## 개요

MIFARE DESFire EV1 카드는 NXP에서 만든 근거리 무선(NFC) 스마트카드 계열로, 교통카드·출입통제·전자지갑 등 다양한 서비스에서 많이 사용된다. 이 카드는 단순한 UID 저장용 태그가 아니라, 내부에 애플리케이션과 파일 시스템을 가진 작은 보안 칩에 가깝다.

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이 노트는 첨부된 DESFire 프로토콜 역공학 문서를 바탕으로, 특히 네이티브 명령 집합과 AES 기반 인증 흐름을 중심으로 내용을 정리한다. 공식 데이터시트가 아닌 커뮤니티 기반 역공학 자료이므로, 세부 값이나 동작은 실제 카드/리더 테스트로 반드시 검증하는 것이 좋다.

## DESFire EV1 카드 논리 구조

DESFire EV1은 계층 구조를 가진다. 가장 바깥 단계가 카드 자체(PICC, Card Level)이고, 그 안에 여러 개의 애플리케이션(Application)이 존재하며, 각 애플리케이션 안에는 여러 종류의 파일(File)이 들어있다. 이렇게 구조화되어 한 장의 카드로 교통·출입·포인트 등 서로 다른 서비스가 논리적으로 분리된 공간을 사용할 수 있다.

애플리케이션은 3바이트 애플리케이션 ID(AID)로 식별된다. 리더는 먼저 `Select Application` 명령으로 원하는 AID를 선택한 뒤, 그 애플리케이션 내의 파일을 읽거나 쓴다. AID 0x000000은 카드 레벨(기본 애플리케이션)을 의미하며, 카드 전체 설정과 카드 마스터 키에 관련된 명령은 이 AID를 선택한 상태에서 수행된다.

각 애플리케이션에는 여러 개의 파일을 둘 수 있다. 파일은 번호(파일 ID)로 식별되며, 표준 데이터 파일, 백업 데이터 파일, 값(value) 파일, 선형/순환 레코드 파일 등 여러 타입을 지원한다. 카드 전체 용량(예: 4K)은 정해져 있지만, 실제로 저장하는 데이터는 대부분 짧은 값이나 식별자 정도인 경우가 많다.

카드에는 "트랜잭션" 개념도 있다. 백업 데이터 파일, 값 파일, 레코드 파일에 대해 여러 변경을 한 번에 커밋(commit)하거나, 중간에 문제 발생 시 롤백(Abort)할 수 있는 구조를 제공한다. 이 덕분에 전송 중 오류나 전원 차단이 발생해도 파일 일관성을 유지할 수 있다.

## 키와 인증 구조

DESFire EV1은 대칭키 기반 인증만을 지원한다. 즉 카드와 리더(또는 백엔드 시스템)가 동일한 비밀 키를 공유하고 있고, 이 키를 이용하여 서로를 인증한다. 공개키 방식은 지원하지 않으므로, 리더에서 키가 유출되면 동일한 키로 위조 카드를 만들 수 있다는 점을 반드시 고려해야 한다.

카드에는 두 수준의 키가 있다. 첫 번째는 카드 레벨 마스터 키(기본 AID 0의 키)이고, 두 번째는 각 애플리케이션마다 존재하는 마스터 키와 추가 키들이다. 각 애플리케이션은 최대 14개의 키(마스터 포함)를 가질 수 있고, 이 키들을 파일 접근 제어에 사용한다. 키 알고리즘은 DES, 3DES, 3K3DES, AES를 지원하지만, 첨부 문서는 AES에 초점을 맞추고 있다.

파일마다 접근 권한 구조가 있다. 일반적으로 읽기, 쓰기, 읽기/쓰기, 설정 변경 등의 권한에 대해 각각 어떤 키 번호로 인증해야 하는지가 지정된다. 어떤 권한을 아무나 사용할 수 있도록 "자유 접근"으로 설정할 수도 있고, 완전히 차단하도록 할 수도 있다. 애플리케이션 자체에도 "이 애플리케이션의 키를 변경할 때 필요한 키는 무엇인지" 등 키 설정이 존재한다.

인증은 명령 수준에서 수행되며, 한 번 인증이 성공하면 그 뒤의 명령에 대해 세션이 유지된다. 이때 세션 키가 생성되고, 이후 통신에서 암호화·무결성 보호에 사용된다. 세션은 다시 인증하거나 카드를 재접촉하면 새로 시작된다.

## 통신과 명령/응답 포맷

DESFire EV1은 물리적으로는 ISO/IEC 14443-A (NFC Type A) 인터페이스를 사용한다. 리더 칩(PN532 등)이 카드를 발견하면, 안티콜리전(anti-collision)과 선택(select) 과정을 통해 특정 카드 하나를 활성화하고, RATS 등의 과정을 거친 뒤에 DESFire 네이티브 명령을 주고받게 된다.

네이티브 명령은 간단한 구조를 가진다. 명령은 항상 1바이트의 "커맨드 코드"로 시작하며, 그 뒤에 필요한 인자 데이터가 붙는다. 응답도 마찬가지로 1바이트의 "상태 코드"로 시작하고, 그 뒤에 필요한 데이터가 따라온다. 상태 코드 0x00은 성공을 의미한다.

한 번에 다 보내기 어려운 양의 데이터가 오갈 경우, 응답 상태 코드로 0xAF(Additional Frame)가 사용된다. 0xAF가 오면 "아직 최종 상태가 아니고 데이터가 더 남았다"는 뜻이므로, 리더는 추가 프레임을 요청하는 형태로 통신을 이어가야 한다.

문서에 따르면, 오프셋(offset), 길이(length), 레코드 개수, 접근 권한 값 등은 모두 "하위 바이트 먼저"(little-endian) 방식으로 전송된다. 예를 들어 3바이트 오프셋이면 "최하위 바이트 → 중간 바이트 → 최상위 바이트" 순서로 보낸다.

DESFire 명령은 ISO 표준 APDU 형태로 감쌀 수도 있고, ISO와 거의 대응되는 명령 코드도 존재하지만, 첨부 문서는 "네이티브" DESFire 명령을 중심으로 설명하고 있다.

<h2 id="개요">개요</h2><p>MIFARE DESFire EV1 카드는 NXP에서 만든 근거리 무선(NFC) 스마트카드 계열로, 교통카드·출입통제·전자지갑 등 다양한 서비스에서 많이 사용된다. 이 카드는 단순한 UID 저장용 태그가 아니라, 내부에 애플리케이션과 파일 시스템을 가진 작은 보안 칩에 가깝다.</p><p><img src="https://server.tilnote.io/images/pages/d05185f1-30c6-4d37-be7b-55dac8626ef4.png" alt="Generated Image"></p><p>이 노트는 첨부된 DESFire 프로토콜 역공학 문서를 바탕으로, 특히 네이티브 명령 집합과 AES 기반 인증 흐름을 중심으로 내용을 정리한다. 공식 데이터시트가 아닌 커뮤니티 기반 역공학 자료이므로, 세부 값이나 동작은 실제 카드/리더 테스트로 반드시 검증하는 것이 좋다.</p><h2 id="DESFire-EV1-카드-논리-구조">DESFire EV1 카드 논리 구조</h2><p>DESFire EV1은 계층 구조를 가진다. 가장 바깥 단계가 카드 자체(PICC, Card Level)이고, 그 안에 여러 개의 애플리케이션(Application)이 존재하며, 각 애플리케이션 안에는 여러 종류의 파일(File)이 들어있다. 이렇게 구조화되어 한 장의 카드로 교통·출입·포인트 등 서로 다른 서비스가 논리적으로 분리된 공간을 사용할 수 있다.</p><p>애플리케이션은 3바이트 애플리케이션 ID(AID)로 식별된다. 리더는 먼저 <code class="language-javascript">Select Application</code> 명령으로 원하는 AID를 선택한 뒤, 그 애플리케이션 내의 파일을 읽거나 쓴다. AID 0x000000은 카드 레벨(기본 애플리케이션)을 의미하며, 카드 전체 설정과 카드 마스터 키에 관련된 명령은 이 AID를 선택한 상태에서 수행된다.</p><p>각 애플리케이션에는 여러 개의 파일을 둘 수 있다. 파일은 번호(파일 ID)로 식별되며, 표준 데이터 파일, 백업 데이터 파일, 값(value) 파일, 선형/순환 레코드 파일 등 여러 타입을 지원한다. 카드 전체 용량(예: 4K)은 정해져 있지만, 실제로 저장하는 데이터는 대부분 짧은 값이나 식별자 정도인 경우가 많다.</p><p>카드에는 "트랜잭션" 개념도 있다. 백업 데이터 파일, 값 파일, 레코드 파일에 대해 여러 변경을 한 번에 커밋(commit)하거나, 중간에 문제 발생 시 롤백(Abort)할 수 있는 구조를 제공한다. 이 덕분에 전송 중 오류나 전원 차단이 발생해도 파일 일관성을 유지할 수 있다.</p><h2 id="키와-인증-구조">키와 인증 구조</h2><p>DESFire EV1은 대칭키 기반 인증만을 지원한다. 즉 카드와 리더(또는 백엔드 시스템)가 동일한 비밀 키를 공유하고 있고, 이 키를 이용하여 서로를 인증한다. 공개키 방식은 지원하지 않으므로, 리더에서 키가 유출되면 동일한 키로 위조 카드를 만들 수 있다는 점을 반드시 고려해야 한다.</p><p>카드에는 두 수준의 키가 있다. 첫 번째는 카드 레벨 마스터 키(기본 AID 0의 키)이고, 두 번째는 각 애플리케이션마다 존재하는 마스터 키와 추가 키들이다. 각 애플리케이션은 최대 14개의 키(마스터 포함)를 가질 수 있고, 이 키들을 파일 접근 제어에 사용한다. 키 알고리즘은 DES, 3DES, 3K3DES, AES를 지원하지만, 첨부 문서는 AES에 초점을 맞추고 있다.</p><p>파일마다 접근 권한 구조가 있다. 일반적으로 읽기, 쓰기, 읽기/쓰기, 설정 변경 등의 권한에 대해 각각 어떤 키 번호로 인증해야 하는지가 지정된다. 어떤 권한을 아무나 사용할 수 있도록 "자유 접근"으로 설정할 수도 있고, 완전히 차단하도록 할 수도 있다. 애플리케이션 자체에도 "이 애플리케이션의 키를 변경할 때 필요한 키는 무엇인지" 등 키 설정이 존재한다.</p><p>인증은 명령 수준에서 수행되며, 한 번 인증이 성공하면 그 뒤의 명령에 대해 세션이 유지된다. 이때 세션 키가 생성되고, 이후 통신에서 암호화·무결성 보호에 사용된다. 세션은 다시 인증하거나 카드를 재접촉하면 새로 시작된다.</p><h2 id="통신과-명령응답-포맷">통신과 명령/응답 포맷</h2><p>DESFire EV1은 물리적으로는 ISO/IEC 14443-A (NFC Type A) 인터페이스를 사용한다. 리더 칩(PN532 등)이 카드를 발견하면, 안티콜리전(anti-collision)과 선택(select) 과정을 통해 특정 카드 하나를 활성화하고, RATS 등의 과정을 거친 뒤에 DESFire 네이티브 명령을 주고받게 된다.</p><p>네이티브 명령은 간단한 구조를 가진다. 명령은 항상 1바이트의 "커맨드 코드"로 시작하며, 그 뒤에 필요한 인자 데이터가 붙는다. 응답도 마찬가지로 1바이트의 "상태 코드"로 시작하고, 그 뒤에 필요한 데이터가 따라온다. 상태 코드 0x00은 성공을 의미한다.</p><p>한 번에 다 보내기 어려운 양의 데이터가 오갈 경우, 응답 상태 코드로 0xAF(Additional Frame)가 사용된다. 0xAF가 오면 "아직 최종 상태가 아니고 데이터가 더 남았다"는 뜻이므로, 리더는 추가 프레임을 요청하는 형태로 통신을 이어가야 한다.</p><p>문서에 따르면, 오프셋(offset), 길이(length), 레코드 개수, 접근 권한 값 등은 모두 "하위 바이트 먼저"(little-endian) 방식으로 전송된다. 예를 들어 3바이트 오프셋이면 "최하위 바이트 → 중간 바이트 → 최상위 바이트" 순서로 보낸다.</p><p>DESFire 명령은 ISO 표준 APDU 형태로 감쌀 수도 있고, ISO와 거의 대응되는 명령 코드도 존재하지만, 첨부 문서는 "네이티브" DESFire 명령을 중심으로 설명하고 있다.</p>

DESFire EV1 카드는 교통카드, 출입통제, 전자지갑 등 다양한 NFC 서비스에서 보안성과 확장성을 제공한다.
- 카드 내부에 애플리케이션과 파일 시스템이 계층 구조로 존재해 여러 서비스가 분리 구성 가능함
- AES 기반 인증과 다양한 키 설정, 세션 방식으로 보안성을 강화하고 통신 보호 수준을 설정할 수 있음
- 실제 명령과 상태 코드를 바탕으로 카드/파일 생성·관리·데이터 처리 예시와 설계 시 주의해야 할 점을 설명함

NXP MIFARE DESFire EV1 프로토콜 정리와 명령 구조