M1卡笔记① - 原理与数据

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Jun 16, 2025

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介绍相关卡片与技术，M1卡工作原理和数据使用

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无线电

NFC

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配合阅读：详解M1卡-破解与对抗

卡片分类

卡片有很多种分类方式，不同分类又有各式组合，不存在严格的树形或包含关系。本文章的主角是Mifare卡，其它信息均不细讲。

卡片通信方式

卡片从读取方式上包含接触式、非接触式（如射频）、混合式

手机 Sim 卡是接触式卡

校园卡、公交卡等是非接触式射频卡

银行卡是混合式卡 —— 接触、磁条、射频

卡片通信方式可以从外观上轻松区分，设计上也都是取决于各自使用场景

Mifare 卡都属于 非接触式射频卡

非接触式射频卡的通信频率

超高频 UHF 卡 (865-995mHZ)，不常见，常用于停车场的闸机系统，能隔数米远传输数据

低频 ID 卡 (125kHZ)，存储只读数据，出厂写死卡号。常见于物流识别、宠物皮下芯片等

高频卡 (13.56mHz)，又称 IC 卡，智能卡。它是目前最为常见，应用最广的射频卡片

Mifare 卡都属于 高频IC卡

非接触式高频射频卡的内置芯片

继续按照高频射频式IC卡 的内置芯片分类，主要包含

MIFARE 系列：非常常见，由恩智浦半导体公司（NXP）研发，包含多个系列，成本低用途广。

NTAG 系列：同样由恩智浦推出，常用于存储WIFI、联系人、链接等信息，方便操作与共享。

CPU 卡：例如银行卡、MifareDESFire 等。用于高安全性场景中，目前不可破解。

其它：FeliCa 、 HID iClass 等，不常见。

高安全需求中，CPU卡更加常见。但因制造和管理成本低，Mifare Classic 卡仍在被大量应用。

可通过卡片的 SAK 值判断卡芯片类型，具体见后文

射频通信

标准与协议

RFID（射频识别）：

包含低频到超高频

工作距离几厘米到几十米

读写器和标签是独立的两个实体

不支持P2P，设备间为主从关系

NFC（近场通信）：

特指高频(13.56mHz)

工作距离 0-10 厘米

既支持读写操作模式也支持卡模式

支持P2P，设备对等可交换数据

NFC 在 RFID 的基础上发展而来，也兼容 RFID 高频的通信标准，但两者不是包含关系

ISO 14443-A/B

ISO 14443 标准定义了 13.56 MHz 卡和读卡器之间的各种特性。分为两种载波调制和二进制编码方式不同且互不兼容的类型：Type-A 和 Type-B ，其对应的呼叫请求命令分别为 REQA 和 REQB，读卡器需要专门支持才能处理对应类型的卡。

硬件设计上，Type-B 比 Type-A 成本更高，更复杂，在高安全性需求的读卡系统中更常见。

Type-A 常见于：所有 Mifare 卡片，遵循 ISO14443A 标准

Type-B 常见于：银行卡、大多数国家（包括中国）的电子身份证

Mifare Classic 卡通信

读卡器，又称读头、PCD

确认卡片

读卡器工作时持续发射 13.56mHz 射频电磁波，包含呼叫请求命令，同时为卡片提供电能。

卡片响应：

一旦卡收到此请求，它就会响应读卡器，回应卡类型，让读卡器知道如何进行通信。

防碰撞：

收到卡的响应后，读卡器会再发送几个请求来检测附近是否有其他卡，从而避免干扰与所需卡的通信。如果只有一张卡响应信号，则读取器选择该卡并继续通信。

通信

读卡器配套系统的会存储对应密钥或密钥算法。选中卡片后可以执行：

解卡

读卡器使用密钥认证，以访问加密的数据。读和写加密数据的前提都是通过对应权限的密钥解卡

Nonce 在计算机术语中的意思是“使用一次的数字”，翻译后的一种简称为“随机数”。

Nonce in computer terminology means "Number used once"

解卡三次握手：

读卡器发送认证请求

卡片返回 Nonce：卡片生成nT发送给读卡器

读卡器加密 Nonce 并响应：读卡器用密钥加密nT得密文a，发送a及自身生成的nR

卡片验证并响应：卡片解密a验证nT匹配后，加密nR返回给读卡器完成认证

读取

卡片的0块包含 UID，厂商码，卡片类型，等信息，不加密可被直接读取。

对于加密扇区，需要读取权限的密钥才能读取数据

写入

为了防复制、防破坏等安全需求，卡片的0块不可被写入

对于加密扇区，需要写入权限的密钥才能写入数据

写入操作还可根据密钥权限细分为：任意写入、增值、减值，由控制位决定

卡片状态：

Power-off：卡片不在/离开射频场，处于断电状态

Idle：卡片在射频场附近，进入空闲状态

Ready：卡片收到读卡器REQA/B轮询，进入准备状态

Active：卡片收到读卡器选择，进入激活状态

Halt：卡片收到休眠命令，进入休眠状态（可被唤醒回到2）

MIFARE卡片系列

MIFARE卡遵守ISO14443A标准，是该标准的最有力代表，甚至同标准其它卡也会被称为MIFARE卡

MIFARE

MIFARE 卡系列目前分为

MIFARE Ultralight - 无加密，简称 M0 卡，用于一次性或有限次数使用，如地铁单程票

MIFARE Classic - 传统 Crypto-1 加密，广泛用于交通卡、会员卡、酒店门禁卡等

MIFARE Plus - 迭代安全升级版，可用 AES 加密，也兼容 Classic 的 Crypto-1 加密

MIFARE DESFire - 迭代安全升级版，支持 AES、TDES 加密、

目前知名度最高应用最广的就是 MIFARE Classic 卡型

MIFARE Classic

MIFARE Classic 1K（S50）：总容量1KB

MIFARE Classic 4K（S70）：总容量4KB

MIFARE Classic Mini（S20）：总容量320Byte

这些卡型仅数据存储量不同，其中 MIFARE Classic 1K 卡 最最常见

“M1卡”既可以特指“MIFARE Classic 1K卡”，也可以指整个 MIFARE Classic 系列卡

由于 MIFARE Classic 1K 卡非常普及，影响力过大，有观点认为简称中的 ”1“ 特指 1K 卡；另有观点认为 ”1“ 特指MIFARE Classic系列的 Crypto-1 加密。简称本就是不严谨的，也没必要过于纠结。只是在少数情况需要明确区分 MIFARE Classic 系列内某卡型时，不要用简称。

IC 卡/智能卡包含 M1 卡，不可将 M1 卡与 MIFARE Classic 外的卡型混为一谈。

为什么 M1 卡如此主流

M1 卡的使用寿命约为 10年，非常可靠。

M1 卡主要用于存储姓名、编号、电话、日期、金额等数据。虽然有更大容量的卡型，但 1K卡已经能满足大多数使用需求。此外 M1卡的各种软硬件系统（读卡系统、管理后台、数据库等）已相当成熟，被广泛应用。CPU 卡通常需要定制的软硬件系统，生产、发行、更换、维护各环节成本都相对较高，在很多场景中暂时不能替换 M1 卡。