了机读和自动识别身份的功能，已经在政府管理部门以及各行业获得广泛的认同和接受，在促进信息化管理和个性化服务等方面产生了重要的影响。本文着重围绕证件领域探究RFID射频识别技术及其应用。
二、RFID识别技术与电子证件
RFID技术是一种基于射频原理实现信息交换的自动识别技术，它以无线电通信技术和大规模集成电路技术为核心，利用射频信号及其空间耦合，驱动Ic芯片发射其存储的唯一编码，并准确获取其信息数据。电子证件应用了RFID技术便具有机读功能和快速验证的特点。其系统组成及工作原理如下（以下所讲的电子证件是应用RFID技术的电子证件）：
(一)RFID技术识别系统的组成
RFID技术的电子证件（以下所称的电子证件是应用RFID技术的电子证件）、读卡机和应用系统一起构成射频识别系统，实现从电子证件到计算机信息系统之间的信息传递。
电子证件是射频识别系统的数据载体，在读卡机的响应范围之外，内嵌Ic芯片和射频天线组成的电路处于无源状态，只有证件进入读卡机的响应范围之内才是有源的。在电子证件内部有一个LC谐振电路．在频率为13．56MHz电磁波的激励下，Lc谐振电路产生谐振，从而使电容器充电获得电压，电容器的电压经调节和稳压，最终输出供给Ic芯片内控制单元和存储器的各电路。
典型的读卡机包含有射频模块(发送器和接收器)、控制单元和安全模块，以及与电子证件相联接的耦合元件(天线)，此外，许多的读卡机还配有附加的接口(如RS232，USB等)，以便把所获得的数据传输给应用系统(信息管理系统等)。
(二)电子证件与读卡机的通信过程
读卡机与电子证件是利用天线的电感耦合来传递能量和信息的，天线从原理上等效为Lc谐振电路。为了使得传输的能量最大化，需要将谐振回路准确调谐在谐振频率上。读卡机和电子证件之问的通信是由读卡机把要传输的数字基带信号通过调制(ASK／FSK)变成已调信号，传输给电子证件的。电子证件的芯片电路能够检测到已调信号．并且从中解调出原始的基带信号。相反,电子证件也是利用天线以电感耦合方式把信号返回读卡机。为了解决同一发射频率问题，通常是通过电子证件内部电路对返回信号进行一定的调制，达到频谱搬移的目的，读卡机只需检测到搬移后的边带即可实现电子证件到读卡机的通信，如下图所示。
将反馈信号进行频谱搬移后的边带信号
在RFID射频识别系统中，读卡机是核心部件,也起到举足轻重的作用。读卡机与电子证件之间必然通过天线,实现读卡机向电子证件发送命令,电子证件收到读卡机的命令后做出必要的响应。读卡机主要由射频模块、控制模块和安全模块组成。
射频模块主要完成射频信号的处理工作，包括产生射频能量，激活无源的电子证件并为其提供能量：将读卡机需发往芯片的命令调制到读卡机发射的载频信号上，形成已调制的发射信号，经读卡机天线发射出去，并接收返回的应答信号进行必要的处理。控制处理模块则对经过射频模块解调处理的返回数据进行数据解码、比对等处理 包括执行防碰撞算法、执行加密和解密算法、完成读卡机与电子证件的双方身份认证和控制射频模块的通信时序等等。
三、RFID技术的电子证件的数据安全
由于电子证件在读卡机范围进行数据交换过程中．证件内部信息容易被非法截取或篡改等，因此，必须采取严格的保密措施来保证电子证件内部信息的安全，防止芯片受到破坏和攻击。
(一)物理安全措施
物理攻击通常包括制造伪证、直接分析芯片存储器中的内容和非法进行芯片个人化等手段。为了电子证件的物理安全，一方面对证件制作和发行过程中所使用的一切参数必须严格保密，对制作和发行的整个工序加以分解，确保没有人能够完整地掌握电子证件的制作和发行过程。另一方面把存储器划分成若干个区对每个区设定各自的访问条件，使普通数据和重要数据能有效地分离，各自接受不同程度的逻辑保护，通过发行密码、PIN验证等手段提高物理安全的强度。
(二)数据加密措施
在数据交换中的加密主要是利用密码技术对信息进行加密处理，使之成为伪装信息不可解读，达到保密的目的。应用较多的密码技术是对称密码体系，其中较典型的加密算法是3-DES算法，通过密钥和密码函数对数据进行加工、变换。
(三)双方认证，逻辑关联
电子证件依靠读卡机完成机读过程，在数据交换之前,必须采用DES算法进行加密，解密运算，确认对方IDCODE来完成对方身份认证，只有通过了双方的互相认证才能开始数据交换，实行逻辑关联确保了电子证件的安全使用。
(四)密钥安全管理
在加密系统中。密钥管理具有十分重要的地位，是一项综合性技术，它涉及到密钥的生产、分配、传递、保管和使用，并且与密钥的行政管理以及人员的素质密切相关 现在的密钥管理系统通常采用层级结构，实现用密钥来保护密钥，这种分层模式可以大大提高安全性，例如：由主密钥、子密钥、SAM模块和会晤密钥的层级结构组成等。
四、RFID电子证件拥有的优点
从外表看电子证件与普通的塑料证卡无异,RFID技术使电子证件隐蔽了用于交换数据的外部电路接口．而免受外部空气、水份和腐蚀性液体对它的影响；同时，电子证件的数据加密突现了其智能的数字防伪能力,安全性相比于传统的证件防伪技术具有明显的优势。由于芯片的微处理和逻辑运算功能，也使电子证件拥有众多突出的优点。
(一)独立存在，无法复制
RFID技术的电子证件是真正的防伪证件，每张证件芯片皆有唯一、无法修改、又独立存在的IDCode，结合数据加密安全模块的认证功能，证件内嵌芯片的复制难度极高，基本无复制可能。
(二)操作更方便快捷
射频识别系统具有防冲突功能，允许、支持多张电子证件同时进入读卡机的读卡范围，读卡机自动选择其中一张进行交换数据，从而使得机读证件的操作更方便、更快捷。
(三)可反复读写芯片内容
电子证件有灵活的内部存储空问，可根据需要和权限设置可反复读／写芯片内容，反复擦写超过10万次，且某些存储空间可独立锁定。
(四)使用寿命长
电子证件内嵌芯片与射频天线全封闭，防尘、防水、防静电，无机械磨损，无机械故障，使用寿命长，数据保存时间大于l0年
五、RFID电子身份证件的应用
RFID技术的诸多优点决定了其应用领域具有广泛性，从生产流程管理、物品管理、交通管理、人员管理、到消费服务等等的应用，使得电子证件已成为相当成熟的产品。我们可以看到，RFID技术已经开始深入到各行各业的应用之中，RFID技术的使用价值正在得到越来越广泛地提升。
(一)第二代居民身份证的应用
由于第二代居民身份证(简称二代证)采用了RFID技术，二代证内含芯片和射频天线，因此，二代证具有机读信息特性、自动识别功能和极高的数据安全性。内嵌芯片保存了证件本人包括人像相片在内的9项信息，使用证件的单位利用二代证可以机读信息的特性，将二代证信息读人相关单位、企业的信息应用系统，既快捷、便利，又准确。二代证内嵌芯片的破解成本极高，使证件造假变成了不可能，只要通过读卡机自动识别芯片信息便知真假。目前，有关用证单位和工作人员对核查持证人的证件真伪不再困难，在读卡机自动识别的基础上并加以比对，便轻松、便捷地确认持证人的身份。在现实生活中，人们在投宿旅店、办理医疗保险、搭乘民航班机、出入境登记、办理金融业务以及参加各类考试等活动时，均统一使用二代证。
2008年，广州市一年一度的中考、高考考试中首次应用二代证进行身份核查，收到了明显的效果。广州市考试中心在学生中考、高考报名考试之际，全面实施考生身份验证制度，严格执行教育部门有关在广州参加高考学生必须具有本省户口、参加中考学生必须具有本市户口的规定，考生必须通过核查二代证才能参加考试。有关部门充分利用二代证防伪性能高和可以机读的RFID射频识别技术，在学生报考时使用读卡机读取二代证信息，与考生填写的报考资料进行比对，逐一对考生身份进行核查、验证，确认考生户籍所在地。同时，为充分发挥二代证信息在考生管理中的作用，市考试中心建立考生数据库提供信息共享服务，通过读取考生的二代证数据，将考生的姓名、地址、公民身份号码、相片等信息直接添加到考生数据库中，大大减少了手工录入和考生手工填写资料的差错。该中心通过二代证的应用和数据比对，发现报名资料有问题的考生54人，其中12人户籍在外省不符合在广州报考，42人姓名资料填写错误，强化了考生管理工作。
2006年．广州市国税局实施使用二代证办理税务登记制度，在全市各区税务登记处设置二代证读卡机，联接计算机进行录入、比对纳税人的证件信息，核对纳税人的二代证后，才为其办理税务登记手续。通过实施这一制度，有效防止纳税人利用假身份证办理税务登记事情的发生，有效维护了税收征管工作的正常秩序，对于企图利用假身份证骗购发票的少数不法分子具有震慑作用。
在金融领域，使用二代证可以更快的鉴别客户身份，可以杜绝使用伪造身份证进行交易等问题，结合实名制的规定，银行机构能为客户提供更安全、更快捷的开户、销户、大额存取款、信用卡业务、信贷业务等金融服务。将来，二代证运用的前景将是非常广阔，会不断有新的行业利用二代证开展各类应用，二代证也将发挥出更大的作用。
(二)第104届广交会证件上的应用
广交会是我国规模最大、级别最高的进出口商品展览会，吸引了全球外贸企业采购商、参展商和各国进出口贸易的来宾，每一届广交会云集了数十万人参加展会，号称“亚洲第一展”。为了强化证件验证，快速核实出入展会人员的真实身份，该届广交会证件首次加入了RFID技术，结合展会信息管理系统实现先进、可靠的信息采集和人员管理，特别是可满足大量证件信息实时在线处理工作需求,实现对各类人员、车辆等动态信息的全程监测，并根据安全保卫工作需求进行识别、跟踪、调度、统计等操作。
广交会证件加入RFID技术既强化了证件验证，又强化了人性化、科学化管理的理念。一是利用机读设备能够瞬间识别参展人员身份和通行权限，实现快捷进入场馆。二是利用芯片记忆功能，按照参会来宾、采购商和工作人员的不同类别提供相应的服务，并实现区域定位控制，如开放式门禁系统。三是准确鉴别证件并起到阻吓作用，该届广交会期间假证案件明显下降。
RFID技术发展和应用至今，已经是成熟的且种类繁多的电子产品。而电子证件能够存储生物数据、数字照片等生物特征信息。其方便易用的特点极大地推动了社会化、信息化建设的进程。随着射频识别技术的进一步发展和电子证件的成本降低，将会更广泛在加强区域控制和身份鉴别等方面应用RFID技术，进行有效、快捷的身份识别，彰显出其巨大的社会效益和应用价值。
