射频识别技术漫谈(14)——Mifare S50与S70的存取控制

存取控制指符合什么条件才能对卡片进行操作。

S50和S70的块分为数据块和控制块，对数据块的操作有“读”、“写”、“加值”、“减值(含传输和存储)”四种，对控制块的操作只有“读”和“写”两种。

S50和S70的每个扇区有两组密码KeyA和KeyB，所谓的“条件”就是针对这两组密码而言，包括“验证密码A可以操作(KeyA)”、“验证密码B可以操作(KeyB)”、“验证密码A或密码B都可以操作(KeyA|B)”、“验证哪个密码都不可以操作(Never)”四种条件。

这些“条件”和“操作”的组合被分成8种情况，正好可以用3位二进制数(C1、C2、C3)来表示。

数据块(每个扇区除区尾块之外的块)的存取控制如下表所示：

控制位			访 问 条 件 （验证哪个密码）
C1	C2	C3	读	写	加值	减值(含传输和存储)
0	0	0	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B	KeyA|B
0	1	0	KeyA|B	Never	Never	Never
1	0	0	KeyA|B	KeyB	Never	Never
1	1	0	KeyA|B	KeyB	KeyB	KeyA|B
0	0	1	KeyA|B	Never	Never	KeyA|B
0	1	1	KeyB	KeyB	Never	Never
1	0	1	KeyB	Never	Never	Never
1	1	1	Never	Never	Never	Never

从表中可以看出，

C1C2C3=000(出厂默认值)时最宽松，验证密码A或密码B后可以进行任何操作；

C1C2C3=111无论验证哪个密码都不能进行任何操作，相当于把对应的块冻结了；

C1C2C3=010和C1C2C3=101都是只读，如果对应的数据块写入的是一些可以给人看但不能改的基本信息，可以设为这两种模式；

C1C2C3=001时只能读和减值，电子钱包一般设为这种模式，比如用S50做的公交电子车票，用户只能查询或扣钱，不能加钱，充值的时候先改变控制位使卡片可以充值，充完值再改回来。

控制块(每个扇区的区尾块)的存取控制如下表所示：

控制位			密码A		存取控制		密码B
C1	C2	C3	读	写	读	写	读	写
0	0	0	Never	KeyA	KeyA	Never	KeyA	KeyA
0	1	0	Never	Never	KeyA	Never	KeyA	Never
1	0	0	Never	KeyB	KeyA|B	Never	Never	KeyB
1	1	0	Never	Never	KeyA|B	Never	Never	Never
0	0	1	Never	KeyA	KeyA	KeyA	KeyA	KeyA
0	1	1	Never	KeyB	KeyA|B	KeyB	Never	KeyB
1	0	1	Never	Never	KeyA|B	KeyB	Never	Never
1	1	1	Never	Never	KeyA|B	Never	Never	Never

从表中可以看出，

密码A是永远也读不出来的，如果用户的数据块指定了验证密码A却忘了密码A，也就意味着这个数据块作废了，但本扇区其他数据块和其他扇区的数据块不受影响；

存取控制总是可以读出来的，只要别忘了密码A或密码B；

存取控制的写控制在设置时一定要小心，一旦弄成了“Never”，则整个扇区的存取条件再也无法改变，后悔都找不到地方，只能仰天长叹了；

C1C2C3=001(出厂默认值)时最宽松，除了密码A不能读之外，验证了密码A其他读写操作都可以进行；

还有一个有意思的现象是当C1C2C3=000、C1C2C3=010和C1C2C3=001时，所有的操作都不使用密码B，这时候密码B占据的6个字节可以提供给用户作为普通数据存储用，相当于每个扇区增加了6字节的用户可用存储容量。

由于卡片出厂的默认值C1C2C3=001，所以对于新买来的卡片，不要使用密码B进行认证，否则会导致区尾块和数据块都无法进行任何操作。我测试过不同厂家的新卡片，有的验证密码B后确实扇区内的所有块都无法操作，但有的卡片不能操作区尾块，却可以操作数据块，本文以NXP的原装卡为准。当然用户可以放心，新卡不让你验证密码B而你却验证了，不会对卡照成什么伤害，改回用密码A验证，卡片还是可以正常使用的。

S50的每个扇区有4个块，这四个块的存取控制是相互独立的，每个块需要3个bit，四个块共使用12个bit。在保存的时候，为了防止控制位出错，同时保存了这12个bit的反码，这样一个区的存储控制位在保存时共占用24bit的空间，正好是3个字节。我们前面说存取控制字有四个字节(区尾块的Byte6～Byte9)，实际上只使用的Byte6、Byte7和Byte8，Byte9没有用，用户可以把Byte9作为普通存储空间使用。各块控制位存储格式如下：

		块3(区尾块)	块2	块1	块0
Byte6	b3  b2  b1  b0	块3-C1-反	块2-C1-反	块1- C1-反	块0-C1-反
	b7  b6  b5  b4	块3-C2-反	块2-C2-反	块1- C2-反	块0-C2-反
Byte7	b3  b2  b1  b0	块3-C3-反	块2-C3-反	块1- C3-反	块0-C3-反
	b7  b6  b5  b4	块3-C1	块2-C1	块1- C1	块0-C1
Byte8	b3  b2  b1  b0	块3-C2	块2-C2	块1- C2	块0-C2
	b7  b6  b5  b4	块3-C3	块2-C3	块1- C3	块0-C3

由于出厂时数据块控制位的默认值是C1C2C3=000，控制块的默认值是C1C2C3=001，而Byte9一般是69H，所以出厂白卡的控制字通常是FF078069H.

S70的前32个数据块结构和S50完全一致。后8个数据块每块有15个普通数据块和一个控制块。显然如果每个数据块块单独控制将需要8字节的控制字，控制块中放不下这么多控制字。解决的办法是这15个数据块分为三组，块0～４为第一组，块5～9为第二组，块10～15为第三组，每组共享三个控制位，也就是说每组控制位C1C2C3控制5个数据块的存取权限，从而与前32个扇区兼容。