基于手機NFC技術(shù)的行業(yè)卡充值實現(xiàn)與能力開放平臺構(gòu)建

摘要：隨著行業(yè)信息化進程的不斷推進，各類一卡通實體卡越來越多。如何便捷地給類目繁多的實體卡充值，是用戶用卡過程中的痛點。針對該問題，一方面，通過結(jié)合Android手機NFC技術(shù)與在線支付功能，開發(fā)一卡通充值手機客戶端產(chǎn)品，實現(xiàn)公交/地鐵、ETC、校園等行業(yè)金融IC卡快速充值;另一方面，通過建設(shè)能力開放平臺，將各行業(yè)一卡通充值快速引入，并通過插件形式供給自有及第三方產(chǎn)品使用，吸引外部合作、聚集合作方的力量共同推動行業(yè)信息化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：近場通信;開放平臺;行業(yè)信息化

DOI： 10. 11907/rjdk.191313

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7800（2020）001-0203-04

0 引言

隨著智慧城市、智慧交通等戰(zhàn)略的推進及智能卡技術(shù)的成熟和普及，各大中型城市一卡通系統(tǒng)處于快速建設(shè)狀態(tài)，覆蓋公共交通（支持公交、地鐵等）、社保醫(yī)療等領(lǐng)域;越來越多的行業(yè)和大型企業(yè)也開始建立自己的行業(yè)、企業(yè)一卡通系統(tǒng)，以便更好地服務(wù)行業(yè)客戶。各種城市一卡通、校園一卡通、高速一卡通等智能實體卡應(yīng)運而生，通過各種渠道分發(fā)到用戶手中，這些卡片大多具有儲值功能，通常為采用PBOC標(biāo)準(zhǔn)的金融IC卡。為了方便用戶充值，傳統(tǒng)行業(yè)一般會提供一卡通柜面充值服務(wù)，但因線下渠道成本高、選點難等問題，導(dǎo)致線下充值點較少、排隊人多，且不支持24小時服務(wù)，因此如何實現(xiàn)便捷的用戶卡充值成為一個亟待解決的問題。

近場通信（ Near Field Communication，NFC）技術(shù)以其高安全性和高性能逐漸成為非接觸通信的主流協(xié)議。隨著Android智能機的不斷發(fā)展，越來越多的手機具備NFC功能，如何利用手機NFC功能與PBOC標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)與金融一卡通安全交互成為重要的研究方向。在此基礎(chǔ)上，如能以NFC非接觸技術(shù)作為媒介，通過遠程支付功能實現(xiàn)實體卡充值，則用戶無需前往線下充值點即可隨時隨地實現(xiàn)一卡通充值，這將極大提升用戶充值效率、改進用戶體驗。

業(yè)界針對NFC與智能手機結(jié)合的行業(yè)應(yīng)用已有較多研究與實踐，在文獻[1-3]中研究人員闡述了如何通過手機NFC功能、實體卡片與門禁等應(yīng)用結(jié)合，但在NFC成功率和支付回滾等方面未進行持續(xù)優(yōu)化，難以付諸大規(guī)模商用;國外相關(guān)文獻[6-8]主要研究NFC與遠程支付能力的打通，但在與行業(yè)信息化結(jié)合的實踐上缺乏論述。此外，國內(nèi)外研究中均沒有對行業(yè)應(yīng)用進行匯聚，也缺乏對開放平臺模式對外提供能力的描述。

1 技術(shù)方案介紹

本文結(jié)合Android手機NFC技術(shù)與和包在線支付功能，開發(fā)一卡通充值手機客戶端產(chǎn)品，可實現(xiàn)公交/地鐵、ETC、校園等行業(yè)金融IC卡快速充值與能力融合，并通過建設(shè)能力開放平臺，將各行業(yè)一卡通充值應(yīng)用通過插件形式供給第三方產(chǎn)品使用，聚集合作方力量共同推動行業(yè)信息化發(fā)展，促進NFC手機終端銷售，普及、完善業(yè)務(wù)生態(tài)。

1.1 整體實施方案

為實現(xiàn)通過手機NFC功能為一卡通實體卡充值，客戶端需要借助手機NFC等通信協(xié)議建立卡片信令交互通道，將從接口機獲取的指令向卡片安全下發(fā);能力開放平臺側(cè)一方面需要與行業(yè)一卡通計費系統(tǒng)接口實現(xiàn)信令交互，另一方面要與遠程支付平臺（本文以“和包”支付平臺為例）實現(xiàn)支付功能對接。借助行業(yè)平臺實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯判斷和兩個平臺信令銜接，完成用戶卡片信息獲取一用戶和包支付金額一獲取行業(yè)充值腳本一卡片金額寫入等一系列流程，最終實現(xiàn)卡片充值。主要環(huán)節(jié)包括：

（1）通過一卡通手機客戶端調(diào)用Android NFC原生API，讀取卡片相關(guān)信息，建立手機卡片連接通道。

（2）平臺通過與支付平臺交互（中國移動支付平臺為“和包”支付），建立在線支付訂單，通過用戶遠程支付功能完成訂單支付。

（3）用戶支付后，能力開放平臺與行業(yè)一卡通計費系統(tǒng)交互，根據(jù)行業(yè)信令規(guī)范，獲取該行業(yè)卡對應(yīng)的鑒權(quán)和寫入腳本。通過NFC向卡片下發(fā)CPO、CAC1、GAC2等PBOC標(biāo)準(zhǔn)信令，最終實現(xiàn)金額寫入，并與行業(yè)系統(tǒng)確認充值結(jié)果。

系統(tǒng)業(yè)務(wù)框架如圖1所示。

1.2 Android客戶端研發(fā)

整體技術(shù)實現(xiàn)方案關(guān)鍵環(huán)節(jié)是以Android原生NFC功能為基礎(chǔ)開發(fā)手機客戶端。以手機NFC功能實現(xiàn)實體一卡通讀寫，需要在行業(yè)系統(tǒng)對接的基礎(chǔ)上依據(jù)不同行業(yè)卡端PBOC規(guī)范實現(xiàn)情況決定交互信令，并將業(yè)務(wù)邏輯在客戶端前后予以封裝實現(xiàn)?？蛻舳嗽诖嘶A(chǔ)上持續(xù)完善用戶交互體驗和設(shè)計，為用戶提供良好的使用體驗。本部分重點介紹基于NFC模塊的一卡通數(shù)據(jù)交互客戶端功能特色16-17]。

1.2.1

Android NFC模塊與PBOC2.0金融卡交互流程

目前各行業(yè)實體卡基本以PBOC2.0協(xié)議為主要標(biāo)準(zhǔn)，手機客戶端可通過注冊Android原聲API的NFC模組響應(yīng)事件，在用戶將NFC實體卡貼于手機NFC感應(yīng)區(qū)時喚起手機客戶端處理模塊，完成卡數(shù)據(jù)的讀取、校驗和指令下達，從而完成金融卡充值（圈存）功能。PBOC2.0金融卡圈存流程如圖2所示。

與卡片及后臺交互實現(xiàn)充值的詳細步驟包括：

（1）向卡發(fā)出選擇卡片應(yīng)用信息（select）指令，獲取應(yīng)用序列號（AID），并從卡片中獲取PDOL列表，卡片通過該列表告訴客戶端需要讀取的初始化數(shù)據(jù)。

（2）通過獲取每行業(yè)一卡通圈存的特定數(shù)據(jù)定義，向卡發(fā)出應(yīng)用初始化（GPO）指令，完成卡片初始化，使卡片可交易。卡片會返回AIP和AFL兩個數(shù)據(jù)，AIP提供客戶端卡片支持功能索引，AFL告知客戶端若完成某筆交易，客戶端應(yīng)從卡上讀取何種數(shù)據(jù)。AFL里包含了這些數(shù)據(jù)在卡片存儲中的位置和名稱。

（3）向卡發(fā)出讀數(shù)據(jù)（read record）指令，客戶端讀出AFL指定位置的所有數(shù)據(jù)，并保存到客戶端運行時的環(huán)境中，供后續(xù)流程使用。

（4）生成應(yīng)用密文（GACI）字段，客戶端根據(jù)第（3）步中獲取的8C參數(shù)模板數(shù)據(jù)，以用戶輸入的信息參數(shù)拼裝密文，如將9F0206（9F02表示授權(quán)金額，06表示12位16進制數(shù)）、9A03（9A表示交易日期，03表示6位16進制數(shù)）等參數(shù)拼裝生成應(yīng)用密文;又比如GACI可生成80AE80003400000000100000000000000001560000000000015615051263E0883767095916E68885E7AE97E488ADE5BF830000000000000000，返回密文為：80IE800002795F9A4FDC4B2CD207020103A02010010A0100000000003D15E5A09000。

（5）根據(jù)卡端返回的密文，獲取應(yīng)用密文中的相應(yīng)序列號字段和發(fā)行卡應(yīng)用數(shù)據(jù)，調(diào)用用戶和包支付進行支付扣款，獲取扣款成功的通知后，系統(tǒng)將調(diào)用行業(yè)服務(wù)端接口，獲取行業(yè)端的外部認證腳本（ External Authentication）與實際寫卡充值指令。

（6）將獲取的外部認證腳本發(fā)往卡端，卡片將驗證行業(yè)一卡通服務(wù)端腳本并確認是否與卡端數(shù)據(jù)相匹配，從而確認是否能夠信任后續(xù)寫卡腳本。

（7）驗證通過后，根據(jù)步驟（5）返回的寫卡腳本直接發(fā)往卡片執(zhí)行。如果卡片返回充值成功，則調(diào)用服務(wù)端接口確認交易成功，實現(xiàn)交易信息同步;如果卡片返回充值失敗，則調(diào)用沖正接口回滾用戶已支付的和包支付交易。

（8）生成CAC2指令告知卡片交易結(jié)束。至此，通過手機NFC模塊讀卡、充值的流程全部完成。

所有行業(yè)一卡通的圈存均需實現(xiàn)上述基礎(chǔ)流程，并以此為基礎(chǔ)對客戶端產(chǎn)品的交互和功能進一步優(yōu)化設(shè)計。

1.2.2 客戶端特色功能和充值體驗優(yōu)化

在APP試點中發(fā)現(xiàn)，用戶手機與卡在NFC通信中若出現(xiàn)任何異常中斷將導(dǎo)致交易失敗，該異常情況占總體失敗情況的70%以上。由于實體卡貼卡的正確性、穩(wěn)定性受人為因素與環(huán)境因素影響較大，因此如何減少干擾環(huán)節(jié)、做好用戶引導(dǎo)以提升NFC貼卡成功率是保證一卡通充值客戶端質(zhì)量非常重要的一環(huán)。

另外，在充值失敗后能夠立即退回用戶支付款項，并讓用戶知曉本次異常原因也是產(chǎn)品實現(xiàn)可持續(xù)運營能力的關(guān)鍵。

在實踐中，重點從以下方面優(yōu)化客戶端功能和體驗。

（1）-次貼卡模式。現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)NFC充值競品客戶端均需通過兩次貼卡交互方能進行充值：第一次貼卡查詢用戶信息、第二次貼卡進行充值，第一次和第二次貼卡需要用戶主動將卡片移開再貼上，因NFC貼卡有效距離僅有5cm，兩次貼卡在實際使用中增加了用戶操作難度，也使充值交易成功率大幅降低。在產(chǎn)品中采取一次貼卡的模式，自有客戶端通過狀態(tài)保持等優(yōu)化操作，使卡片信息讀取和充值僅需一次貼卡即可完成，既方便用戶操作，也極大提高充值成功率。

（2）面向普通用戶和線下商戶，提供多種快捷支付模式。通過分析普通用戶和線下商戶（線下便利店、移動特約辦理點）的充值行為習(xí)慣，提供不同的支付模式。普通用戶的支付賬戶一般綁定銀行卡、不存現(xiàn)金，充值頻率低，故針對其采用喚起支付插件的支付模式;線下商戶由于代客充值，要求速度快、效率高，故采用短信驗證碼加無磁無密快捷支付模式。

（3）聚合實現(xiàn)一卡通充值服務(wù)。以城市為單位，整合接入各行業(yè)一卡通充值功能，提供統(tǒng)一友好的操作界面。用戶只需下載使用客戶端，即可隨時隨地給自己或他人充值。

（4）卡片欠費提醒功能。記錄歷史信息，實現(xiàn)卡片欠費提醒，結(jié)合客戶端推送和短信方式通知用戶。

（5）充值、辦卡、用卡等操作引導(dǎo)。與合作方深度對接，收集實體卡辦理和使用過程中的注意事項并集中展現(xiàn)給用戶。為用戶提供辦卡、充值、用卡全過程的貼心服務(wù)，提升用戶體驗。

（6）充值異常即時退款。針對用戶充值失敗的情況，采用實時監(jiān)控的方式對交易訂單進行分析檢查，立即識別用戶充值失敗場景，為用戶即時退款。

客戶端UIUE設(shè)計示例如圖3所示。

2 能力開放平臺擴展

通過開放平臺模式，逐步增加資源整合能力。一方面強化行業(yè)一卡通充值能力的定制性和可擴展性，針對政企和聚類客戶的定制需求，可快速接人和擴展各類一卡通充值功能。隨著接入合作方的增加、經(jīng)驗持續(xù)積累，可形成功能接人規(guī)范，實現(xiàn)合作方模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化快速接人;另一方面，在各行業(yè)一卡通充值能力接入的基礎(chǔ)上，將各行業(yè)一卡通充值應(yīng)用（如校園卡充值、ETC充值、地鐵公交充值）以插件的形式提供解決方案，并將其合并到合作方產(chǎn)品項目中，推動內(nèi)外部合作方產(chǎn)品協(xié)同作用，提升自有支付業(yè)務(wù)影響力、完善支付生態(tài)環(huán)境。

能力開放平臺主要涉及的模塊和功能如圖4所示。

主要模塊包括：

（1）門戶子系統(tǒng)。提供普通用戶和開發(fā)者可訪問的頁面，普通用戶可下載一卡通快捷充客戶端直接使用;開發(fā)者可通過申請密鑰獲取SDK，并在自己的產(chǎn)品中使用。

（2）開放接口和消息總線。提供標(biāo)準(zhǔn)化接口封裝，作為消息樞紐的形式與內(nèi)部系統(tǒng)和行業(yè)平臺進行接口信令傳輸，并實現(xiàn)開發(fā)密鑰校驗、白名單控制等功能。

（3）能力管理子系統(tǒng)。提供行業(yè)充值業(yè)務(wù)邏輯、基礎(chǔ)支付能力、自有號碼鑒權(quán)和ss0等能力實現(xiàn)。

（4）運營分析子系統(tǒng)。可對平臺調(diào)用情況進行統(tǒng)計分析、輸出日志報表，并可針對商務(wù)合作實現(xiàn)計費管理。

針對開發(fā)者/合作方而言，可通過開放平臺進行注冊，并下載關(guān)注的插件、技術(shù)文檔等內(nèi)容，通過“新建應(yīng)用”填寫安全碼申請密鑰。開發(fā)者需輸入“安全碼”，安全碼組成規(guī)則為Android簽名證書的shal值+“;”+packagename[即：數(shù)字簽名+分號+包名，系統(tǒng)將為開發(fā)者提供該應(yīng)用的唯一密鑰。開發(fā)者/合作方根據(jù)技術(shù)文檔將插件嵌入到自己的產(chǎn)品中后，使用被分配密鑰，當(dāng)其產(chǎn)品調(diào)用能力平臺接口時，能力平臺將對請求進行鑒權(quán)，如鑒權(quán)通過則可正常運用插件提供的能力。

3 應(yīng)用效果

截至目前，一卡通充值A(chǔ)PP已在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校園、合肥公交、高速收費（ETC）等單位使用，并通過安徽移動公司線上、線下渠道為用戶提供服務(wù)。從2016年7月下旬開始在合肥等地市試點，目前已經(jīng)實現(xiàn)充值30萬筆，用戶超過15.6萬人，現(xiàn)已在安徽全省推廣。在試點期間，經(jīng)過調(diào)試和更新，ETC、合肥通卡等NFC -卡通充值成功率已從最初的34%調(diào)優(yōu)到85%以上。

4 結(jié)語

本文一卡通充值方案在確保資金支付安全的情況下，實現(xiàn)了便捷支付的功能，響應(yīng)了政府關(guān)注的便民服務(wù)問題，具備大規(guī)模推廣的社會條件支持。與交通、校園等基礎(chǔ)行業(yè)深入合作，對未來NFC新技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用具有示范作用，將同步推動傳統(tǒng)行業(yè)信息化進程。

隨著行業(yè)信息化的深入發(fā)展，行業(yè)電子卡將逐步取代實體卡片，手機錢包等利用NFC近場技術(shù)實現(xiàn)鑒權(quán)和數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用將進一步普及，如何實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、平臺化是下一步研究方向。

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（責(zé)任編輯：江艷）

作者簡介：陳陽（1980-），男，碩士，中國移動通信集團高級工程師，研究領(lǐng)域為移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用。