目前NFC技術(shù)巳經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了應用，而在政府公共服務(wù)的民生領(lǐng)域，NFC技術(shù)的應用 仍然是一片空白。本文從NFC標簽的選擇、防作弊電子秤的設計理念、設計原理以及相關(guān)軟件實(shí)現等方面詳細闡 述了基于NFC技術(shù)的防作弊電子秤的設計，提出的防作弊電子秤具有防拆、防替換、防加裝、可通訊、可統一管理的 特點(diǎn)，可滿(mǎn)足政府部門(mén)監管的需要，保護市場(chǎng)的公平公正，維護消費者的利益。

0引言

近場(chǎng)通信(Near Field Communication，NFC )，又 稱(chēng)近距離無(wú)線(xiàn)通信，是一種短距離的高頻無(wú)線(xiàn)通訊 術(shù)，允許電子設備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對點(diǎn)數據傳 輸，在10cm(3.9英吋）內交換數據。這個(gè)技術(shù)由非 接觸式射頻識別（RFID)演變而來(lái)，由飛利浦半導體 (恩智浦（NXP)半導體）、諾基亞和索尼共同研制開(kāi) 發(fā)，其基礎是RFID及互聯(lián)技術(shù)。目前近場(chǎng)通信已 成為ISO/IEC IS 18092國際標準、EMC A -340標準 與 ETSI TS 102 190 標準。

本文中的NFC標簽采用的是NTAG216，具有 888字節用戶(hù)存儲器，符合ISO/IEC14443類(lèi)型A規 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.防作弊電子秤的設計理念

防作弊電子秤主要由數字傳感器、主控單元、 ESAM加密芯片、NFC芯片等組成，每個(gè)部件具有唯 一的識別號并且部件之間可利用手持端下發(fā)的密 鑰進(jìn)行相互的身份驗證，從而防止電子秤內部的部 件被替換，同時(shí)電子秤進(jìn)行了防拆設計，防止電子 秤被非法拆開(kāi)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(wú)法使用。設計理念如圖1所示，以下是本文 設計的反作弊電子秤幾個(gè)特點(diǎn)：

1)防作弊電子秤出廠(chǎng)之前預先對其進(jìn)行初始化，給防作弊數字傳感器、主控單元、ESAM芯片產(chǎn) 生一個(gè)唯一的ID號，并各自保存自身的ID號。同 時(shí)，ESAM芯片和NFC標簽里頭保存了所有部件的 ID號。防作弊電子秤的主控單元在每次開(kāi)機時(shí)，對 每個(gè)部件的ID進(jìn)行認證，保證防作弊電子秤系統的 完整性和唯一性。

2)防作弊電子秤出廠(chǎng)后，利用手持設備的NFC 功能，讀取電子秤內部的NFC標簽內部的唯一 ID 號(包含防作弊數字傳感器ID、主控單元ID、ESAM 芯片ID和NFC標簽ID)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊上傳給服務(wù) 器系統進(jìn)行登記。登記后，需對該信息進(jìn)行審核， 審核通過(guò)后，服務(wù)器通過(guò)手持設備給防作弊電子秤 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標簽和主控單元內部。防作弊 電子秤被激活后，還不可使用，需用手持設備進(jìn)行 檢定授權，暫時(shí)允許使用，檢定合格后，通過(guò)手持設備寫(xiě)入檢定記錄到NFC標簽，此時(shí)電子秤可以進(jìn)行 正常稱(chēng)重使用。

3）防作弊電子秤在首檢通過(guò)后進(jìn)入市場(chǎng)使用， 以后每次檢定、維修更換器件均需通過(guò)手持設備進(jìn) 行電子秤授權或寫(xiě)入檢定記錄，所有的操作服務(wù)器 端均有記錄。

4）為了檢驗防作弊電子秤的真偽，僅需通過(guò)手 持端讀取電子秤的ID和密鑰A，然后通過(guò)電子秤 ID從服務(wù)器上獲取對應的密鑰B，比對密鑰A和B 相等，則認為是經(jīng)過(guò)授權的防作弊電子秤。

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(shuō)明如下：

1）防作弊數字傳感器:該部件是將作用于該傳 感器上的力轉換為電信號并經(jīng)過(guò)A/D轉換，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。

2）ESAM芯片:該芯片具有加密存儲和產(chǎn)生真 隨機數功能，存儲了電子秤內部校準參數、防作弊 傳感器ID、主控單元的ID、NFC標簽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及周邊電路 組成，用于讀取傳感器的數據，讀取ESAM芯片的數 據，發(fā)送動(dòng)態(tài)密碼及數據解密，驗證各部分的身份， 送出顯示數據讀取按鍵及控制打印和輸出輸入接 口。同時(shí)此部件內部存有ESAM芯片的ID信息用 于認證ESAM芯片。

4）NFC標簽:通過(guò)NFC標簽，防作弊秤電子秤可與手持監管儀進(jìn)行數據交換。手持監管儀通過(guò) 讀取NFC標簽可鑒別電子秤的真偽。

防拆單元:該部分電路實(shí)時(shí)監測防作弊電子 秤的外殼是否被打開(kāi)過(guò)，如果被非法打開(kāi)過(guò)，則電 子秤開(kāi)機后提示錯誤，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(guò) 來(lái)的經(jīng)過(guò)加密后的顯示數據，解密后判斷數據是否 正確，如果正確則把數據顯示在LCD液晶屏上。

3.防作弊電子秤相關(guān)軟件實(shí)現

3. 1系統初始化

系統初始化包含防作弊電子秤出廠(chǎng)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芯片生成防作弊數字傳感器、主控單元、 ESAM芯片的ID號，并把這些ID號和NFC標簽的 ID號寫(xiě)入到ESAM芯片和NFC標簽中。備案操作 如下:先用手持監管儀讀取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(chǎng)后，默認是不可使用的， 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(guò)后，先用 手持監管設備對電子秤進(jìn)行激活操作，激活的過(guò)程 就是手持設備把服務(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)，用手持監管設備進(jìn) 行檢定授權操作，防作弊秤電子秤進(jìn)入正常稱(chēng)重狀 態(tài)。檢定合格后，用手持監管設備寫(xiě)入檢定記錄。 此時(shí)，電子秤每次開(kāi)機均可進(jìn)入正常稱(chēng)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(kāi)機運行身份認證

電子秤首檢后，每次開(kāi)機，系統主控單元對另 外四部件的身份ID進(jìn)行認證，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(kāi)：

防作弊電子秤的防拆單元帶有內部備用電池， 每時(shí)每刻都在檢測外殼是否打開(kāi)，如果檢測到外殼 打開(kāi)則馬上通知主控單元。主控單元開(kāi)機后，發(fā)現 電子秤未經(jīng)授權被非法打開(kāi)，則停止電子秤的正常 稱(chēng)重，一直提示一個(gè)被打開(kāi)的錯誤.

2）檢定不合格：

若電子秤開(kāi)機讀取NFC標簽，發(fā)現檢定結論 為不合格，則判斷電子秤是否有授權操作，如果 沒(méi)有授權，則禁止電子秤的正常稱(chēng)重操作，一直 提示一個(gè)電子秤檢定不合格的錯誤。

3）檢定周期到期：

防作弊電子秤在每次檢定的時(shí)候，手持監管儀 都會(huì )與防作弊電子秤同步當前時(shí)間，并寫(xiě)人檢定周 期和檢定到期時(shí)間。電子秤每次開(kāi)機均判斷檢定 到期時(shí)間是否超過(guò)當前時(shí)間。如果到期了，則判斷 是否有檢定授權操作，如果沒(méi)有則禁止電子秤的正 常稱(chēng)重操作，一直提示一個(gè)電子秤檢定到期的錯誤。

4）系統部件身份ID有異常：

防作弊電子秤每次開(kāi)機主控單元先通過(guò)ESAM 的外部認證后，從ESAM芯片里頭讀取各個(gè)部件的 身份ID號。然后分別認證自身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錯誤。

4.結束語(yǔ)

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的普及，NFC技術(shù)已經(jīng)在越來(lái)越多 的領(lǐng)域得到了應用，比如門(mén)禁、車(chē)票、支付、海報、數 據傳輸等，而在政府公共服務(wù)的民生領(lǐng)域基于NFC 技術(shù)的應用幾乎是空白。當前作弊電子秤越來(lái)越 泛濫，已成為監管者越來(lái)越頭疼的一個(gè)問(wèn)題，本文 設計的基于NFC的防作弊電子秤將從源頭上打擊 作弊現象，保證市場(chǎng)的公平公正，維護消費者利益， 樹(shù)立消費者對計量器具的信心。