Б. Малашевич

В последнее время широкое распространение получают различные средства электронной бесконтактной идентификации объектов. Они находят широкое применение в системах санкционированного доступа, учёта, хранения, обращения, охраны, оповещения, наблюдения и т. п. Объектом идентификации может быть человек, животное, транспортное средство, оборудование, контейнер с грузом, изделие в процессе производства, товар, ценные предметы... Каждому объекту в таких системах придаётся индивидуальный идентификатор — носитель определённой информации об объекте. Эта информация может быть либо постоянной, либо изменяемой в процессе эксплуатации. Бесконтактный и дистанционный метод считывания информации позволяет размещать и идентификатор, и считыватель таким образом (например, считыватель под лентой транспортёра или в дверной коробке, а идентификатор — в пластмассе корпуса объекта или в кошельке посетителя), что они не мешают прохождению основного процесса и не требуют, как правило, для обработки дополнительных операций и времени.

Такие свойства позволяют средствам бесконтактной идентификации стремительно внедряться практически во все сферы жизнедеятельности человека, привнося в них принципиально новое качество, например:

• в системах автоматизации производства они позволяют отслеживать все тонкости прохождения технологического процесса для каждого изделия и строить децентрализованные системы управления, значительно более надёжные, чем централизованные;
• в системах грузовых и пассажирских перевозок они позволяют автоматически отслеживать передвижение каждого транспортного средства, каждого груза и каждого пассажира практически без дополнительных затрат времени;
• в системах складирования, хранения, в музеях, библиотеках, на выставках, в животноводстве они позволяют вести автоматизированный учёт хранения и обращения каждого объекта;
• в системах санкционированного доступа они позволяют устанавливать персональные условия и приоритеты каждому предъявителю для прохода в различные помещения охраняемой территории, вести непрерывный учёт о пересечении посетителями всех контролируемых точек;
• в разнообразных платёжных системах они используются для оплаты услуг (таксофон, транспорт, музеи и т. п.) и мелких покупок...

Широкое распространение систем бесконтактной идентификации предопределяет массовую потребность в идентификаторах, основой которых, как правило, является интегральная схема (ИС). Наибольшее распространение в настоящее время получили такие ИС двух видов:

• идентификаторы с однократно программируемой памятью;
• идентификаторы с многократно перепрограммируемой памятью и защитой от мошенничества.

Потребителю предлагаются первые результаты деятельности ОАО «Ангстрем» в этих направлениях — гамма средств бесконтактной идентификации со считыванием информации с пассивного идентификатора по радиоканалу (электропитание идентификатора производится по тому же радиоканалу), работающих на частотах 125 кГц и 13,56 МГц.

В общем случае, средства идентификации включают следующие компоненты:

• интегральные схемы идентификаторов — непосредственно носитель идентифицирующего признака (как правило, кода), присваиваемый каждому объекту. Поставка таких ИС осуществляется исключительно в составе идентификаторов;
• идентификаторы — интегральная схема и антенна, объединённые в специальной конструкции, соответствующей специфике идентифицируемых объектов. Идентификаторы могут быть выполнены в виде пластиковой карточки, брелока, жетона, таблетки, этикетки, метки. По заказу, при достаточном объёме партии, идентификаторы могут быть изготовлены в ином конструктивном исполнении на основе имеющихся или специально разработанных ИС;
• считыватели идентификаторов (ридеры) — устройства общения системы с идентификаторами;
• системы идентификации — совокупность технических и программных средств, обеспечивающих идентификацию объектов.

Средства идентификации с однократным программированием памяти

Интегральная схема An55001

An55001 — ИС бесконтактного пассивного ответчика-идентификатора представляет собой однократно программируемое ПЗУ, считывание информации из которого и электропитание производятся по встроенному радиоканалу. Она является основой идентификаторов КИБИ-001, БИБ-001, БИЖ-001 и БИТ-001, работающих на частоте 125 кГц.

An55001 содержит 64 бит однократно электрически программируемого ПЗУ, блок программирования, встроенный радиоканал, шифратор (в коды Манчестер) и модулятор.

Основные характеристики

• Емкость ЭППЗУ — 64 бит.
• Диапазон частот радиоканала — F = (50 кГц...10 МГц).
• Глубина а/модуляции — 0,2.
• Передаваемый код — Манчестер.
• Антенна — внешняя индуктивность или LC-колебательный контур.
• Типовое значение индуктивности антенны при F = 125 кГц — 2 мГн.
• Дальность считывания — до 12 см.
• КМОП-технология.
• Электропитание при эксплуатации не требуется.

Функционирование

An55001 имеет два режима работы:

• режим программирования;
• режим ответчика-идентификатора.

В режиме программирования производится запись индивидуального идентифицирующего кода в электрически программируемое ПЗУ. Для этого используется встроенный в ИС блок программирования и внешний программатор. В этом режиме ИС нуждается в электропитании, получаемом от программатора. Запись информации осуществляется методом пережигания плавких перемычек. Режим программирования является подготовительным перед эксплуатацией ответчика-идентификатора и осуществляется по заказу потребителя.

В режиме ответчика An55001, объединённая в единой конструкции с настроенной на выбранную частоту антенной, размещается на идентифицируемом объекте и постоянно находится в пассивном, обесточенном режиме ожидания. Источник электропитания отсутствует.

Обращение к An55001 осуществляется при помощи считывателя, содержащего электронный блок и радиоканал с частотой, соответствующей частоте идентификатора. Для считывания идентификатор и считыватель сближаются на определяемое характеристиками их радиоканалов расстояние (от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров). Антенна идентификатора улавливает немодулированное излучение считывателя и преобразует его:

• в блоке питания — в постоянное стабилизированное напряжение, обеспечивающее электропитание всех узлов An55001;
• в блоке управления — в синхронизирующие последовательности для формирования циклической временной диаграммы работы ИС. В каждом цикле осуществляется считывание информации из ЭППЗУ, её шифрация в кодах Манчестер, модуляция полученным кодом несущей частоты и передача модулированной посылки в антенну идентификатора. Такие циклы повторяются непрерывно всё время получения радиосигнала от антенны считывателя. Циклические посылки принимаются радиоканалом считывателя и интерпретируются его электронным блоком согласно принятому в данной системе алгоритму.

Расстояние, на котором обеспечивается надёжное считывание информации, зависит от:

• характеристик и точности настройки антенны ответчика-идентификатора на рабочую частоту считывателя;
• характеристик радиоканала считывателя (выходной мощности, чувствительности и стабильности настройки).

Содержание посылки

Посылка, содержащая 64 бит хранимой в ЭППЗУ информации, передаётся в считыватель последовательным кодом Манчестер и никак не интерпретируется в An55001. Смысловое значение кода определяется либо считывателем, либо иным устройством системы. Это обеспечивает как универсальность An55001, так и высокую защищённость идентифицирующей информации. Автор системы имеет возможность применить любые коды, защищённые или незащищённые от ошибок и несанкционированного доступа, любые способы шифрации, любые цифровые и символьные алфавиты, в том числе, собственные. 64 бит информации ЭППЗУ An55001 на одной несущей частоте радиоканала позволяют получить более 1,8x1019 идентифицирующих комбинаций.

Широкий спектр радиочастот и применение различных вариантов кодирования, распределения и интерпретации информации в ЭППЗУ позволяют получить практически неограниченное количество идентифицирующих комбинаций и обеспечить конфиденциальность их трактовки.

В качестве примера предлагается один вариант посылки ответчика-идентификатора (рис. 1).

Рис. 1. Вариант посылки

Посылка из 64 бит сгруппирована в 12 строк и 6 информационных групп. 1-я строка (головной массив — 9 бит, 9 единиц) — признак начала посылки (в принятой системе другое сочетание 9 единиц подряд невозможно). Следующие 10 строк содержат идентифицирующий код (40 бит), который может быть разделён по классификационному признаку, например, на групповой и индивидуальный идентификаторы. Каждая строка (кроме головного массива) и каждый столбец имеют индивидуальный бит контроля на чётность.

Этот вариант организации посылки ответчика-идентификатора обеспечивает 240 = 1099511627776 идентифицирующих комбинаций, разделенных на 2 группы: 8 бит — 256 комбинаций идентификатора группы объектов и 32 бит — 4256308996 комбинаций индивидуального идентифицирующего кода в каждой группе.

Варианты смысловой нагрузки идентифицирующих кодов устанавливаются прикладной системой, например:

• непосредственная информация об объекте (имя, номер, место назначения, количество, режим использования...);
• координаты информации об объекте или с ним связанной в памяти считывателя или иного устройства системы;
• переменные данные, при обработке которых по заданному в системе алгоритму образуется искомая информация.

Во втором и третьем случаях объём получаемой об объекте информации практически неограничен, эта информация может быть защищена от несанкционированного доступа любыми методами.

Интегральная схема An55002

An55002 — ИС бесконтактного пассивного ответчика-идентификатора по основным характеристикам и принципу действия аналогична An55001, но имеет два принципиальных отличия:

• частота радиоканала 13,56 МГц;
• формат посылки.

Основные характеристики

• Состав:
  • ЭППЗУ ёмкостью 64 бит;
  • блок управления;
  • блок питания (выпрямитель);
  • блок формирования посылки (модулятор и шифратор);
  • блок программирования.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Антенна — LC-колебательный контур (L » 2 мкГн, C » 75 пФ).
• Дальность считывания 0...nґ0,1 м.
• Технология — КМОП.
• Электропитание при эксплуатации не требуется.

Содержание посылки

Посылка представляет собой циклически повторяющуюся последовательность из 79 бит. При использовании в считывателе выходного интерфейса Wiegand-33 эти биты распределяются следующим образом:

• 15 бит — пустая зона;
• 32 бита — маркерные “1”;
• 24 бита — собственный код карты;
• 4 бита — контрольная сумма (формируется суммированием “по модулю 2” 24-х бит собственного кода карты и инвертированием результата);
• 4 бита — маркерные “0”.

Кодовая посылка (рис. 2), сформированная методом фазовой манипуляции, модулирует несущую частоту по амплитуде.

Рис. 2. Формат кода

Период передаваемого бита T = 110 ё 160 мкс и длительность позиционного импульса t » 1/16T = 7 ё 10 мкс определяются внутренним генератором и качеством согласования радиоканалов карточки и считывателя.

Идентификаторы

В общем случае идентификатор представляет собой защищённую от климатических и механических воздействий конструкцию, объединяющую кристалл ИС с антенной и снабжённую, при необходимости, средствами крепления на идентифицируемый объект.

Огромное разнообразие применений определяет такое же множество конструктивных решений ответчика-идентификатора, соответствующих требованиям конкретной системы и характеру идентифицируемого объекта. Это может быть пластиковая карточка, клипса, брелок, жетон, браслет, перстень, имплантируемая или иная капсула, ошейник, приклеиваемый или привинчиваемый диск и множество других вариантов.

В настоящее время пластиковые карточки производятся серийно, остальные конструктивные исполнения — по предварительному заказу. Это определяется тем, что в настоящее время в РФ и СНГ бесконтактная идентификация довольно широко применяется пока в системах санкционированного доступа на основе пластиковых карточек, а остальные многочисленные применения находятся в зачаточном состоянии.

Пластиковые карточки

Выпускаются два идентификатора в виде пластиковой карточки: КИБИ-001 и КИБИ-002, построенные на основе БИС An55001 и An55002, соответственно. Это электронные, бесконтактные, пассивные пропуска для автоматизированного санкционированного доступа на территории, в помещения и к оборудованию.

Лицевая сторона карточек свободна для размещения графической (например, фотографии) и текстовой информации об объекте. Это позволяет совмещать электронную идентификацию пропуска и визуальную идентификацию предъявителя.

Основные характеристики

КИБИ-001:

• Идентификатор — ИС An55001.
• Частота радиоканала — 125 кГц.
• Код — Манчестер или PSK.
• Дальность считывания — 0 ё 10 см.
• Габариты — 86x54x2 мм.
• Масса — 9,8 г.

КИБИ-002:

• Идентификатор — ИС An55002.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Дальность считывания — 0 ё 0,3 м.
• Габариты — 87x55x4 мм.
• Масса — 18 г.

Брелоки

Идентификаторы в виде брелоков БИБ-001 и БИБ-002 построены на основе БИС An55001 и An55002, соответственно. Это электронные, бесконтактные, пассивные пропуска для автоматизированного санкционированного доступа на территории, в помещения и к оборудованию, не требующего визуальной идентификации предъявителя.

Основные характеристики

БИБ-001:

• Идентификатор — ИС An55001.
• Частота радиоканала — 125 кГц.
• Код — Манчестер или PSK.
• Дальность считывания — 0 ё 8 см.
• Габариты — 54x29x8,5 мм.
• Масса — 9,5 г.

БИБ-002:

• Идентификатор — ИС An55002.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Дальность считывания — 0 ё 10 см.
• Габариты — 4x29x8,5 мм.
• Масса — 7 г.

Жетоны

Идентификаторы в виде круглых жетонов БИЖ-001 и БИЖ-002 пост-роены на основе БИС An55001 и An55002, соответственно. Это электронные бесконтакные, пассивные пропуска, предназначенные для использования в качестве обезличенного одноразового, но многократно обращаемого пропуска на территории ограниченного или оплачиваемого доступа. Примерами применения жетона могут быть метро, музеи, выставки, парки и другие объекты, право прохода на которые посетитель получает при каждом посещении в виде жетона, опускаемого в турникет.

Основные характеристики

БИЖ-001:

• Идентификатор — ИС An55001.
• Частота радиоканала — 125 кГц.
• Код — Манчестер или PSK.
• Дальность считывания — 0 ё 6 см.
• Габариты — Ж 28 мм, h = 3,8 мм.
• Масса — 2,8 г.

БИЖ-002:

• Идентификатор — ИС An55002.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Дальность считывания — 0 ё 6 см.
• Габариты — Ж 28 мм, h = 3,2 мм.
• Масса — 2,8 г.

Таблетки

Идентификаторы в виде круглых таблеток БИТ-001 и БИТ-002, построены на основе БИС An55001 и An55002, соответственно. Эти электронные бесконтактные, пассивные идентификаторы могут использоваться:

• для инвентарного и иного учёта различных предметов: приборов, оборудования, мебели, транспортных средств, контейнеров и др.;
• для клеймения домашних и диких животных и др.

Конструкция отличается малым диаметром и может применяться как в виде собственно таблетки, так и служить основой для других компоновок идентификатора, например, в виде традиционного ключа от замка, таблетки типа Touch Memory.

Основные характеристики

БИТ-001:

• Идентификатор — ИС An55001.
• Частота радиоканала — 125 кГц.
• Код — Манчестер или PSK.
• Дальность считывания — 0 ё 3 см.
• Габариты — Ж 12 мм, h = 4,5 мм.
• Масса — 0,8 г.

БИТ-002:

• Идентификатор — ИС An55002.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Дальность считывания — 0 ё 4 см.
• Габариты — Ж 12 мм, h = 4,5 мм.
• Масса — 0,72 г.

Метка

Конструктив БИМ-002 выполнен в виде пластиковой наклеиваемой или пришиваемой круглой метки и предназначен для использования в качестве идентификатора:

• для инвентарного и иного учёта различных предметов: приборов, оборудования, мебели, экспонатов, транспортных средств, контейнеров и т. п.;
• для маркировки продукции с целью контроля изделия в процессе производства и защиты от пиратского дублирующего производителя (метка размещается в скрытом месте изделия или внутри его пластмассовых деталей при их отливке).

Конструктив отличается малыми геометрическими размерами.

Основные характеристики

• Идентификатор — ИС An55002.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Дальность считывания — 0 ё 3 см.
• Габариты — Ж 12 мм, h = 1,2 мм.
• Масса — 0,3 г.

Персонализация

Конструкция идентификаторов, выполненных в виде пластиковых карточек, обеспечивает возможность их визуальной персонализации, то есть нанесения на их лицевую сторону графической и текстовой информации, например, фотографии владельца, его фамилии и т. п.

Изготовитель располагает одной из возможных технологий персонализации, отработанной при изготовлении электронных пропусков своим работникам и при выполнении ряда заказов. Технология заключается в следующем:

• компьютерная разработка художественного проекта образа карточки — бланка пропуска;
• разработка и изготовление вырубного штампа для изготовления вклеек в карточку;
• фотографирование владельца карточки цифровой фотокамерой и электронная обработка снимка;
• компьютерная вёрстка образа пропуска;
• распечатка пропуска на цветном или одноцветном принтере и её ламинирование;
• вырубка вклейки в карточку;
• монтаж вклейки в карточку.

Такая технология позволяет провести визуальную персонализацию карточки за несколько минут.

Считыватели

В общем случае, считыватель (ридер) выполняет следующие основные функции:

• излучение немодулированного радиосигнала на заданной частоте, снабжающего ИС идентификатора энергией и стимулирующего её к формированию ответной посылки;
• приём радиосигнала, передаваемого ответчиком-идентификатором;
• выделение из радиосигнала идентифицирующего кода и его передача в соответствующие устройства системы.

Считыватели для идентификаторов с электрически перепрограммируемым ЗУ выполняют также функцию записи.

Таблица. Ридеры для идентификаторов с частотой 125 кГц

Для идентификаторов, работающих на частоте 13,56 МГц, Ангстрем предлагает ридеры СБР-001, СБР-002 и СБР-003 собственной разработки.

СБР-001

Считыватель бесконтактный радиочастотный СБР-001 для идентификаторов КИБИ-002, БИБ-002, БИЖ-002, БИТ-002, БИМ-002 и им подобных, работающих на частоте 13,56 МГц, выполнен в ударопрочном пластиковом корпусе из полиамида.

Основные характеристики

• Дальность считывания — до 210 мм.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Интерфейс — Wiegand-33.
• Встроенный зуммер.
• Индикатор состояния.
• Габариты — 106,5x76x21 мм.
• Масса — 130 г.
• Питание — 8 ё 16 В, 70 мА.
• Температура — -40 ё +55°С.

Функционирование

При внесении исправного идентификатора в зону действия считывателя, СБР-001 проверяет корректность его кода (по контрольной сумме), включает индикацию, звуковой сигнал и выдаёт код на контроллер.

Следующий идентификатор может быть считан через 0,5 с после выведения предыдущего из зоны действия считывателя.

СБР-001 снабжён двухцветным светодиодом и встроенным зуммером для индикации состояний считывателя и системы. При включении он производит самоинициализацию и индицирует своё состояние. При считывании идентификатора СБР-001 индицирует правильность считывания кода. Имеется возможность внешнего управления сигнализацией.

Питание считывателя осуществляется от внешнего источника (8ё16 В, 70 мА). Как правило, таким источником является контроллер, к которому подключается считыватель.

СБР-002 и СБР-003

Считыватели бесконтактные радиочастотные СБР-002 и СБР-003 для идентификаторов КИБИ-002, БИБ-002, БИЖ-002, БИТ-002, БИМ-002 и им подобных, работающих на частоте 13,56 МГц, полностью идентичны друг другу, за исключением:

• СБР-002 выполнен в пластиковом корпусе из полиамида с дополнительным кабелем для подключения внешней клавиатуры;
• СБР-003 выполнен в вандалозащищённом корпусе со встроенной клавиатурой.

Считыватели используются в системах, требующих введения кода персонального идентификационного номера (ПИН) предъявителя. Они устанавливаются на турникеты, двери, оборудование и так далее.

Основные характеристики

• Рабочая частота — 13,56 МГц.
• Дальность считывания КИБИ-002:
  • СБР-002 — не менее 150 мм;
  • СБР-003 — не менее 80 мм.
• Интерфейс — Wiegand-33.
• Напряжение питания — 8…16 В.
• Габариты:
  • СБР-002 — 106,5x76x21 мм;
  • СБР-003 — 156x137x29,5 мм.
• Масса:
  • СБР-002 — 130 г;
  • СБР-003 — 900 г.
• Температура — -40...+55°С.

Функционирование

В считывателе происходит детектирование, обработка, анализ кода идентификатора и преобразование его в код формата Wiegand-33. При соответствии кода контрольной сумме он, преобразованный в формат Wiegand-33, поступает на выход, и включается звуковая (если не введена блокировка) и цветовая сигнализации.

Считыватели имеют встроенную оптическую (двухцветный светодиод) и звуковую сигнализации с внутренним (по результатам считывания идентификатора) и внешним (от клавиатуры) управлением.

Интегральная схема An5504 для средств идентификации с многократным перепрограммированием памяти

An5504 — ИС бесконтактного, пассивного, интеллектуального иден-тификатора широкого применения. Представляет собой многократно электрически перепрограммируемое ПЗУ с электрическим стиранием и с мощной системой защиты. Обмен информацией с карточкой и её электропитание производятся по встроенному радиоканалу.

An5504 может быть использована в платёжных (таксофон, транспорт, мелкие покупки) и идентификационных системах.

Основные характеристики

• Емкость ЭППЗУ — 576 бит.
• Время транзакции — до 100 мс.
• Связь — полудуплекс.
• Скорость передачи — 106 Кбод.
• Кодирование при приёме — модернизированное Миллора.
• Кодирование при передаче — Манчестер.
• Циклов чтения — не ограничено.
• Циклов записи — до 100000.
• Трёхшаговая аутентификация.
• Память — 8 блоков по 56 бит каждый, защищённых ключами.
• Частота радиоканала — 13,56 МГц.
• Антенна — LC-колебательный контур.
• Дальность считывания — до 10 см.
• Технология — КМОП.
• Электропитание не требуется.

Поставка ИС потребителю планируется, как правило, в составе идентификатора в виде пластиковой карточки или, по заказу, в ином конструктивном исполнении.

В общем случае, идентификатор представляет собой защищённую от климатических и механических воздействий конструкцию, объединяющую кристалл ИС An5504 с антенной.

Высокая скорость передачи данных по радиоканалу (106 Кбод) позволяет провести любую транзакцию за время не более 0,1 с. Этого достаточно для того, чтобы владелец карточки просто пронёс её (не вынимая из кошелька) через зону действия антенны считывателя, то есть на расстоянии не более 10 см.

В реальном применении возможны два варианта конфликтных ситуаций:

• в кошельке владельца находится две или более бесконтактных карточек и они одновременно попадают в зону действия считывателя;
• в эту зону вносят свои карточки несколько клиентов.

Для разрешения таких конфликтов в An5504 имеется система предупреждения столкновений.

Для защиты системы от ошибок и мошенничества в An5504 реализована совокупность средств, защищающих её в достаточно высокой степени. Она включает:

• взаимную трёхшаговую аутентификацию карточки и считывателя;
• защиту данных кодом CRC;
• шифрование данных;
• уникальность каждой карточки (каждая An5502 имеет неподдающийся изменению регистрационный номер);
• защиту информации ключами. Возможно использование ключей для различных команд.

Высокая степень защиты обеспечивает широкий спектр применений карточки — от оплаты проезда в транспорте до электронного кошелька.

Тел.: 532 8039
E-mail: mbm@angstrem.ru