一卡通解决方案——基于智能卡的NFC技术的研究

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1、一卡通解决方案基于智能卡的NFC 技 术的研究 关键字：智能卡 NFC 技术 电子支付 门禁卡 摘 要：文章介绍了 NFC 的应用场景及发展趋势，比较了基于 智能卡的 NFC 的三种实现方法，并 对基于智能卡的 NFC 业务发 展提出一些建议。1 引言近场通信( NFC ，Near Field Communication ) 技术是近年 来被广泛应用的一项新技术。 这项技术被广范应用于电子支付、 身份识别和信息传递等的各种应用领域， 从而促进电信、银行、 交通等领域的进一步融合， 给人们的生活带来便捷。 NFC 的应用分为行业应用和个人应用， 如图 1 所示， 行业应用如信用卡、电子票证、 门

2、禁卡、电子 钱包等， 个人应用满足人们日常的需求， 可应用于衣食住行、 工作娱乐等各个方面。 目前在我国， 广泛使用的 NFC 业务不少， 但都各自为阵， 每个应用需单独建立一套系统，如单位门禁卡、公交卡、ETC (Electronic Toll Collection 不停车收费)等。每一套单独的应用都 要建立一套系统，每使用一个 NFC 应用，用 户都需要带一张卡 或一个装置，如此一来，给用户的使用带来很多的不便。 而移动通信终端具有整合 NFC 应用的优势，无线网络能为这些应用提供随时随地的传递信息，同时移动通信系统的安全机 制也能被 NFC 业务所用，尤其是移 动通信终端中使用的智能卡，

3、 为 NFC 业务在手机终端中实现提供了很多实用的机制。 2 智能卡与 NFC 业务 移动通信终端，也就是我们常说的手机，具有得天独厚的优 势来成为 NFC 业务用户侧的载体，主要体现在以下三个方面：首 先，很多人都拥有手机，将 NFC 业务用户侧模块植入手机，不会 增加额外携带的装置；其次，手机是无线通信的终端，NFC 也是 一种无线通信，将 NFC 的装置放人手机，可以共用一些装置和 器件，如天线和射频部分；第三，手机中的用户识别模块，是功能 强大的智能卡，在移动通信中提供了认证鉴权、计费等功能；此 外，智能卡中的一些新技术，如 GP(GlobalPfalf0rm)能管理应用， 为应用提供

4、安装、下载、删除等功能，而 这些功能，都能满足 NFC 的某些需求。因此本文 讨论的 NFC 方式，是内置在移动通 信终端中的，基于智能卡的实现方式。 智能卡的主要功能是用户的认证鉴权，在 2G 的 GSM 网络 中使用的叫做 SlM (Subsc riber Identity Module ，用户识别模块) 卡，在 3G 的 UMTS 中使用的叫做 USIM (Universal Subscriber Identity Module ，通用用 户识别模块)卡。SfM 卡和 USIM 卡是网络认证鉴权的重要实体，由于私密数据的存储以及安全过程的计 算都在智能卡中完成，因此有相当高的安全性，能够

5、为诸如 NFC 应用提供高等级的安全机制。 在电信领域中所使用的智能卡有 8 个触点，但在日常使用当 中一般只适用其中的 6 个触点，剩下来两个触点一般保留，NFC 业务可以利用这两个保留的触点与天线连接。作为智能卡的一项重要技术。GP(GIObaI Platfo rm ) 为智能 卡支持多应用提供了一种有效的解决方案。GP 标准化组织由 VISA International 公司 为中心于 1999 年 1 1 月成立，其目标是 降低由交叉行业和多应用智能卡增长所带来的屏障，而智能卡发 行商将依 IEl 可以自由选择卡、终端和后台系统。该组织是随着 智能卡的兴起而成立的，很多行业，如银行、公

6、共交通、移动通信 等，都使用智能卡来进行电子消费或认证身份，这样可能导致用 户需要携带很多张卡。而 GP 为了便携和降低成本，可提供在一 张卡上集成多个应用的解决方法。 引入 GP 后，与智能卡相关的角色有： 应用提供商：拥有应用并对应用的行为负责的机构； 卡片发行商：拥有卡片并最终对卡片的行为负责的机构； 卡使用者； 卡外实体：跟卡进行通信以完成会话通信的终端： 认证控制权威：即卡发行商和应用开发商外的第三方，可 以提供安全域来进行身份认证和下载应用； 应用：作为软件组成部分，其作用就是在卡上实现某些特 定的功能。 GP 提供的基本服务包括： 动态管理卡空间：通过不同的安全域来承载不同安全需

7、求 的应用下载、安装、删除； 卡和应用的生命周期管理：通过注册表来管理卡和应用的 生命周期状态； 卡命令的分发：命令通过卡管理来分发，这样等于加入了 一层过滤。提供了安全保证； 卡片密钥管理：对密钥分组分 ID 管理。不同安全域也管理 着该安全域的一个密钥集，来提供不同级别的安全管理。 GP 的引人为智能卡上实现多应用的管理和调度提供了一种 有效的手段，而通过在一个手机上实现多个 NFC 业务是我们追 求的目标，我们希望使用一台手机就能实现刷卡、门禁、公交等， 而不是像过去那样需要携带多张卡或者多个设备。可以说 GP 为 智能卡提供多个 NFC 业务提供了一个有效的桥梁和纽带。但遗憾的是， 目

8、前 GP 应用于智能卡的多应用管理在我国并不多见， 许多厂商都使用了自主开发的管理多应用的机制。 3 基于智能卡 NFC 实现方式及比较 在 NFC 的实现方案中，用 户侧的设备支持三种模式：卡模拟 模式、阅读器模式和点对点通信模式。卡模拟模式即用户侧设备 可以作为卡，用读卡器读写卡内数据，如 ETC 中汽车侧的设备 和我们日常所用的公交卡；阅读器模式是用户侧的设备可以作为 读卡器，来读写另外一张卡；点对点通信模式即用户之间可以利 用 NFC 的装置完成类似于蓝牙点对点连接，来传送文件或者玩 联机游戏。 基于智能卡的 NFC 实现方式一般都是利用现有的智能卡， 加上射频模块来实现，目前基于智能

9、卡的 NFC 实现方式主要有 以下三种： (1)eNFC 技术 eNFC 技术由 ETSI 进行标准化，工作频点在 1356MHz，通 讯距离设计为 4 厘米。eNFC 技术示意图如图 2 所示，可以实现 卡模拟模式、阅读器模式和点对点通信模式，但需要手机中加入 天线和控制芯片的支持，目前支持的手机款型不多。 (2)SlMPass双界面 SIM 卡技术由某 SIM 卡供应商主推，工作频点在 13 56MHz。SIMPass 在功能上只支持非接触式 IC 卡应用。如图 3 所示，无需改造手机，将天线与 SIMPass 直接联接，即可为 SIMpass 提供射频信号。这种方案具有天 线组件成本低廉

10、，用户 不需要更换手机的优势，有利于 SIMpass 的应用推广；缺点是使 用了 SIM 卡中保留的两个、触点，导致 ICUSB 等新技术无法 使用，而且连接的排线容易折损。 (3)RFSIM RFSIM 是一种集成度很高的方式，如图 4 所示，将射频和 天线都封装在了 SIM 卡的内部，目前 RFSIM 支持的频点在 2 45GHz。通 过不同读卡器模块和设备，工作距离可控制在 4 厘米、 5 米和 50 米等范围。可以实现卡模拟模式、阅读器模式和点对点 通信模式。RFSIM 对手机没有任何要求。但 RFSIM 的频点 与目前市面上大多数读卡机不一致，要大规模推广需要更换大量 的读卡机，同时

11、 RFSIM 卡的成本较普通智能卡要高出很多。 以上三种方式各有利弊，但都是基于智能卡的方法，究竟哪 个会成为行业标准一统天下，还是会三分天下， 目前还没有定 论，国内运营商和交通、 银行等行业目前都投入了大量的人力物 力进行基于智能卡 NFC 业务的标准化以及测试工作。4 结束语基于智能卡的 NFC 实现方式多样，且能通过 GP 等技术支 持在一台终端上装载多个应用，具有很高的实用性。但是，NFC 的业务特点又决定了要跨越多个行业，l ：lrJzlu 手机掌握在移动 运营商手中，而行业应用和客户在银行、交通管理部门手中，行 业之间的协调是发展 NFC 业务的最大障碍。 基于智能卡的 NFC 实现方式各有优劣，在我国尚未形成国 家标准，指定哪种实现方式为我国的国家标准尚无定论，各种方 式各建一套系统，彼此又不兼容，对于业务的开展显然是毫无益 处的。 综上所述，智能卡能为 NFC 提供很好的实现方式，但建立 标准的统一和跨越行业壁垒是发展 NFC 产业首要应该解决的问 题。