Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

RFID – это технология для бесконтактных радио-меток, используемых повсюду: в домофонах, платежных картах, проездных, пропусках в офисы, для учета домашних животных, автомобилей и т.д. Есть два основных типа RFID меток, которые мы используем в обычной жизни: низкочастотные и высокочастотные.

  • Низкочастотные (Low Frequency: 125 кГц) — имеют большую дальность чтения. Небезопасные и тупые. Используются в примитивных системах контроля доступа: домофонах, офисных пропусках, абонементах в спортзал.
  • Высокочастотные (High Frequency: 13,56 МГц) — имеют меньшую дальность работы по сравнению с низкочастотными, и могут иметь сложные протоколы, средства шифрования, аутентификации, криптографии. Используются в бесконтактных банковских картах, проездных билетах, безопасных пропусках.

В статье мы сравним два основных типа RFID меток, разберем основные протоколы и научимся с ними работать с помощью Flipper Zero — читать, эмулировать, сохранять, перезаписывать. Я покажу как сохранить во Флиппер RFID-ключи от домофона, офиса, спортзала, и что Флиппер может прочитать из банковской карты.

Как устроены RFID-метки

RFID чип включается, когда на него подается питание от радиополя считывателя

Про мини ПК:  Принтеры Mercury в Москве

RFID-метка обычно не имеет собственного питания. Пока она не находится в поле действия считывателя, чип внутри метки полностью выключен. Как только метка попадает в зону действия считывателя, ее антенна поглощает энергию излучения считывателя, и на чип подается питание. В этот момент чип включается и начинает общение со считывателем. При этом, антенна RFID-метки настроена только на определенную частоту, поэтому метка сможет активироваться только в поле действия подходящего считывателя.

Какие бывают RFID-метки

Внешний вид RFID-меток может быть совершенно разный: толстые/тонкие карты, брелоки для домофонов, браслеты, кольца, монеты и даже наклейки. При этом только по внешнему виду нельзя однозначно сказать, на какой частоте и по какому протоколу работает метка.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Внешне RFID-метки могут выглядеть по-разному

Часто производители RFID-брелков используют одинаковые пластиковые корпуса для меток разных частотных диапазонов, поэтому бывает, что две метки, выглядящие абсолютно одинаково, работают в разных диапазонах. Это важно учитывать, когда пытаетесь определить на глаз, что за метка перед вами. В статье мы будем рассматривать 2 самых популярных типа RFID-меток, которые используются в системах контроля доступа. Флиппер поддерживает оба этих диапазона.

Существует множество RFID-протоколов, работающих на других частотах, вроде UHF 840-960 МГц. Они применяются для отслеживания грузов, оплаты проезда на платных дорогах, отслеживания диких животных при миграции и т.д. Эти метки могут иметь собственную батарею и работать на расстояниях от нескольких метров, до нескольких километров. При этом, они достаточно редкие, и в привычном обиходе почти не встречаются. В статье мы их рассматривать не будем.

Отличия RFID 125 кГц и 13. 56 МГц

Проще всего понять в каком диапазоне работает RFID-метка по виду антенны. У низкочастотных меток (125 кГц) антенна сделана из очень тонкой проволоки, буквально тоньше волоса, и огромного числа витков. Поэтому такая антенна выглядит как цельный кусок металла. У высокочастотных карт (13.56 МГц) антенна имеет намного меньше витков и более толстую проволоку или дорожки. Так что между витками видны зазоры.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Если просветить карту фонариком, можно узнать на какой частоте она работает

Чтобы увидеть антенну внутри RFID-карты, можно просветить ее фонариком. Если у антенны всего несколько крупных витков — это скорее всего высокочастотная карта. Если антенна выглядит как цельный кусок металла без просветов — это низкочастотная карта.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Антенны у низкочастотных карт из очень тонкой проволоки, а у высокочастотных из более толстой

Низкочастотные метки обычно используются в системах, которые не требуют особенной безопасности: домофонные ключи, абонементы в спортзал и т.д. Из-за большей дальности действия их удобно применять в качестве пропусков на автомобильные парковки: водителю не нужно близко прислонять карту к считывателю, она срабатывает издалека. При этом, низкочастотные метки очень примитивны, у них низкая скорость передачи данных, из-за этого в них нельзя реализовать сложный двусторонний обмен данными, вроде проверки баланса и криптографии. Низкочастотные метки передают только свой короткий ID без всяких средств аутентификации.

Высокочастотные метки используются для более сложного взаимодействия между картой и считывателем, когда нужна криптография, долгий двусторонний обмен, аутентификация и т.д., например для банковских карт, надежных пропусков.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Сравнение RFID-меток 125 кГц и 13,56 МГц

Низкочастотные метки 125 кГц

  • Дальнобойность — большая дальность действия таких меток достигается за счет низкой частоты. Существуют считыватели карт EM-Marin и HID, который работают на расстоянии около метра. Их часто применяют на автомобильных парковках.
  • Примитивный протокол — из-за низкой скорости передачи данных, такие метки могут передать только свой короткий ID. В большинстве случаев не используются никакие средства аутентификации и защиты данных. Как только карта попадает в поле действия считывателя, она начинает передавать свой идентификатор.
  • Низкая безопасность — из-за примитивности протокола, такие метки легко скопировать или прочитать у владельца из кармана.

Высокочастотные метки 13,56 МГц

  • Малая дальность — высокочастотные метки специально разработаны так, чтобы их нужно было прикладывать вплотную к считывателю. Это сделано в том числе для защиты от несанкционированного считывания. Максимальная дальность считывания, которую я видел у пассивных таких карт — около 15 см на специальных дальнобойных считывателях.
  • Продвинутые протоколы — скорость передачи данных до 424 kbps позволяет реализовать сложные протоколы обмена данными с полноценным двусторонним обменом: криптографию, передачу файлов и т.д.
  • Безопасность — высокочастотные бесконтактные карты не уступают контактным смарт-картам. Существуют карты, поддерживающие стойкие алгоритмы шифрования, вроде AES, и реализующие ассиметричную криптографию с открытым ключом.

Как устроен RFID во Flipper Zero

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Работа RFID-антенны во Flipper Zero

Флиппер поддерживает низкочастотные и высокочастотные метки. Для поддержки обеих частот, мы разработали двухдиапазонную RFID антенну, расположенную на нижней крышке устройства.

Для высокочастотных протоколов (NFC) во Флиппере установлен отдельный NFC-контроллер ST25R3916. Он реализует всю физическую часть работы с картами: чтение, эмуляцию. Низкочастотные протоколы 125 kHz у нас реализованы полностью программно — Флиппер «дрыгает» ногой микроконтроллера для передачи и принимает низкочастотный сигнал через аналоговую схему прямо на ногу GPIO.

Сверху плата с антеннами экранирована слоем ферромагнетика — он изолирует остальную электронику от наводок, перенаправляя высокочастотное поле в другую сторону, что дополнительно увеличивает дальность работы.

Антенна на этапе сборки вклеивается в нижнюю крышку Флиппера и подключается к плате через подпружиненные контакты. Это сильно облегчает процесс сборки, так как не требует подключения шлейфов или UFL разъемов к антенной плате.

Низкочастотные протоколы 125 кГц

В низкочастотных метках хранятся короткие ID карты, длиной в несколько байт. Эти ID прописываются в базу данных контроллера или домофона. При этом карта просто передает свой ID любому желающему, как только на нее подано электричество. Часто ID карты написан на ней самой и его можно сфотографировать и ввести вручную во Флиппер.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Популярные типы 125 kHz протоколов:

  • EM-Marin — EM4100, EM4102. Самый популярный протокол в СНГ. Очень простой и стабильный в работе, может считываться с расстояния метра.
  • HID Prox II — низкочастотный протокол от компании HID Global. Более распространен на западе, но встречается и в СНГ. Более сложный в работе, считыватели и карты относительно дорогие.
  • Indala — очень старый низкочастотный протокол, придуманный компанией Motorola, но потом выкупленный HID. Встречается реже двух предыдущих, выходит из использования, но по-прежнему иногда встречается.

В реальной жизни низкочастотных протоколов намного больше, но все они так или иначе являются вариацией этих трех, по крайней мере используют ту же модуляцию на физическом уровне. На момент написания этой статьи Флиппер умеет читать, сохранять, эмулировать и записывать все три этих протокола. Наверняка найдутся низкочастотные протоколы, которые пока не поддерживаются Флиппером, но так как подсистема 125 kHz реализована программно, мы сможем добавить новые протоколы в будущем.

EM-Marin

В СНГ наиболее распространен RFID-формат EM-Marin. Он прост и не защищен от копирования. EM-Marin обычно выполнен на базе чипа EM4100. Существуют и другие чипы, работающие по тому же принципу, например EM4305 – в отличие от EM4100 его можно перезаписывать.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Уникальный код EM-Marin на карте и на Флиппере

Уникальный код EM4100 состоит из 5 байт. Иногда он написан на RFID-карте. Уникальный код может быть записан сразу в нескольких форматах: десятичном и текстовом. Флиппер использует шестнадцатеричный формат при отображении уникального кода. Но на картах EM-Marin обычно написаны не все 5 байт, а только младшие 3 байта. Остальные 2 байта придется перебирать, если нет возможности считать карту.

Некоторые домофоны пытаются защищаться от дубликатов ключей и пытаются проверять, не является ли ключ записанным на болванку. Для этого домофон перед чтением посылает команду записи, и, если запись удалась, считает такой ключ поддельным. При эмуляции ключей Флиппером домофон не сможет отличить его от оригинального ключа, поэтому таких проблем не возникнет.

HID Prox

Компания HID Global — самый крупный производитель RFID оборудования в мире. У них есть несколько фирменных низкочастотных и высокочастотных RFID-протоколов. Наиболее популярный низкочастотный HID-протокол это 26-битный H10301 (HID26, он же HID PROX II). Уникальный код в нем состоит из 3 байт (24 бита), еще 2 бита используются для контроля четности (проверки целостности).

На некоторых HID26 картах написаны цифры – они обозначают номер партии и ID карты. Полностью узнать 3 байта уникального кода по этим цифрам нельзя, на карте написаны лишь 2 байта в десятичной форме: Card ID.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Структура данных HID26 на карте и при чтении Флиппером

Из низкочастотных протоколов семейства HID, Флиппер пока умеет работать только с HID26. В дальнейшем мы планируем расширить этот список. HID26 наиболее популярен, так как совместим с большинством СКУДов.

Indala

RFID-протокол Indala был разработан компанией Motorola, и потом куплен HID. Это очень старый протокол, и современные производители СКУД его не используют. Но в реальной жизни Indala все еще изредка встречается. На момент написания статьи, Флиппер умеет работать с протоколом Indala I40134.

Так же, как HID26, уникальный код карт Indala I40134 состоит из 3 байт. К сожалению, структура данных в картах Indala это не публичная информация, и все, кто вынужден поддерживать этот протокол, сами придумывают, какой порядок байт выбрать, и как интерпретировать сигнал на низком уровне.

Все эти протоколы настолько простые, что ID карты можно просто ввести вручную, не имея оригинальной карты под рукой. Можно тупо прислать текстовый ID карты, и владелец Флиппера сможет ввести его вручную.

Ввод ID карты вручную

Низкочастотные болванки типа T5577 имеют много разновидностей. Например, существуют варианты, которые маскируются от проверок считывателей, которые пытаются выяснить, является ли эта карта клоном или нет.

Высокочастотные карты 13,56 МГц

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Высокочастотные метки 13,56 МГц состоят из целого стека стандартов и протоколов — весь этот стек принято называть технологией NFC, что не всегда правильно. Основная часть протоколов основана на стандарте ISO 14443 — это базовый набор протоколов физического и логического уровня, на котором стоят высокоуровневые протоколы, и по мотивам которых созданы альтернативные низкоуровневые стандарты, например ISO 18092.

Наиболее часто встречаемой является реализация ISO 14443-A, ее используют почти все исследуемые мною проездные, пропуска и банковские карты.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Упрощенная архитектура технологии NFC

Упрощенно архитектура NFC выглядит так: на низкоуровневой базе ISO 14443 реализован транспортный протокол, он выбирается производителем. Например, компания NXP придумала свой высокоуровневый транспортный протокол карт Mifare, хотя на канальном уровне, карты Mifare основаны на стандарте ISO 14443-A.

Флиппер умеет взаимодействовать как с низким уровнем протоколов ISO 14443, так и с протоколами передачи данных Mifare Ultralight и EMV банковских карт. Сейчас мы работаем над добавлением поддержки протоколов Mifare Classic и NFC NDEF. Подробный разбор применяемых стандартов и протоколов NFC заслуживает большой отдельной статьи, которую мы планируем сделать позднее.

Голый UID стандарта ISO 14443-A

Все высокочастотные карты, работающие на базе ISO 14443-A, имеют уникальный идентификатор чипа — UID. Это серийный номер карточки, подобно MAC-адресу сетевой карты. UID бывает длиной 4, 7 и очень редко 10 байт. UID не защищен от чтения и не является секретным, иногда он даже написан на карточке.

В реальности существуют много СКУД-ов, использующих UID для авторизации доступа. Такое встречается, даже когда RFID-метки имеют криптографическую защиту. По уровню безопасности это мало чем отличается от тупых низкочастотных карт 125 кГц. Виртуальные карты (например, Apple Pay) намеренно используют динамический UID, чтобы владельцы телефонов не использовали платежное приложение как ключ для дверей.

Так как UID это низкоуровневый атрибут, то возможна ситуация, когда UID прочитан, а высокоуровневый протокол передачи данных еще неизвестен. Во Флиппере реализованы чтение, эмуляция и ручное добавление UID, как раз для примитивных считывателей, которые используют UID для авторизации.

Различие чтения UID и данных внутри карты

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Чтение NFC разделено на два типа – низкоуровневое и высокоуровневое

Чтение меток 13,56 МГц во Флиппере можно разделить на 2 части:

  • Низкоуровневое — первичное чтение только UID, SAK и ATQA. На основе этих данных Флиппер пытается предположить, на каком высокоуровневом протоколе работает карта. Это угадывание не может быть на 100% точным, это только предположение.
  • Высокоуровневое — чтение данных в памяти карты используя конкретный высокоуровневый протокол, например, чтение данных в картах Mifare Ultralight, чтение содержимого секторов Mifare Classic, чтение реквизитов банковской карты PayPass/Apple Pay

Mifare Ultralight

Mifare — семейство бесконтактных смарт-карт, имеющих собственные разные высокоуровневые протоколы. Mifare Ultralight — самый простой тип карт из семейства. В базовой версии он не использует криптографическую защиты и имеет только 64 байта встроенной памяти. Флиппер поддерживает чтение и эмуляцию Mifare Ultralight. Такие метки иногда используют как домофонные брелки, пропуска и проездные. Например, московские транспортные билеты «единый» и «90 минут» выполнены как раз на основе карт Mifare Ultralight.

Банковские карты EMV (PayPass, Apple Pay)

EMV (Europay, Mastercard, and Visa) — международный набор стандартов банковских карт. Подробнее про работу бесконтактных банковских карт можно почитать в статье Павла zhovner Как украсть деньги с бесконтактной карты и Apple Pay.

Банковские карты — это полноценные смарт-карты со сложными протоколами обмена данными, поддержкой ассиметричного шифрования. Помимо чтения UID, с банковской картой можно обменяться сложными данными, в том числе вытащить полный номер карты (16 цифр на лицевой стороне карты), срок действия карты, иногда имя владельца и даже историю последних покупок.

Стандарт EMV имеет разные высокоуровневые реализации, поэтому данные, которые можно достать из карт могут отличаться. CVV (3 цифры на обороте карты) считать нельзя никогда.

Банковские карты защищены от replay-атак, поэтому скопировать ее Флиппером, а затем эмулировать и оплатить покупку в магазине у вас не получится.

Виртуальная карта ApplePay VS Физическая банковская карта

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Сравнение безопасности виртуальных и физических банковских карт

В сравнении с пластиковой банковской картой, виртуальная карта в телефоне выдает меньше информации и более безопасна для платежей оффлайн.

Преимущества виртуальной карты Apple Pay, Google Pay:

  • Не позволяет использовать перехваченные данные для оплаты в интернете – обычная карта может быть использована для операций типа Card not present (CNP), то есть для оплаты в интернете, по телефону и т.д. Данные из виртуальной карты Apple Pay нельзя использовать подобным образом. Это связано с тем, что электронная карта при регистрации выпускает новую карту, операции по которой обязаны иметь криптографическую подпись. Считывание Apple Pay выдает PAN и expiration date новой выпущенной электронной карты, а не физической, регистрируемой. Поэтому, если указать перехваченные данные виртуальной карты для оплаты в интернете, платеж будет отклонен, так как эти транзакции требуют специальной подписи.
  • Не раскрывает данные владельца — некоторые физические бесконтактные карты могут передавать имя владельца (Cardholder name) и историю последних покупок. Виртуальная карта так не делает.

Поддержка банковских карт во Флиппере сделана исключительно для демонстрации работы высокоуровневых протоколов. Мы не планируем никак развивать эту функцию в дальнейшем. Защита бесконтактных банковских карт достаточно хороша, чтобы не переживать о том, что устройства вроде Флиппера могут быть использованы для атак на банковские карты.

Наши соцсети

Узнавайте о новостях проекта Flipper Zero первыми в наших соцсетях!

Предзаказ Flipper Zero

Сейчас запущено производство первой партии Flipper Zero для бекеров заказавших устройство на Kickstarter. Вторая партия будет доступна для покупки осенью 2021. Вы можете зарезервировать устройство из второй партии заранее здесь https://shop.flipperzero.one/ Это важно для нас, чтобы более точно прогнозировать объемы производства.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Общие сведения

RFID-считыватель — устройство, способное распознавать (читать уникальный номер) метки в виде карт и брелоков, работающих на соответствующей считывателю частоте. Может быть использован в системе контроля доступа, идентификации товаров и т.д.

В данной статье все примеры составлены на основе считывателя на 125 кГц, однако они полностью справедливы и для считывателя на 13,56 МГц.

Для работы со считывателем необходимо установить библиотеку Wiegand. При необходимости, ознакомьтесь с нашей инструкцией по установке библиотек в Arduino IDE.

Спецификация

  • Рабочее напряжение: 9-15 В постоянного тока
  • Потребляемый ток: < 100 мА
  • Рабочая частота: 125 кГц / 13,56 Мгц
  • Интерфейс: WG26 / WG34 (выбор перемычкой внутри считывателя)
  • Дальность считывания: до 10 см
  • Габариты: 74х114х18 мм

Обозначение выводов

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Выбор типа интерфейса

Считыватель поддерживает работу с двумя типами интерфейса: Wiegand-26 и Wiegand-34.  Различаются они длиной передаваемого пакета. Первый состоит из 24 бит кода и 2 бит контроля на четность, второй — из из 32 бит кода и 2 бит контроля на четность. Для переключения между WG26 и WG34 необходимо переставить перемычку, находящуюся под задней крышкой устройства, при этом никакие дополнительные изменения в коде вносить не нужно.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

В библиотеку Wiegand встроена функция getWiegandType() , позволяющая определить используемый тип интерфейса (подробнее в примере ниже).

Подключение

Обратите внимание, что в случае некоторых контроллеров необходимо использовать другие выводы, поддерживающие прерывания. Например, для Piranha ULTRA: D0 подключается к 8 выводу, а D1 — к 9.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Пример чтения номера карты с последующим выводом в монитор последовательного порта:

wg.begin(pinD0, pinD1) устанавливает номера выводов, в которым подключён считыватель, где pinD0 — пин, к которому подключен D0 считывателя, а pinD1 — пин,  к которому подключен D1.

Управление зуммером и светодиодом

Для управления зуммером и светодиодом, встроенным в модуль, присутствуют желтый и коричневый провод (см. обозначение выводов). Для их включения необходимо подать «-» на соответствующий провод.

Например, в приведённом ниже скетче, после поднесения метки с номером, указанным в константе, на 2 секунды включится зуммер и светодиод.

Вывод считанного номера на LCD дисплей

Следующий пример позволяет выводить прочитанные с метки данные на LCD дисплей, подключённый к контроллеру по шине I2C.

Мы подключили LCD дисплей по шине I2C к выводам контроллера SCL и SDA. Если вы используете Trema shield, подключайте дисплей напрямую к колодке I2C.

Сколько протоколов RFID можно реализовать с помощью Flipper ero

Ссылки

  • Стационарный RFID-считыватель бесконтактных карт 125 кГц
  • Стационарный считыватель бесконтактных карт 13.56 МГц
  • Брелок (125 кГц), Карта (125 кГц)
  • Брелок (13,56 МГц), Карта (13,56 МГц)
Оцените статью
Карман PC
Добавить комментарий