Using arduino and PN532 create a UID(chinese magic card gen 1) and CUID(chinese magic card gen 2) card detector.
用arduino和PN532做一個UID和CUID卡偵測器(侵入式)
這邊使用SigmaDolphin的Adafruit-PN532分支，SigmaDolphin有提出PR但是一直未獲merge，其做了UID(gen 1)卡偵測的改動，新增了以下
public funtion : UnlockBackdoor()
private function : WriteRegister(uint8_t *reg, uint8_t len)、InCommunicateThru(uint8_t *data, uint8_t len)
我引用了該分支再多做了CUID(gen 2)卡偵測，mifareclassic_WriteDataBlock()新增了寫入0號區時，raw responds如果pn532_packetbuffer[7] == 0x01或pn532_packetbuffer[8] == 0xE9就判斷為寫入失敗，因此不是CUID卡。這數字是觀察raw responds來的，可能要再去翻一下datasheet才會知道詳細發生了什麼事。以及新增了reboot()。
為什麼要動到原本的library?
因為部分操作牽扯到底層api，大多都是private屬性，如果全部改成public也不太好，因此直接修改library
程式庫雖然舊了一點點，但在我的實作中不影響
- 找到程式庫資料夾，在arduino ide的libary資料夾下，在我的例子中是"C:\Users\user\OneDrive\文件\Arduino\libraries\Adafruit_PN532"
- 拿repo內的
📄Adafruit_PN532.h和📄Adafruit_PN532.cpp取代原先資料夾內的
graph LR
start[啟動電源] --> 元件初始化 --> input{SWITCH選擇左邊還是右邊}
input{SWITCH選擇方向} -- 左邊 --> case_single[單次偵測] --> button{是否有按按鈕}
button{是否有按按鈕} -- 否 --> input{SWITCH選擇左邊還是右邊}
button{是否有按按鈕} -- 是 --> read_id[讀卡]
read_id[讀卡] --> check_gen2_card{檢查是否為CUID卡}
check_gen2_card{檢查是否為CUID卡} -- 否 --> 讀卡 --> check_gen1_card{檢查是否為UID卡}
check_gen2_card{檢查是否為CUID卡} -- 是 --> 為CUID卡 --> blue[亮藍燈🔵]
check_gen1_card{檢查是否為UID卡} -- 否 --> 非UID非CUID --> red[亮紅燈🔴]
check_gen1_card{檢查是否為UID卡} -- 是 --> 為UID卡 --> green[亮綠燈🟢]
green[亮綠燈🟢] --> code_end[程式結束]
blue[亮藍燈🔵] --> code_end[程式結束]
red[亮紅燈🔴] --> code_end[程式結束]
code_end[程式結束] --> input{SWITCH選擇左邊還是右邊}
input{SWITCH選擇左邊還是右邊}-- 右邊 --> case_continue[連續偵測] --> check_same_id{檢查卡號是不是同一張}
check_same_id{檢查卡號是不是同一張} -- 是 --> input{SWITCH選擇左邊還是右邊}
check_same_id{檢查卡號是不是同一張} -- 否 --> read_id[讀卡]
- 向PN532發送禁用自動 CRC 檢查碼的指令
0x63, 0x02, 0x00, 0x63, 0x03, 0x00 - 向卡片發送 HALT 指令
0x50, 0x00, 0x57, 0xcd - 向PN532發送設定 BitFraming 為 7 位元的指令
0x63, 0x3d, 0x07 - 向卡片發送第一個解鎖命令
0x40(7 bits) - 卡片會回傳
0x0a(4 bits)，若沒有回傳，就不是UID卡 - 向PN532發送 BitFraming 恢復為正常模式的指令
0x63, 0x3d, 0x00 - 向卡片發送第二個解鎖命令
0x43 - 卡片會回傳
0x0a(4 bits)，若沒有回傳，就不是UID卡 - 向PN532發送重新啟用自動 CRC 檢查碼的指令
0x63, 0x02, 0x80, 0x63, 0x03, 0x80 - 完成gen1後門啟動
完成上述流程，若無報錯就可以確定是UID卡。
在軟體上，android的nfc api沒有開放設定BitFraming 為 7 位元，所以才沒辦法用android手機寫UID卡。硬體上，較舊的nfc控制晶片像是PN544在韌體上也沒有設定BitFraming的指令。
- 使用預設的keyA(FFFFFFFFFFFF)完成驗證
- 讀出block 0
- 寫回剛剛讀出的block 0
- 觀察
📄Adafruit_PN532.cpp回傳的pn532_packetbuffer[7]和[8]，若成功寫入，應為0x00, 0xEA。若寫入失敗，則為0x01, 0xE9。
這本質上這就是去call write block function，只不過寫入的block是0，無須特殊自訂指令，所以才可以用android手機寫CUID卡。
⚠️ 警告但這個操作將會讓卡片容易被撕裂，在特性上可以利用在auth block 0時的回應如果是NAK就不是CUID，如果是ACK就是CUID下去做更好的修改
PN532上有一個小小的指撥開關，可以切換到不同協議，我這邊是使用最多線的SPI協議，用I²C也可以，HSU似乎程式庫尚未支援。
| 協議 | 指撥開關1 | 指撥開關2 |
|---|---|---|
| HSU | 0 | 0 |
| I²C | 1 | 0 |
| SPI | 0 | 1 |
此圖使用線上工具wokwi設計
pn532腳位由上到下分別為RSTO、IRQ、GND、VCC、SS、MOSI、MSO、SCK
| 元件 | arduino nano接腳 |
|---|---|
| 綠LED | D2 |
| 藍LED | D4 |
| 紅LED | D5 |
| 按鈕 | D8 |
| 切換開關 | D6 |
| 蜂鳴器 | D3(pwm) |
| PN532 SCK | D13 |
| PN532 MSO | D12 |
| PN532 MOSI | D11 |
| PN532 SS | D10 |
| 5V電源 | VIN |
| GND | GND |
- CUID卡的實現邏輯畢竟是讀取再寫入，在連續模式下如果放在感應臨界邊緣處，可能會寫入失敗導致撕裂(也就是寫到壞卡)，就算在過程中檢查卡號是不是同一張也無法降低損壞機率，目前只能用單次模式偵測卡片，但目前在單次感應邊緣也會寫到撕裂，無解。
- CUID卡要有寫入行為，才能知道卡號可不可以被變更，如果block 0無法用預設keyA解鎖，那就無法正確判斷是不是CUID卡了
- "UID"指的是唯一識別字串 (Unique identifier)或是UID卡(chinese magic card gen 1)，為什麼要取UID這名字已不可考。
- PN532 datasheet: https://www.nxp.com/docs/en/nxp/data-sheets/PN532_C1.pdf
- gen1 backdoor unlock explain: https://stackoverflow.com/questions/41326384/re-writing-uid-and-block-0-on-chinese-supposed-to-be-writable-mifare-1k-card-i
- try to use android phone unlock the magic tag: https://stackoverflow.com/questions/15020940/unlock-mifare-tag-with-android