哔！与刷卡机贴贴的付款卡经历了什么？_风闻

中科院物理所-中科院物理所官方账号-2022-10-17 12:34

2022-10-17

掏出付款卡，

贴在刷卡机上，

哔！卡还在，钱没了……

这样熟悉的感觉真是一言难尽。

那么问题来了，

只是一次贴贴，

刷卡机是怎么把钱扣走的呢？

RFID与非接触式IC卡

为了讲清楚其中的原理，我们首先要熟悉两个词：无线射频识别(RFID)与非接触式IC卡。是不是突然高(ting)科(bu)技(dong)？

其实，这两个概念并不难理解。顾名思义，无线射频识别(RFID)就是通过发射接收无线电来实现对象识别的技术。其主要目的，就是刷卡机要准确识别这是谁的卡，并扣除对应卡里面的钱。毕竟“没买东西，钱没了”的事情想想就可怕。如何实现的呢？上图！

图1 无线射电识别系统示意

这幅图就是最简易的无线射电识别系统的示意。可见，一个RFID系统可以分为四个部分：

**（1）电子标签：**也就是图中的IC芯片，存储了标志身份的信息；

**（2）天线：**负责发送或者接收电磁波，实现通讯；

**（3）读写器：**在刷卡模型下就是读卡器，负责将接收的信号传给电脑等软件端；

**（4）应用软件：**负责悄咪咪地告诉你钱没了！

讲到这里，一定有小伙伴要问了，卡是怎么听到来自读卡器天线的呼唤的呢？又是怎么回复的呢？这就要我们进入IC卡的内部世界了！

图2 非接触式IC卡结构示意

非接触式IC卡又称射频卡，其分层的结构可以看作两侧的卡壳以及中间的电路结构。如果粗略地看，电路结构可以看作一圈天线和IC芯片。然而盲生发现了华点，那就是这个卡既然要回复消息，但是能量从何而来？不会还要使用者给卡充电吧？答案当然是不用的。下图所示是对于接收回复电磁波的过程的细节示意：

图3 通信原理示意

由于电磁波从读卡器端的天线发射出来时是携带着能量的。当这个电磁波的频率与IC卡内的LC振荡电路的固有频率匹配时，就会发生共振，LC振荡电路就会吸收部分电磁波的能量，并在电容1两端积累电荷。电容的另一侧连有单向电子泵，也就是电子只会从电容1流向泵另一侧的电容2，不会回流。这样一来，随着电磁波源源不断带来能量，电容2两端就会积累起越来越多的电荷。根据下式：

由于电容恒定，当电荷Q增多，电压U就会相应升高，直到达到一个可以启动发射单元的电压阈值，IC卡就向着读卡器回复信号了。

其他种类的IC卡

看了非接触式IC卡的原理，大家可能对接触式IC卡的样子好奇了。以及，我们常见的IC卡该怎么区分是接触式还是非接触式呢？别急，解读这就开始！

图4 接触式IC卡的封装 | 图源自[1]

上图是接触式IC卡的封装示意，看到左上角这个触点的样子，可能很多读者都想说：“原来是它！”没错，触点正是在我们常见的一些银行卡等暴露在外的金属片上，放大后大概长这样。

图5 接触式IC卡的触点 | 图源自[1]

顾名思义，接触式IC卡是通过物理接触实现电路连接的，因此这些触点就是连接读卡器的重要接口。别小看这几个触点，它们分工明确！C1~C3触点分别负责连接电源(VCC)、复位(RST)、引入时钟信号(CLK)，而C5~C7则分别负责接地(GND)、接编程电压(不使用时作为常闭触点N.C.)、输入输出(I/O)。按照ISO/IEC7816-2标准，触点一般不超过8个，然而C4和C8未被特定指派任务，所以有的卡片只有6个触点。

图6 六触点式IC卡

如果看内部构造，触点被安排在电极膜片上，下面连接着半导体芯片。

图7 接触式IC卡内部结构 | 图源自[5]

由于接触式IC卡采用了物理接触，触点暴露在外，所以容易出现接触不良的问题。但是，由于不需要无线传递信号，卡片以及相应的读卡机的电路更加简单，成本也更低。简单讲，接触式IC卡更适用于用卡次数不多以及环境不易腐蚀触点的场所。而非接触式IC卡适用于使用频繁的情况。

图8 非接触式IC卡

一般来讲，看到有这种没有触点的、完全封装起来的卡片就是非接触式的，常见的学子卡应该都是这一类。

此外，还有一种简化版本的非接触式IC卡，称为ID卡。其特征是具有只读性。因此只有在制卡时将一个卡号存在卡内，用于身份识别。其工作原理也是上面所说的无线射电识别，然而其工作频率（多为低频，125khz）与非接触式IC卡（多为高频, 13.56Mhz）并不一样，所以往往读卡器不互通。ID卡一般用在小区或者停车场的门禁系统，可以做成挂牌式的形状。

图9 不同形状的ID卡

再说说接触式，一般的判定方法就是看看有没有触点，比如下面这张卡。

图10 接触式IC卡

然而，事情没那么简单，因为接触式和非接触式可以融合形成双界面卡！

图11 双界面卡结构示意

看过接触式和非接触式的构造，想必大家一眼就看出：这就是融合怪！没错，不仅有暴露在表面的触点，还有内部的线圈。看外表和接触式没什么两样，所以基本没什么办法仅通过外观来判断。要想推断，可以看看怎么刷卡。

图12 双界面读卡机

一般只要是插卡的，都是利用接触式的电路，而在上面贴贴的，一般是非接触式的。至于既可以插卡又可以贴贴，那就是双界面卡了~

磁条卡与复合卡

谈到卡，就不得不提一提磁条卡。细心的读者应该发现了，上面所说的每一种IC卡都含有芯片，因此也称为芯片卡。而磁条卡是用贴在卡片上的磁条来实现信息的读写的。

图13 磁条卡实例

这种卡使用时需要让磁条在读卡器的卡槽中划一下，这样读卡器的磁头就会将磁条内的信息读出来了。

图14 磁条卡读卡

磁条是由可磁化材料组成的。如果需要向磁卡内存储数据，刷卡时磁条以一定速度运动，读卡器磁头内线圈会通电，根据电流的磁效应产生磁场，将磁条对应的位置磁化。根据磁头通电流的方向以及大小的不同，可以对于对应位置的磁条产生特定磁极方向以及强度的磁化。这样，信息就被存储在磁条内了。读卡的时候，卡同样划过，当磁条对应位置经过磁头，其特定大小和方向的磁场就会在线圈内产生相应的感应电动势，从而激发电信号，完成信息的读取。