發布日期：2022-05-20 點擊率：38
1．引言
隨著手機的快速普及，無線網絡支持的上下行數據速率不斷提高，新的應用尤其是數據業務方面的應用不斷涌現，手機成為人們身邊不可缺少的信息終端。越來越多的人用手機代替手表、記事本、MP3，是否有一天我們的錢包和鑰匙也會讓位于手機，使我們的生活更加方便，更加安全呢？
近場通信NFC（Near Field Communication）技術將讓這一切變為現實。繼廈門、廣州和北京之后，上海成為諾基亞下一個推行NFC手機支付的城市[1]。近日，諾基亞宣布，從1月9日開始，通過使用具有 NFC（Near Field Communication 近場通信）技術而實現的手機銀行卡非接觸支付試點項目，開始在上海投入運營。
基于近場通信技術的手機應用將會成為移動增值業務的下一個殺手級應用[2]。本文給出了非接觸支付在移動終端側的4種實現方案，分析了各種方案的特點和優缺點，在對4種方案進行充分比較的基礎上得出了終端/卡協作方案是目前比較理想的方案。
2．非接觸支付技術簡介
目前，非接觸支付技術主要包括以下幾種：飛利浦的MIFARE技術、索尼的FeliCa技術和NFC技術。其中飛利浦的MIFARE技術和索尼的的FeliCa技術是非接觸式智能卡領域的兩強，基于前者的智能卡已部署約12億片，后者也已部署約1.7億片。NFC技術符合國際標準化組織的ISO18092、ISO21481標準，兼容ISO14443、ISO15693、MIFARE、FeliCa等射頻標準，符合歐洲計算機協會的EMCA-340、352和356標準。這使NFC技術充分具備了未來近距離無線互連設備所應有的低功率、低價格、兼容性等特點，而使NFC成為近距離無線互連領域一種極富競爭力的技術。
近場通信（Near Field Communication, NFC）是由非接觸式射頻識別（RFID）及互聯互通技術整合演變而來，通過在單一芯片上集成感應式讀卡器、感應式卡片和點對點通訊的功能，利用移動終端實現移動支付、電子票務、門禁、移動身份識別、防偽等應用。NFC采用13.56MHz作為近距離通信頻率標準，兼容ISO14443、ISO15693、Felica等射頻標準。其典型操作距離通常只有幾厘米，運行距離范圍在20cm內，數據傳輸速度可以選擇106kbit/s、212kbit/s或424kbit/s，將來可提高至1Mbit/s左右。NFC技術中信息傳遞是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合方式實現的。
NFC終端與其它設備通信時可以采用主動通信模式或被動通信模式，主動通信模式下通信的雙方均產生射頻場；被動通信模式下通信雙方只有一方產生射頻場，產生射頻場的一方為另一方提供通信所需的工作電源。
NFC終端根據應用場景的不同可以采用三種不同的工作模式：卡模擬模式、讀卡器模式、點對點模式。在卡模擬模式和讀卡器模式下，終端與其它設備通信時采用被動通信模式。在點對點模式下，NFC終端與其它設備通信可以采用被動通信模式，也可以采用主動通信模式。“卡模擬模式”中讀卡器是主動設備，產生射頻場；NFC終端為被動設備，模擬成為一張符合ISO 14443/ISO 15693/Felica標準的非接觸式卡片與讀卡器進行交互。
“讀卡器模式”中NFC終端是主動設備，產生射頻場；而外部的非接觸卡作為被動設備。NFC終端具有符合ISO 14443或ISO15693或Felica標準的非接觸式IC卡閱讀器功能，可以讀取采用相同標準的外部非接觸式IC卡。“點對點模式”中工作的雙方都分別可作為主動設備或被動設備，進行點對點的數據傳輸。點對點模式下，NFC終端應符合ISO 21481 中的相關規定。
3．非接觸支付移動終端的實現方案
非接觸支付移動終端有別于普通終端的兩個重要特點是非接觸支付終端具有非接觸通信模塊和安全模塊，其中非接觸通信模塊負責非接觸通信，安全模塊負責存儲安全數據，如用戶賬戶余額等信息。根據非接觸通信模塊和安全模塊與終端的位置關系，非接觸支付移動終端的實現方案有如下4種：貼片方案、全終端方案、雙界面卡方案、終端/卡協作方案。下面將一一介紹各種方案的特點及優缺點。
解決方案一：貼片方案。
貼片方案的特點是將非接觸卡片直接貼附在終端上，與SIM卡在物理上沒有任何連接。本方案的優勢是終端和SIM卡無需改動、成本低、貼片卡易于實施，天然支持各行業標準。劣勢是貼片卡的發放、運營等環節由各行業掌控，運營商難以在價值鏈中體現價值；用戶體驗差；貼片卡在終端上的物理連接很難保證，容易脫落；貼片方案只支持卡模擬模式。
解決方案二：全終端方案，見圖1。
全終端方案的典型代表是NOKIA。本方案的特點是安全數據模塊與非接觸通信模塊集成在終端主板上，天線集成在終端中。本方案的優勢是SIM卡無需改動，且NOKIA已有成型產品，可支持NFC相關標準，支持卡模擬模式、讀卡器模式、點對點模式三種工作模式。用戶使用感受較好。劣勢是運營商不能主導產業鏈，被產業鏈旁路。且本方案為私有解決方案，沒有標準化，不利于推廣。
圖 1 全終端方案
解決方案三：雙界面卡方案，見圖2。
雙界面卡方案的特點是安全數據模塊與非接觸通信模塊集成在SIM卡上，天線與SIM卡相連，從SIM卡引出[3]。本方案的優勢是SIM卡由運營商發放，運營商可以有效控制價值鏈；部分終端無需改動，握奇、捷德公司已有成型產品。劣勢是需要外接天線且易損壞；用戶感受較差；SIM卡與天線的通訊占用了C4和C8兩預留接口，影響大容量SIM卡上的相關業務；且本方案只支持卡模擬模式；沒有相關國際標準。
圖 2 雙界面卡方案
解決方案三’：雙界面卡升級方案。
雙界面卡升級方案與雙界面卡方案相比升級點在于天線做到終端或后蓋上，與SIM卡相連，從SIM卡引出。本方案的優勢是：由于SIM卡由運營商發放，運營商可以有效控制價值鏈；且用戶感受較好。劣勢是技術不成熟，還未有試點產品；SIM卡與天線的通訊占用了C4和C8兩預留接口，影響大容量SIM卡相關業務；且只支持卡模擬模式；沒有相關國際標準；需要用戶更換終端和SIM卡。
解決方案四：終端/卡協作方案，見圖3。
終端/卡協作方案的特點是安全模塊集成在SIM卡上，非接觸通信模塊集成在終端上，天線也集成在終端上[4]。本方案的優勢為：安全數據存儲在SIM卡上，移動運營商可以有效控制價值鏈；國際主流運營商認可該方案，并通過GSMA協調價值鏈各方推動該方案；價值鏈各方目前認同該方案，正在朝該方案過渡，粗略估計2008年底可實現規模量產；相關接口正在進行標準化的工作,SWP和HCI已Release；已有Demo產品（Gemalto）；可支持NFC相關標準，支持卡模擬模式、讀卡器模式、點對點模式三種工作模式；用戶感受較好。劣勢為需要用戶更換終端和SIM卡。
圖 3 終端/卡協作方案
4．方案比較
在表1中，我們從各運營商的態度、產品成熟度、價值鏈各方態度、用戶使用感受、終端/卡的國際標準、非接觸標準支持情況、模式支持、終端/卡的更換、對其它業務的影響等方面對上述幾種實現方案進行了比較。
在雙界面卡方案、雙界面卡升級方案、終端/卡協作方案下，由于與用戶帳戶相關的安全數據存儲在SIM卡上，而SIM卡的主人是移動運營商，因而移動運營商可以有效地規劃和管理非接觸式業務，主導手機支付產業的價值鏈；而在貼片方案和全終端方案下，安全模塊并不存儲在SIM卡上，因而移動運營商難以在手機支付產業價值鏈中體現價值。
在產品成熟度方面，只有貼片方案為現有技術；全終端方案、雙界面卡方案、終端/卡協作方案有個別廠家已提供產品，例如諾基亞已有全終端方案下的成型產品諾基亞6131iNFC手機，握奇、捷德已有雙界面卡方案下的成型產品，Gemalto已有終端/卡協作方案下的成型產品；而雙界面卡升級方案技術尚未成熟，還沒有試點產品。
在手機支付價值鏈各方態度方面，價值鏈各方均表示支持終端/卡協作方案，并且預計2008年底可規模量產；而全終端方案、雙界面卡方案和雙界面卡升級方案僅有個別廠家支持；貼片方案為現有技術。
考慮到手機支付的便攜性，終端/卡協作方案可以很好的滿足手機支付的便攜性要求，因為在終端/卡協作方案下，安全模塊集成在SIM卡上，也就是用戶換手機后，所有原來的服務還可以繼續使用；雙界面卡方案和雙界面卡升級方案雖然安全模塊集成在SIM卡上，但需要外接天線且易損壞，用戶感受較差；而貼片方案和全終端方案由于安全模塊并不存儲在SIM卡上，用戶換手機后將不能使用原來的服務，用戶感受較差。在終端/卡的國際標準方面，貼片方案為現有技術；全終端方案、雙界面卡方案、雙界面卡升級方案均無國際標準；終端/卡協作方案為國際主流運營商認可的方案，并通過GSMA協調價值鏈各方推動該方案，價值鏈各方目前認同該方案，正在朝該方案過渡，粗略估計2008年底可實現規模量產，且相關接口正在進行標準化的工作，SWP和HCI已經Release。在終端對非接觸標準支持方面，貼片方案下不同貼片支持不同的非接觸標準；雙界面卡方案和雙界面卡升級方案只支持ISO14443 TYPE A/B；而全終端方案和終端/卡協作方案支持所有NFC要求的相關非接觸標準。
在終端對近距離通信工作模式的支持方面，全終端方案和終端/卡協作方案可以支持卡模擬模式、讀卡器模式和點對點模式；而貼片方案、雙界面卡方案和雙界面卡升級方案只支持卡模擬模式。
在終端/SIM卡的更換方面，貼片方案將非接觸卡片直接貼附在終端上，與SIM卡在物理上沒有任何連接，因而不需要更換終端和SIM卡，成本最低；全終端方案由于安全數據模塊與非接觸通信模塊集成在終端主板上，因而無需更換SIM卡，但需要更換終端；雙界面卡方案由于安全數據模塊與非接觸通信模塊集成在SIM卡上，天線與SIM卡相連，從SIM卡引出，因而需要更換SIM卡，部分終端無需改動；雙界面卡升級方案由于安全數據模塊與非接觸通信模塊集成在SIM卡上，天線做到終端或后蓋上，天線與SIM卡相連，從SIM卡引出，因而需要更換SIM卡和終端；終端/卡協作方案由于安全模塊集成在SIM卡上，非接觸通信模塊集成在終端上，天線集成在終端上，因而需要更換終端和SIM卡。
在非接觸支付業務對其它業務的影響方面，雙界面卡方案和雙界面卡升級方案由于SIM卡與天線的通訊占用了C4和C8兩預留接口，影響大容量SIM卡相關業務；貼片方案、全終端方案、終端/卡協作方案對其它業務沒有影響。
在多應用支持方面，雙界面卡方案、雙界面卡升級方案、終端/卡協作方案比較有優勢，因為SIM卡支持Global Platform(GP)技術架構，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建多個獨立的安全域，以存儲多種完全不同的應用，例如移動通信、公共交通，電子錢包，票務應用，門禁等；而貼片方案、全終端方案由于應用不存儲在SIM卡上，所以不能很好的支持多應用。
在安全性方面，雙界面卡方案、雙界面卡升級方案、終端/卡協作方案具有明顯的優勢，因為SIM卡本身的安全機制為存儲在卡中的交易提供了一個安全的運行環境，同時，基于GP架構的Java卡更實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；而貼片方案、全終端方案由于安全模塊不存儲在SIM卡上，所以其安全性尚需檢驗。圖4為遵循GP架構的SIM卡在終端中的示意圖。
在遠程管理方面，雙界面卡方案、雙界面卡升級方案、終端/卡協作方案也具有明顯的優勢，SIM卡可以通過OTA空中下載的方式，使用戶獲得各種應用，而OTA空中下載是可以通過各種標準協議來管理的；而貼片方案、全終端方案由于應用不存儲在SIM卡上，所以其無法進行遠程管理。在終端/卡協作方案下，NFC芯片與SIM卡之間采用SWP協議實現單線數據通訊。SWP（Single Wire Protocol）是由Gemalto公司提出的基于SIM卡C6引腳的單線連接方案[5]。在SWP方案中，接口界面包括三根線：VCC（C1）、GND（C5）、SWP（C6），其中SWP一根信號線上基于電壓和負載調制原理實現全雙工通訊。SWP方案要求SIM卡和NFC模擬前端芯片同時重新設計，涉及的面比較廣，市場推進的難度較大。另外，NFC應用非常關注掉電模式下的應用，SWP的負載調制通訊方式帶來接口的功耗損失，對掉電模式下的性能有不利影響。
圖 4 遵循GP 架構的SIM 卡在終端中的示意圖
5．結論
從有利于價值鏈各方發展的角度考慮，我們建議實施終端/卡協作方案，由移動運營商來推動整個業務的發展，這樣既可以有效地規劃和管理非接觸業務，控制非接觸業務的服務質量，保證非接觸業務的運營，又可以實現價值鏈各方的共贏。由于手機支付的最終實現方案為NFC方案，我們建議貼片方案和全終端方案不做試點，雙界面卡方案控制在現有試點規模，不再擴大。
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