前段时间，我总是不经意间读到同一个说法：奢侈品牌正在把 NFC 芯片放进自家产品里，这样你就能用手机轻触一只包或一双球鞋，确认它是真货、不是仿冒品。每篇文章都在说同一句漂亮话，却没有一篇说清楚到底怎么做到的。究竟是什么，能拦住造假者在仿制手袋的同时把芯片也一并复制过去呢？
于是我做了每次对某种标签好奇时都会做的事。我上了 AliExpress，找到一个卖“NTAG 424 DNA”标签的链接，下单买了一小批，然后等着信封寄到。花了几欧元，等了两个星期，那些品牌防伪系统赖以搭建的同款硅片，就摆在了我的桌上。接着我轻触了一枚，看看它到底能做什么。
NTAG 424 DNA 标签究竟是什么
从外表看，它就是一枚普通的 NFC 标签。把它扔进一堆廉价标签里你根本挑不出来，任何手机都能毫无怨言地读到它。如果你读过我那篇 NFC 标签类型指南，它不过是又一枚 Type 4 标签，iPhone 照读不误。
不一样的地方在“DNA”这部分。芯片内部藏着几把 AES-128 密钥和一个小小的加密引擎，它能做一件普通 NTAG215 或者整包里随便一张贴纸都做不到的事：它能给每一次轻触签名。这个签名就是关键所在。有没有它，正是这两种标签的区别：一种只会说“这里有个链接”，另一种会说“这里有个链接，还附上一份加密证明，证明此时此刻正是我，这枚特定的、货真价实的芯片，在提供它”。
这才是奢侈品牌真正花钱买的东西：不是那个链接，而是“一枚真芯片正在提供它”的这份证明。
SUN 和 SDM 是怎么运作的：一条每次轻触都会重写自己的链接
接下来就是让我豁然开朗的那一刻。当我去看这枚标签实际发出的是什么时，我意识到，理解它所需的大部分机制，我其实早就做出来过了。
今年早些时候，我上线了一个 NFC 轻触计数器功能：一枚标签会统计自己被读取了多少次，并把这个数字放进 URL 里，这样一个链接就能知道这是第 47 次有人扫描它。一枚 NTAG 424 DNA 标签就是同一个思路，只不过在外面裹了一层加密，让它无法被伪造。
这套机制叫 SUN（Secure Unique NFC），如果你在读 NXP 的数据手册，它又叫 SDM（Secure Dynamic Messaging）。你在标签上存一个普通链接，类似 https://example.com 这样。但你会告诉芯片，每次被轻触时就即时重写这个链接的一部分。于是你手机实际收到的，更接近这样：
https://example.com/?picc_data=A1B2...&cmac=9F3C...
这两个值可不是摆设。picc_data 是标签真实 ID 加上一个轻触计数器的加密副本，用一把永远不会离开芯片的密钥打乱而成。cmac 则是针对这份数据的一个加密签名。两者每次轻触都会变。同一枚标签轻触两次，你会得到两个完全不同的 URL，每一个都是芯片当场新鲜签出来的。
我把一枚普通的 NFC 标签想象成橱窗里一块印好的招牌。谁都能把它拍下来，再印一份一模一样的复制品。而一枚 SUN 标签更像是一位保安：你每走进来一次，他就递给你一张全新的、单独编号并盖了章的收据。把昨天的收据复印一份对你没有任何用处，因为今天的号码不一样，而且只有保安那个章才是真的。
为什么一枚被克隆的 NTAG 424 DNA 标签会露馅
这一部分回答的正是我最初的那个问题。造假者当然能克隆一枚标签的内容。他们可以把 URL 读出来，一个字节一个字节地复制，再写进一枚空白芯片里。这一点向来如此。
他们做不到的，是拿出下一个有效的签名。签名密钥住在那枚真芯片内部，从不外露，哪怕在一次轻触过程中也不会。这意味着，一次轻触只有对真正握有密钥的一方才有价值。在一套真正的品牌防伪方案里，标签的链接指向厂商自己运行的一台服务器，正是这台服务器负责解密每一次轻触、重新计算签名以确认密钥吻合，并持续追踪那个一路攀升的计数器。
最后这一点，正是揪出克隆品的关键。造假者能放到仿品上的 URL，只可能是从某一次真实轻触里截获来的那一个，它被冻结在那次轻触碰巧带着的那个计数值上。把它重放一遍，服务器看到的就是一个它早已见过的数字，而一枚真芯片的计数器永远只会往前走，所以一次重复、或者一次倒退，就把这场重放暴露了。想要送出一个全新的、更大的计数值，还要配上一个依然验得过的签名，他们就得拿到密钥；而想拿到密钥，他们就得攻破 AES，或者从物理上把芯片开盖。为了一只假手袋，这两件事都不会发生。
这就是那句营销话术诚实的版本。芯片并不能让产品本身无法复制。它让真伪证明无法复制，并把这份证明转移到了造假者复制不出来的东西上。
芯片内部长什么样
只要脑子里有一张芯片的布局图，NFC.cool 对这些标签做的每一件事就都好理解得多。所以在写下第一行代码之前，我得先把这张图画出来，下面就是我画好的那张。
NTAG 424 DNA 是一枚 NFC Forum Type 4 标签，416 字节的内存全都归一个应用所有，里面固定放着三个文件。你没法像在 MIFARE DESFire 上那样新建或删除文件，能用的就这三个：
| 文件 | 大小 | 存放内容 |
|---|---|---|
| File 01 | 32 字节 | 能力容器，告诉手机去哪里找 NDEF 数据 |
| File 02 | 256 字节 | NDEF 消息，通常就是你的链接。每次读取时，SUN 都会把实时值镜像到这个文件里 |
| File 03 | 128 字节 | 一个芯片可以加密保存的专有文件。NFC.cool 把它用作 Vault，下文细说 |
文件旁边是五把 AES-128 密钥，编号 Key 0 到 Key 4。Key 0 是应用主密钥：不管是改链接、打开 SUN、更换其他任何一把密钥，还是碰芯片的配置，都要先用它认证。Key 1 到 Key 4 自己不干任何事，只有当某个文件的访问权限或者 SUN 的设置指向它们时，它们才派得上用场。一枚全新的标签，五把密钥都是十六个零字节，NDEF 文件谁都能写，所以往新标签上写一条普通链接不需要任何仪式感。
每一条会改动内容的命令，都在一个经过认证的会话里执行：手机和芯片先用其中一把密钥做一次双向的挑战应答，从中派生出会话密钥，之后的每条命令要么带上 MAC，要么整条加密。这就是本文后面反复提到的安全消息机制。NFC.cool 在 iPhone 和 Android 上都完整实现了它，下面讲到的每一次写入都走这条通道。
轻触一下能看到什么
把标签贴到手机上，iPhone 或 Android 上的 NFC.cool Tools 会做一次深度读取，什么都不用你输入：芯片的身份、它是不是 TagTamper 版本、链接、每个文件的设置和访问权限、哪些密钥槽位已经不再是出厂值，以及三项彼此独立的检查结果。
这是原装 NXP 硅片吗？
每一枚 NTAG 424 DNA 出厂时都带着一个原厂签名：NXP 用自己的私钥在 P-224 曲线上，对芯片七字节的 UID 做的一个 ECDSA 签名。NFC.cool 会读出它，并直接在手机上用 NXP 公开的公钥去验证，不需要你提供任何密钥。验得过，App 就显示“原装 NXP”。这回答了第一个问题：这到底是真正的 NXP 硅片，还是一枚只是顶着同一个名字的仿制芯片？
这一次轻触是真实的吗？
这就是 SUN 检查。App 从标签刚刚发来的链接里取出 picc_data 和 cmac，解密 PICC 数据得到 UID 和读取计数，重新计算 CMAC，再和标签发来的那个比对。两者吻合，你就会看到“真实”，计数器的值也会作为读取计数一并显示。
这项检查需要标签的密钥，因为这正是它存在的意义。仍停在出厂密钥上的标签，用全零密钥就能验过。你用自己的密钥锁过的标签，用 NFC.cool 在你设置密钥时存下的那把来验。而别人用你没有的密钥锁住的标签，会显示“未验证”，这本来就是正确的答案。
封条被破坏过吗？
这类芯片有一个版本叫 NTAG 424 DNA TagTamper，天生就是一道防拆封条。它是一张贴纸，里面穿着一根细细的导电回路。你把它横贴在任何想保护的地方，盖在盒子的封口上，或者绕瓶盖一圈，和今天那些“撕毁保修失效”的贴纸干的是同一件活。一打开物品，贴纸就会被撕破，回路也就断了。
关于这条回路，芯片记着两件事：一个永久性的锁存位，记着它是否曾经被打开过；还有此时此刻的实时状态。NFC.cool 每次轻触都读取这两项，并报告“密封”、“已开封”，或者最要紧的那一种，“已开封，已重新密封”：有人扯断过回路，之后又小心地把它合上了。锁存是单向的，所以一个重新封好的盒子，在芯片余下的一生里读出来都是已开封。加密证明的是芯片是真的，而这一项证明的是没人进过盒子。
自己动手写一枚：精简版
读取只是一半。另一半是，从 AliExpress 买来的那些空白标签随你来写，而最精简的设置只有三步。
写入你的链接。一次普通的 NDEF 写入，和写任何标签一样。
打开 SUN。App 会把你的链接连同占位符一起写进去，并告诉芯片，每次被读取时，把加密后的 UID、轻触计数和签名镜像到这些占位符里。从此每一次轻触都会产生一个独一无二、带签名的 URL。
设置你自己的 Key 0。用一把只有你知道的密钥换掉出厂的零，这样别人就再也没法重新配置这枚标签了。
最后这一步，你输入的是一句口令，而不是密钥本身。NFC.cool 会对口令做一次 SHA-256 哈希，取前 16 个字节作为 AES 密钥，iPhone 和 Android 上算法一样，所以你在一台设备上配置好的标签，换到另一台上用同一句口令就能打开。如果你更想用在别处生成的密钥，比如你自己的服务器生成的，也可以直接粘贴那 32 个十六进制字符。
密钥一旦丢失，这枚标签就再也没法重新配置了，所以 App 对密钥存在哪里格外小心。在 iPhone 上它存进系统钥匙串，并通过 iCloud Keychain 同步。在 Android 上它用一把由硬件保护的密钥加密后存好，并镜像到 Block Store，这样重装 App 或者换新手机都还在。新密钥会在变更发出之前先保存下来；如果轻触在变更途中被打断，新旧两个值都会保留，直到标签确认它现在持有的是哪一个。你在另一台设备上设的口令也可以在这里输入，App 会先拿它去标签上核对，通过了才保存。
有一件事 App 会刻意拒绝：通过普通的写入界面，往一枚已开启 SUN 的标签上写一条普通链接。镜像偏移量是按当初配置时那条 URL 固定下来的，换一条长度不同的 URL，芯片每次轻触都会把数据镜像到你新内容的中间去。NTAG 424 界面会先关掉 SUN，再写入。
芯片的其余部分
大多数教程到精简版就停下了，而在此之前，想再往前走一步，就得在电脑上插一个 USB 读卡器，打开 NXP 的 TagXplorer。我想让整份数据手册在手机上都触手可及，于是就一节一节地啃了下去。
五把密钥，一把不落
Key 0 有自己的界面，Key 1 到 Key 4 放在“高级”下面。每一把都可以用口令或十六进制来设置、重置回出厂默认值，或者在另一台设备上设好之后在这里录入。每一次变更都要用 Key 0 认证，五个槽位改不改，都由它说了算。
SUN，密钥任你挑
开启 SUN 不是拨一个开关那么简单。你要选模式：加密模式下，UID 藏在 picc_data 里，只有持有密钥的人才能读到；明文模式下，UID 和计数直接明明白白地出现在 URL 里，只有签名是保密的。你还要选由哪几把密钥来干活：一把元数据读取密钥负责加密 PICC 数据，一把文件读取密钥负责计算签名。两者可以是同一个槽位，也可以是两个不同的槽位。品牌方就是靠这一点，把用来验证轻触的密钥交给合作伙伴，而不必把解密 UID 的那把也一并交出去。
如果你选了一个还停在出厂零值的槽位，App 会提醒你，因为用一把人人皆知的密钥做出的签名什么都保护不了。验证这一侧也认得这些花样：一次用 Key 3 签名、用 Key 1 加密的轻触，只要这两把密钥都存在手机上，就能正确验过。
文件访问权限
每个文件带着四项权限：读取、写入、读写，以及更改，最后一项决定谁能修改前面三项。每项权限指向五把密钥中的一把，或者“自由”（任何人），或者“永不”（谁都不行，永远不行）。于是你可以规定“File 02 谁都能读，只有 Key 2 能写，只有 Key 0 能改这些规则”，芯片自己就会执行，不需要任何 App 参与。
NFC.cool 会显示每个文件当前的权限并让你编辑，里面内置了两道提醒。当某项权限指向一把这部手机上没有的密钥时，它会告诉你，因为你可能正在把自己锁在门外。而把更改权限设为“永不”之前，它会要求你通过单独的一步来确认，因为这一旦写进去，这个文件的规则在芯片的余生里就冻结了。
芯片配置
文件之下是芯片自身的配置，NXP 通过一条 SetConfiguration 命令把它暴露出来。NFC.cool 覆盖了这些选项：
随机 UID。正常情况下，芯片对每一台读取器都报同一个固定的 UID，任何人都能借此在多次轻触之间追踪一枚标签。打开随机 UID 后，它每次都用一个新的随机 ID 应答，只有在你认证之后才亮出真实的那个。这是实打实的隐私提升，而且是永久的。App 靠 UID 来识别标签，所以开启之后，它会用自己知道的每一把 Key 0 逐一尝试，通过认证后的 GetCardUID 把真实 UID 取回来，这样标签在配置它的那部手机上依然可管理。
认证失败次数上限。芯片在锁住 Key 0 之前能容忍多少次错误密钥的尝试。这是防止猜密钥的保护，但设得太低，几次失败的轻触就能把主密钥永久锁死。
反向调制强度。强或标准。标准在小天线上可能读不出来，所以留在默认值上就挺合理。
链式写入。可以禁用，这样单次写入就被限制在一帧以内。这一项也是永久的。
能力字节。NXP 留给你自己使用的两个空闲字节。
LRP。安全消息机制的开关，下面单独有一节。
Vault
File 03 是一个 128 字节的专有文件，芯片可以加密保存它，NFC.cool 把它变成了标签自带的一个小小私密存储区，也就是“Vault”。第一次往里存东西时，App 会把这个文件切换到全加密模式，并把每项访问权限都锁到 Key 0 上。此后，Vault 最多能装 126 字节的文本，只有你的密钥能把它读回来，换任何别的手机来做深度读取，得到的只有一个权限错误，别的什么都没有。
它是为那种该跟着物件走、而不是躺在谁的数据库里的秘密准备的：一个序列号、一条写给未来自己的备注、一个你自己的服务器等着核对的令牌。把 Key 0 重置回出厂值会抹掉它，这也是 Vault 唯一会消失的方式。
LRP 模式
正常情况下，芯片用普通的 AES 来守护它的密钥，想偷到密钥就得攻破 AES 本身。但还有一条更阴的攻击路线。把芯片架到实验台上，在它运行加密运算时测量功耗和电磁辐射里那点微弱的起伏，采到足够多这样的轨迹，单凭泄漏就能把密钥重建出来，根本不用去碰那些数学。LRP，也就是 Leakage-Resilient Primitive，是一条重新打造的安全通道，设计目的就是让那点泄漏无处着力。NXP 在 AN12304 里对它有详细说明。对一瓶葡萄酒上的一张贴纸来说，它实在是杀鸡用牛刀，所以大多数标签从不开启它，大多数工具也从没学会和它打交道。
在我为第一个版本写的设计笔记里，紧挨着“LRP 模式”，我写的是“不做”。可它一直在心里挠个不停，于是我把它做了出来。NFC.cool 能把一枚标签切换进 LRP 模式，更重要的是，切换之后依然能向它认证、继续管理它：密钥、文件权限、Vault、芯片配置，全都走 LRP 通道，而不是 AES。
拨这个开关之前要知道两件事。它是永久的：标签一旦进入 LRP 模式，它的 AES 安全消息机制就永远关闭，任何只懂 AES 的工具从此再也没法和它对话。另外，LRP 标签上没有 SUN，所以一枚本职就是给轻触签名的标签，应该留在 AES 模式。
哪些操作无法撤销
这里的很多命令都是永久性的，App 在你动手的当下会把话说得很重：每一个不可逆的操作，都得通过一条把确切后果讲清楚的警告来确认。不过在这里还是值得再列一遍。
启用 LRP。
启用随机 UID。
禁用链式写入。
把某个文件的更改权限设为“永不”。
弄丢密钥。芯片没有恢复出厂设置这回事。Key 0 没了，你重新配置这枚标签的能力也就没了。
认证失败次数上限设得太低，几次错误的轻触就能锁死 Key 0。
在动你真正在乎的那枚标签之前，先拿一枚备用的练练手。
防伪 NFC 标签究竟用在哪里
说实话？大多数轻触 NFC 标签的人，这一切都用不上，这也挺好。一张能打开链接的贴纸，本身就是一样美好、平淡而有用的东西。
可一旦你亲手拿过一枚这样的标签，它的用武之地就一目了然了。一只奢侈品包可以证明自己是真货。一瓶葡萄酒或威士忌可以表明它从没被悄悄开瓶、再灌回去，防拆封条撑起的正是这后半件事。一盒药既担保里面是真药，也担保封条没被任何人破坏过。门票不再是那种截个图就能转手传给别人的东西，而门边的一枚标签，能证明确实有人真的站在过那里，而不是窝在沙发上重放一个存好的链接。这和欧盟数字产品护照正从监管一侧兜着圈子想解决的，是同一个真伪问题，只不过这里是在单个物件的层面上把它解决掉的。
我做这个功能，并不是因为有一千个用户开口要它。我做它，是因为我出于好奇从网上买了些奇怪的标签，弄明白了它们的原理，然后就非得把数据手册的每一页都翻个遍不可。好功能，通常就是这么开始的。
关于 NTAG 424 DNA 标签，一句话的结论
NTAG 424 DNA 标签，是 NFC 里最接近防拆封条的东西。它们没法阻止有人复制一件产品，但它们让这件产品的真品证明无法伪造，因为那份证明是一个只有真芯片才能产生的、每次都新鲜的加密签名。
NFC.cool Tools 能读取它们，验证芯片、验证轻触、验证防拆封条，并把整枚芯片交到你手上任你配置：每一把密钥、每个文件的权限、芯片自身的设置，甚至 LRP，全都在手机上完成。如果你曾好奇一次轻触怎么就能分辨真假，那就在 iPhone 或 Android 上装上它，花几欧元订一批这样的标签，自己亲手轻触一枚。这绝对值得你一头扎进去，好好研究一番。
