Wiegand 協議是什麼?

Wiegand 是門禁系統中讀卡器連接控制器的傳統接線標準,源於 1980 年代 Wiegand 效應讀卡器的普及,至今仍廣泛存在於各類門禁工程。本頁講解 Wiegand 的三線接線原理、26-bit 資料格式結構、傳輸距離,以及無加密、單向通訊等安全限制。

Wiegand 的定義:門禁行業的「事實標準」

Wiegand 介面是一種「事實標準」(de facto standard)接線方式,因 1980 年代 Wiegand 效應讀卡器的流行而形成,最常見的用途是把讀卡器連接到門禁系統的控制器(Control Panel)。名稱來自 Wiegand 效應的發現者 John R. Wiegand——早期的感應卡內藏特殊的「Wiegand 線」,讀卡時產生訊號脈衝。

雖然今日的感應卡技術早已由 Wiegand 線演變為 125 kHz 感應卡、智能卡等,但讀卡器與控制器之間的 Wiegand 接線及訊號格式卻沿用下來,成為門禁行業數十年來最普及的讀卡器介面,絕大多數品牌的讀卡器與控制器均支援。

物理層:三條線的 DATA0/DATA1 訊號

Wiegand 介面使用三條線:一條公共地線(Ground),加上兩條資料線,一般標示為 DATA0(D0/Data Low)DATA1(D1/Data High)。訊號傳送邏輯如下:

  1. 閒置狀態——沒有資料傳送時,DATA0 與 DATA1 兩條線均被拉高至「高」電平,通常為 +5V 直流。
  2. 傳送「0」——DATA0 線被拉低至低電平,DATA1 維持高電平。
  3. 傳送「1」——DATA1 線被拉低至低電平,DATA0 維持高電平。
  4. 逐位元送出——讀卡器把卡號按格式逐個位元以脈衝送到控制器,控制器按次序還原完整卡號。

5V 訊號電平的設計是為了應付讀卡器到控制器(通常安裝在保安室或弱電房)之間較長的接線距離。大部分讀卡器廠商公佈的最大接線距離為 500 呎(約 150 米),在當年遠勝同期其他介面標準。

26-bit 格式:最經典的 Wiegand 資料結構

原始的 Wiegand 格式共 26 個位元,是門禁行業最基本、兼容性最廣的卡號格式,結構如下(各廠自訂格式的詳細位元編排,可參考 HID Global 的 Understanding Card Data Formats 白皮書):

欄位位元數內容
前導同位位(Parity)1由首 12 個資料位元計算的同位檢查位
場地碼(Facility Code)8範圍 0–255,識別發卡場地或機構
卡號(ID Code)16範圍 0–65535,識別個別卡片
後隨同位位(Parity)1由後 12 個資料位元計算的同位檢查位

由於 8 位場地碼與 16 位卡號的容量對大型系統而言並不足夠,許多門禁廠商在 26-bit 基礎上自行設計了更長的格式,欄位數目、長度與同位檢查方式各有不同,因此存在大量互不一致的變種。受卡片物理尺寸所限(CR80/ISO/IEC 7810 標準卡最多約可容納 37 條 Wiegand 線),門禁常用的 Wiegand 格式一般不超過 37 位。

Wiegand 的三大限制

① 明文傳輸,無加密

卡號以明文脈衝在資料線上傳送,不設加密亦無設備認證,訊號有被竊聽及重放攻擊的已知風險,讀卡器安裝在公眾可接觸位置時風險更高。因此保安行業協會(SIA)制定了 OSDP 標準,以加密雙向通訊取代傳統 Wiegand 介面。

② 單向通訊,無監察

資料只由讀卡器單向送往控制器,控制器無法向讀卡器發送指令,亦無法監察線路狀態——讀卡器被拆除或線路被剪斷,系統不會即時察覺。

③ 距離與容量有限

接線距離一般上限約 150 米(500 呎);標準 26-bit 格式卡號容量僅 65,536 個,大型或多場地系統容易出現卡號重複,需依賴各廠自訂格式。

正因這些限制,行業標準組織 SIA 制定了以 RS-485 為基礎、支援加密與雙向監察的 OSDP 協議作為 Wiegand 的升級方案,詳細比較可參閱該頁的 OSDP 與 Wiegand 對照表。

常見問題

Wiegand 是不是一種國際標準?
嚴格而言不是。Wiegand 是源於 1980 年代 Wiegand 效應讀卡器普及而形成的「事實標準」(de facto standard),業界亦有 SIA AC-01 文件描述 26-bit Wiegand 讀卡器介面,但它並非如 RS-485(TIA-485)般由標準組織正式制定的電氣標準。正因如此,市場上存在大量廠商自行擴展的 Wiegand 格式,位元長度與欄位定義各有不同。
Wiegand 26-bit 格式最多支援多少張卡?
標準 26-bit 格式之中,場地碼佔 8 位,範圍 0–255;卡號佔 16 位,範圍 0–65535。即同一場地碼之下最多只有 65,536 個卡號,不同場地碼的組合亦有限,大型系統容易出現卡號重複。因此不少廠商推出 34-bit、37-bit 等自訂格式增加容量,但一般仍不超過 37 位。
Wiegand 接線最遠可以拉多遠?
Wiegand 採用 5V 直流訊號電平,大部分讀卡器廠商公佈的最大接線距離為 500 呎(約 150 米)。在當年,這比同期其他讀卡器介面標準的距離已經長很多;但與 RS-485(低速下可達約 1200 米)相比則明顯較短,讀卡器距離控制器較遠的工程應考慮改用 OSDP/RS-485 方案。
Wiegand 有沒有加密?安全嗎?
沒有。Wiegand 訊號以明文在 DATA0/DATA1 兩條線上傳送,不設任何加密,亦沒有設備身份認證,存在被竊聽及重放攻擊的已知風險;加上通訊是單向的,控制器無法監察讀卡器是否被拆開或被替換。對安全要求較高的場所,業界建議採用支援 AES-128 加密與線路監察的 OSDP 協議。
現有 Wiegand 門禁系統需要立即更換嗎?
視乎場所的風險等級。一般商住場所的 Wiegand 系統仍然大量在用,日常運作沒有問題;但讀卡器安裝在公眾可接觸的位置(例如大廈外牆、停車場)而又保護重要資產的場合,明文單向傳輸的風險便不容忽視。較務實的做法是在翻新或擴充時,選用同時支援 Wiegand 與 OSDP 的控制器及讀卡器,分階段過渡。

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