近場(chǎng)通信技術(shù)拓展電信智能卡應用

　　近來(lái)，近場(chǎng)通信(NFC)技術(shù)應用在世界范圍內受到了廣泛關(guān)注，國內外的電信運營(yíng)商、手機廠(chǎng)商等不同角色紛紛開(kāi)展應用試點(diǎn)，一些國際性協(xié)會(huì )組織也積極進(jìn)行標準化促進(jìn)工作。據業(yè)內相關(guān)機構預測，基于近場(chǎng)通信技術(shù)的手機應用將會(huì )成為移動(dòng)增值業(yè)務(wù)的下一個(gè)殺手級應用。

　　什么是近場(chǎng)通信

　　1 近場(chǎng)通信(NFC)技術(shù)

　　近場(chǎng)通信(Near Field Communication，NFC)，是由非接觸式射頻識別(RFID)及互連互通技術(shù)整合演變而來(lái)，通過(guò)在單一芯片上集成感應式讀卡器、感應式卡片和點(diǎn)對點(diǎn)通信的功能，利用移動(dòng)終端實(shí)現移動(dòng)支付、電子票務(wù)、門(mén)禁、移動(dòng)身份識別、防偽等應用。

　　NFC采用13.56MHz作為近距離通信頻率標準，兼容ISO 14443、ISO 15693、Felica等射頻標準。其典型操作距離只有幾厘米，運行距離范圍在20cm內，數據傳輸速度可以選擇106Kb/s、212Kb/s或者424Kb/s，將來(lái)可提高至1Mb左右。NFC信息傳遞是通過(guò)頻譜中無(wú)線(xiàn)頻率部分的電磁感應耦合方式實(shí)現的。

　　2 電信智能卡

　　智能卡的名稱(chēng)來(lái)源于英文名詞“Smart Card”，是IC卡(集成電路卡)的一種。智能卡包括中央處理器CPU、可編程只讀存儲器EEPROM、隨機存儲器RAM和固化在只讀存儲器ROM中的卡內操作系統COS(Chip Operating System)?？ㄖ袛祿譃橥獠孔x取和內部處理部分，能夠確?？ㄖ袛祿踩煽?。

　　根據應用的行業(yè)來(lái)劃分，智能卡又可以劃分為：電信智能卡、金融智能卡、身份證智能卡、門(mén)禁智能卡等。目前我國電信行業(yè)總發(fā)卡量已超過(guò)20多億張，占我國IC卡發(fā)行總量的75%左右。2006年中國聯(lián)通電信智能卡發(fā)行量超過(guò)了 1.27億張，中國移動(dòng)發(fā)行量約4億張。

　　電信智能卡最初的定位僅僅是承擔手機登錄網(wǎng)絡(luò )時(shí)的鑒權認證，通常稱(chēng)為SIM卡或UIM卡。隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)和增值業(yè)務(wù)技術(shù)的發(fā)展，電信智能卡已經(jīng)發(fā)展成為了運營(yíng)商快速開(kāi)展增值業(yè)務(wù)的強大平臺。

　　近場(chǎng)通信技術(shù)及應用

　　1 近場(chǎng)通信技術(shù)研究進(jìn)展

　　從目前情況看，近場(chǎng)通信相關(guān)的主要技術(shù)方案包括以下幾種。

　　● 雙界面卡

　　雙界面卡是基于卡片的解決方案，由一個(gè)微處理器芯片和一個(gè)與微處理器相連的天線(xiàn)線(xiàn)圈組成，集接觸式與非接觸式接口為一體，兩種接口共享同一個(gè)微處理器、操作系統和EEPROM。非接觸界面由讀寫(xiě)器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)提供能量，通過(guò)射頻方式實(shí)現能量供應和數據傳輸。接觸界面完全兼容接觸式卡片應用系統和讀寫(xiě)機具。

　　通過(guò)雙界面卡方案實(shí)現的移動(dòng)增值服務(wù)，只限于卡模擬方式，例如電子錢(qián)包卡、電子票、門(mén)禁卡等應用。目前實(shí)現方式包括定制手機、低成本天線(xiàn)組件兩種方案。

　　● NFC

　　NFC是基于手機終端的技術(shù)解決方案，將NFC控制芯片、非接觸式應用芯片(SmartMx)、射頻天線(xiàn)集成到手機上。

　　NFC方案可以實(shí)現卡模擬、閱讀器模擬、點(diǎn)對點(diǎn)通信三種應用模式，例如支付類(lèi)應用、票務(wù)應用、防偽、廣告、數據同步等。

　　● eNFC

　　eNFC是手機和智能卡相融合的實(shí)現方式，將非接觸式IC卡應用放在(U)SIM卡中，NFC芯片通過(guò)單線(xiàn)通信協(xié)議與(U)SIM卡通信，更加符合機卡分離的技術(shù)特點(diǎn)。原有的移動(dòng)通信應用與非接觸式IC卡等增值應用由統一的單芯片管理，使得移動(dòng)運營(yíng)商可更加安全、簡(jiǎn)便、有力的對(U)SIM卡以及其中的增值應用進(jìn)行發(fā)行、管理和控制，因此受到多數運營(yíng)商的青睞。

{{分頁(yè)}}

　　2 技術(shù)標準化

　　NFC由Philips、Sony兩家公司提出后，在2003年12月8日通過(guò)ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission)機構的審核而成為國際標準，并在2004年3月18日由ECMA(European Computer Manufacturers Association)認定為歐洲標準。目前已通過(guò)的標準編列有ISO/IEC 18092(NFCIP-1)、ECMA-340、ECMA-352、ECMA-356、ECMA-362、ISO/IEC 21481(NFCIP-2)。

　　為了推動(dòng)NFC技術(shù)的發(fā)展和普及，飛利浦、索尼和諾基亞創(chuàng )建了一個(gè)非營(yíng)利性的行業(yè)協(xié)會(huì )——NFC 論壇，旨在促進(jìn)NFC技術(shù)的實(shí)施和標準化，確保設備和服務(wù)之間協(xié)同合作。目前，NFC論壇在全球擁有超過(guò)100多個(gè)成員，其中包括我國的復旦微電子和清華同方微電子。

　　2006年8月，NFC論壇正式對外發(fā)布四份關(guān)于NFC的技術(shù)文件，使NFC有了更清晰具體的實(shí)現方向，同時(shí)也使NFC技術(shù)與手機的結合 取得重要進(jìn)展。這些文件包括數據交換格式(NFC Data Exchange Format，NDEF)、記錄類(lèi)型定義(NFC Record Type Definition，RTD)，以及與RTD相關(guān)的文件與網(wǎng)絡(luò )資源的基本技術(shù)規格(NFC Text RTD Technical Specification、NFC URI RTD Technical Specification)。

　　目前仍有NFC的一些標準沒(méi)有被確定，自2006年11月USB組織對SIM卡和手機基帶間的高速接口進(jìn)行投票以來(lái)，手機中SIM卡與NFC芯片連接的接口標準已經(jīng)拖延了相當長(cháng)的時(shí)間。國際標準化組織在專(zhuān)注于NFC接口方面的工作，目前仍在進(jìn)行中。

　　3 應用模式及國內外案例

　　近場(chǎng)通信業(yè)務(wù)支持卡模擬、閱讀器模擬，點(diǎn)對點(diǎn)通信三種應用模式。

　　卡模擬：銀行卡、積分卡、各類(lèi)儲值卡、身份識別、門(mén)禁、行業(yè)卡等應用;

　　閱讀器模式：進(jìn)行讀取標簽廣告、防偽等應用;

　　點(diǎn)對點(diǎn)通信模式：提供兩個(gè)NFC設備之間數據傳輸、游戲等服務(wù)。

　　近幾年時(shí)間里，國內外進(jìn)行了很多有關(guān)NFC技術(shù)應用的試驗，為技術(shù)改進(jìn)和應用推廣奠定了很好的基礎，其中包括：

　　日本NTT DoCoMo公司自2004年7月推出基于非接觸式IC卡式手機錢(qián)包業(yè)務(wù)，希望用手機錢(qián)包逐步替代人們在錢(qián)包中放置的所有物品。

　　韓國SK Telecom公司推出的基于非接觸IC卡技術(shù)的MONETA業(yè)務(wù)，利用手機與銀行信用卡結合，使用戶(hù)使用手機進(jìn)行現場(chǎng)支付業(yè)務(wù)。

　　諾基亞推出了新款6131近場(chǎng)通信手機，并進(jìn)行了關(guān)于電子錢(qián)包、公交應用、數據業(yè)務(wù)下載等應用的試驗;美國銀行試點(diǎn)利用手機提供萬(wàn)事達卡PayPass應用;法國巴黎公交與地鐵系統采用近場(chǎng)通信技術(shù)，實(shí)現了手機購買(mǎi)車(chē)票與扣費乘車(chē)，并推出了商用版本的SAGEM非接觸手機終端和相應的SIM卡;從歐洲到北美近場(chǎng)通信應用已經(jīng)從試點(diǎn)工作逐步走向試商用。

　　2006年6月諾基亞、廈門(mén)移動(dòng)、廈門(mén)易通卡公司、菲利浦公司共同在廈門(mén)啟動(dòng)中國首個(gè)近距離通信手機支付現場(chǎng)試驗。使用Nokia3220手機實(shí)現廈門(mén)易通卡覆蓋的公交汽車(chē)、輪渡、餐廳、電影院、便利店等營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的手機支付。

　　2007年3月13日正式在上海推出了移動(dòng)認證業(yè)務(wù)，這個(gè)業(yè)務(wù)由諾基亞公司和上海質(zhì)監、上海消防聯(lián)合實(shí)施。執法人員只需持定制防偽應用的近場(chǎng)通信手機，即可隨時(shí)隨地讀取煙花爆竹所貼電子標簽的全球唯一識別碼，并實(shí)時(shí)上傳至防偽服務(wù)器與數據庫校驗。

　　2007年5月17日由重慶移動(dòng)、重慶市商業(yè)銀行、結行商務(wù)有限公司聯(lián)合發(fā)行的長(cháng)江掌中行卡正式投入商用。它有標準的非接觸IC卡和手機粘貼卡兩種體現形式，可廣泛應用于傳統零售業(yè)、網(wǎng)絡(luò )數字產(chǎn)品消費、公用事業(yè)代收費業(yè)務(wù)、智能化管理領(lǐng)域等。

　　湖北電信目前與武漢天喻合作開(kāi)發(fā)基于小靈通的非接觸式IC卡應用，采用應用預置在卡片中的方式，目前已經(jīng)預置的應用有公交卡、校園卡等。

{{分頁(yè)}}

　　基于電信智能卡的近場(chǎng)通信技術(shù)探索

　　1 技術(shù)方案特點(diǎn)

　　該方案以SIM卡為核心，應用放在單芯片的SIM卡中，確保了業(yè)務(wù)完全是由運營(yíng)商控制并進(jìn)行有效管理。業(yè)務(wù)邏輯層與射頻RF層分離，業(yè)務(wù)邏輯由SIM卡管理，而射頻由內置于手機的NFC芯片進(jìn)行管理。采用此方案，可以很容易地將目前已經(jīng)在Java卡上實(shí)現的其他應用，例如銀行及公交應用部署在SIM卡上，使SIM卡成為一卡多用的多功能卡。方案特點(diǎn)如下：

　　以運營(yíng)商為核心：在這個(gè)技術(shù)方案中，所有的非接觸式應用都存儲在運營(yíng)商發(fā)行的SIM 卡上，因此運營(yíng)商可以有效地規劃和管理非接觸式業(yè)務(wù)，發(fā)揮核心的作用。

　　多協(xié)議支持：手機可以支持卡片模擬及讀卡器模式，兼容ISO 1443 type A、type B、type B calypso、Felica以及RFID-ISO 15693。

　　匱電工作模式：即使在手機關(guān)機或者電池用盡的情況下，SIM卡中的非接觸應用仍然可以正常工作。對于公共交通及小額支付，這是一個(gè)非常必要的功能。

　　多應用支持：SIM卡支持Global Platform(GP)技術(shù)架構。這種架構保證了在SIM卡中可以按照一套完整的安全標準創(chuàng )建多個(gè)獨立的安全域，以存儲多種完全不同的應用，例如移動(dòng)通信、公共交通、電子錢(qián)包、票務(wù)應用、門(mén)禁等。

　　業(yè)務(wù)的可移植性及延續性：由于應用信息是存儲在SIM卡中，因此在用戶(hù)更換手機之后，所有的應用都可以繼續。

　　安全性：SIM卡本身的安全機制為存儲在卡中的交易提供了一個(gè)安全的運行環(huán)境。同時(shí)，基于GP架構的Java卡更實(shí)現了不同應用之間的隔離，有效防止未授權的惡意攻擊行為 。

　　開(kāi)放的解決方案：相關(guān)的技術(shù)規范均已開(kāi)放并提交至ETSI。

　　2 相關(guān)技術(shù)環(huán)節

　　eNFC芯片組

　　該芯片組要求支持標準的ISO 15693, ISO 14443-A/B、ISO 18092協(xié)議;支持讀卡器、卡片模擬以及點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸三種工作模式，支持匱電工作模式。目前已有Inside公司可提供商用產(chǎn)品，NXP公司也將于2007年底提供此類(lèi)芯片組。

　　SIM卡

　　為保證SIM 卡上交易應用的安全性以及交易應用的空中下載，按照Global Platform要求實(shí)現SIM卡的應用管理架構。為保證應用提供商及可信任的第三方能夠獨立開(kāi)發(fā)交易應用，SIM卡應同時(shí)支持Java卡標準，以保證卡片及應用的互操作性。同時(shí)支持單線(xiàn)通信協(xié)議實(shí)現與eNFC芯片之間的通信，也必須兼容ISO 7816接口保證SIM卡原有移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的正常使用，并支持多線(xiàn)程操作模式。目前雅斯拓等多家卡商均可提供此類(lèi)卡片。

　　圖1 SIM卡架構圖

{{分頁(yè)}}

　　手機終端

　　手機終端硬件上，需集成eNFC芯片及天線(xiàn)，將eNFC芯片與SIM卡的第六管腳相連，以保證eNFC芯片與SIM卡的通信。在軟件方面，實(shí)現BIP協(xié)議以支持SIM卡通過(guò)TCP/IP通道與遠端服務(wù)器進(jìn)行通信。SAGEM此類(lèi)手機終端已經(jīng)在巴黎地鐵的試點(diǎn)項目應用。

　　圖2 手機終端硬件結構圖

　　3 重要技術(shù)問(wèn)題研究

　　(1)NFC控制芯片與SIM卡通信協(xié)議

　　考慮到與國際規范兼容問(wèn)題，NFC控制芯片與SIM卡通信協(xié)議將采用單線(xiàn)協(xié)議。手機上的非接觸模塊被劃分為如下兩個(gè)部分。

　　eNFC芯片組：eNFC芯片組與天線(xiàn)一起被設計在手機中，起到一個(gè)調制解調器的作用。它主要用來(lái)處理射頻RF協(xié)議本身，將射頻信號轉換為幀信號從SIM卡上的C6管腳傳送到SIM卡中，或者將從SIM卡同一管腳接收到的幀信號轉換為射頻信號。

　　SIM卡：SIM卡主要用于存儲Java應用并處理非接觸交易，卡片須支持單線(xiàn)協(xié)議并能夠與eNFC芯片進(jìn)行通信。

{{分頁(yè)}}

　　單線(xiàn)協(xié)議本身是一個(gè)全雙工的通信協(xié)議，使用電壓和電流調制在SIM卡片及eNFC芯片組之間傳輸數據。

　　圖3 單線(xiàn)協(xié)議概要模型圖

　　(2) 應用安全機制

　　整個(gè)系統及業(yè)務(wù)流程遵循GP標準，以滿(mǎn)足應用各方對安全性的要求。根據GP標準，卡片內存被分隔為若干獨立的安全域，分為如下兩種類(lèi)型。

　　卡片發(fā)行者安全域：負責卡片管理功能，控制其他安全域的生命周期，由卡片發(fā)行者(通常是運營(yíng)商)掌控;

　　應用提供方安全域：應用提供方可以在自己控制的安全域內下載及安裝新的應用。另外，相關(guān)各技術(shù)環(huán)節對應用安全也有保障。

　　SIM/UIM卡：按照GP標準實(shí)現卡片的應用管理構架，保證卡片上交易的安全性以及應用能夠安全的通過(guò)空中下載;

　　受理終端(POS)：受理終端需根據應用發(fā)行方的密鑰管理體系、技術(shù)規范、業(yè)務(wù)流程要求進(jìn)行定制;

　　應用發(fā)行系統：系統設計符合GP標準，分為卡片發(fā)行方、應用發(fā)行方系統，采用完全分離的密鑰體系，各自獨立管理;

　　手機終端：只作為透明的傳輸通道，不存儲任何與應用發(fā)行、電子錢(qián)包消費、充值過(guò)程相關(guān)的密鑰、證書(shū)，降低被破解風(fēng)險。

　　(3)匱電工作模式

　　公交、門(mén)禁等典型應用均要求支持匱電工作模式，此時(shí)能量主要是由線(xiàn)圈感應獲得，相對有限。低能量會(huì )導致射頻性能低和不可靠數據產(chǎn)生，這就要求NFC控制芯片、SIM卡等都具備低功耗工作能力，有效利用手機的殘留電量達到匱電工作狀態(tài)下的良好的射頻性能。

　　應用前景展望

　　電信智能卡未來(lái)必將會(huì )提供更大存儲容量、更高通信速率、更強計算能力以及更加完善的身份鑒權體系?；谝陨系募夹g(shù)保障，電信智能卡將會(huì )成為一個(gè)支持多任務(wù)、多應用的業(yè)務(wù)平臺。作為其中一類(lèi)重要的應用，近場(chǎng)通信技術(shù)應用將改變移動(dòng)運營(yíng)商、手機廠(chǎng)商、智能卡廠(chǎng)商、系統供應商、應用提供商之間合作的方式，建立新的業(yè)務(wù)模式與贏(yíng)利機會(huì )，進(jìn)一步提高用戶(hù)消費行為的電子化程度，從而成為移動(dòng)通信行業(yè)增值業(yè)務(wù)新的增長(cháng)點(diǎn)。