基于智能卡的NFC技術(shù)的研究
文章出處:http://m.compasssalessolutions.com 作者:杜啟宏 郭達(dá) 人氣: 發(fā)表時間:2011年10月08日
1 引言
近場通信( NFC ,Near Field Communication ) 技術(shù)是近年來被廣泛應(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, 給人們的生活帶來便捷。
NFC 的應(yīng)用分為行業(yè)應(yīng)用和個人應(yīng)用,
如圖1所示, 行業(yè)應(yīng)用如信用卡、電子票證、門禁卡、電子錢包等, 個人應(yīng)用滿足人們?nèi)粘5男枨螅?可應(yīng)用于衣食住行、工作娛樂等各個方面。
目前在我國, 廣泛使用的NFC業(yè)務(wù)不少, 但都各自為陣,每個應(yīng)用需單獨(dú)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(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NFC應(yīng)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(yīng)用的優(yōu)勢,無線網(wǎng)絡(luò)能為這些應(yīng)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(jī)制也能被NFC業(yè)務(wù)所用,尤其是移動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)
移動通信終端,也就是我們常說的手機(jī),具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢來成為NFC業(yè)務(wù)用戶側(cè)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(jī),將NFC業(yè)務(wù)用戶側(cè)模塊植入手機(jī),不會增加額外攜帶的裝置;其次,手機(jī)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(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)中的用戶識別模塊,是功能強(qiáng)大的智能卡,在移動通信中提供了認(rèn)證鑒權(quán)、計費(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。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)的存儲以及安全過程的計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)用提供高等級的安全機(jī)制。
在電信領(lǐng)域中所使用的智能卡有8個觸點(diǎn),但在日常使用當(dāng)中一般只適用其中的6個觸點(diǎn),剩下來兩個觸點(diǎn)一般保留,NFC業(yè)務(wù)可以利用這兩個保留的觸點(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(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)用開發(fā)商外的第三方,可以提供安全域來進(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(yīng)用下載、安裝、刪除;
◆卡和應(yīng)用的生命周期管理:通過注冊表來管理卡和應(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(shí)現(xiàn)多應(yīng)用的管理和調(diào)度提供了一種有效的手段,而通過在一個手機(jī)上實(shí)現(xiàn)多個NFC業(yè)務(wù)是我們追求的目標(biāo),我們希望使用一臺手機(jī)就能實(shí)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(shè)備??梢哉fGP為智能卡提供多個NFC業(yè)務(wù)提供了一個有效的橋梁和紐帶。但遺憾的是, 目前GP應(yīng)用于智能卡的多應(yīng)用管理在我國并不多見,許多廠商都使用了自主開發(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,用讀卡器讀寫卡內(nèi)數(shù)據(jù),如ETC中汽車側(cè)的設(shè)備和我們?nèi)粘K玫墓豢?;閱讀器模式是用戶側(cè)的設(shè)備可以作為讀卡器,來讀寫另外一張卡;點(diǎn)對點(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)對點(diǎn)連接,來傳送文件或者玩聯(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。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,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、觸點(diǎn),導(dǎo)致IC—USB等新技術(shù)無法使用,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)對點(diǎn)通信模式。RF—SIM對手機(jī)沒有任何要求。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,究竟哪個會成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一統(tǒng)天下,還是會三分天下, 目前還沒有定論,國內(nèi)運(yùn)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(jìn)行基于智能卡NFC業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及測試工作。
4 結(jié)束語
基于智能卡的NFC實(shí)現(xiàn)方式多樣,且能通過GP等技術(shù)支持在一臺終端上裝載多個應(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行業(yè),l:lrJzlu手機(jī)掌握在移動運(yùn)營商手中,而行業(yè)應(yīng)用和客戶在銀行、交通管理部門手中,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,在我國尚未形成國家標(biāo)準(zhǔn),指定哪種實(shí)現(xiàn)方式為我國的國家標(biāo)準(zhǔn)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(wù)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(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)該解決的問題。