交通拥堵：采用安全RFID技术应对智慧城市面临的最大挑战之一

2020年6月18日
by Michael Ganzera

对于生活在世界各地城市地区的人们来说，交通出行已成为日常生活的一部分。无论是城际交通还是城内交通，私家车、拼车服务、送货车，甚至是公交车等各种车辆全天候占满道路，不仅限于高峰时段。

全天候交通拥堵造成人们出行困难，也降低了空气质量，城市生活更艰辛。

交通是城市生活的一个巨大挑战，因而成为很多智慧城市计划的关注重点，各个城市选择了智能通行费来解决这一问题。在市中心，进入城市核心区的汽车需要支付拥堵费，从而限制在市中心街道上行驶的汽车数量，降低污染水平，中心地区对行人和骑自行车的人也更友好。电子通行费定价机制根据交通情况调整收费，在交通繁忙时段使用高峰定价，鼓励人们使用替代路线和替代交通方式，从而减少拥堵。

智能通行费机制还可以升级传统收费系统，提高其工作效率。道路通行费一直以来都是交通部门的重要收入来源，用以支付道路维护和新建费用，但传统的收费方式需要在收费站停车缴费，不可避免地会出现排长队的现象。

借助自动收费系统，人们不必停车甚至不需减速便可支付通行费，从而保持交通顺畅，降低污染水平，减少驾驶员的焦躁情绪。实现自动收费有多种方式，安全无源远距离RFID（也称为RAIN RFID）就是其中之一，它集安全性和便利性于一身，表现比较突出。

与最常用的另外两种自动收费方式（光学和有源RFID）相比，安全无源RFID的优势显而易见。

视觉收费系统

摄像头读取车牌。然后，软件会提取车牌号并识别司机，以便收费机构发送账单。该系统的优势在于适用于任何有车牌的汽车，但缺点是正确率无法保证。车牌号读取后通常需要人工检查确认，繁复的后期人工处理导致效率低，成本高。

视觉系统需要密集的人工监督

有源RFID收费

车主购买并安装有源RFID应答器，应答器与收费站安装的读卡器进行交互。RFID应答器比视觉系统更准确，因此几乎不需要任何后期人工处理，但是相关设备往往价格昂贵、比较笨重、难以安装，另外，因为应答器需要电池才能运行，所以寿命有限。

有源RFID提供较高的准确性，但对驾驶员而言成本较高

更好的方式——安全无源RAIN（或远距离）RFID收取通行费

使用安全无源RFID，收费机可读取放置在车辆某处的标签，如车牌、保险杠、挡风玻璃内或摩托车的前照灯。标签可以采用贴纸的形式应用，易于安装。标签不含电池（它从读卡器的天线获得电力），因此生产成本相对较低，不需要维护。标签即使在恶劣的天气条件下也可以正常工作，更重要的是，它使用了加密机制，可确保标签数据的安全和隐私。

基于安全无源RAIN RFID的智能收费系统克服了使用视觉或有源RFID的系统的缺点。标签可自动运行，无需人工干预，准确且实惠，并使用加密验证来确保安全和隐私。它还可以通过增加新的性能和灵活性来提升收费体验。

使用安全无源RFID，通行费准确、成本较低且安全无忧

在确保交通顺畅的同时保护隐私

信息安全是标签装置的一个重要方面，因为收费系统必须处理敏感信息，如注册车主的姓名和注册使用的详细支付信息。最新的无源RFID标签（特别是基于RAIN RFID(UHF)技术的标签）配备了特殊的安全机制，有助于确保存储在标签上的信息抵御非法访问。

恩智浦UCODE DNA IC基于RAIN RFID技术，集成了这种保护机制。它被嵌入到用于道路收费用例的标签中，提供诸如标签身份验证等安全功能，只有经过授权的RFID读卡器才能访问标签数据。

收费-支付交易涉及两个电子设备：标签和读卡器。两边都需要确保安全，因此标签自带的安全功能还不够。为了保证身份验证过程的可信度，读卡器也需要具备安全机制。读卡器要具备较高的安全性，一种简便方法是在读卡器内部添加一个专用的安全平台，称为安全应用模块(SAM)。

SAM模块通过存储和处理系统访问密钥以及启用加密通信来提高安全性。SAM是一种专门构建的IC，可提供较高的安全性、私密性和速度。基于加密算法的标准微控制器存储器和软件应用通常不能达到SAM提供的保护级别。

例如，恩智浦的MIFARE SAM AV3是一款专用的、性能优化的IC，也是安全读写系统的核心组件。MIFARE SAM AV3除了在RFID读卡器内安全地存储密钥外，还可计算唯一的会话密钥，使用AES-128加密来保护消息，并且允许安全访问和与UCODE DNA标签IC的通信。当从RAIN RFID标签接收到私有数据时，MIFARE SAM AV3会对输入消息进行解密和处理。由于MIFARE SAM AV3的设计是与UCODE DNA IC配套使用，它可简化安全读卡器系统的采用，加快设计上市的进程。

框图展示了MIFARE SAM AV3和UCODE DNA IC如何在一个系统中协同工作。

UCODE DNA IC将嵌入标签中，驾驶员将其连接到挡风玻璃或车牌上。MIFARE SAM AV3将安装在收费站的读卡器终端上的插槽中，它有助于保护密钥和实现安全交易。MIFARE SAM AV3在标签身份验证和其他隐私用例中扮演着重要角色，它可以存储用于生成标签专用UCODE DNA密钥（称为“衍生密钥”）的引导密钥。

UCODE DNA和MIFARE SAM AV3相结合可带来许多优势，包括道路收费功能的离线运行，无需依赖在线系统。该组合还支持引入新的用例，因为汽车上的UCODE DNA标签也支持更广泛的智慧城市程序。例如，它可以用于其他自动汽车识别(AVI)应用，例如门禁，允许某些汽车进入停车位等限制区域，还可以用于限速、贴罚单等。UCODE DNA标签可以作为小额支付的可靠凭证，无需拿出钱包就能支付油费或进入付费停车场。UCODE DNA标签还可以用来跟踪加油站商店的会员卡积分，作为频繁购买奖励系统的一部分。