目前NFC技術(shù)巳經(jīng)在越來越多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，而在政府公共服務(wù)的民生領(lǐng)域，NFC技術(shù)的應(yīng)用 仍然是一片空白。本文從NFC標(biāo)簽的選擇、防作弊電子秤的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)原理以及相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)等方面詳細(xì)闡 述了基于NFC技術(shù)的防作弊電子秤的設(shè)計(jì)，提出的防作弊電子秤具有防拆、防替換、防加裝、可通訊、可統(tǒng)一管理的 特點(diǎn)，可滿足政府部門監(jiān)管的需要，保護(hù)市場的公平公正，維護(hù)消費(fèi)者的利益。

0引言

近場通信(Near Field Communication，NFC )，又 稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通訊 術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳 輸，在10cm(3.9英吋）內(nèi)交換數(shù)據(jù)。這個(gè)技術(shù)由非 接觸式射頻識(shí)別（RFID)演變而來，由飛利浦半導(dǎo)體 (恩智浦（NXP)半導(dǎo)體）、諾基亞和索尼共同研制開 發(fā)，其基礎(chǔ)是RFID及互聯(lián)技術(shù)。目前近場通信已 成為ISO/IEC IS 18092國際標(biāo)準(zhǔn)、EMC A -340標(biāo)準(zhǔn) 與 ETSI TS 102 190 標(biāo)準(zhǔn)。

本文中的NFC標(biāo)簽采用的是NTAG216，具有 888字節(jié)用戶存儲(chǔ)器，符合ISO/IEC14443類型A規(guī) 范，工作頻率為13. 56 MHz，傳輸波特率為106 kb/ s，具有低功耗、防干擾、快速讀取等特點(diǎn)。

1.防作弊電子秤的設(shè)計(jì)理念

防作弊電子秤主要由數(shù)字傳感器、主控單元、 ESAM加密芯片、NFC芯片等組成，每個(gè)部件具有唯 一的識(shí)別號(hào)并且部件之間可利用手持端下發(fā)的密 鑰進(jìn)行相互的身份驗(yàn)證，從而防止電子秤內(nèi)部的部 件被替換，同時(shí)電子秤進(jìn)行了防拆設(shè)計(jì)，防止電子 秤被非法拆開和非法改加裝部件。防作弊電子秤 具備溯源性，在檢定周期到期或檢定不合格時(shí)，電 子秤無法使用。設(shè)計(jì)理念如圖1所示，以下是本文 設(shè)計(jì)的反作弊電子秤幾個(gè)特點(diǎn)：

1)防作弊電子秤出廠之前預(yù)先對(duì)其進(jìn)行初始化，給防作弊數(shù)字傳感器、主控單元、ESAM芯片產(chǎn) 生一個(gè)唯一的ID號(hào)，并各自保存自身的ID號(hào)。同 時(shí)，ESAM芯片和NFC標(biāo)簽里頭保存了所有部件的 ID號(hào)。防作弊電子秤的主控單元在每次開機(jī)時(shí)，對(duì) 每個(gè)部件的ID進(jìn)行認(rèn)證，保證防作弊電子秤系統(tǒng)的 完整性和唯一性。

2)防作弊電子秤出廠后，利用手持設(shè)備的NFC 功能，讀取電子秤內(nèi)部的NFC標(biāo)簽內(nèi)部的唯一 ID 號(hào)(包含防作弊數(shù)字傳感器ID、主控單元ID、ESAM 芯片ID和NFC標(biāo)簽ID)，通過無線通訊上傳給服務(wù) 器系統(tǒng)進(jìn)行登記。登記后，需對(duì)該信息進(jìn)行審核， 審核通過后，服務(wù)器通過手持設(shè)備給防作弊電子秤 下發(fā)電子秤ID和一組密鑰進(jìn)行激活電子秤，該ID 和密鑰保存在NFC標(biāo)簽和主控單元內(nèi)部。防作弊 電子秤被激活后，還不可使用，需用手持設(shè)備進(jìn)行 檢定授權(quán)，暫時(shí)允許使用，檢定合格后，通過手持設(shè)備寫入檢定記錄到NFC標(biāo)簽，此時(shí)電子秤可以進(jìn)行 正常稱重使用。

3）防作弊電子秤在首檢通過后進(jìn)入市場使用， 以后每次檢定、維修更換器件均需通過手持設(shè)備進(jìn) 行電子秤授權(quán)或?qū)懭霗z定記錄，所有的操作服務(wù)器 端均有記錄。

4）為了檢驗(yàn)防作弊電子秤的真?zhèn)?，僅需通過手 持端讀取電子秤的ID和密鑰A，然后通過電子秤 ID從服務(wù)器上獲取對(duì)應(yīng)的密鑰B，比對(duì)密鑰A和B 相等，則認(rèn)為是經(jīng)過授權(quán)的防作弊電子秤。

2.基于NFC技術(shù)的防作弊電子秤原理

防作弊電子秤原理圖如圖2所示，其主要部件 說明如下：

1）防作弊數(shù)字傳感器:該部件是將作用于該傳 感器上的力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，加密輸 出給主控單元，同時(shí)該傳感器還輸出加密的身份 ID，以便主控單元確認(rèn)。

2）ESAM芯片:該芯片具有加密存儲(chǔ)和產(chǎn)生真 隨機(jī)數(shù)功能，存儲(chǔ)了電子秤內(nèi)部校準(zhǔn)參數(shù)、防作弊 傳感器ID、主控單元的ID、NFC標(biāo)簽ID和自身ID 等信息，該芯片具有很高的安全性能。

3）主控單元:此部分主要由單片機(jī)及周邊電路 組成，用于讀取傳感器的數(shù)據(jù)，讀取ESAM芯片的數(shù) 據(jù)，發(fā)送動(dòng)態(tài)密碼及數(shù)據(jù)解密，驗(yàn)證各部分的身份， 送出顯示數(shù)據(jù)讀取按鍵及控制打印和輸出輸入接 口。同時(shí)此部件內(nèi)部存有ESAM芯片的ID信息用 于認(rèn)證ESAM芯片。

4）NFC標(biāo)簽:通過NFC標(biāo)簽，防作弊秤電子秤可與手持監(jiān)管儀進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。手持監(jiān)管儀通過 讀取NFC標(biāo)簽可鑒別電子秤的真?zhèn)巍?/span>

防拆單元:該部分電路實(shí)時(shí)監(jiān)測防作弊電子 秤的外殼是否被打開過，如果被非法打開過，則電 子秤開機(jī)后提示錯(cuò)誤，禁止電子秤的使用。

顯示芯片:該部分電路接受主控單元發(fā)送過 來的經(jīng)過加密后的顯示數(shù)據(jù)，解密后判斷數(shù)據(jù)是否 正確，如果正確則把數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶屏上。

3.防作弊電子秤相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)

3. 1系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化包含防作弊電子秤出廠前進(jìn)行的 初始化操作和備案操作。初始化包含由主控單元 利用ESAM芯片生成防作弊數(shù)字傳感器、主控單元、 ESAM芯片的ID號(hào)，并把這些ID號(hào)和NFC標(biāo)簽的 ID號(hào)寫入到ESAM芯片和NFC標(biāo)簽中。備案操作 如下:先用手持監(jiān)管儀讀取NFC里頭的電子秤信 息，然后發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行備案操作。 初始化流程如圖3所示。

3.2防作弊秤電子秤激活與首次檢定

防作弊秤電子秤出廠后，默認(rèn)是不可使用的， 需進(jìn)行激活和首檢合格后方可使用。防作弊電子 秤備案后，由服務(wù)器端進(jìn)行審核，審核通過后，先用 手持監(jiān)管設(shè)備對(duì)電子秤進(jìn)行激活操作，激活的過程 就是手持設(shè)備把服務(wù)器端的密鑰下發(fā)給防作弊電 子秤，防作弊電子秤收到密鑰后，形成與防作弊傳 感器通訊用的加密密鑰TMK和與ESAM芯片進(jìn)行 通信用的認(rèn)證密鑰，然后自動(dòng)激活防作弊功能。

激活后，防作弊電子秤還是不可使用的，需進(jìn) 行首檢合格后方可使用。此時(shí)，用手持監(jiān)管設(shè)備進(jìn) 行檢定授權(quán)操作，防作弊秤電子秤進(jìn)入正常稱重狀 態(tài)。檢定合格后，用手持監(jiān)管設(shè)備寫入檢定記錄。 此時(shí)，電子秤每次開機(jī)均可進(jìn)入正常稱重狀態(tài)。防 作弊電子秤激活與首檢流程圖如圖4所示。

3. 3防作弊電子秤開機(jī)運(yùn)行身份認(rèn)證

電子秤首檢后，每次開機(jī)，系統(tǒng)主控單元對(duì)另 外四部件的身份ID進(jìn)行認(rèn)證，以保證部件配套的唯 一性，防止非法更換。具體工作流程如圖5所示.

3.4防作弊電子秤異常處理

1)電子秤外殼被打開：

防作弊電子秤的防拆單元帶有內(nèi)部備用電池， 每時(shí)每刻都在檢測外殼是否打開，如果檢測到外殼 打開則馬上通知主控單元。主控單元開機(jī)后，發(fā)現(xiàn) 電子秤未經(jīng)授權(quán)被非法打開，則停止電子秤的正常 稱重，一直提示一個(gè)被打開的錯(cuò)誤.

2）檢定不合格：

若電子秤開機(jī)讀取NFC標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)檢定結(jié)論 為不合格，則判斷電子秤是否有授權(quán)操作，如果 沒有授權(quán)，則禁止電子秤的正常稱重操作，一直 提示一個(gè)電子秤檢定不合格的錯(cuò)誤。

3）檢定周期到期：

防作弊電子秤在每次檢定的時(shí)候，手持監(jiān)管儀 都會(huì)與防作弊電子秤同步當(dāng)前時(shí)間，并寫人檢定周 期和檢定到期時(shí)間。電子秤每次開機(jī)均判斷檢定 到期時(shí)間是否超過當(dāng)前時(shí)間。如果到期了，則判斷 是否有檢定授權(quán)操作，如果沒有則禁止電子秤的正 常稱重操作，一直提示一個(gè)電子秤檢定到期的錯(cuò)誤。

4）系統(tǒng)部件身份ID有異常：

防作弊電子秤每次開機(jī)主控單元先通過ESAM 的外部認(rèn)證后，從ESAM芯片里頭讀取各個(gè)部件的 身份ID號(hào)。然后分別認(rèn)證自身ID和其他部件的 ID是否有誤。如果有誤，則一直提示一個(gè)某個(gè)器件 ID錯(cuò)誤。

4.結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，NFC技術(shù)已經(jīng)在越來越多 的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，比如門禁、車票、支付、海報(bào)、數(shù) 據(jù)傳輸?shù)?，而在政府公共服?wù)的民生領(lǐng)域基于NFC 技術(shù)的應(yīng)用幾乎是空白。當(dāng)前作弊電子秤越來越 泛濫，已成為監(jiān)管者越來越頭疼的一個(gè)問題，本文 設(shè)計(jì)的基于NFC的防作弊電子秤將從源頭上打擊 作弊現(xiàn)象，保證市場的公平公正，維護(hù)消費(fèi)者利益， 樹立消費(fèi)者對(duì)計(jì)量器具的信心。