NFC技術(shù)引領(lǐng)移動(dòng)支付新時(shí)代

本刊編輯部

本世紀(jì)初,當(dāng)人們還在把目光聚焦在介于通訊層面的五花八門的手機(jī)附加功能上時(shí),移動(dòng)支付這個(gè)全新的支付概念已經(jīng)進(jìn)入中國(guó),這不但改變了人們賦予手機(jī)的傳統(tǒng)“身份”,更加顛覆了人們傳統(tǒng)觀念中的支付手段與支付方式。一種方便、快捷的支付生活越來(lái)越多的被人們所關(guān)注。NFC技術(shù)在手機(jī)上的應(yīng)用,使得移動(dòng)支付成為可能,這種技術(shù)尤其受到了年輕一族的熱捧。

目前NFC最廣泛的應(yīng)用是手機(jī)地鐵票,在包括我國(guó)廣州在內(nèi)的多個(gè)地區(qū)試用該技術(shù)后,都得到了廣泛贊譽(yù)。方便的操作過(guò)程,將使其很有可能最終取代地鐵IC卡車票。盡管目前基于NFC技術(shù)的移動(dòng)支付大多還處于試用階段,但是業(yè)界對(duì)其未來(lái)充滿信心。

NFC概念簡(jiǎn)介

NFC英文全稱Near Field Communication,即近距離通訊技術(shù)。NFC是脫胎于無(wú)線設(shè)備間的一種“非接觸式射頻識(shí)別”(RFID)及互聯(lián)技術(shù),為所有消費(fèi)性電子產(chǎn)品提供了一個(gè)極為便利的通訊方式。

NFC在單一芯片上結(jié)合了感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的功能。在數(shù)厘米(通常是15厘米以內(nèi))距離之間于13.56MHz頻率范圍內(nèi)運(yùn)作,通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù),任意兩個(gè)設(shè)備(如移動(dòng)電話)接近而不需要線纜接插,就可以實(shí)現(xiàn)相互間的通信,滿足任何兩個(gè)無(wú)線設(shè)備間的信息交換、內(nèi)容訪問(wèn)、服務(wù)交換。

NFC技術(shù)背景

NFC是由飛利浦公司發(fā)起,由諾基亞、索尼等著名廠商聯(lián)合主推的一項(xiàng)無(wú)線技術(shù)。由多家公司、大學(xué)和用戶共同成立了泛歐聯(lián)盟,旨在開(kāi)發(fā)NFC的開(kāi)放式架構(gòu),并推動(dòng)其在手機(jī)中的應(yīng)用。NFC由非接觸式射頻識(shí)別(RFID)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來(lái),在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。這項(xiàng)技術(shù)最初只是RFID技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的簡(jiǎn)單合并,現(xiàn)在已經(jīng)演變成一種短距離無(wú)線通信技術(shù),發(fā)展態(tài)勢(shì)相當(dāng)迅速。

與RFID不同的是,NFC具有雙向連接和識(shí)別的特點(diǎn),工作于13.56MHz頻率范圍,作用距離10厘米左右。NFC技術(shù)在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化,同時(shí)也兼容應(yīng)用廣泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡的基礎(chǔ)架構(gòu)。

NFC芯片裝在手機(jī)上,手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)小額電子支付和讀取其他NFC設(shè)備或標(biāo)簽的信息。NFC的短距離交互大大簡(jiǎn)化整個(gè)認(rèn)證識(shí)別過(guò)程,使電子設(shè)備間互相訪問(wèn)更直接、更安全和更清楚。通過(guò)NFC,電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PDA等多個(gè)設(shè)備之間可以很方便快捷地進(jìn)行無(wú)線連接,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與RFID一樣,NFC信息也是通過(guò)頻譜中無(wú)線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞,但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先,NFC是一種提供輕松、安全、迅速的通信無(wú)線連接技術(shù),其傳輸范圍比RFID小,RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米,但由于NFC采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù),相對(duì)于RFID來(lái)說(shuō)NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。 其次,NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容,目前已經(jīng)成為得到越來(lái)越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)。再次,NFC還是一種近距離連接協(xié)議,提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動(dòng)的通信。與無(wú)線世界中的其他連接方式相比,NFC是一種近距離的私密通信方式。最后,RFID更多的被應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理上,而NFC則在門禁、公交、手機(jī)支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。

同時(shí),NFC還優(yōu)于紅外和藍(lán)牙傳輸方式。作為一種面向消費(fèi)者的交易機(jī)制,NFC比紅外更快、更可靠而且簡(jiǎn)單得多。與藍(lán)牙相比,NFC面向近距離交易,適用于交換財(cái)務(wù)信息或敏感的個(gè)人信息等重要數(shù)據(jù);藍(lán)牙能夠彌補(bǔ)NFC通信距離不足的缺點(diǎn),適用于較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信。因此,NFC和藍(lán)牙互為補(bǔ)充,共同存在。事實(shí)上,快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導(dǎo)兩臺(tái)設(shè)備之間的藍(lán)牙配對(duì)過(guò)程,促進(jìn)了藍(lán)牙的使用。

NFC手機(jī)內(nèi)置NFC芯片,組成RFID模塊的一部分,可以當(dāng)作RFID無(wú)源標(biāo)簽使用,用來(lái)支付費(fèi)用;也可以當(dāng)作RFID讀寫器用作數(shù)據(jù)交換與采集。NFC技術(shù)支持多種應(yīng)用,包括移動(dòng)支付與交易、對(duì)等式通信及移動(dòng)中信息訪問(wèn)等。通過(guò)NFC手機(jī),人們可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間,通過(guò)任何設(shè)備,與他們希望得到的娛樂(lè)服務(wù)與交易聯(lián)系在一起,從而完成付款,獲取海報(bào)信息等。NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路,其應(yīng)用主要可分為以下四個(gè)基本類型:用于付款和購(gòu)票、用于電子票證、用于智能媒體以及用于交換、傳輸數(shù)據(jù)。

NFC技術(shù)原理

1. 近距離無(wú)線通信

支持NFC的設(shè)備可以在主動(dòng)或被動(dòng)模式下交換數(shù)據(jù)。在被動(dòng)模式下,啟動(dòng)NFC通信的設(shè)備,也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備),在整個(gè)通信過(guò)程中提供射頻場(chǎng)(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(tái)設(shè)備。另一臺(tái)設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備),不必產(chǎn)生射頻場(chǎng),而使用負(fù)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(shè)備。此通信機(jī)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(shè)備在被動(dòng)模式下,可以用相同的連接和初始化過(guò)程檢測(cè)非接觸式智能卡或NFC目標(biāo)設(shè)備,并與之建立聯(lián)系。

在主動(dòng)模式下,每臺(tái)設(shè)備要向另一臺(tái)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),都必須產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng)。如圖1所示,發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場(chǎng),以便進(jìn)行通信。這是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)模式,可以獲得非?？焖俚倪B接設(shè)置。

如圖2所示,移動(dòng)設(shè)備主要以被動(dòng)模式操作,可以大幅降低功耗,并延長(zhǎng)電池壽命。在一個(gè)應(yīng)用會(huì)話過(guò)程中,NFC設(shè)備可以在發(fā)起設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間切換自己的角色。利用這項(xiàng)功能,電池電量較低的設(shè)備可以要求以被動(dòng)模式充當(dāng)目標(biāo)設(shè)備,而不是發(fā)起設(shè)備。

2. NFC與藍(lán)牙和紅外技術(shù)的比較

作為一種面向消費(fèi)者的交易機(jī)制,NFC比紅外更快、更可靠而且要簡(jiǎn)單得多。另一方面,藍(lán)牙則是一種彌補(bǔ)NFC通訊距離不足的缺點(diǎn),適用于較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信。NFC面向近距離交易交互,適用于交換財(cái)務(wù)信息或敏感的個(gè)人信息等重要數(shù)據(jù)。NFC和藍(lán)牙相互為補(bǔ)充,共同存在。事實(shí)上,快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導(dǎo)兩臺(tái)設(shè)備之間的藍(lán)牙配對(duì)過(guò)程,并在這方面促進(jìn)藍(lán)牙的使用。 模式的典型應(yīng)用是:建立藍(lán)牙連接、交換手機(jī)名片等。

技術(shù)分析

電磁場(chǎng)決定無(wú)線電波

術(shù)語(yǔ)“近場(chǎng)”是指無(wú)線電波的臨近電磁場(chǎng)。無(wú)線電波由正交電磁場(chǎng)組成,在工作頻率下天線周圍大約10波長(zhǎng)的范圍內(nèi),無(wú)線電波的行為遵循麥克斯韋方程。 電磁場(chǎng)在從發(fā)射天線傳播到接收天線的過(guò)程相互交換能量并相互增強(qiáng),這樣的電磁場(chǎng)稱之為遠(yuǎn)場(chǎng)。而在10個(gè)波長(zhǎng)以內(nèi),電磁場(chǎng)是相互獨(dú)立的,即為近場(chǎng),近場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)沒(méi)有多大意義,但磁場(chǎng)可用于短距離通訊。

由于在初級(jí)線圈(發(fā)射天線)和次級(jí)線圈之間仍有相當(dāng)大的距離,因此可以將NFC看做是一個(gè)耦合系數(shù)非常低的互感器。近磁場(chǎng)的主要問(wèn)題是信號(hào)傳播過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度會(huì)以大約1/d6的速率下降(這里d為通訊距離或范圍),因此使近場(chǎng)通訊成為名副其實(shí)的短程通訊技術(shù),而在稱之為無(wú)線電波的遠(yuǎn)場(chǎng)中,信號(hào)強(qiáng)度以1/d2的速率下降。

NXP公司和索尼公司發(fā)明了NFC技術(shù),Ecma International公司首次采用它做為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)(NFCIP-1或ECMA-340),并提交給國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)/國(guó)際電工委員會(huì)(IEC),成為ISO/IEC 18092標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也得到了歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的承認(rèn),從此后已經(jīng)有多個(gè)半導(dǎo)體公司開(kāi)始生產(chǎn)兼容性和互操作芯片。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類似于智能卡中所采用的NFC技術(shù),并與其兼容,其內(nèi)部芯片能夠使消費(fèi)者通過(guò)銷售點(diǎn)(POS)終端閱讀器進(jìn)行支付。在某些工作模式下NFC的功能類似于射頻識(shí)別(RFID)。NXP公司的MIFARE和索尼公司的FeliCa產(chǎn)品就采用了已經(jīng)制定的智能卡標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)13.56MHz的工作頻率,這是一個(gè)免許可國(guó)際通用頻帶,是美國(guó)ISM帶15/18頻帶之一。數(shù)據(jù)傳輸速率為106、212或424kbps,取決于通訊范圍,在20cm或大約8英寸時(shí)傳輸速率最大,實(shí)際通訊范圍只有幾英寸或不大于10cm,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多種工作模式。

在主動(dòng)模式下,通訊雙方收發(fā)器加電后,任何一方可以采用“發(fā)送前偵聽(tīng)”協(xié)議來(lái)發(fā)起一個(gè)半雙工發(fā)送。在一個(gè)以上NFC設(shè)備試圖訪問(wèn)一個(gè)閱讀器時(shí)這個(gè)功能可以防止沖突,其中一個(gè)設(shè)備是發(fā)起者,而其它設(shè)備則是目標(biāo)。 在被動(dòng)模式下,像RFID標(biāo)簽一樣,目標(biāo)是一個(gè)被動(dòng)設(shè)備。標(biāo)簽從發(fā)起者傳輸?shù)拇艌?chǎng)獲得工作能量,然后通過(guò)調(diào)制磁場(chǎng)將數(shù)據(jù)傳送給發(fā)起者(后掃描調(diào)制,AM的一種)。

像任何先進(jìn)的無(wú)線技術(shù)一樣,NFC同樣面臨安全問(wèn)題。但是NFC設(shè)備非常小的通訊范圍完全可以將黑客排除在外。在這樣小的范圍內(nèi),完全可以放心地進(jìn)行通訊。如果需要更高的安全性,可以使用帶智能卡技術(shù)的NFC,智能卡技術(shù)內(nèi)置了重載加密認(rèn)證功能。

讓我們看看任何無(wú)線關(guān)聯(lián)模型的兩個(gè)基本要求:

① 安全的鏈接

加密無(wú)線鏈接需要一個(gè)公鑰,而且在帶內(nèi)通道必須是不可見(jiàn)的。鏈接密鑰通過(guò)手動(dòng)PIN(比如在藍(lán)牙中)或Diffie-Hellman自動(dòng)交換(比如在無(wú)線USB中)“實(shí)時(shí)”生成。建立鏈接密鑰后,便可啟用對(duì)稱加密(基于3DES和AES等)。

② 設(shè)備身份驗(yàn)證

即確保鏈接密鑰以預(yù)期的驗(yàn)證設(shè)備而不是偽裝的被動(dòng)/主動(dòng)中間人生成。此設(shè)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(tái)設(shè)備上輸入PIN碼。將此方法與使用NFC來(lái)關(guān)聯(lián)和設(shè)置相比較,具有如下優(yōu)點(diǎn):無(wú)需瀏覽查閱菜單或配置屏幕;只需將兩臺(tái)設(shè)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(dòng)交換相關(guān)數(shù)據(jù)。

用戶只需確認(rèn)交易,而且只需查看相關(guān)的信息。此過(guò)程將減少設(shè)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(wú)需增加任何開(kāi)銷即可改善安全功能。而且可以加快連接過(guò)程,同時(shí)又保留了像完成/錯(cuò)誤確認(rèn)和錯(cuò)誤修正等功能。用NFC可以使藍(lán)牙、無(wú)線USB和W-LAN等的配對(duì)與設(shè)備關(guān)聯(lián)變得非常簡(jiǎn)單、快捷和直觀,而且同時(shí)可以彌合移動(dòng)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品之間的缺口。

NFC的應(yīng)用情況

NFC技術(shù)的應(yīng)用 NFC設(shè)備可以用作非接觸式智能卡、智能卡的讀寫器終端以及設(shè)備對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。其應(yīng)用廣泛,NFC應(yīng)用可以分為四個(gè)基本類型。諸如門禁管制或交通/活動(dòng)檢票之類的應(yīng)用,用戶只需將儲(chǔ)存有票證或門禁代碼的設(shè)備靠近閱讀器即可。還可用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)擷取應(yīng)用,例如從海報(bào)上的智能標(biāo)簽讀取網(wǎng)址。

接觸、確認(rèn)。移動(dòng)付費(fèi)之類的應(yīng)用,用戶必須輸入密碼確認(rèn)交易,或者僅接受交易。

接觸、連接。將兩臺(tái)支持NFC的設(shè)備鏈接,即可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,例如下載音樂(lè)、交換圖像或同步處理通信錄等。

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

1. NFC用于智能媒體

對(duì)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(gè)成本很低的RFID(嵌入或附加在海報(bào)中)標(biāo)簽,可以通過(guò)移動(dòng)電話讀取,借此發(fā)現(xiàn)當(dāng)前環(huán)境下豐富多樣的服務(wù)項(xiàng)目。并且手機(jī)可以啟動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請(qǐng)求,并立即按比例增加運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)流量。運(yùn)營(yíng)商可以投資這個(gè)“即時(shí)滿足”工具,通過(guò)鈴聲下載、移動(dòng)游戲和其他收費(fèi)的增值服務(wù)來(lái)增加收入。

2. NFC用于付款和購(gòu)票等

最早在移動(dòng)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(guò)非接觸式卡提供任何增值服務(wù),而且也不利用移動(dòng)電話的功能或移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)。之后經(jīng)過(guò)改進(jìn),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(jiàn)證向NFC電話發(fā)展的趨勢(shì),這種電話充分利用移動(dòng)電話功能和移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò),還提供卡讀寫器和設(shè)備對(duì)設(shè)備連接功能。

使用非接觸式智能卡的支付方式在美國(guó)和亞太地區(qū)發(fā)展勢(shì)頭良好。Visa、MasterCard和美國(guó)運(yùn)通等信用卡的內(nèi)置支付程序可以安全地存儲(chǔ)在設(shè)備上的安全I(xiàn)C卡內(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(dòng)電話公司的新服務(wù)項(xiàng)目。

3. NFC用于電子票證

電子票證是以電子方式存儲(chǔ)的訪問(wèn)權(quán)限,消費(fèi)者可以購(gòu)買此權(quán)限以獲得娛樂(lè)場(chǎng)所的入場(chǎng)權(quán)。整個(gè)電子票證購(gòu)買過(guò)程只需幾秒鐘,對(duì)消費(fèi)者而言非常簡(jiǎn)單便捷。在收集并確認(rèn)了消費(fèi)者的支付信息后,電子票證將自動(dòng)傳輸?shù)较M(fèi)者的移動(dòng)電話或安全芯片中。

用戶將移動(dòng)電話靠近自動(dòng)售票終端,即開(kāi)始交易。用戶與服務(wù)設(shè)備充分交互,然后通過(guò)在移動(dòng)電話上確認(rèn)交易,完成購(gòu)買過(guò)程。到娛樂(lè)場(chǎng)所時(shí),用戶只需將自己的移動(dòng)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(jìn)入。

4. NFC用于連接和作為無(wú)線啟動(dòng)設(shè)備

消費(fèi)者希望無(wú)線連接簡(jiǎn)單便捷,但對(duì)消費(fèi)者承諾的便利性和移動(dòng)性卻仍未兌現(xiàn)。雖然使用方便已成為消費(fèi)者優(yōu)先選擇的主要?jiǎng)右?但安全性能也是一種必要的因素。

發(fā)展前景

NFC具有成本低廉、方便易用和更富直觀性等特點(diǎn),這讓它在某些領(lǐng)域顯得更具潛力。NFC通過(guò)一個(gè)芯片、一根天線和一些軟件的組合,能夠?qū)崿F(xiàn)各種設(shè)備在幾厘米范圍內(nèi)的通信,而費(fèi)用僅為2-3歐元。研究機(jī)構(gòu)Strategy Analytics預(yù)測(cè),至2011年全球基于移動(dòng)電話的非接觸式支付額將超過(guò)360億美元。如果NFC技術(shù)能得到普及,它將在很大程度上改變?nèi)藗兪褂迷S多電子設(shè)備的方式,甚至改變使用信用卡、鑰匙和現(xiàn)金的方式。

NFC作為一種新興的技術(shù),大致總結(jié)了藍(lán)牙技術(shù)協(xié)同工作能力差的弊病。不過(guò),它的目標(biāo)并非是完全取代藍(lán)牙、Wi-Fi等其他無(wú)線技術(shù),而是在不同的場(chǎng)合、不同的領(lǐng)域起到相互補(bǔ)充的作用。因?yàn)镹FC的數(shù)據(jù)傳輸速率較低,僅為212Kbps,不適合諸如音視頻流等需要較高帶寬的應(yīng)用。

需要密切關(guān)注的是,中國(guó)政府正在制定自己的RFID標(biāo)準(zhǔn),而飛利浦的NFC技術(shù)是否完全兼容并得到中國(guó)政府的認(rèn)可對(duì)消費(fèi)者相當(dāng)重要。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)成立了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工作組,負(fù)責(zé)起草、制定中國(guó)有關(guān)RFID的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),據(jù)稱這樣將使中國(guó)獲得相關(guān)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),又能將RFID發(fā)展納入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的軌道。整個(gè)認(rèn)證過(guò)程很可能需要飛利浦等公司公開(kāi)一些關(guān)鍵的技術(shù),這可能成為NFC在中國(guó)推廣應(yīng)用的絆腳石。