使用密码保护读写NFC标签

Question

我需要把文本数据写入/读取一个NFC标签。我希望读/写操作的工作方式如下：

1. 第一次写操作，我应该能够设置密码。
2. 下一次任何人尝试读取或写入时，如果他有密码，则他应该能够进行读/写操作。
3. 没有其他应用程序能够修改我的标签，除非使用我在第1步设置的密码。

我原本想到的另一种方法是将加密数据写入标签，并且在写入完成后将标签设置为只读。我能够做到这一点。但现在我意识到，将标签设置为只读并不是很高效。

我在互联网上搜索了很多，但仍未找到任何可靠的文章或指南。因此，如果有人已经实现了NFC标签的密码保护，请给我指导。

- Prashant

Answer 1

Android provides a high-level API for reading and writing NFC tags (through the NDEF format).

For more advanced features, such as password protection or mutual authentication, you need to use low-level APIs that are specific to the tag type and manufacturer.

Not all Android devices support all types of NFC tags or all features of a given tag.

NFC标签（实际上是实现了五种NFC Forum标签操作规范之一的NFC Forum标签）是一种简单的数据存储器，没有任何安全机制（除了将内存锁定为只读）。这些标签旨在以NDEF格式存储可自由阅读的数据。未标准化任何针对标签内容读取（或将标签内容复制到其他标签）的身份验证或保护机制。

然而，一些现有的标签产品实现了超出NFC Forum规定的额外安全功能。

最简单的机制是短“密码”（通常是32位值）。对于身份验证，此密码以明文形式传输到标签，并且标签确认/拒绝身份验证。（请注意，通过NFC的明文传输意味着任何窃听通信的人都可以获得密码。）支持此类型密码保护的某些标签可以使用身份验证在不访问、只读访问和读/写访问之间切换定义的内存区域。

• 实现此类型密码验证的产品包括Infineon SLE66R01P、NXP MIFARE Ultralight EV1和NXP NTAG21x等。

更复杂的方法是使用共享密钥进行相互挑战-响应身份验证。与简单的明文密码相比，这意味着被动窃听者无法发现共享的密钥。与密码类似，大多数现有标签产品中的身份验证状态可以用于在不访问、只读访问和读/写访问之间切换定义的内存区域。但是，并非所有标签都会将内存访问和身份验证阶段加密绑定在一起。

• 实现三次相互身份验证的产品包括NXP MIFARE Classic*、NXP MIFARE Ultralight C、NXP MIFARE DESFire（EV1）、Sony FeliCa卡等。

  ^{*)请注意，自2008年以来，MIFARE Classic 的专有身份验证和加密协议已知存在漏洞。此外，MIFARE Classic 仅受支持具有 NXP NFC 芯片组的 Android 设备。}

在Android上实现任何形式的身份验证时，您应该注意以下事项：

1. Android提供了高级API用于读写NFC标签（通过NDEF格式）。
2. 对于更高级的功能，例如密码保护或相互身份验证，您需要使用特定于标签类型和制造商的低级API。
3. 并非所有Android设备都支持所有类型的NFC标签或给定标签的所有功能。

如果您仍希望通过NDEF消息（自定义记录或Android应用程序记录）从自动启动您的应用程序中受益，则需要具有包含该NDEF消息的可自由读取的存储器区域。由于密码保护/身份验证不属于NFC Forum规范的一部分，因此Android本身无法对标签进行身份验证（Android也没有正确的密钥/密码）。因此，NDEF存储器区域（对于具有扁平线性可寻址存储器的标签，通常是标签存储器的前N个块）必须在没有身份验证的情况下可读。

即使您不在应用程序清单中使用NFC过滤器，只使用前台调度系统（或读卡器模式API），您仍可能希望使用NDEF来发现/过滤您自己的标签。

您不能使用NDEF抽象层（即Ndef/ NdefFormatable类）访问受保护的存储器区域。相反，您需要使用标签技术类之一（NfcA、...、IsoDep）交换标签平台特定的低级命令。还不要尝试混合使用多个标签类别（例如，使用NfcA发送身份验证命令，然后使用Ndef读取数据）。虽然这在某些设备上有效，但大多数设备在切换这些通信对象时会重置与标签的通信。

一些Android设备（主要是Android 5之前）存在有关标签存在检查机制的已知问题，可能会干扰身份验证（即存在检查可能会在身份验证命令之间发送命令，导致身份验证失败）。使用读卡器模式API可以克服此问题。

最后，请注意，如果您将密码/身份验证密钥存储在应用程序中，攻击者可以轻松地反向工程化您的应用程序以获取密钥。

- Michael Roland

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感谢您分享如此棒的内容，是否有关于如何与已加密标签进行 Android 通信的教程？ - Shawn

Answer 2

一些标签，例如MIFARE DESFire，原生支持密码/加密，可重现此功能的更常见的标签（Topaz/MIFARE Ultralight等）在本质上是不可能的，因为NFC标签没有内置防止数据被复制的保护（按设计而来）。您可以在编码之前对数据进行加密，但这需要工具了解加密方法（例如独立的应用程序，与Android操作系统分开）。便宜的标签只能永久设为只读模式。

换句话说，大多数 NFC 标签都不能支持您想要实现的目标，但存在一些更昂贵的标签，支持更大量的数据和基于密码的加密等工具。

由于 MIFARE DESFIRE 遵守 ISO 14443-4 规范，如果您使用 Android，则可以使用 IsoDep 方法。有关如何读取/写入密码等详细信息，请参见相关文章：How well does the Android NFC API support Mifare Desfire?。

- henrycjc

Answer 3

我目前正在从事基于NFC的预付费充值计量项目。我直接来回答你到目前为止所问的问题。密码保护功能适用于许多NFC标签，如Mifare经典系列、Ultralight系列、NTag21x系列。

以下是您的问题的答案：

1. 如何设置密码？
   请参考相应数据表，然后研究存储器组织。之后找到您想要写入密码的页面或地址。例如对于Mifare经典卡，扇区尾块是密码密钥块。因此，只需将密码写入该块即可。保持正确的逻辑以编写密码，否则卡片可能会被锁定。
2. 无论您写入什么密码，都无法读取。因此，只有知道该密钥的人才有权访问该标签。
3. 您可以使用NFC访问条件将整个标签存储器配置为读写。

您需要做的就是参考数据表。

- Sai Kumar

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我猜这是错误的。据我所知，密码只与“写入权限”有关，这意味着即使您不知道其密码，仍然可以读取数据。 - c-an

@c-an 这不是真的，也就是说，护照确实有一种密码读保护，你需要解析一些数据才能读取标签/芯片。 - Cyber

@Cyber，好的。但是解析听起来好像还是可以读取的。就像制作哈希一样。那么，你如何实现它？ - c-an

@c-an，你可以在这里看一下，这个扫描仪不是最稳定的，但仍然很好地展示了如何解析必要的“哈希”以访问电子护照数据：https://github.com/rgex/bondi-androidpassport-reader - Cyber