磁卡记录原理.docx

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磁卡记录原理

各类常见卡片的工作原理

磁卡记录原理：

　　记录磁头由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线图构成。

磁卡是由一定材料的片基和均匀地涂布在片基上面的微粒磁性材料制成的。

在记录时，磁卡的磁性面以一定的速度移动，或记录磁头以一定的速度移动，并分别和记录磁头的空隙或磁性面相接触。

磁头的线圈一旦通上电流，空隙处就产生与电流成比例的磁场，于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。

如果记录信号电流随时间而变化，则当磁卡上的磁性体通过空隙时（因为磁卡或磁头是移动的），便随着电流的变化而不同程度地被磁化。

磁卡被磁化之后，离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁。

　　如果电流信号（或者说磁场强度）按正弦规律变化，那么磁卡上的剩余磁通也同样按正弦规律变化。

当电流为正时，就引起一个从左到右（从N到S）的磁极性；当电流反向时，磁极性也跟着反向。

其最后结果可以看作磁卡上从N到S再返回到N的一个波长，也可以看作是同极性相接的两块磁棒。

这是在某种程度上简化的结果，然而，必须记住的是，剩磁Br是按正弦变化的。

当信号电流最大时，纵向磁通密度也达到最大。

记录信号就以正弦变化的剩磁形式记录，贮存在磁卡上。

　　磁卡工作原理：

　　磁卡上面剩余磁感应强度Br在磁卡工作过程中起着决定性的作用。

磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头，磁卡的的外部磁力线切割线圈，在线圈中产生感应电动势，从而传输了被记录的信号。

当然，也要求在磁卡工作中被记录信号有较宽的频率响应、较小的失真和较高的输出电平。

　　一根很细的金属直线可以作为一个简单的重放设备。

金属直线与磁卡紧贴，方向垂直于磁卡运行方向，磁卡运行时，金属直线切割磁力线而产生感应电动势，电动势的大小与切割的磁力线成正比。

当磁卡的运行速度保持不变时，金属直线的感应电动势与磁卡表面剩余磁感应强度成正比，而导体中的感应电动势可由下式表示：

　　e=BrWv式中Br－表面剩余磁感应强度；

　　W－记录道迹的宽度；

　　v－重放时磁卡的运行速度。

　　在Br=2f/vrmcos2ft的情况下，综合Br和e的关系式，得到e=2fWrmcos2ft。

当然，用一根金属线作磁卡工作设备，由于输出很小，故而是不实用的。

　　而磁头是用高导磁系数的软磁材料制成的铁芯，上面缠有绕组线圈，磁头前面有一条很窄的缝隙，这时进入工作磁头的磁卡磁通量而言，可以看作是两个并联的有效磁阻，即空隙的磁阻和磁头铁芯的磁阻。

因为空隙的有效磁阻远大于工作磁头铁芯的磁阻，所以磁卡上磁通量的绝大部分输入到磁头铁芯，并与工作磁头上线圈绕组发生交连，因而感应出电动势，在这种情况下，单根金属重放线所得到的感应电动势公式完全适用于环形磁卡工作磁头，只是比例系数不同而已。

　　设N为线圈的匝数，m为与工作磁头铁芯的大小和磁性有关的系数，则环形工作磁头绕组中所产生的感应电动势为：

e=2fWmNrmcos2ft

　　因为在工作磁绕组中所感应的电动势正比于磁通的变化率，即电动势eBy频率f。

在记录时i=Isinwt，纵向剩磁密度Bxi（传递曲线的直线部分），所以，Bx=K1Isinwt。

由于Bydbx/dt,eBy，所以，e=K2Iwcoswt。

这里的K2取决于工作磁头的效率、匝数、磁带材料等。

这些公式还表明：

输出电压正比记录电流；输出电压正比于信号频率；输出电压得到90的相应变化（即由正弦项改变到余弦项）。

高抗磁卡和低抗磁卡的区别

这个从外观上看，看卡还是比较容易看出来的，普通的磁卡300OE，是涂上去的，而高抗的是3500OE，是做上去的。

。

。

高抗的颜色深，一般为黑色，而普通的色浅，一般为褐色.

还可以通过这个参数区分：

拉卡速度低0cm-140cm高10cm-140cm 最大工作电流低200mA高700mA电源低DC+5V高DC+9V或+12v

一般特性：

带基：

聚酯薄膜

磁层：

氧化铁

表面颜色：

黑色

基本参数：

带基厚度：

（12±1）μm

总厚度：

26~29μm

矫顽力Hc：

300Oe/360Oe/650Oe/2750Oe

包装方式：

卷

抗磁—简单讲，是用来衡量磁条抵抗因受外界磁场影响而造成数据损失的能力，又称抗消磁性。

低磁抗条—普通抗消磁性磁条，主要用于门票、会员卡及其它普通场合。

高磁抗条—具有较高的抗消磁性，适用于安全性较高的场合如信用卡及ID卡等。

磁抗的单位是OE（奥斯特）

最普通的低抗磁条一般为300和650OE（奥斯特）

高抗磁抗条一般为2,750，3,500和4,000OE（奥斯特）

低密磁条依据的国际最新版本标准是ISO/IEC7811/21995，国家标准是GB/T15120.2-94（等同于国际标准ISO7811/2-1985中的《识别卡记录技术第2部分：

磁条》）。

高密磁条依据的国际标准是ISO/IEC7811-61995。

虽然低密磁条的矫顽磁力（以奥斯特为度量单位）范围在250～700奥斯特就可满足ISO7811/2及国家标准的要求，但是全世界使用低密磁条的银行卡或票据磁带绝大多数都采用290～340奥斯特的，而且它已成为行业惯用标准；范围在500～700奥斯特的磁条，特别是650奥斯特的磁条主要在日本应用。

客户如选择非行业惯用标准的磁条，则可能会引起写磁设备不兼容或需要调整等问题，例如，银行或其它机构的写磁设备在对500～700奥斯特的低密磁条写磁时，如果打卡设备（如DC7000等）可对高密磁条进行写磁，则兼容；反之则不兼容或需进行调整。

但在读磁方面，500～700奥斯特磁条可与现有读磁设备兼容。

高密磁条的矫顽磁力范围在2500～4000奥斯特也符合ISO/IEC7811-6的标准。

使用高密磁条的银行卡大多采用2750奥斯特的磁条，而4000奥斯特的高密磁条主要应用在门禁及识别系统。

从理论上讲，磁条矫顽磁力越高，其抵抗意外擦磁能力就越强，就更值得选择使用，但在实际使用过程中还需结合其它因素来综合考虑。

例如，高密磁条有4000奥斯特，甚至还有高于4000奥斯特的，但是ISO/IEC、VISA、Master-Card等国际信用卡组织却一致认为，银行卡选用2750奥斯特的高密磁条最为适宜。

根据充足的测试结果表明，2750奥斯特的磁条即足以防止意处擦磁，又比较容易读写，它与4000奥斯特的高密磁条相比，在使用过程中更具有安全性、可靠性及稳定性等多方面优势。

相反，4000奥斯特的高密磁条则可能会引起写磁困难及产生过大的噪声影响其安全性或引起读磁失误

磁条卡是一种磁记录介质卡片。

它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成,能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。

通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。

磁条是一层薄薄的由排列定向的铁性氧化粒子组成的材料（也称之为颜料）。

用树脂粘合剂严密地粘合在一起,并粘合在诸如纸或塑料这样的非磁基片媒介上。

磁条从本质意义上讲和计算机用的磁带或磁盘是一样的，它可以用来记载字母、字符及数字信息。

通过粘合或热合与塑料或纸牢固地整合在一起形成磁卡。

磁条中所包含的信息一般比长条码大。

磁条内可分为三个独立的磁道，称为TK1,TK2,TK3.TK1最多可写79个字母或字符;TK2最多可写40个字符;TK3最多可写107个字符。

应用范围：

贷记卡、准贷记卡、ATM卡、提款卡、借记卡、转帐卡、专用卡、储值卡、联名卡、商务卡、个人卡、公司卡、社会保险卡、社会保障卡、证券交易卡、电话预付费卡、收费卡、预约卡、门票等。

磁条卡分为：

高抗磁与低抗磁磁条的颜色：

黑色和深咖色两种普通的一般为黑色抵抗，深咖色的一般为高抗磁。

磁卡上的3 个Track 一般都是使用“位”（bit）方式来编码的。

根据数据所在的Track 不同，5 个bit或7 个bit 组成一个字节。

Track1（IATA）：

记录密度为210BPI；可以记录0～9 数字及A～Z 字母等；总共可以记录多达79 个数字或字符（包含起始结束符和校验符）；每个字符（一个字节）由7 个bit 组成。

   由于Track1 上的信息不仅可以用数字0～9 来表示，还能用字母A～Z 来表示信息，因此Track1 上信息一般记录了磁卡的使用类型、范围等一些“标记”性、“说明”性的信息。

例如银行用卡中，Track1 记录了用户的姓名，卡的有效使用期限以及其他的一些“标记”信息。

Track2（ABA）：

记录密度为75BPI；可以记录0～9 数字，不能记录A～Z 字符；总共可以记录多达40个数字（包含起始结束符和校验符）；每个数据（一个字节）由5 个bit 组成。

   Track3（THRIFT）：

记录密度为210BPI；可以记录0～9 数字，不能记录A～Z 字母；总共可以记录多达107 个数字或字符（包含起始结束符和校验符）；每个字符（一个字节）由5 个bit 组成。

   由于Track2 和3 上的信息只能用数字0～9 等来表示，不能用字母A～Z 来表示信息，因此在银行用卡中，Track2，3 一般用以记录用户的帐户信息、款项信息等等，当然还有一些银行所要求的特殊信息等。

   在实际的应用开发中，如果我们希望在Track2 或3 中表示数字以外的信息，例如“ABC”等，一般应采用按照国际标准的ASCII 表来映射。

例如，要记录字母“A”在Track2 或3 上时，则可以用“A”的ASCII值“0x41”来表示。

“0x41”可以在Track2 或是Track3 中用两个数据来表示：

“4”和“1”，即“0101”和“0001”。

磁道Track 的应用分配一般是根据特殊的使用要求而定制的，比如银行系统、证券系统、门禁控制系统、身份识别系统、驾驶员驾驶执照管理系统等等，都会对磁卡上的磁卡上的3 个Track 提出不同的应用格式要求提出不同的应用格式要求。

在此，我们将主要研讨的是符合国际流通的银行/财政应用系统的银行磁卡上的3 个Track 的标准定义，这些定义也已经广泛适用于Visa 信用卡、MasterCard 信用卡等我们常用的一些银行卡。

   ●磁道Track1：

它的数据标准制定最初是由“国际航空运输协会”IATA（International Air Transportation Association）完成的。

Track1 上的数据和字母记录了航空运输中的自动化信息，例如货物标签信息、交易信息、机票定票/定座情况，等等。

这些信息由专门的磁卡读写机具进行数据读写处理，并且在航空公司中有一套应用系统为此服务。

应用系统包含了一个数据库，所有这些磁卡的数据信息都可以在此找到记录。

   ●磁道Track2：

它的数据标准制定最初是由“美国银行家协会”ABA（American Bankers Association）完成的。

该磁道上的信息已经被当今很多的银行系统所采用。

它包含了一些最基本的相关信息，例如卡的惟一识别号码、卡的有效期等。

   ●磁道Track3：

它的数据标准制定最初是由财政行业（THRIFT）完成的。

其主要应用于一般的储蓄、货款和信用单位等那些需要经常对磁卡数据进行更改、重写的场合。

典型的应用包括现金售货机、预付费卡（系统）、借贷卡（系统）等等。

这一类的应用很多都是处于“脱机"（off line）的模式，即银行（验证）系统很难实时对磁卡上的数据进行跟踪，表现为用户卡上磁道上Track3 的数据与银行（验证）系统所记录的当前数据不同。

一般而言，应用于银行系统的磁卡上的磁带有3 个磁道，分别为Track1，Track2 及Track3。

每个Track都记录着不同的信息，这些信息有着不同的应用。

此外，也有一些应用系统的磁卡只使用了两个磁道（Track），甚至只有一个Track。

在我们所设计的应用系统中，根据具体情况，可以使用全部的三个Track或是二个或一个Track。

   这些尺寸的定义涉及磁卡读写机具的标准化。

因为如果您对磁卡上Track1（或Track2 或Track3）进行数据编码时，其数据在磁带上的物理位置偏高或偏低了哪怕几个毫米，则这些已编码的数据信息偏移到了另外的Track 上了。

其中：

   Track1，2，3 的每个磁道宽度相同，大约在2.80mm（0.11 英寸）左右，用于存放用户的数据信息；相邻两个Track 约有0.05mm （0.02 英寸）的间隙（Gap），用于区分相邻的两个磁道；整个磁带宽度在10.29毫米（0.405）左右（如果是应用3 个Track 的磁卡），或是在6.35 毫米（0.25 英寸）左右（如果是应用2 个Track 的磁卡）。

实际上我们所接触看到的银行磁卡上的磁带宽度会加宽1～2mm 左右，磁带总宽度在12～13mm 之间。

   在磁带上，记录3 个有效磁道数据的起始数据位置和终结数据位置不是在磁带的边缘，而是在磁带边缘向内缩减约7.44mm（0.293 英寸时）为起始数据位置（引导0 区）；在磁带边缘向内缩减约6.93mm（0.273英寸）为终止数据位置（尾随0 区）；这些标准是为了有效保护磁卡上的数据不易被丢失。

因为磁卡边缘上的磁记录数据很容易因物理磨损而被破坏。

磁卡，特别是应用于银行系统的磁卡的一些ISO 标准分别为：

ISO7810，ISO7811－1 至ISO7811－6，ISO7812，ISO7813 以及ISO15457 等等。

其中：

    ISO7810 标准：

制定了磁卡的物理特性等； 

    ISO7812 标准：

制定了磁卡的记录技术标准； 

    ISO781－4 标准：

制定了磁卡上只读的Track1 和Track2 的记录技术标准； 

    ISO781－5 标准：

制定了磁卡上可读／写的Track3 的记录技术标准； 

    ISO15457 标准：

制订了磁卡物理标准／测试方式Track 标准F／2F 技术标准；

抗磁—简单讲，是用来衡量磁条抵抗因受外界磁场影响而造成数据损失的能力，又称抗消磁性。

低磁抗条—普通抗消磁性磁条，主要用于门票、会员卡及其它普通场合。

高磁抗条—具有较高的抗消磁性，适用于安全性较高的场合如信用卡及ID卡等。

磁抗的单位是OE（奥斯特）

最普通的低抗磁条一般为300和650OE（奥斯特）

高抗磁抗条一般为2,750，3,500和4,000OE（奥斯特）

IC卡读写器原理图

2007-2-1中国一卡通网

IC卡读写器原理图—

图为IC卡及其读写器硬件电路图。

其中读写器由单片机、键盘、显示、监控电路等部分组成。

IC卡采用XICOR公司的X76F100Y。

2.1IC卡及卡座

X76F100为128×8位的保密串行FLASHE2PROM，其中读密码和写密码分别为64位。

图2为其智能卡SmartCard封装的引脚图。

把芯片封装在一个卡片上，将卡片插入IC卡读写器的卡座中，读写器就可以对它进行读写，实现加密、查询、存款、取款等功能。

IC卡座有8个引脚，当X76F100Y插入时，正好同这几个引脚相连。

另外还有两个固定端，其中一个固定端同卡座上一个弹簧片相连，两个触点和簧片就相当于一个常闭开关。

当卡未插入时，簧片闭合，P3.2脚保持低电平；当卡插入时，簧片被顶开，P3.2脚变为高电平。

当单片机检测到P3.2脚变高，通过P1.3使X76F100的RST引脚变高，使其复位。

2.2单片机

单片机采用LG公司的GMS97C52。

它有8K字节的ROM，256个字节的RAM以及32个I/O口，P1口与串行器件X25045和X76F100连接，P0、P2口用于键盘和显示，P3口中P3.2用于检测IC卡是否插入，其余7个口，可作其它功能扩充。

2.3监控电路

监控电路采用X25045芯片，它包括看门狗定时器、电压监控电路和E2PROM存贮器。

其功能是：

上掉电时对GMS97C52产生RESET信号；看门狗对系统进行监控，防止死机。

2.4键盘电路

为了方便，键盘接口电路用I/O口实现，它为4×4结构，16个键。

其中数字键11个，功能键4个，回车键1个。

数字键：

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、←（退格）。

功能键：

查询？

、存储+、取款－、改密码*。

查询？

：

用户通过读密码可以查询卡中所存的款额。

存款+：

用户通过写密码可以将款存入卡中。

取款－：

用户通过写密码可以从卡中取款。

改密码*：

分为修改读密码和写密码。

为方便起见，令读密码和写密码一

致，按此键将同时修改读密码和写密码。

回车键：

8位密码或存取款数输入完确认，以及新密码输入完确认。

2.5显示电路

显示部份采用LED显示器，也用I/O口实现。

用于显示系统状态、输入的密码或所要存取的款额以及出错信息等。

由于GMS97C52的驱动电流有限，在P0、P2口加反向器SN74F04，增加驱动能力。

它的吸入电流为64mA，输出电流为15mA，可以保证位选所需的吸入电流。

IC卡|磁卡|刮刮卡的制作工艺流程图1

IC卡|磁卡|刮刮卡|卡片制作流程图2

智能卡分类：

    智能卡是智能卡技术的核心，它的性能和成本对智能卡技术的推广和使用起着举足轻重的作用，为了提高智能卡的标准化和通用性，国际标准化组织对智能卡的接口和通讯协议作了详细规定，生产智能卡的厂家有SIEMENS，ATMEL，GEMPLUS，MOTOROLA，MICROCHIP等公司。

   智能卡属于半导体卡。

半导体卡片采用微电子技术进行信息的存储、处理。

按照其组成结构，智能卡可以分为一般存储卡、加密存储卡、CPU卡和超级智能卡：

   非加密存储器卡（Memory Card）  

   其内嵌芯片相当于普通串行E2PROM存储器，有些芯片还增加了特定区域的写保护功能，这类卡信息存储方便，使用简单，价格便宜，很多场合可替代磁卡，但由于其本身不具备信息保密功能，因此，只能用于保密性要求不高的应用场合。

   加密存储器卡（Security Card）  

   加密存储器卡内嵌芯片在存储区外增加了控制逻辑，在访问存储区之前需要核对密码，只有密码正确，才能进行存取操作，这类信息保密性较好，使用与普通存储器卡相类似。

   CPU卡（Smart Card）  

   CPU卡内嵌芯片相当于一个特殊类型的单片机，内部除了带有控制器，存储器，时序控制逻辑等外，还带有算法单元和操作系统，由于CPU卡有存储容量大，处理能力强，信息存储安全等特性。

因此，广泛用于信息安全性要求特别高的场合。

   超级智能卡  

   在卡上具有MPU和存储器并装有健盘、液晶显示器和电源，有的卡上还具有指纹识别装置等。

按照数据读写方式，智能卡又可分为接触式IC卡和非接触式IC卡两类：

   接触式IC卡  

   前者由读写设备的触点和卡片上的触点相接触，进行数据读写；国际标准ISO7816系列对此类IC卡进行了规定。

   非接触式IC卡  

   后者则与读写设备无电路接触，由非接触式的读写技术进行读写（例如，光或无线电技术）。

其内嵌芯片除了存储单元。

控制逻辑外，增加了射频收发电路。

这类卡一般用在存取频繁，可靠性要求特别高的场合。

国际标准ISO10536系列阐述了对非接触式IC卡的有关规定。

按照数据交换格式分类，智能卡可以分为串行和并行两种：

   串行IC卡  

   智能卡和外界进行数据交换时，数据流按照串行方式输入输出。

当前应用中大多数IC卡都属于串行IC卡类，串行IC卡接口简单，使用方便，国际标准化组织为之专门开发了相关标准。

   并行IC卡  

   与串行IC卡相反，并行IC卡的数据交换以并行方式进行，由此可以带来两方面的好处，一是数据交换速度提高，二是在现有技术条件下存储容量可以显著增加。

有关厂商再者方面作出了探索，并有产品投入使用，但由于没有形成相应的国际标准，大规模应用方面还存在一些问题。

此外，有关厂商还设计制造了各种适合实际用途的智能卡，例如：

   预付费卡（Prepayment Card）  

   预付费卡在出厂后，初始化前的特性与加密存储器卡相类似，只是容量较小，一旦经用户初始化后，其信息的读取与普通存储卡类似，其内嵌芯片相当于一个计数器，只是该计数器只能作减法，不能作加法，当计数为零时，芯片便作废，因此，是一次性的。

这样卡是专门为预付费用途设计的。

   混合卡  

   混合卡也存在多种形式，将IC芯片和磁卡同做在一张卡片上，将接触式和非接触式融为一体，一般都称为“混合卡”。

   另外，在1981年由美国一家公司提出光卡概念，从而丰富了卡片式数据存储方式。

光卡（Optical Card）由半导体激光材料组成的，能够储存记录并再生大量信息。

光卡纪录格式目前形成了两种格式：

Canon型和Delta型。

这两种形式均已被国际标准化组织接收为国际标准。

光卡具有体积小，便于随身携带，数据安全可靠，容量大，抗干扰性强，不易更改，保密性好和相对价格便宜等优点。

   智能卡有些已作为标准产品提供，在以后章节中将详细介绍，有些需要用户定制，本书只作纲领性介绍。

除此之外，一些公司正计划采用闪烁存储器（Flash Memory）技术制造智能卡，以进一步扩大容量，提高速度，降低成本和功耗，这将是智能卡技术的又一飞越。

预计，随着新技术和新工艺的不断发展、进步，今后还会不断出现新的卡型。

提到智能卡，人们首先会想到信用卡，因为标准的智能卡看上去很像信用卡，人们通过信用卡上的磁条可查阅到简单的只读信息。

但智能卡比信用卡要复杂的多，智能卡是将一个有着数据存储和计算功能的计算芯片，镶嵌在一张名片大小的塑料卡片上，要通过一种叫“读卡器”的设备才能访问芯片中的数据。

　　数字电视智能卡是要与数字电视机顶盒配合使用，机顶盒相当于读卡器，又能像计算机一样工作。

由于数字电视智能卡有一个内置的处理器和一个与数字电视机顶盒通信的接口，当然它还包含一些集成的内存，允许经营者向智能卡下载数据和应用。

因而就要求数字电视智能卡必需具有高度的安全性，以确保XX的用户不能访问数字电视系统的各类业务项目的服务。

     目前，数字电视智能卡的主要功能是被用于安全存储、解密授权和访问权限，同时向机顶盒授权，在数字电视将来的应用领域里，智能卡还可以被编程，发挥电子钱包的功能，为在线购物和其他即时付费等业务项目提供服务。

一 智能卡的特点及类型    

　　1. 智能卡的特点    

　　在当今网络系统应用中，智能卡除了有大容量性、稳定性、可携带性、兼容性等特点外，还有着两个最为重要的特点：

个人身份性和密文性。

　　所谓个人身份性，是指智能卡可以表明持卡人的身份。

如今在各式各样的交易中，最终都要确认交易方的身份，智能卡通过存储在卡里的一个ID（Identity：

身份）号，就可以方便的表明持卡人的身份了。

　　所谓密文性，是指智能卡可以以密文的形式存储某些数据。

有些智能卡还能利用自带的微处理器进行动态的数据加/减密。

　　2. 智