NFC技術(shù)引領(lǐng)移動支付新時代

本刊編輯部

本世紀初,當人們還在把目光聚焦在介于通訊層面的五花八門的手機附加功能上時,移動支付這個全新的支付概念已經(jīng)進入中國,這不但改變了人們賦予手機的傳統(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越多的被人們所關(guān)注。NFC技術(shù)在手機上的應(yīng)用,使得移動支付成為可能,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)用是手機地鐵票,在包括我國廣州在內(nèi)的多個地區(qū)試用該技術(shù)后,都得到了廣泛贊譽。方便的操作過程,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)的移動支付大多還處于試用階段,但是業(yè)界對其未來充滿信心。

NFC概念簡介

NFC英文全稱Near Field Communication,即近距離通訊技術(shù)。NFC是脫胎于無線設(shè)備間的一種“非接觸式射頻識別”(RFID)及互聯(lián)技術(shù),為所有消費性電子產(chǎn)品提供了一個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)式卡片和點對點的功能。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)運作,通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無須人工干預,任意兩個設(shè)備(如移動電話)接近而不需要線纜接插,就可以實現(xiàn)相互間的通信,滿足任何兩個無線設(shè)備間的信息交換、內(nèi)容訪問、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)合主推的一項無線技術(shù)。由多家公司、大學和用戶共同成立了泛歐聯(lián)盟,旨在開發(fā)NFC的開放式架構(gòu),并推動其在手機中的應(yīng)用。NFC由非接觸式射頻識別(RFID)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來,在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點對點的功能,能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進行識別和數(shù)據(jù)交換。這項技術(shù)最初只是RFID技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的簡單合并,現(xiàn)在已經(jīng)演變成一種短距離無線通信技術(shù),發(fā)展態(tài)勢相當迅速。

與RFID不同的是,NFC具有雙向連接和識別的特點,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框架下推動標準化,同時也兼容應(yīng)用廣泛的ISO 14443 Type-A、B以及Felica標準非接觸式智能卡的基礎(chǔ)架構(gòu)。

NFC芯片裝在手機上,手機就可以實現(xiàn)小額電子支付和讀取其他NFC設(shè)備或標簽的信息。NFC的短距離交互大大簡化整個認證識別過程,使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清楚。通過NFC,電腦、數(shù)碼相機、手機、PDA等多個設(shè)備之間可以很方便快捷地進行無線連接,進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)。

技術(shù)優(yōu)勢

與RFID一樣,NFC信息也是通過頻譜中無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、迅速的通信無線連接技術(shù),其傳輸范圍比RFID小,RFID的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾十米,但由于NFC采取了獨特的信號衰減技術(shù),相對于RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。 其次,NFC與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容,目前已經(jīng)成為得到越來越多主要廠商支持的正式標準。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、迅速而自動的通信。與無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、手機支付等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。

同時,NFC還優(yōu)于紅外和藍牙傳輸方式。作為一種面向消費者的交易機制,NFC比紅外更快、更可靠而且簡單得多。與藍牙相比,NFC面向近距離交易,適用于交換財務(wù)信息或敏感的個人信息等重要數(shù)據(jù);藍牙能夠彌補NFC通信距離不足的缺點,適用于較長距離數(shù)據(jù)通信。因此,NFC和藍牙互為補充,共同存在。事實上,快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導兩臺設(shè)備之間的藍牙配對過程,促進了藍牙的使用。

NFC手機內(nèi)置NFC芯片,組成RFID模塊的一部分,可以當作RFID無源標簽使用,用來支付費用;也可以當作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,包括移動支付與交易、對等式通信及移動中信息訪問等。通過NFC手機,人們可以在任何地點、任何時間,通過任何設(shè)備,與他們希望得到的娛樂服務(wù)與交易聯(lián)系在一起,從而完成付款,獲取海報信息等。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基本類型:用于付款和購票、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. 近距離無線通信

支持NFC的設(shè)備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下,啟動NFC通信的設(shè)備,也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備),在整個通信過程中提供射頻場(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)送到另一臺設(shè)備。另一臺設(shè)備稱為NFC目標設(shè)備(從設(shè)備),不必產(chǎn)生射頻場,而使用負載調(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)備在被動模式下,可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標設(shè)備,并與之建立聯(lián)系。

在主動模式下,每臺設(shè)備要向另一臺設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時,都必須產(chǎn)生自己的射頻場。如圖1所示,發(fā)起設(shè)備和目標設(shè)備都要產(chǎn)生自己的射頻場,以便進行通信。這是對等網(wǎng)絡(luò)通信的標準模式,可以獲得非常快速的連接設(shè)置。

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

2. NFC與藍牙和紅外技術(shù)的比較

作為一種面向消費者的交易機制,NFC比紅外更快、更可靠而且要簡單得多。另一方面,藍牙則是一種彌補NFC通訊距離不足的缺點,適用于較長距離數(shù)據(jù)通信。NFC面向近距離交易交互,適用于交換財務(wù)信息或敏感的個人信息等重要數(shù)據(jù)。NFC和藍牙相互為補充,共同存在。事實上,快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導兩臺設(shè)備之間的藍牙配對過程,并在這方面促進藍牙的使用。 模式的典型應(yīng)用是:建立藍牙連接、交換手機名片等。

技術(shù)分析

電磁場決定無線電波

術(shù)語“近場”是指無線電波的臨近電磁場。無線電波由正交電磁場組成,在工作頻率下天線周圍大約10波長的范圍內(nèi),無線電波的行為遵循麥克斯韋方程。 電磁場在從發(fā)射天線傳播到接收天線的過程相互交換能量并相互增強,這樣的電磁場稱之為遠場。而在10個波長以內(nèi),電磁場是相互獨立的,即為近場,近場內(nèi)電場沒有多大意義,但磁場可用于短距離通訊。

由于在初級線圈(發(fā)射天線)和次級線圈之間仍有相當大的距離,因此可以將NFC看做是一個耦合系數(shù)非常低的互感器。近磁場的主要問題是信號傳播過程中信號強度會以大約1/d6的速率下降(這里d為通訊距離或范圍),因此使近場通訊成為名副其實的短程通訊技術(shù),而在稱之為無線電波的遠場中,信號強度以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標準(NFCIP-1或ECMA-340),并提交給國際標準化組織(ISO)/國際電工委員會(IEC),成為ISO/IEC 18092標準,同時也得到了歐洲電信標準協(xié)會的承認,從此后已經(jīng)有多個半導體公司開始生產(chǎn)兼容性和互操作芯片。

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

該標準規(guī)定了一個13.56MHz的工作頻率,這是一個免許可國際通用頻帶,是美國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英寸時傳輸速率最大,實際通訊范圍只有幾英寸或不大于10cm,該標準規(guī)定了多種工作模式。

在主動模式下,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”協(xié)議來發(fā)起一個半雙工發(fā)送。在一個以上NFC設(shè)備試圖訪問一個閱讀器時這個功能可以防止沖突,其中一個設(shè)備是發(fā)起者,而其它設(shè)備則是目標。 在被動模式下,像RFID標簽一樣,目標是一個被動設(shè)備。標簽從發(fā)起者傳輸?shù)拇艌霁@得工作能量,然后通過調(diào)制磁場將數(shù)據(jù)傳送給發(fā)起者(后掃描調(diào)制,AM的一種)。

像任何先進的無線技術(shù)一樣,NFC同樣面臨安全問題。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)置了重載加密認證功能。

讓我們看看任何無線關(guān)聯(lián)模型的兩個基本要求:

① 安全的鏈接

加密無線鏈接需要一個公鑰,而且在帶內(nèi)通道必須是不可見的。鏈接密鑰通過手動PIN(比如在藍牙中)或Diffie-Hellman自動交換(比如在無線USB中)“實時”生成。建立鏈接密鑰后,便可啟用對稱加密(基于3DES和AES等)。

② 設(shè)備身份驗證

即確保鏈接密鑰以預期的驗證設(shè)備而不是偽裝的被動/主動中間人生成。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/或要求用戶在兩臺設(shè)備上輸入PIN碼。將此方法與使用NFC來關(guān)聯(lián)和設(shè)置相比較,具有如下優(yōu)點:無需瀏覽查閱菜單或配置屏幕;只需將兩臺設(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)境以后將自動交換相關(guān)數(shù)據(jù)。

用戶只需確認交易,而且只需查看相關(guān)的信息。此過程將減少設(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。用戶無需增加任何開銷即可改善安全功能。而且可以加快連接過程,同時又保留了像完成/錯誤確認和錯誤修正等功能。用NFC可以使藍牙、無線USB和W-LAN等的配對與設(shè)備關(guān)聯(lián)變得非常簡單、快捷和直觀,而且同時可以彌合移動和消費類電子產(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)用可以分為四個基本類型。諸如門禁管制或交通/活動檢票之類的應(yīng)用,用戶只需將儲存有票證或門禁代碼的設(shè)備靠近閱讀器即可。還可用于簡單的數(shù)據(jù)擷取應(yīng)用,例如從海報上的智能標簽讀取網(wǎng)址。

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

接觸、連接。將兩臺支持NFC的設(shè)備鏈接,即可進行點對點網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸,例如下載音樂、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成本很低的RFID(嵌入或附加在海報中)標簽,可以通過移動電話讀取,借此發(fā)現(xiàn)當前環(huán)境下豐富多樣的服務(wù)項目。并且手機可以啟動移動網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請求,并立即按比例增加運營商的網(wǎng)絡(luò)流量。運營商可以投資這個“即時滿足”工具,通過鈴聲下載、移動游戲和其他收費的增值服務(wù)來增加收入。

2. NFC用于付款和購票等

最早在移動電話上使用非接觸式智能卡,只是將卡粘到電話中。也并未通過非接觸式卡提供任何增值服務(wù),而且也不利用移動電話的功能或移動電話網(wǎng)絡(luò)。之后經(jīng)過改進,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)在正見證向NFC電話發(fā)展的趨勢,這種電話充分利用移動電話功能和移動電話網(wǎng)絡(luò),還提供卡讀寫器和設(shè)備對設(shè)備連接功能。

使用非接觸式智能卡的支付方式在美國和亞太地區(qū)發(fā)展勢頭良好。Visa、MasterCard和美國運通等信用卡的內(nèi)置支付程序可以安全地存儲在設(shè)備上的安全IC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),并能夠支持移動電話公司的新服務(wù)項目。

3. NFC用于電子票證

電子票證是以電子方式存儲的訪問權(quán)限,消費者可以購買此權(quán)限以獲得娛樂場所的入場權(quán)。整個電子票證購買過程只需幾秒鐘,對消費者而言非常簡單便捷。在收集并確認了消費者的支付信息后,電子票證將自動傳輸?shù)较M者的移動電話或安全芯片中。

用戶將移動電話靠近自動售票終端,即開始交易。用戶與服務(wù)設(shè)備充分交互,然后通過在移動電話上確認交易,完成購買過程。到娛樂場所時,用戶只需將自己的移動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入。

4. NFC用于連接和作為無線啟動設(shè)備

消費者希望無線連接簡單便捷,但對消費者承諾的便利性和移動性卻仍未兌現(xiàn)。雖然使用方便已成為消費者優(yōu)先選擇的主要動因,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,這讓它在某些領(lǐng)域顯得更具潛力。NFC通過一個芯片、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,而費用僅為2-3歐元。研究機構(gòu)Strategy Analytics預測,至2011年全球基于移動電話的非接觸式支付額將超過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)了藍牙技術(shù)協(xié)同工作能力差的弊病。不過,它的目標并非是完全取代藍牙、Wi-Fi等其他無線技術(shù),而是在不同的場合、不同的領(lǐng)域起到相互補充的作用。因為NFC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,中國政府正在制定自己的RFID標準,而飛利浦的NFC技術(shù)是否完全兼容并得到中國政府的認可對消費者相當重要。中國國家標準化管理委員會成立了國家標準工作組,負責起草、制定中國有關(guān)RFID的國家標準,據(jù)稱這樣將使中國獲得相關(guān)的自主知識產(chǎn)權(quán),又能將RFID發(fā)展納入標準化、規(guī)范化的軌道。整個認證過程很可能需要飛利浦等公司公開一些關(guān)鍵的技術(shù),這可能成為NFC在中國推廣應(yīng)用的絆腳石。