0 导读

门禁卡平安么？二代身份证平安么？他们能否容易复制，又是使用什么样的手艺举行通讯和存储信息的？
一文解答你的疑心。

1 卡片分类

IC卡，ID卡，M1卡，RFID卡，各是什么？凭据什么来举行分类的？

1.1 ID卡：一样平时只读，只储存ID

ID卡：只存储了ID号，装备识别ID号，没有算法可言，容易复制，平安性低。应用：通俗门禁卡。

1.2 IC卡(Integrated Circuit)：带芯片的智能卡统称

1970年由法国人Roland Moreno发现，他第一次将可编程设置的IC芯片放于卡片中，使卡片具有更多功效。
IC卡”和“磁卡”都是从手艺角度起的名字，不能将其和“信用卡”、“电话卡”等从应用角度命名的卡相混淆。自IC卡泛起以后，国际上对它有多种叫法。英文名称有“Smart Card”、“IC Card”等；在亚洲特别是香港、台湾区域，多称为“伶俐卡”、“智慧卡”、“智能卡”等；在我国，一样平时简称为“IC卡”。

1.3 磁条卡：磁性介质存储的卡。

磁性介质存储，可被容易读取，被复制，无密码时，复制的卡片无认证，极易被盗刷。一样平时为接触式。

1.4 RFID 卡：所有接纳射频识别手艺的卡、无接触式

所有接纳无线射频识别即射频识别手艺（Radio Frequency Identification，RFID）的卡。
凭据供电方式又分为：

无源卡：没有电源，近距离接触识别、频段低。应用：校园卡，公交卡，二代身份证。

有源卡：自带电源，可以自动向外发射信号。应用：ETC系统。

半有源卡：平时处于休眠状态，低频信号激活后，电源供电高频准确通讯。
无源RFID自身不供电，但有用识别距离太短。有源RFID识别距离足够长，但需外接电源，体积较大。而半有源RFID就是为这一矛盾而妥协的产物。半有源RFID又叫做低频激活触发手艺。在通常情况下，半有源RFID产物处于休眠状态，仅对标签中保持数据的部门举行供电，因此耗电量较小，可维持较长时间。当标签进入射频识别阅读器识别局限后，阅读器先现以125KHz低频信号在小局限内准确激活标签使之进入事情状态，再通过2.4GHz微波与其举行信息通报。也即是说，先行使低频信号准确定位，再行使高频信号快速传输数据。

1.5 M1卡(NXP Mifare1 Card):使用M1芯片的非接触式IC卡，可读写

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。
存储了ID号，可读写数据，M1卡发一个数据到装备，装备再传一个数据给M1卡确认，再举行买卖或身份认证，只有一个算法。可以频频盘算卡片秘钥，举行暴力破解。
特点：可读写，有存储器无处理器。

1.6 射频存储卡

同上
是接纳了射频功效的存储卡。
M1卡是射频存储卡的一个子集，市面上大部门使用的射频存储卡，都接纳了M1卡芯片。
特点：可读写，有存储器无处理器。

1.7 CPU 卡：有处理器的卡

有操作系统，可存储数据，也有自己的ID号，CPU卡发一串数据给装备，装备与SAM卡举行运算，装备再发一串数据回CPU卡确认，然后举行买卖或身份认证；跟M1卡的区别在于一个算法在空中，一个算法在装备内里；无论是卡商，装备商，运营商，都不知道其中的算法，以是这个系统的平安性会高许多。
有接触式也有非接触式。
特点：可读写，有存储器和处理器。平安性极高，卡片内部有微处理器和储存空间，

1.8 芯片卡：

CPU卡的另外一种简称，即可接触式也可以非接触式。

1.9 其他观点

接触式非接触式：

非接触式卡实在就是射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个尺度的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部门（也不一定）。

接触式卡：
芯片金属露出在外，肉眼可以瞥见，通过芯片上的触点可与读写外界接触交流信息。现在的银行卡大部门都是接触式的芯片卡。

然则也有破例，以苏州的社保卡为例，芯片露出在外面，既可以举行接触式刷卡（刷医保），也可以举行非接触式刷卡（坐公交等）。是将RFID和这两种手艺融合在一起了。

NFC 和 RFID的关系和区别

NFC是RFID的一部门，ETC是RFID的一个分支，它们都是无线射频手艺。它们都有各自的使用领域，可以说是相辅相成。
NFC的事情频率为13.56MHz，ETC的事情频率为2.45GHZ，而RFID的事情频率有低频，高频（13.56MHz）及超高频。
事情距离：NFC的事情距离理论上为0-20cm，然则在产物的实现上，由于接纳了特殊功率抑制手艺，使其事情距离只有0-10cm，从而更好地保证营业的平安性。由于RFID具有差其余频率，其事情距离在几厘米到几十米不等。
事情模式：NFC同时支持读写模式和卡模式。而在RFID中，读卡器和非接触卡是自力的两个实体，不能切换。
点对点通讯：NFC支持P2P模式，RFID不支持P2P模式。
应用领域: RFID更多的应用在生产，物流，跟踪和资产管理上，ETC主要用于高速收费，而NFC则事情在门禁，公交卡，手机支付等领域。
尺度协议: NFC的底层通讯协议兼容高频RFID的底层通讯尺度，即兼容ISO14443/ISO15693尺度。NFC手艺还界说了对照完整的上层协议，如LLCP，NDEF和RTD等。

2 各种卡片结构&通讯原理协议&识别方式&平安性剖析

前面是把各种卡片的类型大致梳理了一遍，接下来先容各个卡片的结构和通讯原理。

这里主要先容非接触式IC卡的结构

2.1 卡片组成结构

非接触式IC卡主要由：IC芯片、感应线圈组成的，封装在一个尺度的PVC卡片内部。
现实上是将IC卡和射频识别手艺连系在一起，通讯距离也许是5-10cm。

2.2 供电原理

无源IC卡 好比M1卡是带有存储功效，CPU卡不仅有存储器另有微处理器。以是在接触历程中，需要举行供电。

供电的方式是接纳电磁感应，射频读写器回忆IC卡发一组牢固频率的电磁波。卡片内部就有一个LC连谐振电路，和读写器发射的频率相同。
这样在电磁波激励下，LC谐振电路发生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，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存储，当所积累的电荷到达2V时，此电容可作为电源为其它电路提供事情电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

也就是感应线圈，从中获得连续稳固的直流事情电源电压，通过查文献，现在的电压已经可以到达3.5V。

2.3 通讯原理

非接触性IC卡与读卡器之间通过无线电波来完成读写操作。
二者之间的通讯频率为13.56MHZ。
非接触性IC卡自己是无源卡，当读写器对卡举行读写操作时，读写器发出的信号由两部门叠加组成:

1. 一部门是电源信号，该信号由卡吸收后，与自己的L/C发生一个瞬间能量来供应芯片事情。
2. 另一部门则是指令和数据信号，指挥芯片完成数据的读取、修改、储存等，并返回信号给读写器,完成一次读写操作。

reader-读写器 则一样平时由单片机，专用智能模块和天线组成，并配有与PC的通讯接口，打印口，I/O口等，以便应用于差其余领域。

2.4 通讯协议

先形貌几个观点：
标签（Tag)———卡片头部存储信息又叫做标签。好比我们用Mifare Classic Tool 对卡片举行读取的时刻。提醒的就是对标签举行查找，一样平时卡上的标签指的是卡片UID。

通讯分为以下几个历程：

1. 寻卡历程：
   当 MIFARE Classic 卡靠近读卡器的磁场区域时，卡片会吸收到读卡器发来的寻卡指令，然后凭据防冲突协议发出自己的卡号 UID。

2. 选卡历程：
   收到 UID 后，读卡器会选择这张卡（选卡历程）。接着读卡器发出对某一块扇区or所有的认证请求。

3. 认证历程（双方）：
   大部门情况下，可以抽象为以下三个步骤：
   【1】卡片发生一个随机数 NT 并以明文方式发送给读卡器。（一样平时是伪随机数，且为硬件随机的方式）
   【2】读卡器获取到卡片的ID和随机数NT，凭据卡片的ID在数据库中找到卡片的key。使用key将卡片发出的随机数NT加密 获得对卡片的应答aR。接着将对卡片的应答aR和读卡器的自己的随机数nR发给卡片
   【3】卡片首先用自己的秘钥key验证nR ，若是读卡器发送的nR错误，认证流程直接竣事，所有的数据都市酿成不可读。若是读卡器发送的nR准确，卡片会用自己的秘钥对读卡器的随机数nR盘算后发送。
   整个历程如图所示：

有些卡是非加密卡，可以直接举行读取和模拟。
值得一提的是，在只有存储功效的M1卡中，加解密算法以及key都使用电路硬件实现的，写死在卡片上。
以是这就发生了一个问题，可以不断地重复，对秘钥举行爆破。由于M1卡没有纪录秘钥实验次数的功效。
以是，只要有装备我们就可以对M1卡举行一个爆破了。
然而，CPU卡 就庞大多了，内部有处理器，加密历程是通过CPU实现的。同时拥有纪录实验次数的逻辑判断，若是秘钥输入次数过多，卡片就会锁死。

3 M1卡片破解

M1卡 破解以及读写工具：

3.1 最简朴工具——带NFC功效的小米手机

【1】硬件工具：NFC功效手机
【2】软件：Mifare Classic Tools

3.2 PN532 30￥左右

PN532 *** 价钱也许30￥左右，

需要举行焊接或者用胶带粘起来

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用USB毗邻电脑举行使用

上位机安装miLazyCracker

1. 下载地址：https://github.com/nfc-tools/miLazyCracker
2. CraptEV1文件可自行下载
   https://pan.baidu.com/s/1FOWQUTH6AQ_aPcrsW9fILA
   提取码: 7vjj*
3. Linux上安装libnfc驱动，参考见这篇简书https://www.jianshu.com/p/313510d67411
4. Linux上安装miLazyCracker，就一行下令：./miLazyCrackerFreshInstall.sh

安装完毕后，建立一个暂且目录，既可以更先暴力破解了。

3.3 PM5PM6 100-110￥左右

也许长这样的：

有专门的M1卡服务程序：可以举行一键读写、爆破等。

装备之间的对比：现在某宝上已经可以买到PM6了，可以破解更多型号的卡片。

4 破解实验——身边的卡片

首先第一个想到的是公司食堂饭卡，其次是公司的门禁卡，然后就是社保卡、身份证。
本人全都试了。
由于没有购置专门的破解装备，我就先用手机举行实验：

4.1 公司卡：

瞥见上面有写SAK20，SAK20的卡是CPU卡，没有通用的破解工具，无法举行简朴破解。毕竟是平安公司哈，平安性照样可以的。

4.2 接着看一下社保卡：

社保卡读取的数据所有都是空，我市的社保卡是有NFC功效，而且可以当做公交卡刷卡使用的。
没有数据，有可能是由于是半加密的，也有可能是由于没有使用过NFC的功效，以是没有数据。

4.3 接着是二代身份证：

将卡片放置在手机NFC功效上，手机能感应到卡片，然则没有任何响应，甚至连标签Tag都没有泛起。我预测二代身份证是使用的CPU卡，到网上查找资料，是非接触式IC卡（typeB的带COS-芯片操作系统-的CPU卡），也就是我们说的RFID功效的CPU卡。
然则为什么读不出来，就不清晰了，可能接纳的芯片，MCT软件识别不出来，连卡片的UID都没有。

4.4 最后是某餐饮公司饭卡：

M1 是被动卡，需要读卡器为之供能，一旦读卡器切断电源，卡中暂且数据就会丢失，以是无论试错多少次密码都不会被锁定因此容易被暴力破解。

所有的数据都可以读出来

可以考察到只有0-3这四个扇区有数据，其余扇区没数据。
由于天天只有中午用饭的时刻用到这张饭卡，以是首先需要积累一定量的数据量。然后再举行剖析。
首先采集了两天的数据，天天刷一次卡，且知道卡的金额，对比。

Block0是卡片的信息数据。包罗卡片自己的UID、型号厂商等信息。最后一行代表的是卡片的key
许多不平安的卡片默认key为FFFFFFFFFFF。
keyA和keyB的作用各不相同。后面注释一下

将扇区2-3的数据提取出来，5天的量。可以考察到扇区2的第一行四个十六进制代表的是卡片余额。
如下：
【255】
9C630000000000000000001C3E000B00
000000DC050000000000000000010000
00000000000074290B1C0EC67400001A
------------FF078069FFFFFFFFFFFF
【270】
78690000000000000000004038000A00
000000DC050000000000000000010000
00000000000073290B2214C673000000
------------FF078069FFFFFFFFFFFF
【285】
546F0000000000000000006432000900
000000DC050000000000000000010000
00000000000072290B1E1BC6720000FA
------------FF078069FFFFFFFFFFFF
【300】
3075000000000000000000882C000800
000000DC050000000000000000010000
00000000000071290B1C03C67100001A
------------FF078069FFFFFFFFFFFF
【315】
0C7B000000000000000000AC26000700
000000DC050000000000000000010000
00000000000070290B1D00C6700000F9
------------FF078069FFFFFFFFFFFF

好比 255元，的9C63 现实上举行一个颠倒就是 63 9C，转换成十进制就是255.00。时准确到分的16进制示意。这个块的后面4个十进制数代表的一直意义不明。
直到在网上查了M1卡开发指南，预测是某种校验。厥后将所有的数据中金额和后面16进制数加起来，发现效果都相同，验证了我的料想。

69 78 +28 40=A1B8
63 9C+ 3E 1C=A1B8
....
以是，校验的方式就是将两个数字相加。

第二行的数据DC05 原本以为是牢固稳定的数据，厥后发现是天天的消费金额， 05DC 十进制是1500 是天天消费的金额15元，后面1示意的是天天消费的次数为1次。

第三行数据，划分对照各个数据 29 7X的数据是一个递增数据，预测应该是某钟时间数据。凭据后面的纪录，发现并不是依次递增，好比经由某个周末的时刻，这个数据会跳两个。应该是日期的数据。
然后就是0B1C0E的数据，这几个数据是不规则转变的，然则经由考察发现 1C 0E等等转化成十进制永远不跨越60。预测应该是上一次刷卡的时间数据。有一次中午用饭的时刻，考察了刷卡机上面的时间，验证获得确实是时间数据。
好比0B2214 就是11：34：20秒，这样的一个时间数据。
最后一个C674的数据也是个递增数据，应该是刷卡次数的递增数据。纪录累计的一个刷卡次数。

然后另有最后两个十六进制数，预测应该是一个校验数据。
通过对比这些数据，我们可以对上述的卡片数据举行一个革新然后重新写入。
然则，对数据举行革新之后发现无法对饭卡举行写入，错误是写访问秘钥A未知。
然则我们之前已经爆破出来了读取的秘钥，写的秘钥有可能是这个软件的缘故原由，也有可能是装备的缘故原由（按原理是FFFFFFFFFF的默认秘钥），因此无法举行写入。可能需要后续购置装备举行研究。

5 总结和展望

5.1 智能卡 生长现状

2013年的数据：
我国也已成为世界上更大的 IC 卡市场之一，2011年，我国 IC 卡实现销售收入到达 90 亿元，销售数目到达 24.3 亿张（包罗接触式 IC 卡、非接触式 IC 卡和双界面卡）。二代身份证是我国非接触式 IC 卡更大的应用之一，据统计，停止 2011 年底，我国已累计刊行二代身份证 10 亿张左右。

智能卡片生长要求：

1. 高平安性
   应用最普遍的是对称密钥加密算法 DES 算法以及双长度密钥的 3DES 算法。此外，另有一些 IC 卡已经集成了非对称性密钥算法，如 1024 位 RSA 算法。
2. 低功耗
   绝大多数非接触式 IC 卡的内部不带有电池，其事情电源主要来源于天线上感应到的磁场能量。因而低功耗设计对于非接触式 IC 卡来说显得极为主要，且现在非接触式 IC 卡的功效越来越庞大，容量也越来越大，有些 CPU卡中还包罗微处理器及高性能的平安算法，这无疑对非接触式 IC 卡的低功耗设计提出了更高的要求。
3. 一卡多用
   一张 IC 卡能够具有康健卡、信用卡、交通卡等多种功效, 云云将要求 IC 卡具有更大的存储容
   量、更快的存取速率。
4. 大容量
   实现非接触式 IC 卡一卡多用的功效，需要在卡中集成具有一
   定容量的存储器以保证能够存放卡在差别应用下的数据。现在的 IC 卡大多接纳
   存储器分区的方式来实现差别应用数据的存放。而 CPU 卡的泛起，则使得 IC 卡
   需要开拓一定的存储区域用于存放卡内操作系统。因此，大容量是当今 IC 卡发
   展的主要偏向。
5. 复合式
   生长复合式 IC 卡 复合式卡即双界面卡，其既可以通过接触式方式与读卡器举行交互，也可以通过非接触式方式与读卡器举行交互，这使得 IC 卡可以应用于多种场所，极大的方便了人们的生涯。现在许多国际大公司包罗海内的一些公司都已乐成开发了双界面IC卡并投入使用。

国家三种尺度的非接触IC卡距离

5.2 威胁建模以及攻击方式研究现状

攻击者可行使标签和读卡器通讯信道的物理特征实行的攻击，攻击主要方式有以
下几种。
【1】滋扰攻击：滋扰攻击主要接纳一些手艺手段扰乱、损坏标签和读写器之间的传输信号，以到达损坏系统的可用性的目的。但有些时刻，攻击不都是外部有目的的滋扰，也可能是多读写器同时事情，或信道自己质量欠好导致的内部滋扰。

【2】克隆攻击：也可以称之为复制攻击。主要通过复制他人的电子标签或智能卡等的信息，并行使它举行冒名顶替以获得某些经济或其它方面的利益。从现在的情形来看，攻击者复制智能卡的成本不是太高，对手艺条件的要求也对照低，这样就使得克隆攻击经常发生。
【案例】2004年，约翰霍普金斯大学和实验室的一些研究人员找到了DST的平安弱点，并树模了对的复制攻击这里，是由德国仪器（公司制造的一种低频装备，该装备通过内置加密功效来实现数字签名验证功效。那时，主要被用于防止汽车偷窃，已经被配备在数以万计的汽车上。研究者们的攻击显示，只通过一些少量的、简朴的挑战响应对，可以破解含有的汽车钢匙，实现对的完全复制。

【3】芯片攻击：芯片是标签的核心部件，负担存储和盘算功效。针对标签芯片常见的攻击手段主要有两种：电流剖析攻击和故障攻击。凭据实行特点，电流剖析攻击可以分为简朴电源攻击和差分电源攻击。故障攻击的原理是通过攻击导致一个或多个触发器泛起故障，从而对标签寄存器中的数据举行损坏。该攻击的主要目的是通过一些泄露信息，来获得芯片内密码算法信息，甚至密钥信息。
【案例】：2008年，荷兰 *** 宣称的芯片可以被破解。是芯片类的一大家族，被普遍应用于都会的非接触公交卡和门禁卡，据估计，那时全球至少有亿张含芯片的卡片处于使用当中。芯片的易受攻击性可被黑客行使来克隆接纳该芯片的非接触卡。荷兰大学和德国大学两个自力研究小组划分证实了芯片的易受攻击性。荷兰大学现实举行了芯片的破解历程，并将项的开展历程宣布的 *** 上，还附上一段视频，以影片的形式讲述了一个黑客整体在未知的情况下对卡举行了克隆。德国大学则揭晓了篇破解芯片加密算法的论文。
（由于 Mifare 1 卡的认证与数据的传输均接纳相同的平安算法和密钥，平安算法的破解使得攻击者在较短时间内即可获得 Mifare 1 卡的密钥，进而获取 Mifare 1 卡中的数据信息并可对卡中的数据做恢复或对卡举行复制。为防止此类事宜的泛起，现在已有一些国家宣布克制继续使用 Mifare 1 卡，而在其它一些区域，也对 Mifare 1 卡的平安性提出了重新评估的要求。与此同时，我国也下发了相关文件，要求各级单元对 IC 卡平安事情梳理排查，接纳保障措施，防止不法分子行使 Mifare 1 卡破绽举行恶意攻击和损坏。）
【案例】：2011年，德国鲁尔大学的研究人员接纳侧信道攻击，花费了七个小时，破解了使用Mifare DESFire MF3ICD40 的平安算法，获得了智能卡使用的112位加密密明，破解所需装备需要3000美元。该破解加密力法的泛起将使得对RFID芯片的完善复制成为可能。

【4】可用性攻击：

破坏攻击是攻击者在获得、接触到标签实体的情况下，对标签实体实行物理损坏。例如对天线部门举行损坏，这样将导致标签无法获得足够的通讯能量，还可以导致电子标签读写距离降到最小同时，种更高级的远程攻击方式被提出，在不需要接触标签的情况下，使招相关工具发生强电磁脉
冲来损坏标签吸收电路，使得标签不能使用。该攻击的的是使标签被损，不能与读写器通讯。

【5】其他攻击方式
重放，异化，标签失效，Dos攻击，窃听攻击，中间人，等等
【案例】
2009年2月13日，恩智普全球交通事业部总司理CiaranFisher和HenriArdevol恩智普中国智能识别事业部高级司理田陌晨、职员姜晨以及芯片 *** 商深圳市杰灵昌科技有限公司总司理曹磊一行共5人，专门就M1芯片破绽及其解决方案到达实公司举行了长达三个小时的交流。并针对网上撒播的荷兰 *** 公布了一项忠告举行了澄清及注释，提出此破解S50卡前题还需要以下几个条件：
1、需要购置外洋提供破解方案组织的专用装备（此装备已凭据相关 *** 组织克制出售）
2、或需要拿到正在使用中的原系统的读卡装备
3、需要接触到正在使用中的用户卡片，再针对此算法的破绽举行暴力破解。
具备这些条件后，复制一张卡需要10~30分钟，这种破解方式，理论上任何密码都能破解，只要有足够的时间,从原理上说就是强行对密钥算法的破解。本次密钥的破解也只是针对使用尺度钥匙算法中泛起的一种风险事宜，但并不代表所有使用Mifare卡系统产物的加密机制所有直接接纳原有钥匙。

5.3 M1卡的平安建议

1. 海内许多厂商对于卡密都没有举行修改大部门都是弱密码，如 FFFFFFFFFFFF、000000000000 等而 M1 是被动卡，需要读卡器为之供能，一旦读卡器切断电源，卡中暂且数据就会丢失，以是无论试错多少次密码都不会被锁定因此容易被暴力破解。可以接纳庞大密码以提高平安。
2. IC 卡分 16 个扇区，许多厂商只对和款项有关的扇区举行加密，这样就很容易通过对比来解密加密的扇区。可易 16 个扇区全加密多加混淆以提高剖析难度。
3. 由于有些厂商对 IC 卡的加密异常信托，数据完全存放于 IC 卡中，不与数据库做交互，因此有人行使这一破绽来修改IC卡中的信息从而到达非法的目的。这种问题的解决办法是将卡中信息存入数据库中，每次刷卡时将IC卡中的信息与数据库中的信息做对照，若是一样可以使用，若是不一样则克制此卡使用。
4. 逐渐 M1 卡替换成平安系数更高的 CPU 卡。