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移动支付NFC技术的应用与分析

移动支付 NFC 技术的应用与分析
目前 NFC 最广泛的应用是手机地铁票,在包括我国广州在内的多个地区试用该技术后,都得到 了广泛赞誉。方便的操作过程,将使其很有可能最终取代地铁 IC 卡车票。尽管目前基于 NFC 技 术的移动支付大多还处于试用阶段,但是业界对其未来充满信心。 一、技术优势 与 RFID 一样, NFC 信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递, 但两者之 间还是存在很大的区别。首先,NFC 是一种提供轻松、安全、迅速的通信无线连接技术,其传 输范围比 RFID 小,RFID 的传输范围可以达到几米、甚至几十米,但由于 NFC 采取了独特的信 号衰减技术,相对于 RFID 来说 NFC 具有距离近、带宽高、能耗低等特点。 其次,NFC 与现有非接触智能卡技术兼容,目前已经成为得到越来越多主要厂商支持 的正式标准。再次,NFC 还是一种近距离连接协议,提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动 的通信。与无线世界中的其他连接方式相比,NFC 是一种近距离的私密通信方式。最后,RFID 更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上,而 NFC 则在门禁、公交、手机支付等领域内 发挥着巨大的作用。 同时,NFC 还优于红外和蓝牙传输方式。作为一种面向消费者的交易机制,NFC 比红 外更快、更可靠而且简单得多。与蓝牙相比,NFC 面向近距离交易,适用于交换财务信息或敏 感的个人信息等重要数据;蓝牙能够弥补 NFC 通信距离不足的缺点, 适用于较长距离数据通信。 因此,NFC 和蓝牙互为补充,共同存在。事实上,快捷轻型的 NFC 协议可以用于引导两台设备 之间的蓝牙配对过程,促进了蓝牙的使用。 NFC 手机内置 NFC 芯片,组成 RFID 模块的一部分,可以当作 RFID 无源标签使用, 用来支付费用;也可以当作 RFID 读写器用作数据交换与采集。NFC 技术支持多种应用,包括移 动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。通过 NFC 手机,人们可以在任何地点、任何 时间,通过任何设备,与他们希望得到的娱乐服务与交易联系在一起,从而完成付款,获取海报 信息等。NFC 设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输 链路,其应用主要可分为以下四个基本类型:用于付款和购票、用于电子票证、用于智能媒体以 及用于交换、传输数据。 二、NFC 技术原理 1. 近距离无线通信 支持 NFC 的设备可以在主动或被动模式下交换数据。在被动模式下,启动 NFC 通信的设 备,也称为 NFC 发起设备(主设备),在整个通信过程中提供射频场(RF-field),如图2所示。它可 以选择106kbps、212kbps 或424kbps 其中一种传输速度,将数据发送到另一台设备。另一台设备 称为 NFC 目标设备(从设备),不必产生射频场,而使用负载调制(load modulation)技术,即可以 相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于 ISO14443A、MIFARE 和 FeliCa 的非接触 式智能卡兼容,因此,NFC 发起设备在被动模式下,可以用相同的连接和初始化过程检测非接 触式智能卡或 NFC 目标设备,并与之建立联系。 在主动模式下,每台设备要向另一台设备发送数据时,都必须产生自己的射频场。发起设 备和目标设备都要产生自己的射频场,以便进行通信。这是对等网络通信的标准模式,可以获得 非常快速的连接设置。 移动设备主要以被动模式操作,可以大幅降低功耗,并延长电池寿命。在一个应用会话过程 中,NFC 设备可以在发起设备和目标设备之间切换自己的角色。利用这项功能,电池电量较低 的设备可以要求以被动模式充当目标设备,而不是发起设备。

2. NFC 与蓝牙和红外技术的比较 作为一种面向消费者的交易机制,NFC 比红外更快、更可靠而且要简单得多。另一方面, 蓝牙则是一种弥补 NFC 通讯距离不足的缺点,适用于较长距离数据通信。NFC 面向近距离交易 交互,适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据。NFC 和蓝牙相互为补充,共同存在。 事实上,快捷轻型的 NFC 协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程,并在这方面促进蓝 牙的使用。 模式的典型应用是:建立蓝牙连接、交换手机名片等。 三、技术分析 电磁场决定无线电波 术语“近场”是指无线电波的临近电磁场。无线电波由正交电磁场组成,在工作频率下天线周 围大约10波长的范围内,无线电波的行为遵循麦克斯韦方程。 电磁场在从发射天线传播到接收天线的过程相互交换能量并相互增强, 这样的电磁场称之为 远场。而在10个波长以内,电磁场是相互独立的,即为近场,近场内电场没有多大意义,但磁场 可用于短距离通讯。 由于在初级线圈(发射天线)和次级线圈之间仍有相当大的距离,因此可以将 NFC 看做是一 个耦合系数非常低的互感器。 近磁场的主要问题是信号传播过程中信号强度会以大约1/d6的速率 下降(这里 d 为通讯距离或范围),因此使近场通讯成为名副其实的短程通讯技术,而在称之为无 线电波的远场中,信号强度以1/d2的速率下降。 NXP 公司和索尼公司发明了 NFC 技术, Ecma International 公司首次采用它做为一项标准(N FCIP-1或 ECMA-340),并提交给国际标准化组织(ISO)/国际电工委员会(IEC),成为 ISO/IEC 1 8092标准, 同时也得到了欧洲电信标准协会的承认, 从此后已经有多个半导体公司开始生产兼容 性和互操作芯片。 这个标准类似于智能卡中所采用的 NFC 技术,并与其兼容,其内部芯片能够使消费者通过 销售点(POS)终端阅读器进行支付。在某些工作模式下 NFC 的功能类似于射频识别(RFID)。NXP 公司的 MIFARE 和索尼公司的 FeliCa 产品就采用了已经制定的智能卡标准。 该标准规定了一个13.56MHz 的工作频率,这是一个免许可国际通用频带,是美国 ISM 带1 5/18频带之一。数据传输速率为106、212或424kbps,取决于通讯范围,在20cm 或大约8英寸时 传输速率最大,实际通讯范围只有几英寸或不大于10cm,该标准规定了多种工作模式。 在主动模式下,通讯双方收发器加电后,任何一方可以采用“发送前侦听”协议来发起一个半 双工发送。在一个以上 NFC 设备试图访问一个阅读器时这个功能可以防止冲突,其中一个设备 是发起者,而其它设备则是目标。 在被动模式下,像 RFID 标签一样,目标是一个被动设备。标签从发起者传输的磁场获得工 作能量,然后通过调制磁场将数据传送给发起者(后扫描调制,AM 的一种)。 像任何先进的无线技术一样,NFC 同样面临安全问题。但是 NFC 设备非常小的通讯范围完 全可以将黑客排除在外。 在这样小的范围内, 完全可以放心地进行通讯。 如果需要更高的安全性, 可以使用带智能卡技术的 NFC,智能卡技术内置了重载加密认证功能。 让我们看看任何无线关联模型的两个基本要求: ① 安全的链接 加密无线链接需要一个公钥,而且在带内通道必须是不可见的。链接密钥通过手动 PIN(比 如在蓝牙中)或 Diffie-Hellman 自动交换(比如在无线 USB 中)“实时”生成。 建立链接密钥后, 便可 启用对称加密(基于3DES 和 AES 等)。 ② 设备身份验证 即确保链接密钥以预期的验证设备而不是伪装的被动 /主动中间人生成。此设置的常规方法

要求连接一根线缆,以便关联和交换链接密钥和/或要求用户在两台设备上输入 PIN 码。将此方 法与使用 NFC 来关联和设置相比较,具有如下优点:无需浏览查阅菜单或配置屏幕;只需将两 台设备彼此靠拢即可触发相关软件和用户界面;建立此环境以后将自动交换相关数据。 用户只需确认交易,而且只需查看相关的信息。此过程将减少设备关联所需的步骤,并最大 限度地减少用户交互操作。用户无需增加任何开销即可改善安全功能。而且可以加快连接过程, 同时又保留了像完成/错误确认和错误修正等功能。 用 NFC 可以使蓝牙、 无线 USB 和 W-LAN 等 的配对与设备关联变得非常简单、 快捷和直观, 而且同时可以弥合移动和消费类电子产品之间的 缺口。 四、NFC 的应用情况 NFC 技术的应用 NFC 设备可以用作非接触式智能卡、智能卡的读写器终端以及设备对设备的数据传输链路。 其应用广泛,NFC 应用可以分为四个基本类型。诸如门禁管制或交通/活动检票之类的应用,用 户只需将储存有票证或门禁代码的设备靠近阅读器即可。 还可用于简单的数据撷取应用, 例如从 海报上的智能标签读取网址。 接触、确认。移动付费之类的应用,用户必须输入密码确认交易,或者仅接受交易。 接触、连接。将两台支持 NFC 的设备链接,即可进行点对点网络数据传输,例如下载音乐、 交换图像或同步处理通信录等。 接触、探索。NFC 设备可能提供不止一种功能,消费者可以探索了解设备的功能,找出 NF C 设备潜在的功能与服务。 1. NFC 用于智能媒体 对于配备 NFC 的电话,利用其读写器功能,用户只需接触智能媒体即可获取丰富的信息或 下载相关内容。此智能媒体带有一个成本很低的 RFID(嵌入或附加在海报中)标签,可以通过移 动电话读取,借此发现当前环境下丰富多样的服务项目。并且手机可以启动移动网络服务请求, 并立即按比例增加运营商的网络流量。运营商可以投资这个“即时满足”工具,通过铃声下载、移 动游戏和其他收费的增值服务来增加收入。 2. NFC 用于付款和购票等 最早在移动电话上使用非接触式智能卡, 只是将卡粘到电话中。 也并未通过非接触式卡提供 任何增值服务,而且也不利用移动电话的功能或移动电话网络。之后经过改进,虽将非接触式智 能卡集成到电话中,但仍然是基于传统智能卡部署的封闭系统。我们现在正见证向 NFC 电话发 展的趋势, 这种电话充分利用移动电话功能和移动电话网络, 还提供卡读写器和设备对设备连接 功能。 使用非接触式智能卡的支付方式在美国和亚太地区发展势头良好。Visa、MasterCard 和美国 运通等信用卡的内置支付程序可以安全地存储在设备上的安全 IC 内。这样,NFC 电话就可以充 分利用现有的支付基础架构,并能够支持移动电话公司的新服务项目。 3. NFC 用于电子票证 电子票证是以电子方式存储的访问权限,消费者可以购买此权限以获得娱乐场所的入场权。 整个电子票证购买过程只需几秒钟, 对消费者而言非常简单便捷。 在收集并确认了消费者的支付 信息后,电子票证将自动传输到消费者的移动电话或安全芯片中。 用户将移动电话靠近自动售票终端,即开始交易。用户与服务设备充分交互,然后通过在移 动电话上确认交易,完成购买过程。到娱乐场所时,用户只需将自己的移动电话靠近安装在入口 转栅上的阅读器即可,阅读器在检查了票证的有效性后允许进入。 4. NFC 用于连接和作为无线启动设备

消费者希望无线连接简单便捷, 但对消费者承诺的便利性和移动性却仍未兑现。 虽然使用方 便已成为消费者优先选择的主要动因,但安全性能也是一种必要的因素。 五、发展前景 NFC 具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点,这让它在某些领域显得更具潜力。 NF C 通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合,能够实现各种设备在几厘米范围内的通信,而费 用仅为2-3欧元。研究机构 Strategy Analytics 预测,至2011年全球基于移动电话的非接触式支付 额将超过360亿美元。如果 NFC 技术能得到普及,它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备 的方式,甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。 NFC 作为一种新兴的技术,大致总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病。不过,它的目标 并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi 等其他无线技术,而是在不同的场合、不同的领域起到相互补充的 作用。因为 NFC 的数据传输速率较低,仅为212Kbps,不适合诸如音视频流等需要较高带宽的 应用。 需要密切关注的是,中国政府正在制定自己的 RFID 标准,而飞利浦的 NFC 技术是否完全 兼容并得到中国政府的认可对消费者相当重要。 中国国家标准化管理委员会成立了国家标准工作 组,负责起草、制定中国有关 RFID 的国家标准,据称这样将使中国获得相关的自主知识产权, 又能将 RFID 发展纳入标准化、规范化的轨道。整个认证过程很可能需要飞利浦等公司公开一些 关键的技术,这可能成为 NFC 在中国推广应用的绊脚石。


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