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NFC 移动支付技术原理及应用

添加时间:2014-07-20 13:25
  1、NFC 技术标准。
  
  近场通信 NFC 又称近距离无线通信,是一种非接触式的高频无线通信技术。利用该技术,不同的电子设备可以轻松的实现在非接触的情况下进行通讯。而该技术也是有射频识别技术发展而来,并向下兼容非接触式射频识别技术,也就是RFID.早期,该技术是由索尼公司和飞利浦公司各自开发成功,主要为移动通信设备提供 Machine to Machine 的通信模式。由于近场通讯具有天然的安全性特点,自然在对安全性要求较高的移动支付等领域有广阔的应用前景。
  
  NFC 技术中的编码、速率、调制方式、帧格式等底层的通信原理由 NFCIP-1 标准规定。在 NFCIP-1 中详细明确和规定了上述传输协议,其中包括 NFC 主动及被动模式下的数据冲突控制、协议启动以及数据交换等。
  
  至于 NFCIP-2 则对 NFC 的三种模式,即主动模式、被读模式以及点对点模式的网关系统做了明确制定。当 NFC 系统再明确了选定的模式后,将根据选点的模式进行后续动作。同时,该 NFCIP-2 网关标准还对 RF 接口的测试方法和协议测试方法作了明确规定。这意味着只要是符合该规范的产品将可以用作 ISO 14443 A和 B(A\B 为 Mifare 标准)以及 F(FeliCa 标准)和 ISO 15693 标准的读写器。
  
  2、NFC 技术特点。
  
  NFC 技术是由 RFID 即非接触式互连技术的融合衍生而来,工作在 13.56MHz 频率上,工作距离大致为 0-20cm.NFC 的主要参数和特点如下表所示:
  
  
  NFC 技术作为一种近距离连接协议,提供了私密的通信方式。但其采用的信号衰减技术使得传输距离无法达到其他非接触射频技术一样的传输距离。所以,NFC技术具有传输距离短,宽带高和低能耗等特点。其次,NFC 技术作为正式的标准技术,与现有非接触智能卡技术兼容,并得到了各厂商广泛的支持。同时,作为一种近距离连接协议,NFC 技术提供了不同设备间的轻松连接并实现近场通信。
  
  通过内置 NFC 芯片,AG亚游的手机比先前使用其他非接触式射频技术作为标签时,更增加双向传送数据的功能,使得未来在使用电子货币时更加方便。还有一点是目前 RFID 所不能实现的,就是在动态加密以及设备间互相识别认证,这是能在 NFC 技术上实现的。NFC 技术能支持三种应用模式,即移动设备的识别读取、被读及点对点的通信。AG亚游通过内置 NFC 芯片的手机或终端设备,可以在不受时间、空间及设备的限制完成交易付款,海报信息获取等。
  
  3、NFC 工作原理。
  
  NFC 有三种工作模式,即 NFC 终端(通常是手机)作为识读设备(阅读器)、NFC 终端作为被读设备(卡模式)以及 NFC 终端之前的点对点(Peer-to-Peer)模式。
  
  1)NFC 终端作为识读设备(阅读器)。
  
  阅读器模式,在该模式下 NFC 终端作为识读设备使用,即在 NFC 手机中的 NFC芯片将作为读卡器使用,与兼容 NFC 的其他设备进行通信。用户在使用阅读器模式应用时,通过对手机中软件操作,通知 NFC 芯片工作在阅读器模式下。当然,读取的数据可以存储在手机中,也可以存储在 SIM 卡中。阅读器模式和标签模式的通信原理类似。
  
  在阅读器模式下,最典型的应用则是数字内容传输以及下载智能广告牌信息。
  
  举例来说,持有 NFC 手机的用户在公共场所看到一则海报信息:某明星将要在鸟巢举行一场演唱会,同时海报上还刊登了演唱会的特别嘉宾,以及演唱会节目安排的详细信息。该用户将不必一直站在海报前驻足观看,他完全可以利用带有 NFC芯片的手机,通过启用阅读器模式把海报信息下载到手机中,回家或找一个舒服的地方慢慢看,也可以在以后反复多次观看,甚至发生给他人分享。
  
  2)NFC 终端作为被读设备(卡模式)。
  
  AG亚游所说的卡模式也可以称为标签模式,顾名思义,就是将AG亚游的设备作为一个标签,该标签中储存了相关的信息资料。当有专门的识别终端靠近时,AG亚游的终端则自动作为应答器,响应设备的识别。在AG亚游将 NFC 终端作为移动支付时就是实现卡模式的功能。
  
  但在卡模式中会存在一个问题,就是当AG亚游手机正常时,是通过手机电池对NFC 芯片供电,但当手机没有电时是否AG亚游的芯片还可以继续使用?答案是肯定的,因为标签模式是一种无源的模式,此时仅仅是基于电磁感应的原理,虽只要识读设备能产生高频的电磁场,NFC 芯片在穿过时就能实现设备的感应。但该方式不推荐用于移动支付等安全性较高的场景中。仅仅当AG亚游将移动终端用于门禁卡、交通卡等一些低安全级别的场景使用时才使用。所以在不同的识读设备生产制造也是存在差别的。
  
  3)NFC 终端之前的点对点(Peer-to-Peer)模式。
  
  点对点通信模式,即通过非接触射频技术实现无线数据交换,指将两个具备NFC 功能的设备连接, 实现数据点对点传输。 点对点模式应用的通信原理和标签模式、阅读器模式不同,它基于主动通信模式,在进行通信之前,NFC 手机要产生自己的射频域后,才能发送数据。
  
  在今年推出的三星 NOTE2 手机就是通过内置的 NFC 芯片实现相同设备间的点对点通信,即当两台都具有 NFC 芯片的手机靠近时,手机产生射频信号,自动的传输数据。就是AG亚游常见的将两手机轻碰后实现照片、文件以及视频的传输和分享。相比蓝牙和 WIFI 数据传输少去很多中间环节,省去复杂的设备匹配过程,让数据分享变得十分简单有趣。
  
  4、NFC 技术应用类型。
  
  1)NFC 芯片和 SIM 连接模式。
  
  该模式是最为方便和未来最有可能大规模使用的情况,在该情况下 SIM 卡与NFC 芯片相连接,而原本 SIM 所携带的身份识别信息继续发挥作用,通过 SIM 与运营商的 BOSS 系统实现手机用户的安全身份识别。而 NFC 芯片则扮演进场通信的职责,在这种模式下,一定是要以运营商为主导的支付模式下才能实现,而运营商在这种模式下占据了极其重要的作用,也将在未来支付中占据主导地位,获取丰富的利润增长,而运营商最大的资本也就是有多达 10 亿的 SIM 用户群体,相信在早期市场推广会极具优势。
  
  2)NFC 芯片和智能 IC 卡模式。
  
  该模式是通过在手机终端中再植入一个专门的智能芯片卡,该卡的作用是为了专门的加密使用,有点类似于现在银行广为使用的 U 盾模式,在这种情况下,就需要手机在生产时就植入智能卡,并在后期的使用时又专门的管理部门或者金融机构来对智能卡进行证书鉴权等。要采用该模式,AG亚游的终端往往会需要被定制,而主导方也将变为金融机构如银行或者银联,在下游生产及未来市场的推广上会比较困难。嵌入智能 IC 卡的方式将又发行部门管理用户关系和身份验证,管理了 NFC 的空中交易。该模式下,运营商则沦为管道,仅仅能提供通讯以及在通讯中收取流量费用,将处于十分被动的地位。
  
  3)NFC 芯片+SIM 卡+智能 IC 卡模式。
  
  该模式是前两种模式的结合,在这个方案下广大用户可以将现有的各种卡片,如银行卡、公交卡以及门禁卡全部通过空中下载的方式提前下载到AG亚游自己的带有 NFC 芯片的移动终端上,再实现上述的移动消费、小额支付,身份识别等。这种模式将需要有第三方机构,如现在的支付宝、财付通公司实现管理,这种方式在未来也许更适合管理和市场层次结构,也是在欧盟国家推荐的方式,在根据中国的半开放式金融、通讯的大环境下,要推动起来比较困难。这会将 NFC 的产业链拉的十分长,从上游、下游到政府都将被卷入其中,似乎未来的前景不是十分乐观。
  
  5、NFC 与现有移动支付方案的比较。
  
  (1)SIMpass 移动支付解决方案。
  
  SIMpass 又称双界面 SIM 卡,融合了 DI 卡技术和 SIM 卡技术。通常情况,在系统中嵌入一个带有 CPU 和 COS 的智能卡,该智能卡之所以被称为双界面卡,主要是因为这张 IC 卡具有两个操作界面。一方面,在访问芯片时,可以通过直接的物理接触方式,与触点相连接;另一方面,也是可以通过射频的方式,即非接触的方式来访问。卡片可以通过接触和非接触的方式来实现通讯。当然,不论哪个界面都是遵循不同的标准,分别是在接触界面符合 ISO/IEC7816,非接触界面符合ISO/IEC 14443.
  
  目前,在双界面 SIMpass 的应用方面主要是通过两种方案实现的,目的是为了解决非接触界面工作所需的射频天线的布置问题。在不同的 DI 卡片中,卡片内布置天线,提供芯片的时钟能量和数据信号并运行于手机内部。
  
  1)通过定制手机解决方案。
  
  通过对手机主板或者电池的改造,将内置天线布置在手机里,并在手机的主板或者电池上设计天线的接触点用于连接通路。该方案虽然解决了天线与手机的融合问题,但需要专用的手机或者后期对手机进行改造,十分不利用市场推广和成本控制。
  
  2)天线组件解决方案。
  
  通过天线的组件将天线与 SIMpass 相连接,不仅可大大降低成本,且无需改造手机,便可以为 SIMpass 卡提供射频信号,该方案还是十分具有竞争优势,有利于 SIMpass 的市场应用推广。当然,不足的地方是需要考虑的连接性和稳定性问题,是否能提供可靠的连接并满足电气特性用于 SIMpass 的工作。SIMpass 样卡如下图所示:
  
  
  
  (2)RF-SIM 移动支付解决方案。
  
  RF-SIM(Radio Frequency SIM 的缩写),即:射频识别 SIM 卡。早在 2011 年前,中国移动一直主导与该技术的发展和推广,在移动公司内部无论是门禁系统还是饭卡刷卡等,都大规模在内部实验推广。RF-SIM 卡通过在 SIM 卡中内置 RFID射频芯片的一种产品,也是一种新型的 SIM 卡,比一般的 SIM 要厚且同时具有普通 SIM 卡的基本功能。它不仅能完成 SIM 身份识别的功能还能提供非接触式的近场通信,在身份认证和手机支付上具有较强的竞争优势,但该卡运行于 45G,并非目前国家制定的 13.56M.
  
  作为 RF-SIM 卡的不同工作界面,其中一个界面通过实现射频功能,完成常见的门禁系统、饭卡支付系统的业务。另一个界面仍然为 SIM 卡功能界面,即完成SIM 的基本功能,保证手机的正常通信。同时,RF-SIM 卡也支持空中下载的相关标准规范,从而使手机真正成为电子钱包,完成不同的小额支付等需求。
  
  与此同时, RF-SIM 卡通过将 RF 的芯片嵌入标准的 SIM 卡中而发挥双界面的作用,并能利用 SIM 卡上的 CPU 进行运算,完成业务功能实现。RF-SIM 工作原理,是通过将 RF 的芯片嵌入标准的 SIM 卡中而发挥作用与进行工作,并能利用 SIM 卡的 CPU 进行运算供暖,这是 NFC 手机、SIM-PASS 手机不具备的功能。
  
  虽然随着移动支付标准的确定,4G 这块被以移动公司为主导的射频技术早期已经有了大规模使用,但在标准公布后,移动也明确不会完全放弃 RF-SIM 卡的发展。早在 2010 年,RF-SIM 卡的发行量就已经达到相当规模,相关产业链也初步形成,对于未来的发展只能拭目以待。
  
  (3)SIMpass、RF-SIM 与 NFC 的对比。
  
  关于 NFC、SIMpass 和 RF-SIM 三种技术对比如下表所示:
  
  
  从上表的比较上来看,三种技术的都具有自己的优势和不足,只是针对不同应用场景,会有所侧重。SIMpass 和 RF-SIM 卡都是需要改动或者替换 SIM 卡,且自身的运行又必须要依赖 SIM 卡,再加之无主动电源支持,未来用于移动支付方面会比较吃亏。而 NFC 芯片最大的区别在于它不依赖于 SIM 卡,仅仅是对 SIM 的整合,这就使得 NFC 芯片不仅可以调用手机的硬件资源,也具有非接触射频卡的功能,不论是作为识读设备、被读设备或点对点通讯。
  
  虽然移动早期在大力推广和发展工作在 4GHz 频率的 RF-SIM 双界面卡,但经过几年的市场发展和行业标准的制定后的今天,移动公司也不再固执的坚持RF-SIM 卡的投入和发展。转而逐步开始向 NFC 领域进军。
  
  从产业层面上来看,现今的 NFC 技术可谓是大势所趋,不仅上游的芯片制造上不断推进功能先进,价格低廉的 NFC 芯片,手机终端制造商也逐步在高端旗舰手机中部署 NFC 芯片,在三星公司和苹果公司推出内置 NFC 芯片的手机后,各大手机终端厂商也逐步部署。相信在 2013 年会有几十款内置 NFC 芯片的手机面世,届时 NFC 芯片的应用将会被广泛推广。当然芯片制造商决定着核心技术的发展,运营商则能够促进相关技术的应用和推广,最终的产业链发展还在逐步形成和不断完善。
  
  综合而言,不久的将来移动支付将会发展成为主流的支付手段,特别是基于NFC 技术的近场移动支付将会进一步普及和发展。