前言

RFID是Radio-Fequency Identification射頻識別的縮寫。RFID使用電磁場在短距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，它可用于人員識別、刷卡交易，商品的電子標(biāo)簽等。工作原理為，ID磁卡進(jìn)入到磁場后，接受讀寫器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，讀寫器讀取到信息并解碼后，送至處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

MFRC522是高度集成的非接觸式( 13.56MHz)讀寫卡芯片。此發(fā)送模塊利用調(diào)制和解調(diào)的原理，并將它們完全集成到各種非接觸式通信方法和協(xié)議中(13.56MHz)。

MFRC522的內(nèi)部發(fā)送器部分可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO 14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無需其它的電路。接收器部分提供一個(gè)功能強(qiáng)大和高效的解調(diào)和譯碼電路，用來處理兼容ISO 14443A/MIFARE的卡和應(yīng)答機(jī)的信號。通信距離可達(dá)50mm，取決于天線的長度和調(diào)諧。數(shù)字電路部分處理完整的ISO 14443A幀和錯(cuò)誤檢測(奇偶&CRC)。

• 支持MIFARE標(biāo)準(zhǔn)器件，如S50、S70，UID卡，
• 支持MIFARE Classic加密。
• 支持MIFARE更高速的非接觸式通信，雙向數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)424kbit/s。
• 內(nèi)部64字節(jié)的發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)。
• 10Mbit/s的SPI接口
• I2C接口，快速模式的速率為400kbit/s，高速模式的速率為3400kbit/s
• 串行UART，傳輸速率高達(dá)1228.8kbit/s， 幀取決于RS232接口，電壓電平取決于提供的管腳電壓

本文將介紹ESP32開發(fā)板驅(qū)動(dòng)MFRC522 RFID模塊，讀取RFID卡原始數(shù)據(jù)、獲取RFID卡的UID，并將個(gè)人數(shù)據(jù)添加到RFID卡中。

ESP32開發(fā)板與MFRC522模塊接線

下圖為SPI通信接線圖

讀取S50 IC白卡與S50 IC鑰匙卡扣原始數(shù)據(jù)

Arduino IDE中安裝RFID_MFRCC522驅(qū)動(dòng)庫

#include < MFRC522v2.h >
#include < MFRC522DriverSPI.h >
//#include < MFRC522DriverI2C.h >
#include < MFRC522DriverPinSimple.h >
#include < MFRC522Debug.h >

// Learn more about using SPI/I2C or check the pin assigment for your board: https://github.com/OSSLibraries/Arduino_MFRC522v2#pin-layout
MFRC522DriverPinSimple ss_pin(5);

MFRC522DriverSPI driver{ss_pin}; // Create SPI driver
//MFRC522DriverI2C driver{};     // Create I2C driver
MFRC522 mfrc522{driver};         // Create MFRC522 instance

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // Initialize serial communication
  while (!Serial);       // Do nothing if no serial port is opened (added for Arduinos based on ATMEGA32U4).
  
  mfrc522.PCD_Init();    // Init MFRC522 board.
  MFRC522Debug::PCD_DumpVersionToSerial(mfrc522, Serial);	// Show details of PCD - MFRC522 Card Reader details.
  Serial.println(F("Scan PICC to see UID, SAK, type, and data blocks..."));
}

void loop() {
  // Reset the loop if no new card present on the sensor/reader. This saves the entire process when idle.
  if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) {
    return;
  }

  // Select one of the cards.
  if (!mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
    return;
  }

  // Dump debug info about the card; PICC_HaltA() is automatically called.
  MFRC522Debug::PICC_DumpToSerial(mfrc522, Serial, &(mfrc522.uid));

  delay(2000);
}

程序中PICC表示IC卡(proximity integrated circuit cards)
PCD表示讀寫模塊MFRC522(proximity coupling device)
編譯上傳程序到ESP32開發(fā)板 ，打開串口打印，把IC卡靠近MFRC522讀寫模塊，可在串口上打印出IC內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)


從串口打印出的信息可知道
IC卡的存儲分布結(jié)構(gòu)劃分為16個(gè)(0-15)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包含4個(gè)(0-3)存儲塊，每個(gè)存儲塊包含16個(gè)字節(jié)的存儲(0-15)

扇區(qū)0上的存儲塊0存儲著IC卡的出廠信息，第0-4字節(jié)為UUID（如43 17 EE 05），一個(gè)校驗(yàn)字節(jié)，剩余的為出廠寫入的數(shù)據(jù)。存儲塊0為只讀模式，一般不可更改（部分克隆卡可修改）。

每個(gè)扇區(qū)的前3個(gè)存儲塊可用于存儲數(shù)據(jù)，每個(gè)扇區(qū)的最后一個(gè)存儲塊為扇區(qū)尾塊Sector Trailer。
每個(gè)扇區(qū)尾塊固定為 16字節(jié)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

0~5 Key A（6字節(jié)），扇區(qū)的第一個(gè)訪問密鑰（默認(rèn)通常為 FF FF FF FF FF FF 或廠商預(yù)設(shè)值）。

6~8 Access Bits（4字節(jié)），存儲該扇區(qū)的訪問權(quán)限控制位（實(shí)際只用了3字節(jié)，第9字節(jié)為備用）。

10~15 Key B（6字節(jié)），扇區(qū)的第二個(gè)訪問密鑰（可選，部分應(yīng)用可能不用或與Key A相同）。

每個(gè)扇區(qū)的最后一個(gè)塊是安全核心，決定了該扇區(qū)的訪問規(guī)則。操作時(shí)務(wù)必謹(jǐn)慎，建議先讀取并備份原始數(shù)據(jù)（需密鑰驗(yàn)證），再嘗試修改。

IC卡的類型為MIFARE 1KB 用戶可用的凈存儲容量為：
16扇區(qū) X 3存儲塊 X 16字節(jié) - 16字節(jié)=752字節(jié)

UID為 43 17 EE 05 不同的卡的UID會(huì)不一樣

讀寫用戶數(shù)據(jù)到指定的存儲塊

#include < MFRC522v2.h >
#include < MFRC522DriverSPI.h >
//#include < MFRC522DriverI2C.h >
#include < MFRC522DriverPinSimple.h >
#include < MFRC522Debug.h >

// Learn more about using SPI/I2C or check the pin assigment for your board: https://github.com/OSSLibraries/Arduino_MFRC522v2#pin-layout
MFRC522DriverPinSimple ss_pin(5);

MFRC522DriverSPI driver{ss_pin}; // Create SPI driver
//MFRC522DriverI2C driver{};     // Create I2C driver
MFRC522 mfrc522{driver};         // Create MFRC522 instance

MFRC522::MIFARE_Key key;

byte blockAddress = 2;
byte newBlockData[17] = {"www.yourcee.com"};
//byte newBlockData[16] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};   // CLEAR DATA
byte bufferblocksize = 18;
byte blockDataRead[18];

void setup() {
  Serial.begin(115200);  // Initialize serial communication
  while (!Serial);       // Do nothing if no serial port is opened (added for Arduinos based on ATMEGA32U4).
  
  mfrc522.PCD_Init();    // Init MFRC522 board.
  Serial.println(F("Warning: this example overwrites a block in your card, use with care!"));
 
  // Prepare key - all keys are set to FFFFFFFFFFFF at chip delivery from the factory.
  for (byte i = 0; i < 6; i++) {
    key.keyByte[i] = 0xFF;
  }
}

void loop() {
  // Check if a new card is present
  if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() || !mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
    delay(500);
    return;
  }

  // Display card UID
  Serial.print("----------------nCard UID: ");
  MFRC522Debug::PrintUID(Serial, (mfrc522.uid));
  Serial.println();

  // Authenticate the specified block using KEY_A = 0x60
  if (mfrc522.PCD_Authenticate(0x60, blockAddress, &key, &(mfrc522.uid)) != 0) {
    Serial.println("Authentication failed.");
    return;
  }
  
  // Write data to the specified block
  if (mfrc522.MIFARE_Write(blockAddress, newBlockData, 16) != 0) {
    Serial.println("Write failed.");
  } else {
    Serial.print("Data written successfully in block: ");
    Serial.println(blockAddress);
  }

  // Authenticate the specified block using KEY_A = 0x60
  if (mfrc522.PCD_Authenticate(0x60, blockAddress, &key, &(mfrc522.uid)) != 0) {
    Serial.println("Authentication failed.");
    return;
  }

  // Read data from the specified block
  if (mfrc522.MIFARE_Read(blockAddress, blockDataRead, &bufferblocksize) != 0) {
    Serial.println("Read failed.");
  } else {
    Serial.println("Read successfully!");
    Serial.print("Data in block ");
    Serial.print(blockAddress);
    Serial.print(": ");
    for (byte i = 0; i < 16; i++) {
      Serial.print((char)blockDataRead[i]);  // Print as character
    }
    Serial.println();
  }
  
  // Halt communication with the card
  mfrc522.PICC_HaltA();
  mfrc522.PCD_StopCrypto1();

  delay(2000);  // Delay for readability
}

byte blockAddress = 2;
定義了一個(gè)名為blockAddress的變量。這個(gè)變量指定了IC卡內(nèi)將要寫入或讀取數(shù)據(jù)的塊。blockAddress被設(shè)置為2，將與卡片內(nèi)存的第2個(gè)塊進(jìn)行交互。如果你想寫入不同的塊，你可以更改這個(gè)值。

byte newBlockData[17] = {"www.yourcee.com"};
保存您想要寫入卡中的數(shù)據(jù)，不超過16個(gè)字節(jié)

byte newBlockData[16] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
如果您想清除塊數(shù)據(jù)，取消注釋這行代碼

for (byte i = 0; i < 6; i++) {
key.keyByte[i] = 0xFF;
}
IC卡的默認(rèn)密鑰也在以上行中設(shè)置。默認(rèn)情況下，工廠密鑰的所有字節(jié)都是0xFF。這個(gè)密鑰允許訪問卡的數(shù)據(jù)塊。

if (mfrc522.PCD_Authenticate(0x60, blockAddress, &key, &(mfrc522.uid)) != 0) {
Serial.println("Authentication failed.");
return;
}
代碼嘗試使用默認(rèn)密鑰（在本例中為塊2）對卡片上的特定塊進(jìn)行認(rèn)證。0x60是一個(gè)指定使用KEY_A進(jìn)行認(rèn)證的命令。KEY_A是RFID卡上可用的兩個(gè)密鑰（KEY_A和KEY_B）之一，每個(gè)密鑰提供不同的權(quán)限。使用0x60意味著代碼正在嘗試用KEY_A進(jìn)行認(rèn)證，而默認(rèn)情況下，在MIFARE RFID卡上KEY_A是0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF。

編譯上傳程序到ESP32開發(fā)板 ，打開串口監(jiān)視器，并把IC卡 靠近MFRC522讀寫模塊，串口顯示出寫入并讀取到指定存儲塊的數(shù)據(jù)

總結(jié)

本實(shí)驗(yàn)只是對空白的MIFARE Classic IC卡進(jìn)行簡單的讀寫驗(yàn)證，由于IC卡大都有秘鑰，至于破解IC卡，復(fù)制C卡需要大家進(jìn)一步探索研究了。

審核編輯 黃宇