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基于射頻卡芯片AT88SC6416CRF設(shè)計的門診電子病歷

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基于射頻卡芯片AT88SC6416CRF設(shè)計的門診電子病歷

摘要:介紹了一套基于AT88SC6416CRF開發(fā)醫(yī)院門診電子病歷的射頻識別系統(tǒng)設(shè)計方法。該系統(tǒng)既能方便安全地記錄門診病人相關(guān)的各種就診信息,又能確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性,完全可以滿足門診電子病歷的基本要求。

1 引言

射頻卡(簡稱RF卡)是一種新式非接觸IC卡,具有使用壽命長、對讀寫設(shè)備(PCD)無物理磨損、不存在因接觸而引起病菌交叉?zhèn)魅镜葍?yōu)點(diǎn),所以特別適用于在醫(yī)院這種特殊場所進(jìn)行信息儲存。RF卡的關(guān)鍵部分為鑲嵌在卡片內(nèi)部的RF芯片,下面以AT-MEL公司的AT88SC6416CRF射頻卡芯片為例來討論其在門診電子病歷中的應(yīng)用。

2 芯片簡介

AT88SC6416CRF射頻卡芯片在出廠時已被做成封裝好的微型模塊,其體積僅為5.06×8.00×0.38mm3。內(nèi)部帶有64kB的用戶EEPROM和2kB的系統(tǒng)EEPROM,遵循ISO14443 B標(biāo)準(zhǔn),使用13.56MHz頻段,內(nèi)設(shè)防重疊系統(tǒng),可支持多卡同時使用。該器件采用3組64位長、相互加密校驗(yàn)的密鑰和密碼對,能重復(fù)寫100?000次以上,數(shù)據(jù)可保持10年,并可抵抗各種惡劣的使用環(huán)境,溫度使用范圍為-40~+85℃。AT88SC6416CRF采用開放式結(jié)構(gòu),具有良好的兼容性,允許用戶自行選擇讀卡設(shè)備同時與常用的PHILIPS公司的MC531兼容,而且價格低廉,每個芯片售價不到7元人民幣。

3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

AT88SC6416CRF射頻卡芯片內(nèi)部分為RF射頻接口電路和其它數(shù)字電路兩大部分,其功能組成框圖如圖1所示。

3.1 系統(tǒng)配置區(qū)結(jié)構(gòu)

AT88SC6416CRF內(nèi)有大小為2.048bit的EEP-ROM單元,稱為系統(tǒng)配置區(qū),專門用于存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù),如密碼、數(shù)據(jù)編碼方式和用戶內(nèi)存中每個扇區(qū)的安全級別定義等。對配置區(qū)的操作可通過安全熔絲技術(shù)對卡的配置區(qū)等特定部分的編程寫入進(jìn)行控制。該類操作只能由系統(tǒng)開發(fā)者以規(guī)定的控制時序邏輯來完成,普通的最終用戶?如電子病歷卡的使用者?無法改變其中的信息。

3.2 用戶區(qū)內(nèi)存結(jié)構(gòu)

AT88SC6416CRF給用戶提供有8192個字節(jié)?64kB?的EEPROM存儲容量,整個用戶內(nèi)存劃分為16個扇區(qū),編號為扇區(qū)0~扇區(qū)15。每個扇區(qū)有16個頁(page),每個頁的長度為32個字節(jié),這樣,一個扇區(qū)共有32Byte×16=512Byte。用戶區(qū)內(nèi)存具體的分配結(jié)構(gòu)如表1所列。

表1 用戶EEPROM具體分配結(jié)構(gòu)

扇區(qū)0000001002003004005006007        共512個字節(jié)1F81F91FA1FB1FC1FD1FE1FF扇區(qū)1~扇區(qū)14000               ……               1FF扇區(qū)15000001002003004005006007        共512個字節(jié)1F81F91FA1FB1FC1FD1FE1FF

3.3 用戶區(qū)內(nèi)存的存取

在讀卡器(即PCD)對RF卡進(jìn)行配置時,將會加載安全認(rèn)證協(xié)議,并對每一次讀/寫操作的當(dāng)前密碼進(jìn)行雙向校驗(yàn),同時用此安全認(rèn)證機(jī)制來驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性。為了保證每個用戶扇區(qū)的數(shù)據(jù)安全,每個用戶扇區(qū)可以配置成自由讀/寫數(shù)據(jù),或者設(shè)置操作密碼。各個不同的用戶扇區(qū)可以設(shè)置自己互不相同的密碼。AT88SC6416CRF芯片內(nèi)部設(shè)有特殊計數(shù)器,同時可以限定嘗試密碼的次數(shù),還可以有效地抵抗外界暴力破解密碼的攻擊。具體的安全認(rèn)證過程如圖2所示。

在RF卡和識別系統(tǒng)建立起信任關(guān)系前,首先應(yīng)將自己的卡號送給識別系統(tǒng),以使識別系統(tǒng)計算出一個驗(yàn)明身份的Challenge A,并將它送給RF卡進(jìn)行校驗(yàn)。RF卡接著計算驗(yàn)明身份的Challenge B,同時將它送回給識別系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)。完成第一次雙向校驗(yàn)后,識別系統(tǒng)開始讀取密碼,并由RF卡對讀取的該密碼進(jìn)行檢查,檢查通過后,將發(fā)送檢驗(yàn)用的Checksum和數(shù)據(jù)給識別系統(tǒng),以便由識別系統(tǒng)對Checksum進(jìn)行校驗(yàn)。完成上面的第二步雙向校驗(yàn)后,識別系統(tǒng)將寫密碼、數(shù)據(jù)和Checksum送給RF卡,再由RF卡對Checksum進(jìn)行校驗(yàn)。完成這第三步雙向校驗(yàn)后,雙方即可建立起信任關(guān)系,同時識別系統(tǒng)即可對RF卡執(zhí)行讀/寫操作。

在用戶卡與識別系統(tǒng)進(jìn)行初始化系統(tǒng)配置區(qū)時,應(yīng)當(dāng)將不同類型的數(shù)據(jù)存儲在不同的區(qū)域(即存儲在多扇區(qū)的結(jié)構(gòu)內(nèi)),而且只有在分別進(jìn)行了安全認(rèn)證后,才能進(jìn)行存取操作;實(shí)際上,也可以給多個扇區(qū)選擇同樣的安全模式,以便把這些扇區(qū)當(dāng)作一塊整體存儲區(qū)域來操作。這種特點(diǎn)為該卡的使用帶來了極大的靈活性。

4 工作原理

筆者設(shè)計的這種射頻識別系統(tǒng)是由鑲嵌有AT88SC6416CRF以及天線的用戶卡片(PICC)和讀寫PICC的PCD系統(tǒng)共兩部分組成。其中PCD有兩

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