CN106874987B - 一种无源电子标签芯片工作模式配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无源电子标签芯片工作模式配置方法，在配置一个外部引脚以及内部配置两个存储器的基础上，通过外部引脚的接通和关断以及两个存储器存储值写入设定值和非设定值，并判断存储器存储值状态和外部引脚的感知状态，依据判断构成的逻辑组合，配置无源电子标签芯片在测试阶段、初始化阶段、应用阶段的3个不同安全等级的工作模式。这样应用阶段的无源电子标签芯片恢复成测试阶段无法同时满足两个条件。这样大大减小了人为利用芯片读取内部存储数据错误，进入测试阶段工作模式的可能性，即不能反复让无源电子标签处于不稳定工作状态来获得最高操作权限，从而不能对无源电子标签芯片内部数据进行分析和破解，避免安全数据的泄露。

Description

一种无源电子标签芯片工作模式配置方法
技术领域
本发明属于电子标签技术领域，更为具体地讲，涉及一种无源电子标签芯片工作模式配置方法。
背景技术
电子标签即RFID(Radio Frequency Identification，无线电射频识别)，包括两个部分：
1、电子标签天线，用于给电子标签芯片提供能量(无源电子标签)和通信功能，其使用的频段有：超高频天线(800-950MHz)、高频天线(13.56MHz)以及低频天线(125KHz)；
2、电子标签芯片，用于信息的存储，并通过天线与标签读写器进行通信。标签读写器可以读取或改写电子标签芯片中的存储信息。
电子标签分为有源电子标签和无源电子标签。有源电子标签内装有电池或接受外部电源供电，一般具有较远的读写距离，不足之处是电池的寿命有限(3～10年)；无源电子标签内无电池，它接收到标签读写器(读写装置)发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源电子标签，无源电子标签在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。
无源电子标签的基本工作原理是：当无源电子标签进入标签读写器发出的磁场后，接收标签读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量进行工作：1、通过电子标签天线发送出存储在无源电子标签芯片中的信息，标签读写器读取信息并解码后，送至系统的信息处理中心进行有关数据处理；2、或通过电子标签天线接收标签读写器的信息，改写无源电子标签芯片中的存储信息。
无源电子标签是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预。作为条形码的无线版本，无源电子标签技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点，目前已经广泛使用于各个领域，如货物的跟踪、各种物品的识别、管理、跟踪与防伪以及身份识别等。
应用中，无源电子标签从晶圆厂家，到晶圆测试厂家(测试阶段)，再到标签运营商家(初始化阶段)，最后到达终端市场(应用阶段)，每一个阶段无源电子标签芯片都有一定的操作权限，如何保证每一个阶段对电子标签芯片的操作权限是一个很重要的课题。但由于无源电子标签在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制，在临界距离操作无源电子标签时，其工作状态会极其不稳定，尤其无源电子标签芯片在读取自身内部存储数据时，可能会读取到错误的数据，从而导致无源电子标签芯片可能工作在错误的更高操作权限的工作模式，这种安全隐患会被人为地利用电子标签芯片的漏洞进入特定的工作状态，从而有机会对无源电子标签芯片进行深入的分析，致使无源电子标签芯片安全数据被泄露，因此这是需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种无源电子标签芯片工作模式配置方法，以减小人为利用无源电子标签芯片读取内部存储数据错误进入到更高操作权限的工作模式，进而对无源电子标签芯片进行深入分析，造成无源电子标签芯片中安全数据泄露的可能性。
为实现上述发明目的，本发明无源电子标签芯片工作模式配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、配置无源电子标签芯片
在无源电子标签芯片配置一个外部引脚，其感知状态记为HFUSE1，该外部引脚与一外部切换开关连接，用于感知外部切换开关的接通或关断的状态，接通时，HFUSE1＝1，关断时，HFUSE1＝0；
在无源电子标签芯片内部配置两个存储器即第一存储器、第二存储器，各自存储值分别记为SFUSE1、SFUSE2；
(2)、测试阶段工作模式配置
在无源电子标签芯片生产出来进行测试时，外部切换开关处于接通状态，用1来表示；当无源电子标签芯片上电检测，外部引脚感知到外部切换开关处于接通状态，即HFUSE1等于1，同时第一存储器的存储值SFUSE1不等于设定值X1时，无源电子标签芯片处于最高操作权限的工作模式，可执行测试类型指令表中的指令，即可执行所有无源电子标签芯片指令；
当测试完成时，通过指令写入设定值X1到第一存储器中、写入设定值X2到第二存储器中，即第一存储器的存储值SFUSE1设置为设定值X1、第二存储器的存储值SFUSE2设置为设定值X2；同时，关断外部切换开关，掉电退出测试阶段；同时，切断外部开关，掉电退出测试阶段，进入下一阶段，即初始化阶段。
(3)、初始化阶段工作模式配置
当进入初始化阶段时，无源电子标签芯片上电，并检测是否满足条件：感知状态HFUSE1不等于1且第一存储器的存储值SFUSE1等于设定值X1、第二存储器的存储值SFUSE2等于设定值X2，如果满足，则无源电子标签芯片正常工作在初始化阶段，可执行初始化类型表中的指令；
当初始化完成时，通过指令写入非设定值X2的一个值到第二存储器中，即第二存储器的存储值SFUSE2设置为一个非设定值X2的值即设置为一个不等于设定值X2的值；芯片掉电退出初始化阶段，进入下一阶段，即应用阶段。
(4)、应用阶段工作模式配置
，当芯片进入应用阶段后，无源电子标签芯片上电并检测满足条件：感知状态HFUSE1不等于1且第一存储器的存储值SFUSE1等于某设定值X1、第二存储器的存储值SFUSE2不等于设定值X2时，如果满足，则无源电子标签芯片工作在应用阶段，可执行应用类型表中的指令；如果感知状态HFUSE1等于1，则禁止执行应用类型表中的一些指令并清除关键存储器中的数据，其中，禁止执行的指令和关键存储器根据具体应用确定。
本发明的目的是这样实现的。
本发明无源电子标签芯片工作模式配置方法，在配置一个外部引脚以及内部配置两个存储器的基础上，通过外部引脚的接通和关断以及两个存储器存储值写入设定值和非设定值，并判断存储器存储值状态和外部引脚的感知状态，依据判断构成的逻辑组合，配置无源电子标签芯片在测试阶段、初始化阶段、应用阶段的3个不同安全等级的工作模式，每一种工作阶段可执行测试类型、初始化类型、应用类型3种类型指令表中的指令。由于无源电子标签芯片必须在测试阶段才能执行所有类型的指令，在应用阶段，无源电子标签芯片如果被进行非法分析和破解，必须将无源电子标签芯片配置成测试阶段才能有机会进行所有指令分析和数据，由此可见要将应用阶段的无源电子标签芯片恢复成测试阶段的无源电子标签芯片必须同时满足两个条件：(1)、HFUSE＝＝1，即必须将外部切换开关必须为接通状态；(2)、必须将第一存储器的存储值SFUSE1的值设置成非设定值X1的值。显然，无源电子标签芯片在应用阶段时，这两个条件不可能同时满足。如果将无源电子标签芯片配置的外部引脚连接的外部切换开关接通，根据测试阶段、初始化阶段对两个存储器的配置，无源电子标签芯片一上电只要读取第一个存储器存储值正确，就将禁止执行一些指令并清除关键存储器中的数据，这样，这样大大减小了人为利用读取内部存储数据错误，进入测试阶段工作模式的可能性，即不能反复让无源电子标签处于工作状态不稳定来获得最高操作权限(即可执行所有无源电子标签芯片指令)，从而不能对无源电子标签芯片内部数据进行分析和破解，避免安全数据的泄露。
附图说明
图1是本发明中无源电子标签芯片一种具体实施方式结构示意图；
图2是本发明无源电子标签芯片工作模式配置方法中三个阶段工作模式配置实施方式流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
图1是本发明中无源电子标签芯片一种具体实施方式结构示意图。
如图1所示，天线即电子标签天线连接到无源电子标签芯片U1的两个引脚RF1、RF2，通过天线无源电子标签芯片获得能量，并进行通信。
在本发明中，首先需要配置无源电子标签芯片U1，即在无源电子标签芯片U1配置一个外部引脚HFUSE1，其感知状态也记为HFUSE1，该外部引脚HFUSE1与一外部切换开关S1连接，用于感知外部切换开关S1的接通或关断的状态。在本实施例中，外部引脚HFUSE1通过无源电子标签芯片U1的内部电阻R1连接到地，通过外部切换开关S1连接到芯片电源端VDD。这样，外部切换开关S1接通状态时，外部引脚HFUSE1上的电压为高电压，即HFUSE1＝1；外部切换开关S1关断状态时，外部引脚HFUSE1上的电压为低电压，即HFUSE1＝0。此外，外部切换开关S1为一熔丝，在无源电子标签芯片生产出来进行测试时，外部切换开关S1处于接通状态，即熔丝是接通的。
需要说明的是，外部引脚HFUSE1在芯片内部接到VDD上，外部开关接到地上，或者配置设置成相反的逻辑，断开为1，接通为0同时，如图1所示，在无源电子标签芯片U1中有一通用存储区。在本发明中，内部配置有两个存储器即第一存储器、第二存储器，各自存储值分别记为SFUSE1、SFUSE2。此外，还配置一个检验存储器CRC1。
图2是本发明无源电子标签芯片工作模式配置方法中三个阶段工作模式配置实施方式流程图。
在本实施例中，测试、初始化以及应用三个阶段的工作模式配置如图2所示：
1、测试阶段工作模式配置
当无源电子标签芯片从晶圆厂家生产出来，需要在晶圆测试厂家进行全面的测试，剔除一些不合格的产品。在本实施例中，测试阶段的工作模式配置步骤如下：
步骤S1:无源电子标签芯片上电；
步骤S2:读取即第一存储器、第二存储器的存储值SFUSE1、SFUSE2以及外部引脚的感知状态HFUSE1；
步骤S3:判断第一存储器的存储值SFUSE1是否等于设定值X1，如果不等于于，则执行步骤S4(生产出来的无源电子标签芯片，第一存储器的存储值SFUSE1是一个随机值，等于X1是一个极小的概率，因此会执行步骤S4)；
步骤S4:进一步判断外部引脚感知状态HFUSE1，如果不等于1，则执行步骤S5；如果等于，则执行步骤S6；
步骤S5：不响应任何指令；此时，即第一存储器的存储值SFUSE1不等于X1(生产出来的无源电子标签芯片，第一存储器的存储值SFUSE1是一个随机值，等于X1是一个极小的概率)，且外部引脚感知状态HFUSE1也不等于1即为0(熔丝出现了断开的状况)，表示生产出的无源电子标签芯片的熔丝出现了断开的状况，该无源电子标签芯片是不合格的故障产品，如果不响应任何指令，则表明出现了这种状况。在本实施例中，采用不响应任何指令来表示出现了熔丝断开状况，但是也可以采用其他特定的一个或多个指令的响应来表示。
步骤S6：无源电子标签芯片处于最高操作权限的工作模式，正常工作在测试阶段，可执行测试类型表中的指令；在本实施例中，测试类型表中的指令包括指令集CMD-A，CMD-B，CMD-C，CMD-D中的指令，可以执行指令集CMD-A，CMD-B，CMD-C，CMD-D中的指令。
步骤S7：执行指令将SFUSE1设置为设定值X1、SFUSE2设置为设定值X2，将熔丝从VDD断开，掉电退出测试阶段，芯片进入下一阶段，即初始化阶段。
需要说明的是，在具体实施过程中，在测试阶段，即使出现步骤S3中第一存储器的存储值SFUSE1等于设定值X1的极小概率的情况，如果图2所示，进入不到测试阶段工作模式，则会被视为不合格产品，也不影响本发明的安全性。
2、初始化阶段工作模式配置
当无源电子标签到运营商家，需要进行初始化。在本实施例中，初始化阶段工作模式配置的步骤如下：
步骤S1:无源电子标签芯片上电；
步骤S2:读取即第一存储器、第二存储器的存储值SFUSE1、SFUSE2以及外部引脚的感知状态HFUSE1；
步骤S3:判断第一存储器的存储值SFUSE1是否等于设定值X1，如果等于，则执行步骤S8(此前，在测试阶段已经设置为设定值X1，因此会执行步骤S8)；
步骤S8：进一步判断第二存储器的存储值SFUSE2是否等于设定值X2，如果等于，则执行步骤S9(此前，在测试阶段已经设置为设定值X2，因此执行步骤S9)；
步骤S9：无源电子标签芯片处于正常工作在初始化阶段，可执行初始化类型表中的指令；在本实施例中，初始化类型表中的指令为CMD-B，CMD-C，-中的指令，可以执行指令集CMD-B，CMD-C，-中的指令，初始化类型表中的指令相对于测试类型表中的指令要少一些，并且也不能执行应用类的某些指令。
步骤S10：执行指令将SFUSE2设置为非设定值X2，掉电退出测试阶段，芯片即进入下一阶段，即应用阶段。
需要说明的是，在初始化阶段，如果感知状态HFUSE1等于1，则会被视为不合格产品，也不影响本发明的安全性。
3、应用阶段工作模式配置
当无源电子标签到终端市场，操作权限进一步减小，应用阶段工作模式配置的步骤如下：
步骤S1:无源电子标签芯片上电；
步骤S2:读取即第一存储器、第二存储器的存储值SFUSE1、SFUSE2以及外部引脚的感知状态HFUSE1；
步骤S3:判断第一存储器的存储值SFUSE1是否等于设定值X1，如果等于，则执行步骤S8(此前，在测试阶段已经设置为设定值X1，因此会执行状态S8)；
步骤S8：进一步判断第二存储器的存储值SFUSE2是否等于设定值X2，如果不等于，则执行步骤S11(此前，在初始化阶段已经设置为非设定值X2，因此会执行步骤S11)；
步骤S11：判断外部引脚感知状态HFUSE1，如果不等于1，则执行步骤S13；如果等于1，则执行步骤S12；
步骤S12：自主写入设定值CX3到校验位存储器CRC1中，清除关键存储器中的数据，然后执行步骤S13；
步骤S13：处于应用阶段，可执行应用类型指令表中的指令，在本实施例中，应用类型指令表中的指令为指令集CMD-C，CMD-D中的指令；如果校验存储器CRC1的值等于设定值CX3，则禁止执行应用类型表中的一些指令，如执行指令集CMD-D，这样，只能执行指令集CMD-C中的指令。
在本实施例中，如图2所示，无源电子标签芯片如果被进行非法分析和破解，必须将无源电子标签芯片配置成测试阶段才能有机会进行所有指令分析和数据分析，由此可见要将应用阶段的无源电子标签芯片恢复成测试阶段的无源电子标签芯片必须同时满足两个条件：(1)、HFUSE＝＝1，即必须将外部切换开关必须为接通状态；(2)、必须将第一存储器的存储值SFUSE1的值设置成非设定值X1的值。显然，无源电子标签芯片在应用阶段时，这两个条件不可能同时满足。如果将无源电子标签芯片配置的外部引脚连接的外部切换开关接通，根据测试阶段、初始化阶段对两个存储器的配置，无源电子标签芯片一上电只要读取第一个存储器存储值正确，就将禁止执行一些指令并清除关键存储器中的数据，这样，大大减小了人为利用读取内部存储数据错误，进入测试阶段工作模式的可能性，即不能反复让无源电子标签芯片处于不稳定工作状态来获得最高操作权限(即可执行所有无源电子标签芯片指令)，从而不能对无源电子标签芯片内部数据进行分析和破解，避免安全数据的泄露。
另外，如图2所示，在应用阶段，进入初始化工作模式的可能是，只有第一存储器存储值SFUSE1读取正确、第二存储器存储值SFUSE2读取不正确并且这种不正确还必须设定值X2，由于读取数据的一致性，这种情况几乎不会发生，且初始化工作模式的操作权限也相对较低，不能对无源电子标签芯片内部数据进行分析和破解，从而避免安全数据的泄露
在应用阶段读错也不影响本发明的安全性。
本发明能确保无源电子标签芯片在应用阶段时不被破解，同时通过逻辑判断可检测无源电子标签芯片是否被人为修改，为此无源电子标签芯片自主将一特定值即CX3写入内部的校验存储器CRC1中，标记出该无源电子标签芯片被人为分析过，并且该校验存储器CRC1的数值可通过读写设备执行某一指令读取出来，用于确定无源电子标签芯片被人为分析过。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种无源电子标签芯片工作模式配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、配置无源电子标签芯片
在无源电子标签芯片配置一个外部引脚，其感知状态记为HFUSE1，该外部引脚与一外部切换开关连接，用于感知外部切换开关的接通或关断的状态，接通时，HFUSE1＝1，关断时，HFUSE1＝0；
在无源电子标签芯片内部配置两个存储器即第一存储器、第二存储器，各自存储值分别记为SFUSE1、SFUSE2；
(2)、测试阶段工作模式配置
在无源电子标签芯片生产出来进行测试时，外部切换开关处于接通状态；当无源电子标签芯片上电检测，外部引脚感知到外部切换开关处于接通状态，即HFUSE1等于1，同时第一存储器的存储值SFUSE1不等于设定值X1时，无源电子标签芯片处于最高操作权限的工作模式，可执行测试类型指令表中的指令，即可执行所有无源电子标签芯片指令；
当测试完成时，通过指令写入设定值X1到第一存储器中、写入设定值X2到第二存储器中，即第一存储器的存储值SFUSE1设置为设定值X1、第二存储器的存储值SFUSE2设置为设定值X2；同时，关断外部切换开关，掉电退出测试阶段，进入下一工作阶段，即初始化阶段；
(3)、初始化阶段工作模式配置
当进入初始化阶段时，无源电子标签芯片上电，并检测是否满足条件：感知状态HFUSE1不等于1且第一存储器的存储值SFUSE1等于设定值X1、第二存储器的存储值SFUSE2等于设定值X2，如果满足，则无源电子标签芯片正常工作在初始化阶段，可执行初始化类型表中的指令；
当初始化完成时，通过指令写入非设定值X2的一个值到第二存储器中，即第二存储器的存储值SFUSE2设置为一个非设定值X2的值即设置为一个不等于设定值X2的值；芯片掉电退出初始化阶段，进入下一工作阶段，即应用阶段；
(4)、应用阶段工作模式配置
当进入应用阶段时，无源电子标签芯片上电并检测满足条件：感知状态HFUSE1不等于1且第一存储器的存储值SFUSE1等于设定值X1、第二存储器的存储值SFUSE2不等于设定值X2时，如果满足，则无源电子标签芯片工作在应用阶段，可执行应用类型表中的指令；如果感知状态HFUSE1等于1且第一存储器的存储值SFUSE1等于设定值X1，则禁止执行应用类型表中的一些指令并清除关键存储器中的数据，其中，禁止执行的指令和关键存储器根据具体应用确定。
2.根据权利要求1所述的无源电子标签芯片工作模式配置方法，其特征在于，所述步骤(1)中，无源电子标签芯片内部还配置有一校验存储区CRC1；
在所述步骤(4)中，当感知状态HFUSE1等于1，无源电子标签芯片自主写入设定值CX3到校验值存储器CRC1中，标记出该无源电子标签芯片被人为分析过，并且该校验值存储器CRC1的数值可通过读写设备执行某一指令读取出来，用于确定无源电子标签芯片被人为分析过。
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