物联网与智能卡技术基础
可通过固定导线或空中射频接口传送数据。智能卡是射频识别(RFID)标签的前驱，在中国居民身份证、金融卡和手机SIM卡的发行量早已超过几十亿张，在技术、功能、安全和标准制定等方面可供RFID借鉴。本书主要内容包括计算机和互联网的基础知识，射频信号的处理与频段分配，智能卡、RFID标签和传感器的硬件结构，智能化设备的操作系统与测试，空中传输信号的防冲突方案，纠错、识别、安全和防欺诈措施、国际标准，以及互联网、物联网的应用和创新。本书主要提供给高等院校的信息技术、计算机、通信、自动控制和物联网等专业作为技术基础课的教材。
目 录
目录
第1章概论1
1.1计算机的应用1
1.2智能卡、射频识别标签与读写器1
1.3安全问题3
1.4国际标准5
1.5物联网的诞生与发展6
1.6智能卡与RFID标签的架构7
1.7本书的内容简介9
习题9
第2章计算机、互联网11
2.1计算机系统11
2.1.1计算机组成11
2.1.2操作系统12
2.1.3数字逻辑电路13
2.1.4IC卡与外界的联系、智能卡命令中的逻辑通道15
2.2计算机网络16
2.2.1计算机应用的4个阶段16
2.2.2互联网16
习题18
第3章IC卡信息编码（数据元、数据对象和文件）19
3.1基本编码规则(BER)19
3.1.1编码结构（BERTLV）19
3.1.2通用类、应用类和上下文相关类的编码21
3.2IC卡使用的数据对象22
3.2.1数据对象的格式22
3.2.2数据对象的标记分配22
3.2.3编码举例25
3.3IC卡的文件系统25
3.3.1文件的种类25
3.3.2文件选择方法、数据表示形式和文件控制信息26
习题29
第4章接触式IC卡的触点、电信号和传输协议30
4.1接触式IC卡的触点位置和功能30
4.2异步传输的复位应答ATR31
4.3同步传输的电信号和复位应答39
4.4逐步被IC卡取代的磁卡41
4.4.1磁道信息编码41
4.4.2金融交易卡42
习题44
第5章安全和鉴别46
5.1身份认证46
5.1.1凭证密码46
5.1.2生物特征识别47
5.2智能卡与互联网的通信安全与保密49
5.3密码技术50
5.3.1对称密码体制52
5.3.2非对称密码体制55
5.3.3单向密码体制57
5.3.4数据的安全保证58
5.3.5密钥管理59
5.4智能卡的安全使用61
习题62
第6章智能卡的命令系统63
6.1智能卡和读写器之间的命令响应对63
6.2智能卡的安全体系结构69
6.2.1安全状态、安全属性和安全机制69
6.2.2安全报文(SM)69
6.3智能卡的命令系统71
6.3.1管理卡和文件的命令71
6.3.2数据单元处理命令75
6.3.3记录处理命令77
6.3.4安全处理命令79
6.3.5传输处理命令82
6.3.6多应用环境的应用管理命令82
习题84
第7章IC卡芯片和卡内操作系统86
7.1IC卡的逻辑加密芯片86
7.1.1名词解释86
7.1.2逻辑加密卡功能和芯片举例87
7.2移动通信中的SIM卡91
7.2.1SIM卡概述91
7.2.2SIM卡的结构和工作原理91
7.3智能卡的硬件和芯片94
7.3.1智能卡芯片的逻辑结构94
7.3.2ARM微处理器95
7.3.3SoC和存储器97
7.4智能卡的操作系统98
7.4.1COS概述98
7.4.2一个简单的IC卡操作系统(SCOS)示例98
7.4.3COS的体系结构102
7.4.4SCOS程序举例105
7.5COS设计原则与测试107
7.5.1COS设计原则107
7.5.2COS的测试109
7.5.3智能卡的生命周期112
习题114
第8章射频识别技术基础115
8.1射频识别系统结构115
8.2射频技术117
8.2.1基带信号与载波调制信号117
8.2.2数字信号的编码方式118
8.2.3调制方式119
8.2.4负载调制和反向散射调制121
8.2.5表面声波电子标签的识别123
8.3扩频技术124
8.4多路存取（多标签射频识别）125
8.5无线局域网126
8.5.1IEEE802.11体系结构126
8.5.2ISM频段和无线网(WiFi、蓝牙和ZigBee)127
习题128
第9章非接触式IC卡国际标准ISO/IEC14443和ISO/IEC15693130
9.1非接触式IC卡的种类和能量传送130
9.2ISO/IEC14443的信号接口(TypeA和TypeB)130
9.2.1TypeA信号131
9.2.2TypeB信号132
9.3ISO/IEC144433初始化和防冲突134
9.3.1轮询134
9.3.2TypeA——初始化和防冲突134
9.3.3TypeB——初始化和防冲突138
9.4ISO/IEC156932空中接口和初始化143
9.4.1VCD到VICC的通信信号接口144
9.4.2VICC到VCD的通信信号接口145
9.5ISO/IEC156933防冲突和传输协议149
9.5.1命令和响应的通用格式、VICC状态及其转换149
9.5.2防冲突150
9.5.3命令和响应152
习题153
第10章RFID标签空中接口标准ISO/IEC18000系列154
10.1概述154
10.2空中接口标准化参数154
10.3ISO/IEC180003：13.56MHz频率下的空中接口通信参数157
10.3.1模式2（M2）：物理层和空中接口参数157
10.3.2模式2（M2）:命令与响应160
10.3.3模式2（M2）：防冲突管理162
10.4ISO/IEC180006:860～960MHz频率下的空中接口通信参数163
10.4.1概述163
10.4.2参数表164
10.4.3FM0返回链路(适合于类型A和类型B)165
10.4.4类型A前向链路（编码、数据元、协议和冲突仲裁）166
10.4.5类型B前向链路（编码、数据元、协议和冲突仲裁）168
10.5ISO/IEC180007：433MHz频率下的有源标签空中接口通信参数171
10.5.1物理层171
10.5.2数据、命令和冲突仲裁171
10.6智能卡、RFID涉及的国际标准和专利173
习题174
第11章读写器结构和系统的测试175
11.1读写器的组成175
11.2接触式读写器的接口和读写控制177
11.3非接触式IC卡和RFID读写器的接口电路和读写控制178
11.3.1非接触式IC卡读写器的基本结构178
11.3.2MFRC500高集成度读写芯片179
11.4读写器的操作流程182
11.5射频识别读写器的种类和发展趋势183
11.6IC卡和读写器的测试技术与标准184
11.6.1IC卡的机械和物理特征的测试184
11.6.2异步卡（接触式IC卡）和读写器的电气特性测试185
11.6.3接触式IC卡和读写器的逻辑操作测试186
11.6.4非接触式卡测试方法187
11.7智能卡复位应答(ATR)和命令系统的测试188
习题191
第12章物联网的体系结构与国家规划(设想、创新)193
12.1物联网的体系结构193
12.2条形码194
12.3RFID标签的外形和系统架构196
12.4传感器和传感网197
12.4.1传感器197
12.4.2传感网199
12.5“互联网”和《中国制造2025》200
12.5.1互联网200
12.5.2中国制造2025201
12.5.3智能制造关键技术203
12.6数据中心、大数据与云计算204
习题207
第13章互联网、移动通信网、广播电视网208
13.1三网融合的概念208
13.2电磁波频段208
13.3互联网的应用209
13.3.1局域网209
13.3.2网络操作系统211
13.3.3APP应用程序212
13.4移动通信网212
13.4.1移动通信的制式和使用频段212
13.4.2移动通信架构213
13.4.3第5代(5G)移动通信215
13.5广播电视网216
习题218
第14章物联网和智能卡的应用219
14.1中华人民共和国居民身份证219
14.2中国金融集成电路卡规范（电子钱包/电子存折）220
14.2.1电子钱包/电子存折卡的触点和传输协议220
14.2.2EP/ED的文件结构、应用选择和应用文件222
14.2.3EP/ED的命令与运行状态225
14.2.4EP/ED的安全机制和密钥管理228
14.2.5EP/ED的交易流程231
14.2.6中国金融卡规范与移动支付237
14.3RFID的应用238
14.3.1一位系统238
14.3.2RFID在生产流水线中的应用239
14.3.3RFID在井下人员跟踪管理中的应用240
14.3.4RFID在供应链管理中的应用242
14.3.5射频识别不停车收费系统244
14.4物联网的应用244
14.4.1物联网在物流业中的应用244
14.4.2物联网在交通管理系统中的应用246
14.4.3物联网在电网管理系统、智慧城市和智能家居中的应用248
习题249
附录A英文缩写词251
参考文献257
目 录
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第1章概论1
1.1计算机的应用1
1.2智能卡、射频识别标签与读写器1
1.3安全问题3
1.4国际标准5
1.5物联网的诞生与发展6
1.6智能卡与RFID标签的架构7
1.7本书的内容简介9
习题9
第2章计算机、互联网11
2.1计算机系统11
2.1.1计算机组成11
2.1.2操作系统12
2.1.3数字逻辑电路13
2.1.4IC卡与外界的联系、智能卡命令中的逻辑通道15
2.2计算机网络16
2.2.1计算机应用的4个阶段16
2.2.2互联网16
习题18
第3章IC卡信息编码（数据元、数据对象和文件）19
3.1基本编码规则(BER)19
3.1.1编码结构（BERTLV）19
3.1.2通用类、应用类和上下文相关类的编码21
3.2IC卡使用的数据对象22
3.2.1数据对象的格式22
3.2.2数据对象的标记分配22
3.2.3编码举例25
3.3IC卡的文件系统25
3.3.1文件的种类25
3.3.2文件选择方法、数据表示形式和文件控制信息26
习题29
第4章接触式IC卡的触点、电信号和传输协议30
4.1接触式IC卡的触点位置和功能30
4.2异步传输的复位应答ATR31
4.3同步传输的电信号和复位应答39
4.4逐步被IC卡取代的磁卡41
4.4.1磁道信息编码41
4.4.2金融交易卡42
习题44
第5章安全和鉴别46
5.1身份认证46
5.1.1凭证密码46
5.1.2生物特征识别47
5.2智能卡与互联网的通信安全与保密49
5.3密码技术50
5.3.1对称密码体制52
5.3.2非对称密码体制55
5.3.3单向密码体制57
5.3.4数据的安全保证58
5.3.5密钥管理59
5.4智能卡的安全使用61
习题62
第6章智能卡的命令系统63
6.1智能卡和读写器之间的命令响应对63
6.2智能卡的安全体系结构69
6.2.1安全状态、安全属性和安全机制69
6.2.2安全报文(SM)69
6.3智能卡的命令系统71
6.3.1管理卡和文件的命令71
6.3.2数据单元处理命令75
6.3.3记录处理命令77
6.3.4安全处理命令79
6.3.5传输处理命令82
6.3.6多应用环境的应用管理命令82
习题84
第7章IC卡芯片和卡内操作系统86
7.1IC卡的逻辑加密芯片86
7.1.1名词解释86
7.1.2逻辑加密卡功能和芯片举例87
7.2移动通信中的SIM卡91
7.2.1SIM卡概述91
7.2.2SIM卡的结构和工作原理91
7.3智能卡的硬件和芯片94
7.3.1智能卡芯片的逻辑结构94
7.3.2ARM微处理器95
7.3.3SoC和存储器97
7.4智能卡的操作系统98
7.4.1COS概述98
7.4.2一个简单的IC卡操作系统(SCOS)示例98
7.4.3COS的体系结构102
7.4.4SCOS程序举例105
7.5COS设计原则与测试107
7.5.1COS设计原则107
7.5.2COS的测试109
7.5.3智能卡的生命周期112
习题114
第8章射频识别技术基础115
8.1射频识别系统结构115
8.2射频技术117
8.2.1基带信号与载波调制信号117
8.2.2数字信号的编码方式118
8.2.3调制方式119
8.2.4负载调制和反向散射调制121
8.2.5表面声波电子标签的识别123
8.3扩频技术124
8.4多路存取（多标签射频识别）125
8.5无线局域网126
8.5.1IEEE802.11体系结构126
8.5.2ISM频段和无线网(WiFi、蓝牙和ZigBee)127
习题128
第9章非接触式IC卡国际标准ISO/IEC14443和ISO/IEC15693130
9.1非接触式IC卡的种类和能量传送130
9.2ISO/IEC14443的信号接口(TypeA和TypeB)130
9.2.1TypeA信号131
9.2.2TypeB信号132
9.3ISO/IEC144433初始化和防冲突134
9.3.1轮询134
9.3.2TypeA——初始化和防冲突134
9.3.3TypeB——初始化和防冲突138
9.4ISO/IEC156932空中接口和初始化143
9.4.1VCD到VICC的通信信号接口144
9.4.2VICC到VCD的通信信号接口145
9.5ISO/IEC156933防冲突和传输协议149
9.5.1命令和响应的通用格式、VICC状态及其转换149
9.5.2防冲突150
9.5.3命令和响应152
习题153
第10章RFID标签空中接口标准ISO/IEC18000系列154
10.1概述154
10.2空中接口标准化参数154
10.3ISO/IEC180003：13.56MHz频率下的空中接口通信参数157
10.3.1模式2（M2）：物理层和空中接口参数157
10.3.2模式2（M2）:命令与响应160
10.3.3模式2（M2）：防冲突管理162
10.4ISO/IEC180006:860～960MHz频率下的空中接口通信参数163
10.4.1概述163
10.4.2参数表164
10.4.3FM0返回链路(适合于类型A和类型B)165
10.4.4类型A前向链路（编码、数据元、协议和冲突仲裁）166
10.4.5类型B前向链路（编码、数据元、协议和冲突仲裁）168
10.5ISO/IEC180007：433MHz频率下的有源标签空中接口通信参数171
10.5.1物理层171
10.5.2数据、命令和冲突仲裁171
10.6智能卡、RFID涉及的国际标准和专利173
习题174
第11章读写器结构和系统的测试175
11.1读写器的组成175
11.2接触式读写器的接口和读写控制177
11.3非接触式IC卡和RFID读写器的接口电路和读写控制178
11.3.1非接触式IC卡读写器的基本结构178
11.3.2MFRC500高集成度读写芯片179
11.4读写器的操作流程182
11.5射频识别读写器的种类和发展趋势183
11.6IC卡和读写器的测试技术与标准184
11.6.1IC卡的机械和物理特征的测试184
11.6.2异步卡（接触式IC卡）和读写器的电气特性测试185
11.6.3接触式IC卡和读写器的逻辑操作测试186
11.6.4非接触式卡测试方法187
11.7智能卡复位应答(ATR)和命令系统的测试188
习题191
第12章物联网的体系结构与国家规划(设想、创新)193
12.1物联网的体系结构193
12.2条形码194
12.3RFID标签的外形和系统架构196
12.4传感器和传感网197
12.4.1传感器197
12.4.2传感网199
12.5“互联网”和《中国制造2025》200
12.5.1互联网200
12.5.2中国制造2025201
12.5.3智能制造关键技术203
12.6数据中心、大数据与云计算204
习题207
第13章互联网、移动通信网、广播电视网208
13.1三网融合的概念208
13.2电磁波频段208
13.3互联网的应用209
13.3.1局域网209
13.3.2网络操作系统211
13.3.3APP应用程序212
13.4移动通信网212
13.4.1移动通信的制式和使用频段212
13.4.2移动通信架构213
13.4.3第5代(5G)移动通信215
13.5广播电视网216
习题218
第14章物联网和智能卡的应用219
14.1中华人民共和国居民身份证219
14.2中国金融集成电路卡规范（电子钱包/电子存折）220
14.2.1电子钱包/电子存折卡的触点和传输协议220
14.2.2EP/ED的文件结构、应用选择和应用文件222
14.2.3EP/ED的命令与运行状态225
14.2.4EP/ED的安全机制和密钥管理228
14.2.5EP/ED的交易流程231
14.2.6中国金融卡规范与移动支付237
14.3RFID的应用238
14.3.1一位系统238
14.3.2RFID在生产流水线中的应用239
14.3.3RFID在井下人员跟踪管理中的应用240
14.3.4RFID在供应链管理中的应用242
14.3.5射频识别不停车收费系统244
14.4物联网的应用244
14.4.1物联网在物流业中的应用244
14.4.2物联网在交通管理系统中的应用246
14.4.3物联网在电网管理系统、智慧城市和智能家居中的应用248
习题249
附录A英文缩写词251
参考文献257
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