CN108470134A - 一种保护rfid标签的教学培训类阅读器的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，优点在于学生进行RFID实验不会造成任何多余的负担，学生只要按原方式进行实验即可，且因为本方法对于RFID标签的保护，不用担心RFID标签失效的问题，可以更加放心大胆地进行实验；本发明还为学生提供了对于RFID标签改密、灭活、锁定的实验操作，消除了这类操作导致标签失效的隐患，并在LCD上显示虚拟状态和虚拟密钥，为RFID类实验提供更好的实验环境；因为本发明方法对于RFID标签的保护，增加了RFID标签的平均使用寿命，减少了学校对于RFID标签的投入成本，节约资金；教师在对于RFID标签的处理时，只需要批量进行初始化操作即可，无需针对不同状态与内容的RFID标签而采用不同的处理方式，操作更加简单而且高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种RFID技术领域，特别涉及一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法。
背景技术
RFID技术的基本工作原理如下：标签进入磁场后，阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
RFID类实验是物联网工程类专业的主要实验课程，其课程的主要目的是通过实验使学生了解和掌握各种RFID标准，以及对RFID标签的实际操作。ISO14443A，ISO14443B，ISO15693，ISO18000等，需要通过对应的RFID阅读器实现。
目前的RFID类实验由RFID实验箱来完成。RFID实验箱主要提供各种不同标准的RFID阅读器。每种阅读器主要由单片机/嵌入式芯片+RFID射频芯片+天线+通讯电路构成，同时提供了PC端的测试控制软件。RFID阅读器与RFID标签通信，学生可以通过PC测试控制软件与RFID阅读器进行通讯，从而实现对RFID标签的读写、加密等操作，以达到熟悉RFID技术的目的。
现有RFID阅读器，在教学上使用时，存在的技术问题有：
(1)对于一类含有密钥访问保护机制的RFID标签，如ISO14443A标签、ISO14443B标签、ISO18000-6C标签等，在进行密钥修改实验时，极易造成RFID标签的无效。其原因在于，当某学生将访问密钥修改后，在实验完成后，可能不会按照管理人员的要求，修改为初始密钥。那么，管理人员和其它学生将无法使用这张RFID标签，从而造成标签的浪费，也增加了实验室的管理难度。这种情况在开放式的实验环境下更为严重。
(2)有些类型RFID标签分为多个扇区，每个扇区有不同的密钥或密钥组。如NXP公司(恩智浦)Mifare Classic 1K RFID卡，其分为16个扇区，每一个扇区有一组密钥A和密钥B，整张RFID卡共计32个密钥。因此，这种类型的RFID卡管理工作量很大，且很难保证RFID卡某个扇区的密钥不被修改成实验室管理人员未知的密钥，从而造成RFID卡的部分失效。
(3)对于一类含有灭活类指令的RFID标签，如ISO18000标签、ISO18000-6C标签等，当接收到灭活指令后，将正式失效，导致RFID标签的浪费。
(4)对于一类含有锁定指令的RFID标签，如ST公司SR176。其存储结构分为16块，块4-块14允许用户写入。第15块为控制块，每一位对应于一组存储区，为0表示该组允许写操作，为1表示禁止写操作，第15块具有一次性可编程特性，即若某位已设为1，则将被禁止重置为0。当执行“锁定”指令后，其RFID标签不能被再次修改，造成RFID标签的失效。
(5)实验过程中，学生只能通过电脑了解实验进程，电脑笨重不利于移动，造成学生在装置与电脑之间来回走动，降低实验效率；而且学生只能依靠操作结果判断RFID标签状态，耗时耗力。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法。
本发明是这样实现的：
一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，在实验开始前，控制系统根据所实验RFID标签类型，生成对应标签记录的数据结构并发送给阅读器，阅读器根据接收到的数据结构对存储器进行初始化操作，存储器内的RFID标签重新以初始标签记录被访问；访问RFID标签包括如下步骤：
步骤10、读标签操作
控制系统发送读标签命令后，阅读器控制RFID阅读芯片执行读标签操作，天线内的RFID标签响应控制系统命令；最后由阅读器将结果解析后发送给控制系统；
步骤20、防冲突操作
控制系统发送防冲突命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行防冲突操作，多张RFID标签根据防冲突协议进行操作，每次只让一张RFID标签通过防冲突操作，阅读器得到通过防冲突操作的RFID标签后在存储器内查找是否有对应序列号的标签记录，如果不存在，则在存储器内建立一条新的标签记录并进行标签记录初始化；如果存在，则检查虚拟状态，如果虚拟状态为“灭活”状态，则返回“灭活状态”给控制系统，否则返回序列号给控制系统；
步骤30、选标签操作
控制系统发送选标签命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行选标签操作，步骤20中通过防冲突操作的RFID标签响应并将实际状态修改为“被选中”后发送给阅读器，阅读器得到RFID标签的实际状态并修改存储器中对应标签记录的“虚拟状态”，阅读器将RFID标签的实际状态发送给控制系统；
步骤40、密钥验证操作
控制系统发送密钥验证命令，阅读器将该密钥与对应标签记录的“虚拟密钥”比对，如果相同，则控制RFID阅读芯片执行密钥验证操作，将实际密钥发送给RFID标签，RFID标签收到实际密钥后与本身的密钥进行比对，相符，则修改实际状态为“已验证”后发送给阅读器，阅读器得到RFID标签的实际状态并修改存储器中对应标签记录的“虚拟状态”，阅读器将RFID标签的实际状态发送给控制系统；如果不相符，则直接返回密钥验证失败结果给控制系统；
步骤50、访问与修改操作
通过密钥验证后，控制系统发送存取命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行存取命令，RFID标签执行存取操作并通过阅读器发送RFID标签操作返回值以及实际状态给控制系统；
控制系统发送修改RFID标签的控制区或密钥区命令，如“修改密钥”、“灭活”、“锁定”，阅读器将存储器内对应标签记录的“虚拟密钥”或“虚拟状态”修改为新值后由阅读器发送状态给控制系统。
优选地，RFID标签的关键数据，以标签记录的形式保存在阅读器的存储器中，标签记录包括以下内容：
(1)ID号，作为RFID标签的标识；
(2)标签类型；
(3)虚拟密钥，指在操作过程中，学生针对RFID标签所设定的密钥；
(4)实际密钥，指RFID标签的实际密钥；
(5)虚拟状态，指在操作过程中，操作所形成的RFID标签的状态；
(6)实际状态，指RFID标签的实际状态。
优选地，根据RFID标签类型的不同，标签记录的虚拟密钥的个数至少一个。
优选地，所述存储器为非易失存储器。
优选地，所述阅读器包括：阅读器控制模块、RFID射频芯片以及天线，所述阅读器控制模块连接所述RFID射频芯片，所述RFID射频芯片连接所述天线，所述阅读器控制模块通过所述RFID射频芯片以及所述天线与RFID标签通讯。
优选地，还包括显示屏，所述显示屏连接阅读器控制模块，所述显示屏显示阅读器收到的命令、当前选中标签的序列号、当前虚拟密钥和标签的虚拟状态，方便学生了解实验过程。
本发明具有如下优点：
1、本发明通过在存储器里储存至少一张RFID标签的信息，当遇到会导致RFID标签失效或部分失效的操作时，本操作仅修改存储器里的RFID标签信息并返回修改结果，不对真实RFID标签进行修改，从而起到保护RFID标签的作用。
2、本发明对学生进行RFID实验不会造成任何多余的负担，学生只要按原方式进行实验即可，而且因为本方法对于RFID标签的保护，学生不用担心RFID标签失效的问题，可以更加放心大胆地进行实验。本发明还为学生提供了对于RFID标签改密、“灭活”的实验操作，完善了之前学生实验时这方面的缺失，对于学生学习RFID类实验提供更好的实验环境。
3、因为本发明方法对于RFID标签的保护，增加了RFID标签的平均使用寿命，从而减少了学校对于RFID标签的投入成本，节约资金。
4、教师在对于RFID标签的处理时，只需要批量进行初始化操作即可，无需针对不同状态与内容的RFID标签而采用不同的处理方式，操作更加简单而且高效，大幅度较少了教师在实验后对于RFID标签的处理时间；针对存在多组密钥的RFID类型，教师和实验室管理人员可以将所有的扇区密钥设置成同一组密钥，以减轻管理工作量。
5、本发明通过设置显示屏，显示阅读器控制模块收到的命令、当前选中标签的序列号、当前虚拟密钥和标签的虚拟状态，方便学生了解实验过程，使实验过程更具可视性。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的装置连接示意图。
图2为本发明方法的数据走向图。
具体实施方式
如图1与图2所示，一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，在实验开始前，控制系统根据所实验RFID标签类型，生成对应标签记录的数据结构并发送给阅读器，阅读器根据接收到的数据结构对存储器进行初始化操作，存储器内的RFID标签重新以初始标签记录被访问；访问RFID标签包括如下步骤：
步骤10、读标签操作
控制系统发送读标签命令后，阅读器控制RFID阅读芯片执行读标签操作，天线内的RFID标签响应控制系统命令；最后由阅读器将结果解析后发送给控制系统；
步骤20、防冲突操作
控制系统发送防冲突命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行防冲突操作，多张RFID标签根据防冲突协议进行操作，每次只让一张RFID标签通过防冲突操作，阅读器得到通过防冲突操作的RFID标签后在存储器内查找是否有对应序列号的标签记录，如果不存在，则在存储器内建立一条新的标签记录并进行标签记录初始化；如果存在，则检查虚拟状态，如果虚拟状态为“灭活”状态，则返回“灭活状态”给控制系统，否则返回序列号给控制系统；
步骤30、选标签操作
控制系统发送选标签命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行选标签操作，步骤20中通过防冲突操作的RFID标签响应并将实际状态修改为“被选中”后发送给阅读器，阅读器得到RFID标签的实际状态并修改存储器中对应标签记录的“虚拟状态”，阅读器将RFID标签的实际状态发送给控制系统；
步骤40、密钥验证操作
控制系统发送密钥验证命令，阅读器将该密钥与对应标签记录的“虚拟密钥”比对，如果相同，则控制RFID阅读芯片执行密钥验证操作，将实际密钥发送给RFID标签，RFID标签收到实际密钥后与本身的密钥进行比对，相符，则修改实际状态为“已验证”后发送给阅读器，阅读器得到RFID标签的实际状态并修改存储器中对应标签记录的“虚拟状态”，阅读器将RFID标签的实际状态发送给控制系统；如果不相符，则直接返回密钥验证失败结果给控制系统；
步骤50、访问与修改操作
通过密钥验证后，控制系统发送存取命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行存取命令，RFID标签执行存取操作并通过阅读器发送RFID标签操作返回值以及实际状态给控制系统；
控制系统发送修改RFID标签的控制区或密钥区命令，如“修改密钥”、“灭活”、“锁定”，阅读器将存储器内对应标签记录的“虚拟密钥”或“虚拟状态”修改为新值后由阅读器发送状态给控制系统。
上述RFID标签的关键数据，以标签记录的形式保存在阅读器的存储器中，标签记录包括以下内容：
(1)ID号，作为RFID标签的标识；
(2)标签类型；
(3)虚拟密钥，指在操作过程中，学生针对RFID标签所设定的密钥；
(4)实际密钥，指RFID标签的实际密钥；
(5)虚拟状态，指在操作过程中，操作所形成的RFID标签的状态；
(6)实际状态，指RFID标签的实际状态。
根据RFID标签类型的不同，标签记录的虚拟密钥的个数至少一个；所述存储器为非易失存储器；所述阅读器包括：阅读器控制模块、显示屏(选用液晶显示屏LCD)、RFID射频芯片以及天线，所述阅读器控制模块为单片机或嵌入式控制器，所述阅读器控制模块连接所述RFID射频芯片，所述RFID射频芯片连接所述天线，所述阅读器控制模块通过所述RFID射频芯片以及所述天线与RFID标签通讯。
本发明所述LCD显示共有4行，第一行用于显示阅读器接收到的操作命令；第二行，当选中标签时显示该标签的序列号，否则显示“序列号未知”；第三行，当选中标签时显示该标签的虚拟密钥，否则显示“虚拟密钥未知”；第四行，当选中标签时显示该标签的虚拟状态，否则显示“虚拟状态未知”，在实验中LCD根据实验操作显示相应信息。
如图2所示，控制系统与阅读器的信息交流有三种：虚拟密钥、虚拟状态、RFID标签数据；阅读器与储存单元的信息交流有四种：虚拟密钥、虚拟状态、ID号、标签类型；阅读器与RFID标签记录交流有三种：实际密钥、实际状态、RFID标签数据。
以下用序号为42A79348的ISO14443A标准的RFID标签以及控制系统为PC机做进行进一步说明：
PC机通过串口、USB、WIFI、蓝牙与阅读器通讯，阅读器接收PC机命令，并通过访问RFID阅读芯片，由RFID阅读芯片驱动天线与RFID标签通讯。RFID标签通过天线与RFID阅读芯片进行通讯。
第一步，读标签操作
PC机发送读标签命令，希望得知天线区域内是否有RFID标签。
阅读器控制RFID阅读芯片执行读标签操作，如果天线内有RFID标签，则RFID标签响应命令；阅读器将结果解析后发送给PC机。
第二步，防冲突操作(即如果天线内有多张RFID标签，则最后只有一张标签会在此过程胜出)
PC机发送防冲突命令，以在多张标签中得到其中一张标签的序列号，阅读器控制RFID阅读芯片执行防冲突操作，多张RFID标签根据防冲突协议进行操作，每次操作只有一张标签会通过防冲突操作，假设序列号为42A79348的RFID标签通过防冲突操作。
阅读器得到“42A79348”并在非易失存储器内查找是否有该序列号的标签记录，如果不存在，则建立一条标签记录并初始化该标签记录，虚拟密钥默认设为FFFFFFFFFFFF；如果存在，则检查虚拟状态，如果为“灭活”状态，则返回“灭活状态”，否则返回序列号。
最后，PC机得知天线区内有的一张序列号为42A79348的RFID标签。
第三步，选标签操作
PC机发送选标签命令，参数为42A79348，阅读器控制RFID阅读芯片执行选标签操作，序列号为42A79348的RFID标签响应，RFID标签将实际状态修改为“被选中”后RFID标签发送状态给阅读器，同时非易失存储器的“虚拟状态”也修改为“被选中”，PC机得知RFID标签的状态。第四步，密钥验证操作
如果标签被选中，PC机可以根据序列号，从数据库中取得该标签的密钥，并将该密钥发给RFID标签去验证。(假设实验室领用到一批RFID标签，则将利用正常的阅读器将RFID标签的密钥修改为“010203040506”，此密钥仅管理人员保存，为RFID标签的实际密钥。而在第二步初始化一条RFID标签记录时，虚拟密钥默认为“FFFFFFFFFFFF”，学生在操作过程中，有可能将虚拟密钥修改为其它值，但不会修改RFID标签的实际密钥，请参见第五步)。
PC机发送密钥验证命令，参数为密钥为FFFFFFFFFFFF。
阅读器将该密钥与对应标签记录的“虚拟密钥”比对，如果相同，则控制RFID阅读芯片执行密钥验证操作，将实际密钥010203040506发送给RFID标签，RFID标签将收到的实际密钥010203040506与本身的密钥进行比对，相符则由阅读器将RFID标签验证结果发送给PC机，并将非易失存储器中的“虚拟状态”改为“已验证”；如果不同，则直接返回密钥验证失败结果给PC机。
第五步，访问与修改操作
访问(包括读取和修改)RFID存储区的内容(如公交标签的金额)。
RFID标签一般分为三块：存储块、控制块以及密钥块。
1、操作RFID标签存储块
PC机发送存储器存取命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行存储器存取命令，RFID标签发送RFID标签操作返回值以及实际状态由阅读器转发数据和状态给PC机，PC机得知42A79348的RFID标签的数据或状态。
2、操作RFID标签控制块以及密钥块
本操作仅修改非易失存储器内对应标签记录的虚拟密钥，不能修改RFID实际密钥。本操作与RFID标签无关。
PC机发送修改密钥或灭活命令，阅读器将非易失存储器内对应标签记录的“虚拟密钥”或“虚拟状态”修改为新值后发送状态给PC机，PC机得知42A79348的RFID标签的状态。
另需说明的是，当RFID标签包含锁定类命令时，如SR176标签，PC机发送锁定命令时，阅读器仅修改“虚拟状态”，而不修改标签内的实际存储器；对于该类标签的写操作，阅读器将检查“虚拟状态”，并判断是否允许进行写操作，如果不允许则返回失败状态给PC机。
第六步，初始化操作
管理人员对非易失存储器进行初始化操作，非易失存储器中被修改的RFID标签记录被重置，RFID标签能够重新以初始标签记录被访问。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，其特征在于：在实验开始前，控制系统根据所实验RFID标签类型，生成对应标签记录的数据结构并发送给阅读器，阅读器根据接收到的数据结构对存储器进行初始化操作，存储器内的RFID标签重新以初始标签记录被访问；访问RFID标签包括如下步骤：
步骤10、读标签操作
控制系统发送读标签命令后，阅读器控制RFID阅读芯片执行读标签操作，天线内的RFID标签响应控制系统命令；最后由阅读器将结果解析后发送给控制系统；
步骤20、防冲突操作
控制系统发送防冲突命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行防冲突操作，多张RFID标签根据防冲突协议进行操作，每次只让一张RFID标签通过防冲突操作，阅读器得到通过防冲突操作的RFID标签后在存储器内查找是否有对应序列号的标签记录，如果不存在，则在存储器内建立一条新的标签记录并进行标签记录初始化；如果存在，则检查虚拟状态，如果虚拟状态为“灭活”状态，则返回“灭活状态”给控制系统，否则返回序列号给控制系统；
步骤30、选标签操作
控制系统发送选标签命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行选标签操作，步骤20中通过防冲突操作的RFID标签响应并将实际状态修改为“被选中”后发送给阅读器，阅读器得到RFID标签的实际状态并修改存储器中对应标签记录的“虚拟状态”，阅读器将RFID标签的实际状态发送给控制系统；
步骤40、密钥验证操作
控制系统发送密钥验证命令，阅读器将该密钥与对应标签记录的“虚拟密钥”比对，如果相同，则控制RFID阅读芯片执行密钥验证操作，将实际密钥发送给RFID标签，RFID标签收到实际密钥后与本身的密钥进行比对，相符，则修改实际状态为“已验证”后发送给阅读器，阅读器得到RFID标签的实际状态并修改存储器中对应标签记录的“虚拟状态”，阅读器将RFID标签的实际状态发送给控制系统；如果不相符，则直接返回密钥验证失败结果给控制系统；
步骤50、访问与修改操作
通过密钥验证后，控制系统发送存取命令，阅读器控制RFID阅读芯片执行存取命令，RFID标签执行存取操作并通过阅读器发送RFID标签操作返回值以及实际状态给控制系统；
控制系统发送修改RFID标签的控制区或密钥区命令，阅读器将存储器内对应标签记录的“虚拟密钥”或“虚拟状态”修改为新值后由阅读器发送状态给控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，其特征在于：RFID标签的关键数据，以标签记录的形式保存在阅读器的存储器中，标签记录包括以下内容：
(1)ID号，作为RFID标签的标识；
(2)标签类型；
(3)虚拟密钥，指在操作过程中，学生针对RFID标签所设定的密钥；
(4)实际密钥，指RFID标签的实际密钥；
(5)虚拟状态，指在操作过程中，操作所形成的RFID标签的状态；
(6)实际状态，指RFID标签的实际状态。
3.根据权利要求2所述的一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，其特征在于：根据RFID标签类型的不同，标签记录的虚拟密钥的个数至少一个。
4.根据权利要求1所述的一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，其特征在于：所述存储器为非易失存储器。
5.根据权利要求1所述的一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，其特征在于：所述阅读器包括：阅读器控制模块、RFID射频芯片以及天线，所述阅读器控制模块连接所述RFID射频芯片，所述RFID射频芯片连接所述天线，所述阅读器控制模块通过所述RFID射频芯片以及所述天线与RFID标签通讯。
6.根据权利要求5所述的一种保护RFID标签的教学培训类阅读器的控制方法，其特征在于：还包括显示屏，所述显示屏连接阅读器控制模块，所述显示屏显示阅读器收到的命令、当前选中标签的序列号、当前虚拟密钥和标签的虚拟状态，方便学生了解实验过程。
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2018
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