基于RFID技術(shù)的GPRS移動(dòng)支付系統

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID技術(shù)是利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到自動(dòng)識別目的的技術(shù)。近年來(lái)，RFID技術(shù)在物流領(lǐng)域被廣泛地采用，它被業(yè)界公認為本世紀最有前途的重要產(chǎn)業(yè)和應用技術(shù)之一。RFID技術(shù)的獨特作用是能夠在網(wǎng)絡(luò )的虛擬世界中標記現實(shí)世界的任何物或人，具有“標記”、“地址號碼”和“傳感功能”三大功能。在不遠的未來(lái)，可能會(huì )出現的熱點(diǎn)之一就是集成了RFID技術(shù)的無(wú)線(xiàn)移動(dòng)智能終端以及在其基礎上開(kāi)展的各種移動(dòng)數據業(yè)務(wù)。據預測，到2010年，運營(yíng)商收入的70%~80%將由數據業(yè)務(wù)貢獻，因此基于RFID的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)的潛力將是巨大的。作為最主要的移動(dòng)數據業(yè)務(wù)之一的移動(dòng)支付，將是RFID技術(shù)在通信領(lǐng)域里最主要的應用場(chǎng)合。目前，基于RFID技術(shù)的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)，主要是由NTT DoCoMo于2004年中期開(kāi)始在日本推出FeliCa業(yè)務(wù)(由索尼開(kāi)發(fā))和SKT于2005年第三季度在韓國推出的u-SCM業(yè)務(wù)。

本文通過(guò)分析移動(dòng)支付的發(fā)展現狀并結合中國國情，提出了一種基于RFID技術(shù)的GPRS移動(dòng)支付系統的實(shí)現方案和總體框架。通過(guò)與國內現有的移動(dòng)支付系統相比較，該系統具有高效、便捷、可靠的特點(diǎn)；同時(shí)，相對于國外基于RFID的移動(dòng)支付系統，更符合中國國情，系統結構簡(jiǎn)單，充分利用現有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資源；考慮到目前正處于試用階段的集成NFC(Near Field Communication)技術(shù)的手機，該系統不需要用戶(hù)更換手機終端，便于運營(yíng)商在此基礎上開(kāi)展其他移動(dòng)數據業(yè)務(wù)。
　　
中國移動(dòng)支付發(fā)展現狀與歐美、日、韓相比，中國的移動(dòng)支付起步較晚，發(fā)展相對滯后。2000年，中國移動(dòng)開(kāi)始了移動(dòng)支付的試驗性應用。通過(guò)把客戶(hù)的手機號碼與銀行卡等支付賬戶(hù)進(jìn)行綁定，以短信服務(wù)、語(yǔ)音、WAP、USSD (Unstructured Supplementary Service Data，非結構補化充業(yè)務(wù)數據)、K-JAVA等方式，為客戶(hù)提供移動(dòng)支付服務(wù)?？蛻?hù)使用手機錢(qián)包可以管理自己指定的銀行卡賬戶(hù)或小額中間賬戶(hù)，并從賬戶(hù)中進(jìn)行扣費。通過(guò)一定時(shí)期的實(shí)際運營(yíng)，隨著(zhù)用戶(hù)對交易效率、交易成本、安全性、網(wǎng)絡(luò )覆蓋等要求的提高，現有基于GSM的移動(dòng)支付系統在實(shí)際應用中逐漸顯露出局限性。

*支持業(yè)務(wù)有限，在日常生活中其便利性難以體現。目前中國的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)所支持的業(yè)務(wù)極其有限，僅支持彩票類(lèi)、互聯(lián)網(wǎng)數字產(chǎn)品類(lèi)(購買(mǎi)游戲點(diǎn)卡、IP卡、MP3下載)、日常繳費類(lèi)(支付話(huà)費、水、電、氣等費用)、手機投保等業(yè)務(wù)。

* 操作煩瑣，使用不方便，交易時(shí)間長(cháng)，隱私性差。在支付過(guò)程中，支付系統與用戶(hù)之間的信息(用戶(hù)手機號、銀行帳號、商戶(hù)代碼、業(yè)務(wù)碼等)交換，必須由人工錄入(短信、語(yǔ)音等方式)。用戶(hù)還必須記住各種操作的命令字。因此，對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，其操作相對于銀行卡煩瑣，延長(cháng)了交易時(shí)間。由于用戶(hù)必須將其手機號提供給收款方，因此，作為用戶(hù)隱私的手機號無(wú)法被保密。另外，開(kāi)通手機錢(qián)包的用戶(hù)還必須更換新STK卡，這也給將電話(huà)薄存在SIM卡上的用戶(hù)在開(kāi)通移動(dòng)支付業(yè)務(wù)時(shí)造成了一定的不便。

*速率低，聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)在線(xiàn)能力有限，安全性差，效率低、成本高?；贕SM網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)支付系統通常采用短信平臺、 USSD和GSM撥號等方式進(jìn)行通訊。短信平臺方式由于基于存儲轉發(fā)的機制，無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)交易，而且受通訊模式的限制，短信量大時(shí)響應速度慢，非常容易出現超時(shí)和丟失數據包的現象，使得用戶(hù)在高峰期內無(wú)法正常辦理業(yè)務(wù)。另外，受短信每次傳輸數據長(cháng)度的技術(shù)限制，大數據包將被分批傳送，一旦其中一個(gè)短信受阻，將導致產(chǎn)生信息傳送不完整的風(fēng)險，從而安全性受限。USSD和GSM撥號方式均屬于CSD電路交換方式，雖然較短信方式可靠、實(shí)時(shí)性強、交互能力好，但存在獨占信道、撥號連接時(shí)間長(cháng)、速率低等缺點(diǎn)，同時(shí)需要專(zhuān)用的數據通道支持，因此，嚴重影響了連網(wǎng)能力，無(wú)法實(shí)現實(shí)時(shí)在線(xiàn)。既便是在非通話(huà)態(tài)時(shí)， USSD使用FACCH信令信道，數據傳輸速率也僅約為1kbps。

據統計，目前GSM的支付系統每筆交易時(shí)間為24秒左右，在大型交易場(chǎng)所交易量巨大時(shí)，效率將大大降低。即使建造專(zhuān)用POS短信平臺，每筆交易費用依然在0.05元左右。

通過(guò)上述分析，促進(jìn)中國移動(dòng)支付發(fā)展的關(guān)鍵之一就是對基于GSM網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)支付系統進(jìn)行改造升級，增加其業(yè)務(wù)種類(lèi)、改善業(yè)務(wù)承載的通信方式、簡(jiǎn)化用戶(hù)的終端操作、更好的保護用戶(hù)隱私。在此，我們提出一種基于RFID技術(shù)的GPRS移動(dòng)支付系統。該系統充分利用現有GSM系統資源，不需要用戶(hù)更換手機終端，便于運營(yíng)商擴展其移動(dòng)支付業(yè)務(wù)種類(lèi)，更符合中國國情。

基于RFID的GPRS移動(dòng)支付系統

系統結構

一個(gè)完整、安全的基于RFID的GPRS移動(dòng)支付系統是由移動(dòng)終端、通信網(wǎng)絡(luò )、移動(dòng)安全交易系統、銀行(或應用服務(wù)提供商)和認證中心(CA)，共5部分構成，如圖1所示。

   

 圖1 基于RFID的GPRS移動(dòng)支付系統結構

移動(dòng)終端

移動(dòng)終端包括RFID標簽、可運行JAVA移動(dòng)支付軟件的手機以及可讀取RFID的POS機。其中RFID卡和RFID POS機屬于RFID子系統。RFID POS機通過(guò)RFID技術(shù)來(lái)讀取用戶(hù)信息，并利用PSTN、GPRS等方式與移動(dòng)支付平臺相聯(lián)結。手機用戶(hù)利用JAVA手機移動(dòng)支付軟件通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )與移動(dòng)支付平臺進(jìn)行信息互交，完成支付。

RFID子系統

RFID子系統由RFID標簽、RFID 閱讀器和RFID應用支撐軟件系統組成。每個(gè)用戶(hù)持有的RFID標簽分為主標簽和從標簽。主標簽粘貼于手機外殼內，從標簽外形于普通磁卡一致，用于手機不適合的環(huán)境。由于沒(méi)有手機的在線(xiàn)支持，因此從標簽在支持的業(yè)務(wù)類(lèi)型上相對于主標簽要少，主要是一些小額

RFID閱讀器主要包括發(fā)行讀寫(xiě)器和RFID POS機。發(fā)行讀寫(xiě)器主要是對RFID標簽進(jìn)行發(fā)行前的初始化配置，向主、從RFID標簽中寫(xiě)入相關(guān)數據并激活RFID標簽；另外，它的讀寫(xiě)權限最高。 RFID POS機主要是讀取RFID標簽中所需要的信息，同時(shí)將其他交易信息如交易流水號、商戶(hù)代碼、業(yè)務(wù)代碼、支付金額等發(fā)送給移動(dòng)支付平臺，并在收到支付完成確認信息后根據支付業(yè)務(wù)的要求將特定的數據寫(xiě)入RFID標簽中。

RFID應用支撐軟件系統包括運行于標簽和閱讀器上的軟件以及介于閱讀器與移動(dòng)支付平臺之間的中間件(Middleware)，如發(fā)行讀寫(xiě)器、POS機 PC端運行的軟件。中間件的主要任務(wù)是對閱讀器讀取的標簽數據進(jìn)行過(guò)濾、匯集和計算，減少從閱讀器傳往移動(dòng)支付平臺的數據量；完成閱讀器和移動(dòng)支付平臺的數據通信、加密解密等。

由于目前RFID的國際標準并不統一，而且中國的國家標準也尚未出臺，考慮到移動(dòng)支付短距離、低成本的應用特點(diǎn)：建議采用工作頻率為13.56MHz的 RFID技術(shù)。在該頻點(diǎn)下可參考的標準有：ISO/IEC 10536、ISO/IEC 15693、ISO/IEC 14443 TYPE A/B以及ISO/IEC 18000-3。目前應用比較廣泛的兩個(gè)標準是ISO/IEC 15693和ISO/IEC 14443 TYPE A/B。ISO/IEC 15693屬于疏耦合RFID標準，其讀取距離范圍約為0~1m，并且兼容ISO/IEC 18000-3標準。但其通信速率比較低，采用單副載波時(shí)低速為6.62kbits/s，高速為26.48kbits/s；采用雙副載波時(shí)則分別為 6.67kbits/s和26.69kbits/s。ISO/IEC 14443屬于近耦合RFID標準，其讀取距離范圍0~10cm，速率為106kbits/s。ISO14443定義了TYPE A、TYPE B兩種類(lèi)型協(xié)議，它們的不同主要在于載波的調制深度及編碼方式，TYPE A采用開(kāi)關(guān)鍵控（On-Off keying）的曼切斯特編碼，TYPE B采用NRZ-L的BPSK編碼。TYPE B與TYPE A相比，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗干擾能力更強的優(yōu)點(diǎn)。目前的第二代電子身份證采用的標準是TYPE B協(xié)議，而國內公交“一卡通”則多數是采用基于TYPE A協(xié)議的飛利浦Mifare系列芯片。另外，由RFID技術(shù)發(fā)展而來(lái)專(zhuān)門(mén)用于安全、非接觸電子支付的NFC技術(shù)也將兼容目前的ISO/IEC 14443A/B索尼FeliCa技術(shù)。因此，從今后發(fā)展以及兼容的角度上，建議采用ISO/IEC 14443 TYPE A/B標準。

JAVA手機移動(dòng)支付軟件

移動(dòng)支付系統終端應用程序的開(kāi)發(fā)是主要基于J2ME語(yǔ)言專(zhuān)門(mén)面向無(wú)線(xiàn)終端的開(kāi)發(fā)平臺及WTK(無(wú)線(xiàn)工具集)，開(kāi)發(fā)一個(gè)可以在手機中運行的MIDlet程序。應用程序必須能夠實(shí)現：①支持手機與移動(dòng)支付系統的服務(wù)器保持在線(xiàn)通信或離線(xiàn)操作；②支持數據安全的發(fā)送與存儲；③支持安全認證書(shū)的下載、安裝、管理；④提供友好的用戶(hù)界面，使移動(dòng)支付系統能與手機用戶(hù)便捷地 交互。

JAVA手機移動(dòng)支付軟件主要功能模塊包括：支付功能模塊、購物功能模塊和查詢(xún)功能模塊等。支付功能模塊用于用戶(hù)從移動(dòng)支付系統服務(wù)器收到支付訂單時(shí)，

通信網(wǎng)絡(luò )

通信網(wǎng)絡(luò )包括有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。其中移動(dòng)通信網(wǎng)用于移動(dòng)終端與移動(dòng)支付平臺的連接，主要包括GPRS網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。移動(dòng)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器處理移動(dòng)支付平臺與GPRS網(wǎng)連接的協(xié)議和數據轉換；該部分通過(guò)路由器、防火墻與移動(dòng)支付平臺相連。有線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )主要用于與移動(dòng)電子商務(wù)商戶(hù)、信息源供應商的連接；對于數據交換量大的商戶(hù)可直接用專(zhuān)線(xiàn)連接。

移動(dòng)支付平臺

移動(dòng)支付平臺是移動(dòng)支付系統的核心，它為移動(dòng)終端、銀行、認證中心之間的信息交互提供一個(gè)安全的平臺。參考《中國移動(dòng)小額支付業(yè)務(wù)實(shí)現方案》，它應包括通信處理機、交易處理機、客戶(hù)服務(wù)機、業(yè)務(wù)管理機、賬務(wù)管理機、系統管理機、數據庫、防火墻等模塊。

在移動(dòng)支付平臺上存儲對應用戶(hù)的主從RFID芯片序列號、發(fā)行流水號、手機號碼關(guān)聯(lián)碼、業(yè)務(wù)支持類(lèi)型等關(guān)鍵數據。

銀行部分

包括兩個(gè)主要部分，一是銀行網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，處理移動(dòng)支付平臺與銀行業(yè)務(wù)系統連接的協(xié)議和數據轉換；二是用戶(hù)管理服務(wù)器，處理本銀行移動(dòng)用戶(hù)開(kāi)戶(hù)、業(yè)務(wù)管理、查詢(xún)、咨詢(xún)等。

認證中心

認證中心主要是采用中國金融認證中心(CFCA)對用戶(hù)的證書(shū)進(jìn)行發(fā)放和管理。

支持業(yè)務(wù)類(lèi)型

基于RFID的移動(dòng)支付系統除可以支持目前“手機錢(qián)包”所支持的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)之外，還可以支持日常刷卡消費的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)，這是基于RFID技術(shù)的移動(dòng)支付系統的最大特點(diǎn)。同時(shí)，由于RFID具有的標記、存儲功能，因此，該系統還可以支持小額的離線(xiàn)支付以及身份標識業(yè)務(wù)，由此可以衍生出“校園一卡通”、 “公交一卡通”等一卡多用的典型應用。此外，基于RFID的移動(dòng)支付系統還可以與用戶(hù)的醫保、社保等保險帳戶(hù)關(guān)聯(lián)，進(jìn)而提供相關(guān)的保險業(yè)務(wù)服務(wù)。因此，概括起來(lái)基于RFID的移動(dòng)支付系統可以支持如下業(yè)務(wù)：網(wǎng)上購物的在線(xiàn)支付；日常繳費；日常刷卡消費；電子票務(wù)；移動(dòng)轉賬；移動(dòng)保險。

安全機制

在電子商務(wù)的交易中由于涉及到許多安全問(wèn)題，所以必須采取一定的措施來(lái)保障交易過(guò)程的安全，采取的技術(shù)手段有：身份驗證、信息加密傳輸、數據的完整性檢驗、數據的機密性、抗否認性要求。就本系統而言主要采用的安全機制如下。

*RFID子系統上采用PKI技術(shù)進(jìn)行雙向認證，設定讀寫(xiě)權限，對于敏感業(yè)務(wù)數據區進(jìn)行加密。

* 由于J2ME MIDP 2.0增加了對HTTPS、SSL/TLS和X.509 PKI的支持，手機與移動(dòng)支付平臺之間可采用基于雙向認證的端到端加密，提高移動(dòng)支付的安全性。選擇中國金融認證中心（CFCA）作為自己的CA，數字證書(shū)格式遵守X.509 V3 標準。

*移動(dòng)支付平臺與銀行之間、移動(dòng)支付平臺與移動(dòng)運營(yíng)商BOSS之間采用數據專(zhuān)線(xiàn)連接，并在各自系統的代理服務(wù)器之間采用防火墻進(jìn)行隔離。

圖2 開(kāi)通流程

圖3 日常刷卡消費的支付流程圖

系統處理流程

基于RFID的GPRS移動(dòng)支付業(yè)務(wù)的開(kāi)通流程如圖2所示。用戶(hù)需要分別在移動(dòng)運營(yíng)商和銀行注冊開(kāi)通移動(dòng)支付業(yè)務(wù)，然后在手機上下載、安裝JAVA手機移動(dòng)支付程序，并對程序進(jìn)行初始化配置，生成安全支付的交易密鑰。如果用戶(hù)開(kāi)通多家銀行的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)，則需要重復操作“*”以下的操作?；赗FID的 GPRS移動(dòng)支付業(yè)務(wù)的日常刷卡消費支付流程如圖3所示。

結語(yǔ)

本文通過(guò)分析移動(dòng)支付的發(fā)展現狀并結合中國國情，提出了一種基于RFID技術(shù)的GPRS移動(dòng)支付系統的實(shí)現方案和總體框架。通過(guò)與國內外現有的移動(dòng)支付系統相比較，該系統具有以下特點(diǎn)：

* 系統隱私性強、支持業(yè)務(wù)種類(lèi)多。由于采用RFID技術(shù)，系統能夠自動(dòng)讀取RFID標簽內的用戶(hù)信息，不需要人工錄入相關(guān)信息，從而支付過(guò)程中用戶(hù)不需要直接提供其手機號，因此，作為用戶(hù)隱私的手機號得到了更好的保護。另外，由于RFID的存儲和標識功能，使得支持業(yè)務(wù)的種類(lèi)增多，不僅可以現實(shí)日常刷卡消費功能，而且還可以現實(shí)離線(xiàn)支付、電子票務(wù)等功能，同時(shí)還具有個(gè)人標識的功能。

*  操作簡(jiǎn)便，聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)在線(xiàn)能力強，安全性高，費用低。目前絕大多數的手機都支持JAVA技術(shù)，采用JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)的手機移動(dòng)支付程序不僅可以實(shí)現加密、認證等功能而且還可以更加直觀(guān)形象的指導用戶(hù)進(jìn)行快速的操作，因此它在可操作性、安全性方便都要明顯優(yōu)于目前基于短信或語(yǔ)音的方式。另外，采用GPRS作為通信方式較短信或USSD方式，在傳輸速率、實(shí)時(shí)在線(xiàn)、數據加密以及通信費用都具有明顯的優(yōu)勢。同時(shí)，充分利用了現有GSM網(wǎng)絡(luò )的數據業(yè)務(wù)資源。

*  系統結構簡(jiǎn)單，實(shí)現技術(shù)難度低，更符合中國國情。對目前正在運營(yíng)的移動(dòng)支付系統無(wú)較大改動(dòng)，只需在移動(dòng)支付平臺上增加RFID數據支持系統和GPRS網(wǎng)關(guān)即可，可以充分利用現有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資源。它不需要用戶(hù)更換集成有NFC芯片的手機終端，是在NFC技術(shù)成熟以及集成有NFC芯片的手機終端普及之前的過(guò)渡方案，便于運營(yíng)商在此基礎上迅速開(kāi)展移動(dòng)支付業(yè)務(wù)，占領(lǐng)市場(chǎng)，培養客戶(hù)群。

目前，手機是比較理想的標識個(gè)人唯一身份的工具?？梢灶A見(jiàn)，在不遠的將來(lái)，隨著(zhù)RFID技術(shù)以及移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，手機必然會(huì )成為集成了個(gè)人身份識別卡、消費計賬卡、停車(chē)收費卡、工卡、餐卡、信用卡等等各種應用的綜合移動(dòng)智能終端，這樣我們只要攜帶手機，就可以完成各種工作、消費等活動(dòng)。這必然使移動(dòng)運營(yíng)商尋找到新的業(yè)務(wù)增長(cháng)點(diǎn)，從而刺激產(chǎn)生更多的數據業(yè)務(wù)流量。