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基于智能卡的NFC技術的研究

作者:杜啟宏 郭達
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2011-04-06 09:34:20
摘要:文章介紹了NFC的應用場景及發(fā)展趨勢,比較了基于智能卡的NFC的三種實現(xiàn)方法,并對基于智能卡的NFC業(yè)務發(fā)展提出一些建議。這項技術被廣范應用于電子支付、身份識別和信息傳遞等的各種應用領域, 從而促進電信、銀行、交通等領域的進一步融合, 給人們的生活帶來便捷。
  1 引言

  近場通信( NFC ,Near Field Communication ) 技術是近年來被廣泛應用的一項新技術。這項技術被廣范應用于電子支付、身份識別和信息傳遞等的各種應用領域, 從而促進電信、銀行、交通等領域的進一步融合, 給人們的生活帶來便捷。

  NFC 的應用分為行業(yè)應用和個人應用。


圖1 NFC的應用領域

  如圖1所示, 行業(yè)應用如信用卡、電子票證、門禁卡、電子錢包等, 個人應用滿足人們日常的需求, 可應用于衣食住行、工作娛樂等各個方面。

  目前在我國, 廣泛使用的NFC業(yè)務不少, 但都各自為陣,每個應用需單獨建立一套系統(tǒng),如單位門禁卡、公交卡、ETC (Electronic Toll Collection不停車收費)等。每一套單獨的應用都要建立一套系統(tǒng),每使用一個NFC應用,用戶都需要帶一張卡或一個裝置,如此一來,給用戶的使用帶來很多的不便。

  而移動通信終端具有整合NFC應用的優(yōu)勢,無線網(wǎng)絡能為這些應用提供隨時隨地的傳遞信息,同時移動通信系統(tǒng)的安全機制也能被NFC業(yè)務所用,尤其是移動通信終端中使用的智能卡,為NFC業(yè)務在手機終端中實現(xiàn)提供了很多實用的機制。

  2 智能卡與NFC業(yè)務

  移動通信終端,也就是我們常說的手機,具有得天獨厚的優(yōu)勢來成為NFC業(yè)務用戶側的載體,主要體現(xiàn)在以下三個方面:首先,很多人都擁有手機,將NFC業(yè)務用戶側模塊植入手機,不會增加額外攜帶的裝置;其次,手機是無線通信的終端,NFC也是一種無線通信,將NFC的裝置放人手機,可以共用一些裝置和器件,如天線和射頻部分;第三,手機中的用戶識別模塊,是功能強大的智能卡,在移動通信中提供了認證鑒權、計費等功能;此外,智能卡中的一些新技術,如GP(GlobalPfalf0rm)能管理應用,為應用提供安裝、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,是內置在移動通信終端中的,基于智能卡的實現(xiàn)方式。

  智能卡的主要功能是用戶的認證鑒權,在2G的GSM網(wǎng)絡中使用的叫做SlM (Subsc riber Identity Module,用戶識別模塊)卡,在3G的UMTS中使用的叫做USIM (Universal Subscriber Identity Module,通用用戶識別模塊)卡。SIM卡和USIM卡是網(wǎng)絡認證鑒權的重要實體,由于私密數(shù)據(jù)的存儲以及安全過程的計算都在智能卡中完成,因此有相當高的安全性,能夠為諸如NFC應用提供高等級的安全機制。

  在電信領域中所使用的智能卡有8個觸點,但在日常使用當中一般只適用其中的6個觸點,剩下來兩個觸點一般保留,NFC業(yè)務可以利用這兩個保留的觸點與天線連接。

  作為智能卡的一項重要技術。GP(GIObaI Platfo rm ) 為智能卡支持多應用提供了一種有效的解決方案。GP標準化組織由VISA International公司為中心于1999年1 1月成立,其目標是降低由交叉行業(yè)和多應用智能卡增長所帶來的屏障,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、移動通信等,都使用智能卡來進行電子消費或認證身份,這樣可能導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應用的解決方法。

  引入GP后,與智能卡相關的角色有: 
  ◆應用提供商:擁有應用并對應用的行為負責的機構; 
  ◆卡片發(fā)行商:擁有卡片并最終對卡片的行為負責的機構; 
  ◆卡使用者; 
  ◆卡外實體:跟卡進行通信以完成會話通信的終端: 
  ◆認證控制權威:即卡發(fā)行商和應用開發(fā)商外的第三方,可以提供安全域來進行身份認證和下載應用; 
  ◆應用:作為軟件組成部分,其作用就是在卡上實現(xiàn)某些特定的功能。

  GP提供的基本服務包括: 
  ◆動態(tài)管理卡空間:通過不同的安全域來承載不同安全需求的應用下載、安裝、刪除; 
  ◆卡和應用的生命周期管理:通過注冊表來管理卡和應用的生命周期狀態(tài); 
  ◆卡命令的分發(fā):命令通過卡管理來分發(fā),這樣等于加入了一層過濾。提供了安全保證; 
  ◆卡片密鑰管理:對密鑰分組分ID管理。不同安全域也管理著該安全域的一個密鑰集,來提供不同級別的安全管理。

  GP的引人為智能卡上實現(xiàn)多應用的管理和調度提供了一種有效的手段,而通過在一個手機上實現(xiàn)多個NFC業(yè)務是我們追求的目標,我們希望使用一臺手機就能實現(xiàn)刷卡、門禁、公交等,而不是像過去那樣需要攜帶多張卡或者多個設備??梢哉fGP為智能卡提供多個NFC業(yè)務提供了一個有效的橋梁和紐帶。但遺憾的是, 目前GP應用于智能卡的多應用管理在我國并不多見,許多廠商都使用了自主開發(fā)的管理多應用的機制。

  3 基于智能卡NFC實現(xiàn)方式及比較

  在NFC的實現(xiàn)方案中,用戶側的設備支持三種模式:卡模擬模式、閱讀器模式和點對點通信模式??M模式即用戶側設備可以作為卡,用讀卡器讀寫卡內數(shù)據(jù),如ETC中汽車側的設備和我們日常所用的公交卡;閱讀器模式是用戶側的設備可以作為讀卡器,來讀寫另外一張卡;點對點通信模式即用戶之間可以利用NFC的裝置完成類似于藍牙點對點連接,來傳送文件或者玩聯(lián)機游戲。

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

  (1)eNFC技術

  eNFC技術由ETSI進行標準化,工作頻點在13.56MHz,通訊距離設計為4厘米。eNFC技術示意圖如圖2所示,可以實現(xiàn)卡模擬模式、閱讀器模式和點對點通信模式,但需要手機中加入天線和控制芯片的支持,目前支持的手機款型不多。


圖2 eNFC技術示意圖


  (2)SlMPass

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


圖3 SlMPass技術示意圖

  (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卡的內部,目前RF—SIM支持的頻點在2 45GHz。通過不同讀卡器模塊和設備,工作距離可控制在4厘米、5米和50米等范圍??梢詫崿F(xiàn)卡模擬模式、閱讀器模式和點對點通信模式。RF—SIM對手機沒有任何要求。但RF—SIM的頻點與目前市面上大多數(shù)讀卡機不一致,要大規(guī)模推廣需要更換大量的讀卡機,同時RF—SIM卡的成本較普通智能卡要高出很多。


圖4 RF-SIM技術示意圖

  以上三種方式各有利弊,但都是基于智能卡的方法,究竟哪個會成為行業(yè)標準一統(tǒng)天下,還是會三分天下, 目前還沒有定論,國內運營商和交通、銀行等行業(yè)目前都投入了大量的人力物力進行基于智能卡NFC業(yè)務的標準化以及測試工作。

  4 結束語

  基于智能卡的NFC實現(xiàn)方式多樣,且能通過GP等技術支持在一臺終端上裝載多個應用,具有很高的實用性。但是,NFC的業(yè)務特點又決定了要跨越多個行業(yè),比如手機掌握在移動運營商手中,而行業(yè)應用和客戶在銀行、交通管理部門手中,行業(yè)之間的協(xié)調是發(fā)展NFC業(yè)務的最大障礙。

  基于智能卡的NFC實現(xiàn)方式各有優(yōu)劣,在我國尚未形成國家標準,指定哪種實現(xiàn)方式為我國的國家標準尚無定論,各種方式各建一套系統(tǒng),彼此又不兼容,對于業(yè)務的開展顯然是毫無益處的。

  綜上所述,智能卡能為NFC提供很好的實現(xiàn)方式,但建立標準的統(tǒng)一和跨越行業(yè)壁壘是發(fā)展NFC產(chǎn)業(yè)首要應該解決的問題。