身份证、银行卡,可以和手机“亲密接触”吗?

  热点, 电子

大多数人习惯把身份证、银行卡等卡片装在钱包里随身携带。但是有传闻称“很多人因为身份证消磁到派出所重新办理身份证,身份证一般不要和强磁物品放一起,生活中一般都是和手机放一起,但是手机来电的时候,很容易消磁。女士提包的磁性暗扣、公交车上的刷卡器都有可能造成二代证消磁。”这是真的吗?二代身份证等各种卡到底会不会因为手机等带磁场的日常用品消磁呢?

消磁这事要从各种长相、功能类似,内在结构却完全不同的电子卡片说起。

磁卡:有黑条,易消磁

首先,“消磁”这个词来源于最早出现并且仍然在广泛使用的磁卡。磁卡(Magnetic Card)的特点很明显,就是背面存储信息的地方有一条黑色的磁条。打开钱包看看你的银行卡就会发现,大多数的银行卡所使用的就是磁卡。

图1 磁卡

图1 磁卡

磁卡的磁条是用液体磁性材料涂抹在卡片上或用细小的固体磁条粘贴在卡片上构成的。在磁条表面,还覆盖有一层保护介质,防止因为摩擦剐蹭,破坏磁条结构。但是很不幸,对于把卡片粗枝大叶塞裤兜里了事的男生来说,这种保护还是太脆弱了,因为磨损而弄坏了磁卡是常有的事。

图2 磁条结构

图2 磁条结构

但是细心呵护不刮碰是不是磁卡就不会坏呢?如果真是这样,就没有“消磁”这个词了。一般来说,磁条里分了三个磁道(也有功能简单的磁卡只有一、二个磁道的)。其中,一、二磁道是只可以读出不可以改写的,三磁道是可读写的。如何写呢?就是用强磁场改变磁道各单元的信息,这跟磁带、软盘、硬盘的原理是基本一致的。

所以,怕强磁场也成了它们的通病。所谓“消磁”,不全是指磁卡没有了磁性,也指因为外界强磁场破坏了原本的信息,于是卡就无法使用了。磁卡确实不宜跟强磁体或者有强烈电磁波发射的物体挨得太近。不过一般来说手机产生的磁场并不足以令磁卡消磁,请看果壳实验党们用手机、磁铁和银行卡所做的 这个实验视频

接触式IC卡:小黄片,怕静电

有鉴于磁卡怕强磁场、容量小、信息保密性差等缺憾,后来又出现了俗称为“第一代IC卡”的接触式IC卡。这种卡把原来的磁条储存升级成了由集成电路构成的存储器——EEPROM。这就相当于把电脑的软盘升级成了U盘。这种卡在读写速度、信息安全性、存储容量上都有很大的进步。到后期还出现了接触式智能卡,在卡内集成了CPU,这样卡片就有了独立的逻辑处理核心,可以进行比如加密、鉴权这样的处理,大大地提升了卡片数据的安全性。所以它可以被用于小额支付,而不像磁卡那样,每次交易都要通过后端的银行网络。

在移动电话还没有人手一台的时候,风靡全国的IC电话卡就是这种卡片;目前国内大部分的医保卡也采用了接触式IC卡。

图3 接触式IC卡

图3 接触式IC卡

接触式IC卡的特点也很明显,就是卡片上有个金属的“小窗口”,这个“小窗口”是内部集成电路的触点接口。通过这几个触点将读卡器和卡片内部的电路相连接完成操作。 这种卡片基本上已不存在“消磁”的问题了,因为它根本就不是用磁体来存储信息的, 读写数据也是直接用电、而不是磁头。

但是,这种“电擦写”也有新的麻烦,那就是电子产品杀手——静电。静电很难避免,而且人体产生的静电电压还很高,能达到数百伏甚至两千伏。[1]而IC卡存储器的一般工作电压为5伏,耐压大概在20伏以下。瞬间的高压放电,对于人体来说最多只是觉得疼痛,但如果接触到IC卡的金属触点,很容易造成内部芯片的损坏。为了避免这种情况,一般的IC卡都设计了保护电路。 根据相关的国内和国际标准,保护电路应能够抵抗2000伏的静电。[2]

射频卡:无线式,更安全

接触式IC卡的保护电路毕竟有最大限制。一不小心碰到超过2000伏的高压,还是不够安全。于是非接触式IC卡闪亮登场!

这种卡完全不用接触就能读写信息。它的本质结构跟接触式智能IC卡区别不大,就是将原本的金属接触变成无线收发了。所以非接触式IC卡又被称为射频卡(Radio Frequency Identification,RFID)或者电子标签。简单来说,其工作原理就是读卡器发射一个根据信息变化的电磁波。卡片内部的感应线圈把这个电磁波转换成感应电流,用以传递信息和驱动芯片工作。关于RFID的介绍,可看以前的一篇 《世博会门票有颗“RFID芯”》

图4 非接触式IC卡

图4 非接触式IC卡

很显然, 非接触式IC卡更不存在“消磁”的问题, 它跟接触式IC卡一样,本身并不是用磁体存储数据的。并且非接触式IC卡在抗干扰和过载保护性能上较上一代接触式IC卡有着进一步的提高。首先,在相同电压值下,非接触放电的电流比起接触放电小得多,更不容易造成损坏。其次,它所执行的国家标准也从前文提到的最低限值2000伏增加到6000伏,大大降低了因为静电接触造成的损坏。同时,这种卡除了和之前一样具有静电保护电路之外,还设置了针对感应线圈的额外保护机制,能够防止因为输入的功率超过了最大范围而造成芯片的损坏。

手机烧毁射频卡:基本不可能

了解了非接触式IC卡的原理之后,我们再回到文章开头提出的问题:到底手机能不能让第二代身份证发生损坏呢?手机信号是一种电磁波,用来对非接触式IC卡进行读写操作的也是电磁波。但是,电磁波也有功率和频率上的区别。手机信号能否对非接触式IC卡产生影响,需要进行进一步分析。

具体来说,我们担心的“影响”主要是以下两种情况:

第一,手机信号会不会被非接触式IC卡“误读”,改写了卡里的信息?这种担心毫无必要。非接触式IC卡要和读写设备进行联络,需要经过繁复的 “对暗号”(验证)过程,而且信息交流往往是加密的。暗号对不上,联络就不能建立。这个问题在 这篇文章 中有详细的阐述。

第二,手机信号会不会过强,在二代身份证内产生了过大的电流,造成卡片烧毁?这种情况发生的可能性极低。首先我们知道,各种制式手机中能量辐射最强的是GSM。以我国通用的GSM900标准为例,凡是获得进网许可证、能够正式销售的手机,最大峰值功率不能超过2W。而且峰值功率是在进行呼叫而尚未应答的瞬间产生,平时使用中平均功率只有0.2W左右甚至更低。更重要的是,天线线圈对不同频率电磁波产生的电流差异是很大的。如下图所示,只有在天线的谐振频率上才能产生最大的耦合电流;一旦远离这个频率,能耦合到的能量就急剧减少。一般来说,因为二代身份证工作在13.56MHz频率上,所以天线线圈的谐振频率也被设计为13.56MHz。而GSM手机工作频率是900MHz,显然相差甚远。因此手机信号能够被二代身份证耦合过来的能量可谓微乎其微,几乎可以忽略不计。

图5 非接触式IC卡的天线反射(根据参考文献[3]中图片重新绘制)

图5 非接触式IC卡的天线反射(根据参考文献[3]中图片重新绘制)

其实,与其担心IC卡被电子产品的电磁波弄坏,还不如担心会因为弯折造成的物理损坏。因为根据木桶原理,木桶的储水量取决于它最短的那块板。对于IC卡,尽管制造卡身的材料——聚酯塑料还算结实,但日常使用中的物理损坏无疑是木桶上比电磁损坏更短的一块板。毕竟这些电子产品的电磁波辐射大多都很弱,远远小于二代身份证等非接触式IC卡防护电磁辐射的能力。当然,如果你误信传言, 把IC卡放入微波炉这种会产生超强电磁波的电器里“充值” ,那就实在无话可说了。

参考文献

[1] 人体静电放电参数对带电电压的依赖关系研究 《电波科学学报》ISTIC EI PKU -2009年5期-阮方鸣,石丹,杨乘,沈远茂,高攸纲
[2] 集成电路IC卡抗静电放电试验的历史沿革 《中国科技信息》-2011年7期-丁煜
[3] 13.56MHz RFID阅读器天线的设计 《微波学报》ISTIC PKU -2008年5期-朱轶,王刚,王洪金

来关注果壳网微信吧,随时随地了解科学信息,粉碎谣言:

/gkimage/mf/ns/24/mfns24.png

LEAVE A COMMENT

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.