手機支付雙界面卡的接觸式與非接觸式接口標準的研究

　　隨著(zhù)通信技術(shù)的發(fā)展，手機功能日益增強，各運營(yíng)商為了提高市場(chǎng)占有率和效益最大化，紛紛開(kāi)發(fā)多種增值業(yè)務(wù)。隨著(zhù)3G技術(shù)的發(fā)展和成熟，手機支付受到各運營(yíng)商青睞，以手機支付來(lái)代替生活中流通的各種卡，不僅能夠方便消費者，也能為商家節約購卡投資。

　　手機支付的方式有兩種：第一種是從用戶(hù)手機綁定的銀行賬戶(hù)或*賬戶(hù)中扣除費用，如在手機支付業(yè)務(wù)合作商家（超市、餐飲、公交系統等）消費時(shí)，只需在閱讀器上刷手機，即可完成款項支付。在此過(guò)程中，手機只起到把用戶(hù)銀行帳戶(hù)或*帳戶(hù)與終端機連接起來(lái)的作用；第二種是通過(guò)用戶(hù)支付其手機賬單時(shí)支付費用，由于行業(yè)間業(yè)務(wù)的限制，該方式目前僅應用于手機鈴聲下載等有限業(yè)務(wù)。本文討論的是第一種支付方式。

　　1 手機支付

　　1.1 手機支付概述

　　手機支付系統包括移動(dòng)運營(yíng)商、支付服務(wù)商(如銀行)、應用提供商(如公交車(chē)、學(xué)校等)、設備提供商(終端廠(chǎng)商)、系統集成商、商家和終端用戶(hù)。當前業(yè)內手機支付的主流技術(shù)實(shí)現方案有兩種，分別是NFC方案和SIMpass方案。手機支付示意圖如圖1所示。

　　近距離無(wú)線(xiàn)通信NFC(Near Field CommunicatiON)是由飛利浦、諾基亞、索尼等著(zhù)名廠(chǎng)商聯(lián)合主推的一項無(wú)線(xiàn)技術(shù)。NFC由非接觸式射頻識別(RFID)和互聯(lián)互通技術(shù)集中在單一芯片上，可在有限距離內（10 cm）與相關(guān)設備進(jìn)行識別和數據交換。

　　SIMpass方案融合了DI卡技術(shù)和SIM卡技術(shù)，稱(chēng)為雙界面SIM卡，支持接觸與非接觸兩個(gè)工作接口，接觸界面實(shí)現SIM功能，非接觸界面實(shí)現支付功能，兼容多個(gè)智能卡應用規范。利用SIMpass技術(shù)，可在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )及相應的手機支付業(yè)務(wù)服務(wù)平臺的支持下，開(kāi)展各種基于手機的現場(chǎng)移動(dòng)支付服務(wù)。使用SIMpass的用戶(hù)只需在相應的消費終端前揮一下，即可安全、輕松地完成支付過(guò)程。

　　1.2 SIMpass方案

　　SIMpass是一張雙界面的多功能應用智能卡，集非接觸式和接觸式兩個(gè)操作界面于一體。工作時(shí)，對芯片的訪(fǎng)問(wèn)可以通過(guò)接觸界面實(shí)現，也可以由非接觸式以射頻方式實(shí)現。 兩個(gè)界面分別遵循兩個(gè)不同的標準，接觸界面符合ISO/IEC 7816，非接觸符合ISO/IEC 14443。

　　雙界面卡可分為以下三種：

　　(1)接觸式智能卡系統與非接觸式智能卡系統僅僅是物理地組合到一張卡片中，存在兩個(gè)EEPROM，兩套系統互相獨立。

　　(2)接觸式智能卡系統與非接觸式智能卡系統彼此操作獨立，但共享卡內部分存儲空間。

　　(3)接觸式智能卡系統與非接觸式智能卡系統完全融合，接觸式與非接觸式運行狀態(tài)相同，共用一個(gè)CPU管理。

　　三種雙界面IC卡中，只有最后一種雙界面IC卡才是真正意義上的非接觸式雙界面CPU卡。

　　雙界面SIM卡包括一個(gè)微處理器芯片和一個(gè)與微處理器芯片相連的天線(xiàn)線(xiàn)圈，由讀寫(xiě)器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)提供能量，能通過(guò)射頻方式實(shí)現能量供應和數據傳輸。在SIM卡中加入非接觸式界面，而用于提供電能和數據傳輸的天線(xiàn)集成在手機中或者印刷在塑料膜上，作為獨立的一個(gè)部件存在，通過(guò)接觸式界面處理傳統的GSM命令，采用非接觸式界面解決支付問(wèn)題。其系統結構圖如圖2所示。

　　2 接觸式系統和非接觸式系統簡(jiǎn)介

　　2.1 接觸式系統

　　雙界面SIM卡的接觸界面按SIM卡設計，其IC結構包括：

　　(1)SIM/UIM/USIM/PIM——用于儲存用戶(hù)數據、身份認證及為手機短信提供儲存空間；

　　(2)EEPROM——電可擦寫(xiě)存儲器；

　　(3)CPU——中央處理器；

　　(4)ROM——只讀存儲器。

　　SIM卡部分用于正常的手機移動(dòng)通信、鑒權，因此，在實(shí)際設計時(shí)要符合電信業(yè)內相關(guān)規范和標準。接觸式卡面的設計依據ISO/IEC7816系列規范。

　　2.2 非接觸式系統

　　非接觸式系統主要由射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)實(shí)現。一般物理構成包括標簽、閱讀器和天線(xiàn)三部分。

　　RFID技術(shù)分類(lèi)如下：

　　(1)按應用頻率分為低頻、高頻、超高頻和微波。

　　(2)按能源的供給方式分為無(wú)源、有源和半有源。無(wú)源RFID讀寫(xiě)距離近；有源RFID讀寫(xiě)距離遠，但需有電池供電。

　　(3)按調制方式分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。前者用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數據給讀寫(xiě)器；后者使用調制散射方式發(fā)射數據，必須利用讀寫(xiě)器的載波來(lái)調制自己的信號。

　　RFID技術(shù)工作原理（針對被動(dòng)式而言）是，當閱讀器遇見(jiàn)RFID標簽時(shí)，發(fā)出電磁波，周?chē)纬呻姶艌?chǎng)，標簽從電磁場(chǎng)中獲得能量激活標簽中的微芯片電路，芯片轉換電磁波，然后又發(fā)送給閱讀器，閱讀器把它轉換成相關(guān)數據。

　　由于雙界面卡中的手機支付使用范圍小，所以在設計開(kāi)發(fā)時(shí)，RFID主要參照ISO 14443A/B(ISO SC17/WG8)標準。

　　3 ISO/IEC7816和ISO14443

　　由上綜述可知，SIMpass方案中的雙界面SIM卡接觸式界面和非接觸式界面的工作原理和設計依據標準互不相同。

　　3.1 ISO/IEC7816

　　ISO/IEC7816是一套規范體系，它包括以下幾部分：

　　(1)ISO/IEC7816-1：接觸式IC卡的物理特性；

　　(2)ISO/IEC7816-2：接觸式IC卡的觸點(diǎn)尺寸和位置；

　　(3)ISO/IEC7816-3：接觸式IC卡（異步卡）的電信號和傳輸協(xié)議；

　　(4)ISO/IEC781*：行業(yè)間交換命令；

　　(5)ISO/IEC7816-5：應用標識符的編號系統和注冊過(guò)程；

　　(6)ISO/IEC7816-6：行業(yè)間數據元；

　　(7)ISO/IEC7816-7：結構化卡查詢(xún)語(yǔ)言的行業(yè)間命令；

　　(8)ISO/IEC7816-8：安全有關(guān)行業(yè)間命令；

　　(9)ISO/IEC7816-9：接觸式卡管理命令；

　　(10)ISO/IEC7816-10：接觸式IC卡（同步卡）的電信號和復位應答。

　　其中ISO/IEC7816的第4至第9部分屬于傳輸層及應用層標準，第1至3部分主要介紹了接觸式集成電路卡的基本技術(shù)要求[3]。

　　ISO/IEC7816-2對該類(lèi)IC卡的觸點(diǎn)作了詳細的規定，各觸點(diǎn)及功能如表1所示。

　　在設計雙界面卡的SIM卡時(shí)，可以把C4、C8用于連接射頻識別中的天線(xiàn)部分。

　　通過(guò)觸點(diǎn)VCC，接口設備應向卡提供兩種電壓支持，即A類(lèi)（5 V）和B類(lèi)（3 V），因此接口設備也相應地分為A類(lèi)接口、B類(lèi)接口和B類(lèi)接口設備。兩類(lèi)卡和三類(lèi)接口的對應關(guān)系如圖3所示。

　　只有當IC卡的觸點(diǎn)與接口設備的觸點(diǎn)被機械地連接時(shí)，電路被激活，即RST置為低電平狀態(tài)，然后按照接口設備所選擇的操作條件給VCC加電(分A類(lèi)、B類(lèi))，接口設備上的I/O應為接收狀態(tài)，同時(shí)CLK提供時(shí)鐘信號。電路被激活后，卡和接口設備之間進(jìn)行信息交換，最后由接口設備釋放電路。

　　接觸式IC卡的信息傳輸協(xié)議分為異步半雙工字符傳輸協(xié)議（T=0）和異步半雙工塊傳輸協(xié)議（T=1）。由于T=0傳輸協(xié)議應用廣泛，目前國內外的接觸式卡都支持T=0協(xié)議。雙界面卡中接觸式卡也應采用該協(xié)議。

　　3.2 ISO14443標準

　　射頻卡包括天線(xiàn)、防沖突環(huán)等。各部分在設計和制作過(guò)程中都分別遵照ISO/IEC14443相對應部分的要求。

　　(1)ISO/IEC14443-1：非接觸式IC卡的物理特性；

　　(2)ISO/IEC14443-2：非接觸式IC卡的射頻能量和信號接口；

　　(3)ISO/IEC14443-3：非接觸式IC卡的初始化和防沖突(Type A/Type B)；

　　(4)ISO/IEC14443-4：非接觸式IC卡的選擇應答和傳輸協(xié)議(T=CL)。

　　3.3 雙界面卡設計依據

　　由于雙界面卡中的接觸式與非接觸式兩部分物理和電器特性方面互異，因此在設計開(kāi)發(fā)時(shí)應合理規劃，嚴格按照ISO/IEC7816和ISO/IEC14443協(xié)議標準。通過(guò)上述內容可知，這兩個(gè)標準之間存在層次依附關(guān)系，如圖4所示。

　　4 雙界面卡*價(jià)

　　4.1 雙界面卡的優(yōu)勢

　　(1)一卡多用

　　一張雙界面卡能集成多個(gè)行業(yè)的不同應用。對于接觸式應用，雙界面卡正常進(jìn)行；對于手機支付應用，根據應用條件和場(chǎng)合，可任選采用接觸或非接觸方式，能有效提高工作效率。

　　(2)高度安全

　　雙界面卡卡基采用帶隨機數據發(fā)生器的芯片，能有效預防各種物理攻擊；芯片的片內操作系統一次寫(xiě)成，從而保證了邏輯上的安全。在傳輸過(guò)程中，接觸式和非接觸方式的數據都依據相關(guān)通信協(xié)議，而且其間運用了要求的加密算法，即使數據發(fā)生泄露也不會(huì )對安全造成危害。

　　4.2 雙界面卡的不足

　　從技術(shù)角度看，業(yè)界尚沒(méi)有關(guān)于雙界面卡統一完善的設計、測試標準和依據，因此操作系統開(kāi)發(fā)難度大、物理結構上的封裝不易完成。雙界面卡在某一具體行業(yè)或應用中如何規劃才能達到最佳性?xún)r(jià)比，需要不斷探索和改進(jìn)。

　　從市場(chǎng)角度看，由于技術(shù)難度制約著(zhù)雙界面卡的價(jià)格，而且一卡多用的優(yōu)勢尚不明顯，因此，在市場(chǎng)推廣使用中有一定難度。

　　從安全角度看，人們對雙界面卡認識不夠，對其非接觸式應用的安全性存在一定的顧慮。

　　從應用角度看，雙界面卡的應用領(lǐng)域還要進(jìn)一步拓寬，特別是其非接觸式方面的應用，除手機支付外，還可以運用到身份識別或門(mén)禁功能?？傊?，盡可能充分發(fā)揮一卡多用、一卡通用的優(yōu)勢。

　　本文在分析手機支付常用的SIMpass方案的基礎上，重點(diǎn)介紹了接觸式和非接觸式系統，以及通過(guò)分析兩者的通信協(xié)議——ISO/IEC7816和ISO/IEC14443，得出二者協(xié)議之間的相互依賴(lài)關(guān)系，對下一步雙界面卡的研究和實(shí)現有一定的啟發(fā)作用。另外，還指出了雙界面卡目前存在的不足和有待改進(jìn)的方面，希望對同行有所幫助。