Взгляд изнутри: RFID в современном мире. Часть 1: RFID в быту / Хабр

Rfid запись

Rfid система контроля доступа для дверного замка

Давайте создадим небольшой проект на Arduino, чтобы продемонстрировать, как простой модуль RFID считывателя RC522 можно использовать для создания RFID системы контроля доступа для дверного замка. Наша программа будет сканировать уникальный идентификатор каждой RFID метки, когда она достаточно близко, чтобы запитываться от считывателя RC522.

Так выглядит результат.

Конечно, этот проект можно привязать к открытию дверей, включению реле, включению светодиода или к чему-то еще.

Если вы не знакомы с символьными LCD дисплеями размером 16×2, то взгляните на эту статью.

Прежде чем мы перейдем к загрузке кода и сканированию меток, давайте посмотрим на принципиальную схему проекта.

Всё! Теперь попробуйте приведенный ниже скетч в работе.

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <LiquidCrystal.h>

#define RST_PIN 9
#define SS_PIN 10

byte readCard[4];
String MasterTag = "20C3935E";	// ЗАМЕНИТЕ этот ID метки на ID своей метки!!!
String tagID = "";

// Создание объектов
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); //Параметры: (rs, enable, d4, d5, d6, d7) 

void setup() 
{
  // Инициализация
  SPI.begin();        // SPI шина
  mfrc522.PCD_Init(); // MFRC522
  lcd.begin(16, 2);   // LCD дисплей

  lcd.clear();
  lcd.print(" Access Control ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Scan Your Card>>");
}

void loop() 
{
  
  // Ждем, пока не будет доступна новая метка
  while (getID()) 
  {
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0, 0);
    
    if (tagID == MasterTag) 
    {
      lcd.print(" Access Granted!");
      // Вы можете написать здесь любой код, например, открывание дверей,
      // включение реле, зажигание светодиода или что-то другое, что взбредет вам в голову.
    }
    else
    {
      lcd.print(" Access Denied!");
    }
    
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print(" ID : ");
    lcd.print(tagID);
      
    delay(2000);

    lcd.clear();
    lcd.print(" Access Control ");
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Scan Your Card>>");
  }
}

// Чтение новой метки, если она доступна
boolean getID() 
{
  // Получение готовности для чтения PICC карт
  if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) 
  { // Продолжать, если к RFID считывателю поднесена новая карта
    return false;
  }
  
  if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) 
  { // Когда карта поднесена, считать серийный номер и продолжить
    return false;
  }
  
  tagID = "";
  for ( uint8_t i = 0; i < 4; i  ) 
  { // Карты MIFARE, кторые мы используем, содержат 4-байтовый UID
    //readCard[i] = mfrc522.uid.uidByte[i];
    tagID.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX)); // Сложить эти 4 байта в одну переменную String
  }
  tagID.toUpperCase();
  mfrc522.PICC_HaltA(); // остановить чтение
  return true;
}

Программа довольно проста. Сначала мы включаем необходимые библиотеки, определяем выводы Arduino, создаем объекты LCD и MFRC522 и определяем главную метку.

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <LiquidCrystal.h>

#define RST_PIN 9
#define SS_PIN 10

byte readCard[4];
String MasterTag = "20C3935E";	// ЗАМЕНИТЕ этот ID метки на ID своей метки!!!
String tagID = "";

// Создание объектов
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); //Параметры: (rs, enable, d4, d5, d6, d7) 

В функции setup() мы инициализируем интерфейс SPI, объект MFRC522 и LCD дисплей. После этого мы печатаем на LCD дисплее приветственное сообщение.

void setup() 
{
  // Инициализация
  SPI.begin();        // SPI шина
  mfrc522.PCD_Init(); // MFRC522
  lcd.begin(16, 2);   // LCD дисплей

  lcd.clear();
  lcd.print(" Access Control ");
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Scan Your Card>>");
}

В функции loop() мы ждем, пока не будет отсканирована новая метка. Как только это будет сделано, мы сравним неизвестную метку с мастер-меткой, определенной в функции setup(). Всё! Если ID метки совпадает с ID мастера, доступ предоставляется, в противном случае в доступе будет отказано.

void loop() 
{
  
  // Ждем, пока не будет доступна новая метка
  while (getID()) 
  {
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0, 0);
    
    if (tagID == MasterTag) 
    {
      lcd.print(" Access Granted!");
      // Вы можете написать здесь любой код, например, открывание дверей,
      // включение реле, зажигание светодиода или что-то другое, что взбредет вам в голову.
    }
    else
    {
      lcd.print(" Access Denied!");
    }
    
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print(" ID : ");
    lcd.print(tagID);
      
    delay(2000);

    lcd.clear();
    lcd.print(" Access Control ");
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Scan Your Card>>");
  }
}

Ключевым моментом в проекте является пользовательская функция getID(). Как только она просканирует новую карту, внутри цикла for она преобразует 4 байта UID в строки и объединяет их для создания одной строки.

boolean getID() 
{
  // Получение готовности для чтения PICC карт
  if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) 
  { // Продолжать, если к RFID считывателю поднесена новая карта
    return false;
  }
  
  if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) 
  { // Когда карта поднесена, считать серийный номер и продолжить
    return false;
  }
  
  tagID = "";
  for ( uint8_t i = 0; i < 4; i  ) 
  { // Карты MIFARE, кторые мы используем, содержат 4-байтовый UID
    //readCard[i] = mfrc522.uid.uidByte[i];
    tagID.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX)); // Сложить эти 4 байта в одну переменную String
  }
  tagID.toUpperCase();
  mfrc522.PICC_HaltA(); // остановить чтение
  return true;
}

Rfid: метки для всех №1

Всё ли так хорошо?

Использование RFID вызвало серьезные споры, и некоторые защитники конфиденциальности потребителей инициировали бойкот продукции. Эксперты по защите прав потребителей Кэтрин Альбрехт и Лиз Макинтайр, два выдающихся критика, назвали две основные проблемы конфиденциальности в отношении RFID, которые заключаются в следующем:

Поскольку владелец предмета может не знать о наличии метки RFID, а метку можно прочитать на расстоянии без ведома человека, конфиденциальные данные могут быть получены без согласия.

Если отмеченный товар оплачивается кредитной картой или в сочетании с использованием карты лояльности, то можно будет косвенно установить личность покупателя, прочитав глобальный уникальный идентификатор этого товара, содержащийся в теге RFID. Это возможно, если человек, наблюдающий, также имел доступ к данным карты лояльности и кредитной карты, а человек с оборудованием знает, где будет покупатель.

При обсуждении свойств безопасности различных конструкций RFID полезно сформулировать четкие цели безопасности. 

• Метки (в дальнейшем “теги”) не должны ставить под угрозу конфиденциальность их владельцев. 

• Информация не должна передаваться неавторизованным читателям и не должна дать возможность создания долгосрочных ассоциаций отслеживания между тегами и их владельцами.

• Чтобы предотвратить отслеживание, владельцы должны иметь возможность обнаруживать и отключать любые теги, которые они несут.

• Общедоступные выходные данные тегов должны быть случайными или легко изменяемыми, чтобы избежать долгосрочных ассоциаций между тегами и держателями.

• Содержимое частного тега должно быть защищено контролем доступа и, если предполагается, что каналы опроса небезопасны, шифрованием.

• И теги, и читатели должны доверять друг другу. Спуфинг любой из сторон должен быть практически невозможным. 

• Помимо обеспечения механизма контроля доступа, взаимная аутентификация между тегами и считывателями также обеспечивает определенную степень доверия. Атаки с перехватом сеанса и повторным воспроизведением также вызывают беспокойство. Индукция отказа или прерывание питания не должны нарушать протоколы или открывать окна для попыток взлома. И теги, и считыватели должны быть устойчивы к повторному воспроизведению или атакам типа «злоумышленник в середине».

Обзор аппаратного обеспечения – модуль чтения / записи rf522 rfid

RFID модуль RC522 на основе микросхемы MFRC522 от NXP – это один из самых недорогих вариантов RFID, который вы можете найти в интернете менее чем за четыре доллара. Обычно он поставляется с картой RFID метки и брелоком с объемом памяти 1 КБ. И что лучше всего, он может записать метку, чтобы вы могли хранить в ней свое секретное сообщение.

Модуль считывателя RFID RC522 предназначен для создания электромагнитного поля на частоте 13,56 МГц, которое он использует для связи с метками RFID (стандартные метки ISO 14443A). Считыватель может взаимодействовать с микроконтроллером через 4-контактный последовательный периферийный интерфейс (SPI) с максимальной скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Он также поддерживает связь по протоколам I2C и UART.

У модуля имеется вывод прерывания. Это удобно потому, что вместо того, чтобы постоянно опрашивать RFID модуль «есть ли карта в поле зрения?», модуль сам предупредит нас, когда метка окажется рядом.

Рабочее напряжение модуля составляет от 2,5 до 3,3 В, но хорошая новость заключается в том, что логические выводы допускают напряжение 5 вольт, поэтому мы можем легко подключить его к Arduino или любому микроконтроллеру с 5-вольтовой логикой без использования какого-либо преобразователя логических уровней.

Повторное использование rfid меток

Попытка взлома

Для нашего эксперимента мы приобрели на «Авито» комплект замка: контроллер Iron Logic Z5R со встроенным RFID-считывателем, электромагнитный замок, кнопку отпирания и набор RFID-карт. Сам контроллер является универсальным и может работать не только с RFID-картами, но и с ключами iButton. Многие, наверное, знакомы с такими: металлическая таблетка, похожая на батарейку, вставленная в пластиковую ручку.

Мы прорабатывали две базовые идеи взлома замка. Первая заключалась в том, чтобы открыть его с помощью простого магнита, например, от компьютерного жесткого диска. В жестком диске такие магниты используются в системе управления «голосовой» головкой, читающей данные с магнитных «блинов». Дело в том, что в некоторых RFID-системах используются небольшие SMD-реле. Они управляются контроллером.

Когда контроллер не «видит» зарегистрированный ключ, реле пропускает через себя электрический ток — замок закрыт. Если в поле «зрения» контроллера появляется зарегистрированный ключ, на реле перестает подаваться управляющее напряжение, и оно размыкается — замок открыт.

Такой способ, например, хорошо работает с RFID-замками китайской компании Hfeng. Она поставляет замки в Россию, США и еще несколько стран. Но в случае с контроллером Z5R это не сработало. Дело в том, что в нем, в отличие от китайских замков, для управления замком используются не реле, а транзисторы, которым на изменение магнитного поля глубоко наплевать: пока на затвор подается напряжение, транзистор пропускает ток, как только оно исчезает — перестает.

Вторая идея заключалась в перехвате уже декодированных данных с RFID-ключей на контроллере. Такое тоже возможно, особенно на замках, где приемо-передатчик и контроллер выполнены на разных платах. В этом случае приемо-передатчик принимает данные с карты, декодирует их, а затем уже декодированные данные отправляет контроллеру. Тот сопоставляет их с данными в базе и открывает замок.

В этом случае можно установить «жучок» (в нашем случае контроллер ESP8266 с Wi-Fi с версией прошивки NodeMCU), который будет перехватывать передаваемый по проводам код и отображать его в собственном веб-интерфейсе. Этот код затем можно записать на другую карту и использовать ее для прохода или передать сразу в линию контроллеру по команде из того же веб-интерфейса.

Но все оказалось гораздо сложнее. Доставшийся нам контроллер Z5R установлен в пластиковом корпусе над принимающей антенной и целиком залит компаундом. При этом управляющий чип расположен на нижней стороне, и добраться до него, не сломав устройство, практически невозможно.

Предисловие

Итак, стоит, наверное, напомнить, что вскрытие меток для меня явилось продолжением хобби работы с электронной микроскопией и распила

в далёком уже 2022 году. В

вскользь была рассмотрена теория функционирования RFID-меток, а также были вскрыты и разобраны несколько наиболее распространённых и доступных на тот момент меток.

К этой статье, пожалуй, мало что можно добавить на сегодняшний день: всё те же 3(4) самых распространённых стандарта LF (120-150 kHz), HF (13.65 MHz – подавляющее большинство меток работает в этом диапазоне), UHF (фактически тут два частотных диапазона 433 и 866 MHz), за которыми тянется ещё парочка менее известных; те же принципы работы – индуцирование радиоволнами питания чипа и обработка входящего сигнала с выдачей информации обратно в приёмник.

В общем и целом, RFID-метка выглядит примерно так: подложка, антенна и сам чип.

Метка Tag-it от Texas Instruments

Однако, серьёзно поменялся «ландшафт» применения этих меток в быту.

Если в 2022ом году NFC (Near-Field Communication) был диковиной штукой в смартфоне, которым не понятно, как и где можно было воспользоваться. А такие гиганты, как, например, Sony, активно продвигали NFC и RFID, как способ подключать устройства (колонка от первой Sony Xperia, которая подключается магическим образом от касания телефона – Вау! Шок контент!) и изменять состояния (например, пришли домой, провели по метке, телефон включил звук, подключился к WiFi и т.д.), что по моим ощущениям не пользовалось особой популярностью.

То в 2022ом только ленивый не пользуется wireless картами (всё тот же NFC по большому счёту), телефонами с виртуальными картами (сестра при смене телефона настоятельно требовала NFC в оном) и прочими «упрощателями» жизни на базе этой технологии. RFID стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни: одноразовые проездные в автобус, карточки для прохода в многие офисные и не только здания, мини-кошельки внутри организаций (как, например, CamiPro в EPFL) «и прочая, и прочая, и прочая».

Собственно, именно поэтому набралось такое огромное количество меток, каждую из которых хочется вскрыть и посмотреть, что же прячется внутри: чей чип установлен? защищён ли он? что за антенна стоит?

Но обо всём по порядку…

Именно эти крохотные кусочки кремния сделали наш мир таким, каким мы его знаем сегодня

Распиновка rfid модуля rc522

Модуль RC522 имеет всего 8 контактов, соединяющих его с внешним миром.

VCC обеспечивает питание для модуля. Напряжение питания может быть в диапазоне от 2,5 до 3,3 вольт. Вы можете подключить его к выходу 3.3V вашей платы Arduino. Помните, что подключение его к выводу 5V, скорее всего, выведет модуль из строя!

RST – вход для сброса и отключения питания. Когда на этот вывод подается низкий логический уровень, запускается жесткое отключение питания. Оно отключает всех внутренних потребителей тока, включая генератор, и входные выводы отключаются от внешних цепей. Во время нарастающего фронта на этом выводе модуль сбрасывается.

GND вывод земли, должен быть подключен к выводу GND на Arduino.

IRQ – вывод прерывания, который может предупредить микроконтроллер, когда поблизости будет RFID метка.

Вывод MISO / SCL / Tx действует либо как Master-In-Slave-Out (вход ведущего – выход ведомого) при включенном интерфейсе SPI, либо как последовательный тактовый сигнал при включенном интерфейсе I2C, либо как выход последовательных данных при включенном интерфейсе UART.

MOSI (Master Out Slave In) – вход SPI для модуля RC522.

SCK (Serial Clock) принимает тактовые импульсы, предоставляемые мастером на шине SPI, то есть Arduino.

Вывод SS / SDA / Rx действует либо как вход, когда включен интерфейс SPI, либо как линия последовательных данных, когда включен интерфейс I2C, либо как вход последовательных данных, когда включен интерфейс UART.