利用NFC實現(xiàn)消費設備間連接和增值應用

 NFC是由飛利浦和索尼聯(lián)合開發(fā)的一種無線連接技術(shù)，使電子設備之間可以實現(xiàn)便捷的短距離通信。NFC為各種類型的消費類設備提供極為便利的連接方式，可快速、簡便地進行通信。在日趨復雜的連接世界中，已成為控制數(shù)據(jù)的最佳解決方案。其直觀的操作方式尤其便于消費者使用，而多項安全功能更使之成為支付和票證交易等應用的理想選擇。  

　　近距離無線通信  

　　支持NFC的設備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC通信的設備，也稱為NFC發(fā)起設備(主設備)，在整個通信過程中提供射頻場(RF-field)，如圖2所示。它可以選擇106kbps、212kbps或424kbps其中一種傳輸速度，將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一臺設備。另一臺設備稱為NFC目標設備(從設備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負載調(diào)制(load modulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設備。此通信機制與基于ISO14443A、MIFARE和FeliCa的非接觸式智能卡兼容，因此，NFC發(fā)起設備在被動模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標設備，并與之建立聯(lián)系。  

620)this.style.width=620;" border=0>

圖1：NFC主動通信模式。 


　　在主動模式下，每臺設備要向另一臺設備發(fā)送數(shù)據(jù)時，都必須產(chǎn)生自己的射頻場。如圖1所示，發(fā)起設備和目標設備都要產(chǎn)生自己的射頻場，以便進行通信。這是對等網(wǎng)絡通信的標準模式，可以獲得非?？焖俚倪B接設置。  

　　如圖2所示，移動設備主要以被動模式操作，可以大幅降低功耗，并延長電池壽命。在一個應用會話過程中，NFC設備可以在發(fā)起設備和目標設備之間切換自己的角色。利用這項功能，電池電量較低的設備可以要求以被動模式充當目標設備，而不是發(fā)起設備。  

　　1. 標準化  

　　NFC是符合ECMA 340與ETSI TS 102 190 V1.1.1以及ISO/IEC 18092標準的一種開放式平臺技術(shù)。這些標準詳細規(guī)定NFC設備的調(diào)制方案、編碼、傳輸速度與RF接口的幀格式，以及主動與被動NFC模式初始化過程中，數(shù)據(jù)沖突控制所需的初始化方案和條件。此外，這些標準還定義了傳輸協(xié)議，其中包括協(xié)議啟動和數(shù)據(jù)交換方法等。  

　　NFC空中接口符合以下標準：  

　　ISO/IEC 18092 NFCIP-1 / ECMA-340 / ETSI TS 102 190 V1.1.1 (2003-03)  

　　ISO/IEC 21481 NFCIP-2 / ECMA-352 / ETSI TS 102 312 V1.1.1 (2004-02)  

　　NFC測試方法符合以下標準：  

　　ISO/IEC 22536 NFCIP-1 RF 接口測試方法 / ECMA-356 / ETSI TS 102 345 V1.1.1 (2004-08)  

　　ISO/IEC 23917 有關(guān)NFC 的協(xié)議測試方法 / ECMA-362  

　　ISO/IEC 21481和ECMA 352中定義的NFC IP-2指定了一種靈活的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，用來檢測和選擇三種操作模式之一——NFC數(shù)據(jù)傳輸速度、鄰近耦合設備(PCD)和接近耦合設備(VCD)。選擇既定模式以后，按照所選的模式進行后續(xù)動作。網(wǎng)關(guān)標準還具體規(guī)定了RF接口和協(xié)議測試方法。  

　　這意味著符合NFCIP-2規(guī)范的產(chǎn)品將可以用作ISO 14443 A和B以及Felica(Proximity)和ISO 15693(Vicinity)的讀寫器。  

　　2. NFC與藍牙和紅外技術(shù)的比較  

　　作為一種面向消費者的交易機制，NFC比紅外更快、更可靠而且要簡單得多。另一方面，藍牙則是一種彌補NFC通訊距離不足的缺點，適用于較長距離數(shù)據(jù)通信。NFC面向近距離交易交互，適用于交換財務信息或敏感的個人信息等重要數(shù)據(jù)。NFC和藍牙相互為補充，共同存在。事實上，快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導兩臺設備之間的藍牙配對過程，并在這方面促進藍牙的使用。  

　　NFC技術(shù)的應用  

　　NFC設備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設備對設備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。其應用廣泛，NFC應用可以分為四個基本類型：  

　　接觸、完成。諸如門禁管制或交通/活動檢票之類的應用，用戶只需將儲存有票證或門禁代碼的設備靠近閱讀器即可。還可用于簡單的數(shù)據(jù)擷取應用，例如從海報上的智能標簽讀取網(wǎng)址。  

　　接觸、確認。移動付費之類的應用，用戶必須輸入密碼確認交易，或者僅接受交易。  

　　接觸、連接。將兩臺支持NFC的設備鏈接，即可進行點對點網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，例如下載音樂、交換圖像或同步處理通信錄等。  

　　接觸、探索。NFC設備可能提供不止一種功能，消費者可以探索了解設備的功能，找出NFC設備潛在的功能與服務。  

　　1. NFC用于智能媒體  

　　對于配備NFC的電話，利用其讀寫器功能，用戶只需接觸智能媒體即可獲取豐富的信息或下載相關(guān)內(nèi)容。此智能媒體帶有一個成本很低的RFID(嵌入或附加在海報中)標簽，可以通過移動電話讀取，借此發(fā)現(xiàn)當前環(huán)境下豐富多樣的服務項目。并且手機可以啟動移動網(wǎng)絡服務請求，并立即按比例增加運營商的網(wǎng)絡流量。運營商可以投資這個“即時滿足”工具，通過鈴聲下載、移動游戲和其他收費的增值服務來增加收入。   

     2. NFC用于付款和購票等  

　　最早在移動電話上使用非接觸式智能卡，只是將卡粘到電話中。也并未通過非接觸式卡提供任何增值服務，而且也不利用移動電話的功能或移動電話網(wǎng)絡。之后經(jīng)過改進，雖將非接觸式智能卡集成到電話中，但仍然是基于傳統(tǒng)智能卡部署的封閉系統(tǒng)。我們現(xiàn)在正見證向NFC電話發(fā)展的趨勢，這種電話充分利用移動電話功能和移動電話網(wǎng)絡，還提供卡讀寫器和設備對設備連接功能。  

　　使用非接觸式智能卡的支付方式在美國和亞太地區(qū)發(fā)展勢頭良好。Visa、MasterCard和美國運通等信用卡的內(nèi)置支付程序可以安全地存儲在設備上的安全IC內(nèi)。這樣，NFC電話就可以充分利用現(xiàn)有的支付基礎(chǔ)架構(gòu)，并能夠支持移動電話公司的新服務項目。  

　　3. NFC用于電子票證  

　　電子票證是以電子方式存儲的訪問權(quán)限，消費者可以購買此權(quán)限以獲得娛樂場所的入場權(quán)。整個電子票證購買過程只需幾秒鐘，對消費者而言非常簡單便捷。在收集并確認了消費者的支付信息后，電子票證將自動傳輸?shù)较M者的移動電話或安全芯片中。  

620)this.style.width=620;" border=0>　　 

圖2：NFC被動通信模式 


　　用戶將移動電話靠近自動售票終端，即開始交易。用戶與服務設備充分交互，然后通過在移動電話上確認交易，完成購買過程。到娛樂場所時，用戶只需將自己的移動電話靠近安裝在入口轉(zhuǎn)柵上的閱讀器即可，閱讀器在檢查了票證的有效性后允許進入。  

　　4.NFC用于連接和作為無線啟動設備  

　　消費者希望無線連接簡單便捷，但對消費者承諾的便利性和移動性卻仍未兌現(xiàn)。雖然使用方便已成為消費者優(yōu)先選擇的主要動因，但安全性能也是一種必要的因素。  

　　讓我們看看任何無線關(guān)聯(lián)模型的兩個基本要求：  

　　a. 安全的鏈接  

　　加密無線鏈接需要一個公鑰，而且在帶內(nèi)通道必須是不可見的。鏈接密鑰通過手動PIN(比如在藍牙中)或Diffie-Hellman自動交換(比如在無線USB中)“實時”生成。建立鏈接密鑰后，便可啟用對稱加密(基于3DES和AES等)。  

　　b. 設備身份驗證  

　　即確保鏈接密鑰以預期的驗證設備而不是偽裝的被動/主動中間人生成。此設置的常規(guī)方法要求連接一根線纜，以便關(guān)聯(lián)和交換鏈接密鑰和/或要求用戶在兩臺設備上輸入PIN碼。將此方法與使用NFC來關(guān)聯(lián)和設置相比較，具有如下優(yōu)點：無需瀏覽查閱菜單或配置屏幕；只需將兩臺設備彼此靠攏即可觸發(fā)相關(guān)軟件和用戶界面；建立此環(huán)境以后將自動交換相關(guān)數(shù)據(jù)。  

　　用戶只需確認交易，而且只需查看相關(guān)的信息。此過程將減少設備關(guān)聯(lián)所需的步驟，并最大限度地減少用戶交互操作。用戶無需增加任何開銷即可改善安全功能。而且可以加快連接過程，同時又保留了像完成/錯誤確認和錯誤修正等功能。用NFC可以使藍牙、無線USB和W-LAN等的配對與設備關(guān)聯(lián)變得非常簡單、快捷和直觀，而且同時可以彌合移動和消費類電子產(chǎn)品之間的缺口。  

　　將NFC集成到移動電話平臺  

　　1．移動電話集成NFC的好處  

　　擁有NFC的移動電話將會刺激消費者產(chǎn)生消費，為無線運營商、零售商和手機廠商帶來商機。配備NFC的電話通過讓消費者體驗直觀的連接方式，進而改變信息和服務的分配、付費和訪問方式。NFC電話能夠進行安全的移動支付和交易，還可以在移動過程中，方便地進行點對點通信以及輕松獲取信息。  

　　越來越多的消費者都在用移動電話下載付費內(nèi)容，例如為其電話下載鈴聲(當前，移動運營商10％到15％的收入都來自于下載鈴聲或基于Java的小游戲)。NFC提供的下一代標準化連接，將使消費者可以訪問海報、雜志和報刊亭等項目中的數(shù)字內(nèi)容(鈴聲、歌曲、游戲、Web鏈接、地址和優(yōu)惠券等)，還支持配備NFC的手機之間的點對點傳輸。  

　　現(xiàn)今的大多數(shù)手機都配備了藍牙(以后還有WiFi)相關(guān)功能，所以NFC可以充當啟動設備，使電話之間的數(shù)據(jù)交換傳輸更加便捷。NFC還支持多臺手機間進行多人游戲。當今市場上的設備界面一點都不直觀，從而很難利用這項技術(shù)(例如，通過滾動菜單來選擇特定的藍牙設備)。NFC允許用戶與環(huán)境交互，無需瀏覽復雜的菜單或執(zhí)行復雜的設置程序。  

　　2．確保安全性的架構(gòu)形式  

　　將NFC集成到移動電話平臺考慮過各種架構(gòu)。下面是已有或正在實施的幾個架構(gòu)示例：NFC器件可以集成到電話功能蓋中，這與諾基亞為其3220機型開發(fā)的解決方案一致；NFC器件可以集成到電話主印刷電路板上，例如NFC器件可以集成到Wireless Dynamics公司最近發(fā)布的Secure Digital(SD)卡中。  

　　為了支持像支付這樣的安全應用，NFC可以和一個安全芯片配合(前面介紹的智能卡仿真模式)。在這方面，該領(lǐng)域的幾大廠商也都在考慮下面不同的選項：  

　　NFC+SIM(用戶標識模塊)安全模式：用一條或幾條線路將SIM卡連接到符合NFC技術(shù)標準的非接觸式芯片。在這種情況下，SIM將托管移動商務應用程序和安全密鑰。天線直接連接到NFC芯片。飛利浦目前制造的NFC和智能卡IC都支持雙線數(shù)字接口。NFC芯片和安全芯片之間的這個接口(S2C)與現(xiàn)有的非接觸式標準完全兼容，并已提交給ECMA進行標準化。  

　　繞過SIM保障NFC的安全：在這種情況下，將特定的智能卡器件安裝到電話功能蓋、電話主PCB或者甚至是SD卡中。支付/票證應用程序和相關(guān)的安全密鑰則要存儲在智能卡IC中。將NFC和智能卡IC組合在單一封裝或芯片中，其單位成本最具吸引力，也可作為候選方案。  

　　還可能最終考慮將NFC與SIM卡和專用智能卡IC結(jié)合在一起，由后面二者提供安全性能。實際上，最終選擇哪種NFC和安全實施方案將受許多因素的影響。安全應用的所有權(quán)、不同參與者(移動運營商、金融服務提供商和手機廠商等)之間形成的業(yè)務伙伴關(guān)系，以及這些安全應用實際的個性化過程都將在定義最佳實施方案時起重要的作用。