摘 要

随着现在互联网信息技术的发展，传统钱币支付方式正在逐渐淡出人们的视线，一些线上支付方式，比如支付宝，银行卡支付正在强力地侵占传统支付方式的市场，这时候我们便需要一种可以代替纸币的支付方式的出现。本读写器以RFID技术为基础，使用了MF RC522射频读写芯片和STM32微处理器，完成了一种工作频率为3.56MHz的银行金融IC卡读写器的方案设计。

本文的主要内容如下：1.简述了国内外金融IC卡的发展现状和本设计研究的意义。2.简要地介绍了RFID射频技术，对需要使用的通信协议做了概述，还有银行加密系统的基本概况做了概述。3.对系统中使用到的各种芯片的结构原理、主要特性做了详细的介绍；4.介绍了基于RF技术的整个读写器的硬件部分的模块实现，包括电路原理图。5.对读写器的软件基本方案做了研究，对加密算法的实现方案做了介绍。

关键词：RFID 金融IC卡 STM32微控制器 读卡器 MFRC522

Abstract

With the development of Internet information technology, the traditional way of payment of money is gradually fading out of people's attention, some online payment methods, such as Alipay, bank card payment is a strong occupation of the traditional way of payment market, this time we need a Instead of the payment of paper money. The reader based on RFID technology, the use of MF RC522 RF read and write chips and STM32 microprocessor, completed a working frequency of 3.56MHz bank financial IC card reader program design.

The main contents of this paper are as follows: 1. The status quo of financial IC card development at home and abroad and the significance of this design research are briefly described. 2. A brief introduction to RFID technology is provided, an overview of the communication protocols that need to be used, and a basic overview of the bank encryption system. 3. The structure and principle of the various chips used in the system are introduced in detail. 4. The module implementation of the hardware part of the whole reader/writer based on RF technology is introduced, including the circuit schematic. 5. The basic program of the reader software has been studied, and the implementation scheme of the encryption algorithm is introduced.

Key words: RFID financial；IC card； STM32 microcontroller； reader； MFRC522

目 录

第1章 绪论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2金融IC卡的发展现状 1

1.3本文主要内容及结构 2

第2章 系统整体设计方案 3

2.1 系统整体硬件结构 3

2.2关于RFID的基本构造 3

2.3 RFID系统的分类 4

2.3.1根据耦合的方式进行分类 4

2.3.2根据工作的频率分类 6

2.4 通信协议 7

2.3.1 ISO/IEC14443协议 7

2.5 PBOC3.0规范 8

2.5.1 硬件要求 8

2.5.2 报文格式 8

2.6 银行中常用的加密算法 10

2.6.1对称算法 11

2.6.2 非对称算法 11

2.6.3 安全哈希算法 11

第3章 读卡器的硬件设计 12

3.1 STM32微控制器 12

3.1.1 STM32微处理器的命名规则和型号分类 12

3.1.2 STM32功能和资源的概述 14

3.2 MF RC522芯片 17

3.2.1 RC522的特性 17

3.2.2 MF EC522的结构框图 18

3.2.3 MF RC522的主要引脚说明 18

3.3 系统的硬件电路设计 20

3.3.1 射频模块的MF RC522电路 20

3.3.2 天线设计 21

3.3.3 控制电路的设计 22

第4章 读写器的软件设计 24

4.1读写器软件总体方案 24

4.2 银行卡交易软件 24

4.2.1 读取IC卡信息 24

4.2.2 读取IC卡交易日志 25

4.2.3 电子钱包的消费和圈存流程 25

4.2.4 安全算法的实现 27

4.2.5 MAC算法 28

第5章 总结与展望 30

5.1 工作总结 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1选题背景及意义

随着人们生活水平的不断提高，消费能力也不断地上涨，现实生活中有许许多多的缴费项目出现，由于物联网技术的不断发展，人们开始使用基于RFID无线射频技术的各种卡片来实现快速缴费的目的。从饭卡到银行卡，各种卡片方便了人们的缴费流程，大大地避免了现金直接交易中容易出现的错误，人们出行的时候可以不用带大量的现金随身，取而代之的是小小的IC卡。但是随着各种项目独自发行自身系统的IC卡时，人们的生活也陷入了一些麻烦，IC卡过多，也为人们带来了极大的不便利，过多的IC卡也浪费了许多资源。所以我国近年来一直在大力推广IC卡的普及和应用，预计在2015年之前，全国投入使用的金融类IC卡可以达到6亿。在金融类IC卡的卡片应用方面，国家还着力提倡在金融IC卡中拓展各种支付项目，让金融类IC卡可以在生活的方方面面充当支付介质的角色，例如：公交、医疗、水电费、铁路出行。在即将出现的电动汽车充电桩缴费设施里也可以应用金融IC卡进行支付。让银行卡支付成为主流支付手段是社会的必然趋势。

我们以前使用的银行卡背后有磁条部分，银行卡的所有信息都储存在这个磁条里，这种以前的银行卡叫做磁条卡，是用磁条作为核心传输部分交易的磁条卡。现在银行发行的大部分的银行卡即有磁条部分，又有IC芯片部分。这就有关于银行的PBOC2.0协议了，PBOC2.0协议里面规定，在使用银行卡进行交易的时候，首先使用IC芯片作为核心进行交易，如果IC芯片出现故障，则使用磁条作为核心进行交易。磁条由于其不稳定，容易消磁，且安全性不高的原因，注定要被淘汰，在最新的PBOC3.0协议中规定，磁条卡将全部退出历史舞台，所有的银行卡都采用IC芯片，用磁条进行交易的协议当然也就不存在了。在中国人民银行的规划中，此后将会在全国进行ATM和POS机的升级改造，这些终端支付系统将不再支持磁条交易，以此来促进全面开展换卡行动。由此可见，金融IC卡以后的应用中会得到国家的大力支持，各种消费支付项目整合进IC卡里也是大势所趋。本课题研究的便是一种无线射频金融IC读写器。

1.2金融IC卡的发展现状

第一张金融IC卡出现在上世纪70年代，自从推出，受到了人们的广泛欢迎，因为这种金融IC卡不同与老式的磁卡，其使用的芯片注定了储存容量是普通磁卡不能匹敌的，而且也不同于老式磁卡会消磁的弱点，IC卡使用的寿命极长，且制造的成本也很低。随后，我国在1993年开始了“金卡工程”，即使国家当时对这个工程非常重视且投入了许多的资源，但是由于当时人们没有面临现代社会的种种卡片的烦恼，且磁卡的安全意识还不到位，还有科学技术的不发达，导致项目的开展并不是那么顺利，远没有国外发展迅速。2011年中国人民银行发布了《关于推进金融 IC 卡应用工作的意见》及《关于选择部分城市开展金融 IC 卡在公共服务领域中应用工作的通知》^[1]文件，在此之后，我国的金融IC卡开始不止仅仅在银行对客户交易中充当介质作用，在社会其他方面的应用也开始蓬勃发展，金融IC卡从此在跨界交易里开始成长，开始形成一卡多用的局面。此后，中国中央银行在2013年发布了PBOC3.0标准，这个标准主要针对金融IC卡的拓展应用支付作了更严格的规范，加强了对金融IC卡的管理工作，拓展并且完善了许多的小额消费项目，为金融IC卡的交易安全性做了许多保障。