CRYPTO1: 密码分析学 (门禁卡破解)
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夏迟归
2026-07-23 22:25:54
从2015年至今，门禁卡、校园卡等的破解复制技术已在全球范围内广泛应用，技术手段从简单的软件工具到复杂的专业设备，只需几分钟甚至一分钟即可完成。这一切都源于1994年NXP发布的一款设计有安全漏洞的NFC卡——MIFARE Classic EV11K，也被称为M1卡。该卡在公交卡、地铁卡、门禁卡、学生卡等众多领域得到广泛应用，但其认证、加密算法对外界保密，直到2008年才有人利用逆向工程还原其细节，揭示了部分攻击路径。尽管NXP紧急修复了一些认证漏洞，但2015年，密码分析学的突破使核心Crypto1加密算法被完全破解，导致NXP宣布不再使用此卡。
如今，2023年，只需一分钟就能完整破解的M1卡仍在广泛流通，其生命周期已超过三十年。NXP的M1卡成为密码学应用中的一个有趣的反面教材。本文将详细介绍M1卡的设计、认证加密方式以及破解路径。
首先，介绍NFC开源软硬件。对于希望快速实践破解门禁卡的同学，市面上有PN532模块及mfoc程序、Proxmark 3等工具，只需一行命令即可实现复制。接下来，本文将深入M1卡的数据存储与认证加密设计，并介绍针对UID、认证、加密（Crypto1）的攻击方式。
接着，详细介绍了M1卡的设计，可视为一个容量仅1KB（1024字节）的U盘。作为门禁卡使用时，1KB足以存储房间信息，每张卡有一个全球唯一的ID，即使不存储信息，仅凭匹配ID也能进行认证。M1卡现可制作得非常小巧，甚至可贴在手机背面。内部结构由线圈与芯片组成，当NFC卡接近读卡器时，线圈供电给芯片，读取ID与数据。M1卡工作频率为高频13.56MHz，早期也有无存储功能的卡，工作频率在125KHz。
通过proxmark命令，可读取M1卡的ID：0xDC 0x23 0xAB 0x11。卡内1KB数据加密存储，共分为16个区块，每个区块64字节，分别加密，可为每个区块设置不同的密钥，M1卡包含Key A与Key B。默认情况下，Key A为FF FF FF FF FF FF，Key B同样为FF FF FF FF FF FF。控制位决定读写数据权限。
M1卡加密机制分为认证与加密两部分。认证过程遵循ISO14443-A规范，但M1卡未完全遵循，导致设计存在漏洞。认证流程包括读取UID、选择读取区块、交换加密所需的非加密信息。加密算法Crypto1不对外公开，最终被逆向工程破解。
接下来，介绍M1卡的认证与加密设计。M1卡的UID是全球唯一，可读取，而1KB数据经过加密。数据分为16个区块，每个区块64字节，分别加密，密钥存储于对应区块。控制位决定读写权限。M1卡的加密机制包括对称加密（使用Crypto1）和非对称加密（用于生成密钥对）。Crypto1属于流加密算法。
本文详细介绍了M1卡的认证与加密设计，以及如何通过认证与加密机制进行破解。通过分析M1卡设计中的漏洞，利用NFC卡与读卡器的通信流程，以及逆向工程还原内部设计，最终实现对M1卡的完整破解。
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