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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。
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。
(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。
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。
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。
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
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
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
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。
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