基于智能卡的NFC技術(shù)的研究

文章出處：http://56733.cn 作者：杜啟宏 郭達(dá)   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月08日

    1 引言

    近場(chǎng)通信( NFC ，Near Field Communication ) 技術(shù)是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)被廣范應(yīng)用于電子支付、身份識(shí)別和信息傳遞等的各種應(yīng)用領(lǐng)域， 從而促進(jìn)電信、銀行、交通等領(lǐng)域的進(jìn)一步融合， 給人們的生活帶來(lái)便捷。 

    NFC 的應(yīng)用分為行業(yè)應(yīng)用和個(gè)人應(yīng)用， 

    如圖1所示， 行業(yè)應(yīng)用如信用卡、電子票證、門(mén)禁卡、電子錢(qián)包等， 個(gè)人應(yīng)用滿足人們?nèi)粘５男枨螅?可應(yīng)用于衣食住行、工作娛樂(lè)等各個(gè)方面。 

    目前在我國(guó)， 廣泛使用的NFC業(yè)務(wù)不少， 但都各自為陣，每個(gè)應(yīng)用需單獨(dú)建立一套系統(tǒng)，如單位門(mén)禁卡、公交卡、ETC (Electronic Toll Collection不停車(chē)收費(fèi))等。每一套單獨(dú)的應(yīng)用都要建立一套系統(tǒng)，每使用一個(gè)NFC應(yīng)用，用戶都需要帶一張卡或一個(gè)裝置，如此一來(lái)，給用戶的使用帶來(lái)很多的不便。 

    而移動(dòng)通信終端具有整合NFC應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能為這些應(yīng)用提供隨時(shí)隨地的傳遞信息，同時(shí)移動(dòng)通信系統(tǒng)的安全機(jī)制也能被NFC業(yè)務(wù)所用，尤其是移動(dòng)通信終端中使用的智能卡，為NFC業(yè)務(wù)在手機(jī)終端中實(shí)現(xiàn)提供了很多實(shí)用的機(jī)制。 

    2 智能卡與NFC業(yè)務(wù) 

    移動(dòng)通信終端，也就是我們常說(shuō)的手機(jī)，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)來(lái)成為NFC業(yè)務(wù)用戶側(cè)的載體，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，很多人都擁有手機(jī)，將NFC業(yè)務(wù)用戶側(cè)模塊植入手機(jī)，不會(huì)增加額外攜帶的裝置；其次，手機(jī)是無(wú)線通信的終端，NFC也是一種無(wú)線通信，將NFC的裝置放人手機(jī)，可以共用一些裝置和器件，如天線和射頻部分；第三，手機(jī)中的用戶識(shí)別模塊，是功能強(qiáng)大的智能卡，在移動(dòng)通信中提供了認(rèn)證鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)等功能；此外，智能卡中的一些新技術(shù)，如GP(GlobalPfalf0rm)能管理應(yīng)用，為應(yīng)用提供安裝、下載、刪除等功能，而這些功能，都能滿足NFC的某些需求。因此本文討論的NFC方式，是內(nèi)置在移動(dòng)通信終端中的，基于智能卡的實(shí)現(xiàn)方式。 

    智能卡的主要功能是用戶的認(rèn)證鑒權(quán)，在2G的GSM網(wǎng)絡(luò)中使用的叫做SlM (Subsc riber Identity Module，用戶識(shí)別模塊)卡，在3G的UMTS中使用的叫做USIM (Universal Subscriber Identity Module，通用用戶識(shí)別模塊)卡。SfM卡和USIM卡是網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證鑒權(quán)的重要實(shí)體，由于私密數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及安全過(guò)程的計(jì)算都在智能卡中完成，因此有相當(dāng)高的安全性，能夠?yàn)橹T如NFC應(yīng)用提供高等級(jí)的安全機(jī)制。 

    在電信領(lǐng)域中所使用的智能卡有8個(gè)觸點(diǎn)，但在日常使用當(dāng)中一般只適用其中的6個(gè)觸點(diǎn)，剩下來(lái)兩個(gè)觸點(diǎn)一般保留，NFC業(yè)務(wù)可以利用這兩個(gè)保留的觸點(diǎn)與天線連接。

    作為智能卡的一項(xiàng)重要技術(shù)。GP(GIObaI Platfo rm ) 為智能卡支持多應(yīng)用提供了一種有效的解決方案。GP標(biāo)準(zhǔn)化組織由VISA International公司為中心于1999年1 1月成立，其目標(biāo)是降低由交叉行業(yè)和多應(yīng)用智能卡增長(zhǎng)所帶來(lái)的屏障，而智能卡發(fā)行商將依IEl可以自由選擇卡、終端和后臺(tái)系統(tǒng)。該組織是隨著智能卡的興起而成立的，很多行業(yè)，如銀行、公共交通、移動(dòng)通信等，都使用智能卡來(lái)進(jìn)行電子消費(fèi)或認(rèn)證身份，這樣可能導(dǎo)致用戶需要攜帶很多張卡。而GP為了便攜和降低成本，可提供在一張卡上集成多個(gè)應(yīng)用的解決方法。 

    引入GP后，與智能卡相關(guān)的角色有：
    ◆應(yīng)用提供商：擁有應(yīng)用并對(duì)應(yīng)用的行為負(fù)責(zé)的機(jī)構(gòu)；
    ◆卡片發(fā)行商：擁有卡片并最終對(duì)卡片的行為負(fù)責(zé)的機(jī)構(gòu)；
    ◆卡使用者；
    ◆卡外實(shí)體：跟卡進(jìn)行通信以完成會(huì)話通信的終端：
    ◆認(rèn)證控制權(quán)威：即卡發(fā)行商和應(yīng)用開(kāi)發(fā)商外的第三方，可以提供安全域來(lái)進(jìn)行身份認(rèn)證和下載應(yīng)用；
    ◆應(yīng)用：作為軟件組成部分，其作用就是在卡上實(shí)現(xiàn)某些特定的功能。 

    GP提供的基本服務(wù)包括：
    ◆動(dòng)態(tài)管理卡空間：通過(guò)不同的安全域來(lái)承載不同安全需求的應(yīng)用下載、安裝、刪除；
    ◆卡和應(yīng)用的生命周期管理：通過(guò)注冊(cè)表來(lái)管理卡和應(yīng)用的生命周期狀態(tài)；
    ◆卡命令的分發(fā)：命令通過(guò)卡管理來(lái)分發(fā)，這樣等于加入了一層過(guò)濾。提供了安全保證；
    ◆卡片密鑰管理：對(duì)密鑰分組分ID管理。不同安全域也管理著該安全域的一個(gè)密鑰集，來(lái)提供不同級(jí)別的安全管理。 

    GP的引人為智能卡上實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用的管理和調(diào)度提供了一種有效的手段，而通過(guò)在一個(gè)手機(jī)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)NFC業(yè)務(wù)是我們追求的目標(biāo)，我們希望使用一臺(tái)手機(jī)就能實(shí)現(xiàn)刷卡、門(mén)禁、公交等，而不是像過(guò)去那樣需要攜帶多張卡或者多個(gè)設(shè)備。可以說(shuō)GP為智能卡提供多個(gè)NFC業(yè)務(wù)提供了一個(gè)有效的橋梁和紐帶。但遺憾的是， 目前GP應(yīng)用于智能卡的多應(yīng)用管理在我國(guó)并不多見(jiàn)，許多廠商都使用了自主開(kāi)發(fā)的管理多應(yīng)用的機(jī)制。 

    3 基于智能卡NFC實(shí)現(xiàn)方式及比較 

    在NFC的實(shí)現(xiàn)方案中，用戶側(cè)的設(shè)備支持三種模式：卡模擬模式、閱讀器模式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式?？M模式即用戶側(cè)設(shè)備可以作為卡，用讀卡器讀寫(xiě)卡內(nèi)數(shù)據(jù)，如ETC中汽車(chē)側(cè)的設(shè)備和我們?nèi)粘Ｋ玫墓豢ǎ婚喿x器模式是用戶側(cè)的設(shè)備可以作為讀卡器，來(lái)讀寫(xiě)另外一張卡；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式即用戶之間可以利用NFC的裝置完成類似于藍(lán)牙點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，來(lái)傳送文件或者玩聯(lián)機(jī)游戲。 

    基于智能卡的NFC實(shí)現(xiàn)方式一般都是利用現(xiàn)有的智能卡，加上射頻模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前基于智能卡的NFC實(shí)現(xiàn)方式主要有以下三種： 

    (1)eNFC技術(shù) 

    eNFC技術(shù)由ETSI進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，工作頻點(diǎn)在13．56MHz，通訊距離設(shè)計(jì)為4厘米。eNFC技術(shù)示意圖如圖2所示，可以實(shí)現(xiàn)卡模擬模式、閱讀器模式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式，但需要手機(jī)中加入天線和控制芯片的支持，目前支持的手機(jī)款型不多。

    (2)SlMPass

    雙界面SIM卡技術(shù)由某SIM卡供應(yīng)商主推，工作頻點(diǎn)在13 56MHz。SIMPass在功能上只支持非接觸式IC卡應(yīng)用。如圖3所示，無(wú)需改造手機(jī)，將天線與SIMPass直接聯(lián)接，即可為SIMpass提供射頻信號(hào)。這種方案具有天線組件成本低廉，用戶不需要更換手機(jī)的優(yōu)勢(shì)，有利于SIMpass的應(yīng)用推廣；缺點(diǎn)是使用了SIM卡中保留的兩個(gè)、觸點(diǎn)，導(dǎo)致IC—USB等新技術(shù)無(wú)法使用，而且連接的排線容易折損。 

    (3)RF—SIM 

    RF—SIM是一種集成度很高的方式，如圖4所示，將射頻和天線都封裝在了SIM卡的內(nèi)部，目前RF—SIM支持的頻點(diǎn)在2 45GHz。通過(guò)不同讀卡器模塊和設(shè)備，工作距離可控制在4厘米、5米和50米等范圍?？梢詫?shí)現(xiàn)卡模擬模式、閱讀器模式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。RF—SIM對(duì)手機(jī)沒(méi)有任何要求。但RF—SIM的頻點(diǎn)與目前市面上大多數(shù)讀卡機(jī)不一致，要大規(guī)模推廣需要更換大量的讀卡機(jī)，同時(shí)RF—SIM卡的成本較普通智能卡要高出很多。

    以上三種方式各有利弊，但都是基于智能卡的方法，究竟哪個(gè)會(huì)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一統(tǒng)天下，還是會(huì)三分天下， 目前還沒(méi)有定論，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商和交通、銀行等行業(yè)目前都投入了大量的人力物力進(jìn)行基于智能卡NFC業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及測(cè)試工作。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    基于智能卡的NFC實(shí)現(xiàn)方式多樣，且能通過(guò)GP等技術(shù)支持在一臺(tái)終端上裝載多個(gè)應(yīng)用，具有很高的實(shí)用性。但是，NFC的業(yè)務(wù)特點(diǎn)又決定了要跨越多個(gè)行業(yè)，l：lrJzlu手機(jī)掌握在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商手中，而行業(yè)應(yīng)用和客戶在銀行、交通管理部門(mén)手中，行業(yè)之間的協(xié)調(diào)是發(fā)展NFC業(yè)務(wù)的最大障礙。 

    基于智能卡的NFC實(shí)現(xiàn)方式各有優(yōu)劣，在我國(guó)尚未形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，指定哪種實(shí)現(xiàn)方式為我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚無(wú)定論，各種方式各建一套系統(tǒng)，彼此又不兼容，對(duì)于業(yè)務(wù)的開(kāi)展顯然是毫無(wú)益處的。 

    綜上所述，智能卡能為NFC提供很好的實(shí)現(xiàn)方式，但建立標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和跨越行業(yè)壁壘是發(fā)展NFC產(chǎn)業(yè)首要應(yīng)該解決的問(wèn)題。