浅议多技术复合智能卡的现状及发展趋势

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：郑平   人气： 发表时间：2011年10月10日

    由于长期以来各个系统采用的卡片技术不尽相同、标准不统一，如何整合原有系统成为当前的棘手问题：各种卡和读卡器之间如何去兼容？在此需求之下，多技术复合智能卡的概念和产品纷纷出台。本文探讨了多技术复合智能卡的诞生原由、构成原理、现状和用途，以及未来的展望。

    随着科学技术的迅猛发展，信息的网络化为我们的生产、生活带来的好处显而易见，而智能卡在电子信息网络化中的重要作用也日益彰显。它在信息的存储、处理及传递过程中，已有着不可替代的作用。智能卡的应用使得网络的节点被细化到个人，并依靠人员流动产生数据流，它提供了一种用来携带数据的方式——即有效地创建了一个虚拟网络，用户可以方便地携带着数据到任何地方。智能卡作为数据存储及流动的一种独特方式集低成本、可移动、分布广泛、高安全、可迅速扩充等特性于一身，是其它网络设备无法具备的。

    智能卡广泛的应用前景，使得智能卡迅速普及。然而智能卡应用在不断拓宽的同时也出现了一些问题，其中重要的一点就是：不知哪一天开始，人们发现自己钱包里的卡越来越多了，智能卡的使用反而变得越来越不方便了。

    目前主要的读卡技术

    非接触式读卡器和卡片的工作原理是无线射频技术，它的工作频率（即载波频率）有三个范围：低频(30kHz?300kHz)、高频 (3MHz?30MHz)和超高频(300MHz?3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz与134.2kHz、高频13.56MHz、超高频 433Mhz、860MHz?930MHz、2.45GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、煤气表、水表等；高频系统则用于需传送大量数据的应用系统，如消费系统；超高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，它的天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中有应用。目前的门禁系统主要使用非接触式ID卡和IC卡，其中又以非接触式IC卡为市场主流，特别是其中的MIFARE1卡越来越受到热捧。

    读卡器的发展与卡片的发展是相辅相成的，它一直紧随着卡片的沿革而更新换代。各种频率的卡片和读卡器必须对应配套使用，不同频率的卡和读卡器是不能混用的，他们之间严格遵守各自的标准。即使是同一频率也存在众多的不同格式，而且互不兼容。这也就是说，仅仅在门禁系统里就存在各式各样的读卡格式和传输协议，这里我们主要讨论读卡器与卡片之间的读卡格式。

    此外，还有不少其它的读卡方式，但由于在门禁使用较少，所以不一一罗列。琳琅满目的读卡技术给工程商和用户带来了极大的困惑和浪费。我们身边就不乏这方面的例子，比如，深圳市公交IC卡系统于96年底投入运行（比香港八达通还早1年），共发卡100多万张，约有1400辆公交车安装了IC卡设备，每天约有 40多万人次使用该系统。系统长年运行稳定，故障率不到十万分之一，是全世界第一个大面积将智能卡技术应用到公交系统的范例，吸引了国内约100多个城市的同业前来学习参观，德国、新加坡、香港等地的政府组团专程到深圳实地考察。随后，1997年香港借鉴深圳经验开始投入使用八达通卡，但它采用的是 SONY芯片技术。原本深圳公交卡采用LEGIC芯片技术，2003年以后，深圳为了与香港八达通卡兼容，推动深港一体化进程，全部更换成现在的深圳通卡，从而造成全深圳所有公交车上的刷卡机、市民手上百万张公交IC卡全部更换作废，这其中的改造费用是惊人的2亿元！由于历史的原因，不同的城市采用不同技术的公交卡和刷卡机，香港采用SONY卡，番禹、汕头采用LEGIC卡，广州采用MIFARE卡，其它城市各有不同，特别是长三角地区的城市基本上都推行了公交卡，但卡片技术都不尽相同，现在只好耗费巨资进行长三角“一卡通”整合，并且已经开始试运行。也许各位手中的卡片将来也存在很棘手的整合问题，这需要政府社会各界共同来关注和解决。

    多技术智能卡的构成原理

    为了解决以上各种卡和读卡器之间的兼容问题，出现了“一卡多用”及“一卡通”这两个具有里程碑意义的概念。智能卡的应用由此被提升到一个新的高度，人们不用再费心费力地区分哪张卡属于哪个应用，使用更快捷，携带更方便。这种人性化的设计思想使得信息的流动大大地加快了。

    因此，多技术卡片和多技术读卡器应运而生，业界有的称之为复合卡和复合读卡器，而两种技术复合的也被称为双界面卡。多技术卡片主要分两种方式：第一，运用物理的方式精心压制在同一张PVC卡片中，用户只要持这张复合卡，分别到不同的应用系统或不同格式的门禁读卡器上使用即可，这就实现了“一卡多用”。第二，同一张卡片上只有一个大容量的IC芯片，PCV卡片上却压制了不同技术的感应线圈，主芯片分别连接不同的线圈，从而达到数据共享，这样，当遇到不同技术的子系统时才能整合成真正的一卡通系统。否则，开始新建一卡通系统时，就必须统一各子系统的读写技术，旧系统就只能更换。这些问题在出现多技术卡后迎刃而解。

    第一种多技术卡是当前的主要方式，并且得到了一定程度的应用，技术上也由欧美少数几家公司垄断，发展到现在少数中国公司也能生产部分形式的多技术卡。后者的成本和技术含量较高，还没有真正推向市场，应用当然也较少。

    从图中我们可以清晰地看出各种多技术卡的构成。首先图表第一行的四张卡片是四种常见的传统的单一技术卡片，分别是磁条、接触式IC卡、非接触式ID卡（频率125KHz）、非接触式IC卡（频率13.56MHz）。第二行是六张两种技术的复合卡，第三行是三张三种技术的复合卡，以及一张四种技术的复合卡。如此以来我们就可以轻松地实现一卡多用了。目前美国有少数公司可以做到两种以上的复合技术，而中国目前只有少数公司能生产复合卡，而且只局限于两种技术的复合。

    现状和用途

    根据多技术卡片和读卡器产生的历史根源来看，它们的主要用途显而易见。

    首先我们来看多技术智能卡。多技术智能卡的运用大体上可以分为两类：首先，是卡片多功能，即一卡多用，所谓“一卡多用”是指把不同应用的数据集中存放在一张卡中，卡数据及卡的应用安全对于不同的应用系统是相对独立的。这也就是说：智能卡的应用数据必须是分别存放在同一张卡的不同芯片里，不同应用的智能卡设备只采用自已的安全入口，对自已的数据进行独享式访问和处理。具体应用就是每个子系统分别通过读写多技术卡上的不同芯片，从而达到各自系统的功能。

    另外一种用途就是“一卡通”，真正的一卡通管理系统应是基于“一卡、一库、一网”和设计思想。“一卡”就是在一张卡片上实现门禁、考勤、就餐、巡更、停车场、娱乐消费、内部购物等功能。“一库”就是在同一个软件管理平台上，实现卡的发行、挂失、充值、资料查询等管理，所有系统共用一个数据库。“一网”就是各系统的终端接入局域网进行数据传输和信息交换。

    “一卡多用”及“一卡通”在应用中的区别：我们对“一卡多用”及“一卡通”在概念上进行了明确的区分，这对关于应用类型的交流带来了方便。概念的区分则直接导致了它们在应用上的差别，可以看出“一卡多用”和“一卡通”的主要差别是对数据是否共享（即数据是否是“通”的），同时也应该明白不同应用的数据无论以什么方式合在一起的，但在后台终究是要分开处理和运算。

    笔者认为，多技术智能卡应用于“一卡多用”的方式，将是今后发展的主流趋势，这也是多技术卡存在主要原因，并且可预见未来大规模发展。比如，现在一些先进国家纷纷计划或正在实施使用智能卡来做身份证、护照、医疗、社保、信息储存等等用途。

    在“一卡多用”的主流趋势下，多技术卡片在门禁一卡通中的应用将会是过渡性质的，尤其是狭窄的门禁行业里，存在如此多的卡片技术壁垒，肯定是不合理的，正如电子、IT、电器行业一样，门禁行业乃至整个安防一卡通行业必将会实现技术标准的统一，到时门禁一卡通行业内将会淡出多技术卡片。主要原因在于，目前只有旧系统升级或者整合原有各子系统时才会用到多技术卡和读卡器；新建设的一卡通系统已经考虑到这些因素，一开始就统一各子系统的读写格式，从而不再因兼容不同卡片技术而头痛。另外从经济角度考虑，多技术卡和读卡器成本明显比单技术的昂贵许多，尤其是这些技术还只掌握在少数公司手中。所以，门禁行业统一技术标准是大势所趋，主要只是时间问题而已，届时多技术卡也将因此慢慢地淡出市场主流。

    进口高端门禁卡和读卡器的代表HID、INDALA、GE等公司，近年来也是开始大力倡导门禁使用智能卡的安全扇区，而在这一点上，国内公司反而走在了前面。中国是使用智能卡领先的国家，不但数量庞大，而且率先开始把扇区加密技术使用到门禁中。而HID、INDALA等公司却一直固守甚至加强他们的ID卡加密技术，直到近年才幡然醒悟，INDALA的衰落从一个侧面也证明智能卡技术取代传统的ID卡技术是不争的事实。HID目前推出一种将现有门禁卡系统从 HID Prox 升级到iCLASS credentials的多技术非接触式读卡器。通过该读卡器，用户可以逐渐过渡到智能卡，同时在单幢大楼或多个站点继续使用原有的多种门禁卡技术。这是多技术卡和读卡器在门禁技术升级过渡的典型应用。

    无独有偶，GE推出Transition Series多技术读卡器适用于多种门禁技术和平台，它的架构支持门禁卡、钥匙、标签等多种形式的媒介，包括GE和HID的Proximity，HID Corporate 1000，MIFARE CSN (ISO 14443A)，MIFARE/DESFire CSN，Vicinity CSN (15693)，和HID iCLASS CSN。该读卡器也可用于任何基于Wiegand的数据传输在26和176比特之间的门禁系统，包括GE的CASI、Infographics、EST以及Identicard产品线。GE的动作固然与其希望打破HID在美国的垄断局面有关，但更重要的是从中我们看出了以前一直固守私有化格式的GE开始迈出了走向融合和统一的切实步伐。

    关于未来的展望

    智能卡对门禁行业意义重大。它们可以存储大量数据，可读也可更新，可以提供高级加密和密码来保护存储的数据，还可以通过计算程序提供处理能力。门禁系统将会出现新的规范——将生物辨识和门禁权限数据存储在卡里并加密，这样就只有本地的读卡器才可以使用该数据。生物辨识将用来解读卡里的数据并获得通行许可。读卡器必须通过某种方法与授权数据库连接，并可根据需要更新卡里的信息。

    现在的系统整合趋势有两个方向，第一个是整合后台管理系统，在这一方面，用户可以使用许多应用功能，而且整合在一起的系统会提供适当的信息和数据。另一种整合形式是在用户的许可证上，在一张卡里整合多重技术给予用户多种使用功能，然而这些系统是独立于后台管理系统的，所以用户必须为每种应用分别注册。

    未来也许会将更多的系统整合在一起，也许不会再限制在各行业系统的围墙内。例如，使用通道出入口管理的无线钥匙可以和汽车及家中车库的无线钥匙是兼容的。智能卡也可以用来存储私人医生记录，驾驶执照，信用卡信息，还有计算机密码，非现金交易，公共交通和电话费预付系统等等。而多技术智能卡的未来更重要在于跨多个领域和行业的复合应用，而不只是门禁行业中的过渡性升级和整合。

    最后，值得关注的是，门禁行业内生产兼容多种技术的读卡器或多技术卡片的供应商，需要面临一个授权的问题，一不留神可能会陷入法律泥潭，比如兼容HID、 GE等公司的特定感应技术，就有可能遇到法律纠纷。而PHILIPS公司的MIFARE1技术是公开的，由此得到井喷式的几何级增长，这就如同Linux 公开源代码从而成为目前公认的最安全和先进的嵌入式操作系统一样。