《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于智能卡的NFC技術(shù)的研究
RFID中國網(wǎng)
杜啟宏 郭達
摘要: 近場通信( NFC ,,Near Field Communication ) 技術(shù)是近年來被廣泛應(yīng)用的一項新技術(shù),。這項技術(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,, 從而促進電信,、銀行、交通等領(lǐng)域的進一步融合, 給人們的生活帶來便捷,。
關(guān)鍵詞: RFID|NFC 智能卡 NFC 移動通信
Abstract:
Key words :

        1 引言   

        近場通信( NFC ,,Near Field Communication ) 技術(shù)是近年來被廣泛應(yīng)用的一項新技術(shù)。這項技術(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,, 從而促進電信,、銀行,、交通等領(lǐng)域的進一步融合, 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,。
        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(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(wù)

        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(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,將NFC業(yè)務(wù)用戶側(cè)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(quán),、計費等功能;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,,基于智能卡的實現(xiàn)方式,。
        智能卡的主要功能是用戶的認證鑒權(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,。SIM卡和USIM卡是網(wǎng)絡(luò)認證鑒權(quán)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(dāng)高的安全性,,能夠為諸如NFC應(yīng)用提供高等級的安全機制,。
        在電信領(lǐng)域中所使用的智能卡有8個觸點,但在日常使用當(dāng)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(wù)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(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(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,,都使用智能卡來進行電子消費或認證身份,,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)用的行為負責(zé)的機構(gòu),; 
        ◆卡片發(fā)行商:擁有卡片并最終對卡片的行為負責(zé)的機構(gòu); 
        ◆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(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行身份認證和下載應(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,,而通過在一個手機上實現(xiàn)多個NFC業(yè)務(wù)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(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(cè)的設(shè)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(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(shù)
        eNFC技術(shù)由ETSI進行標準化,工作頻點在13.56MHz,,通訊距離設(shè)計為4厘米,。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(shù)由某SIM卡供應(yīng)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(yīng)用,。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(yīng)用推廣,;缺點是使用了SIM卡中保留的兩個,、觸點,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,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,。

        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(nèi)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(wù)的標準化以及測試工作。 

        4 結(jié)束語

        基于智能卡的NFC實現(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,,具有很高的實用性。但是,,NFC的業(yè)務(wù)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(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(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(yīng)該解決的問題,。

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