面向電信運營商的近場支付技術研究

彭 昭

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

面向電信運營商的近場支付技術研究

彭 昭

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

移動支付是使用移動終端對所消費的商品或服務進行賬務支付的一種服務方式。整個移動支付價值鏈包括電信運營商、支付運營商、應用提供商、設備提供商、系統集成商、商家和終端用戶。目前，國內各大電信運營商將移動支付特別是近場支付作為新的利益增長點，以期能夠迅速占領移動支付領域制高點。本文通過對現有近場支付方案的研究和比較，結合運營商實際部署運營提出移動支付應用的思考和建議。

無線射頻識別；近場支付；NFC

1 引言

手機近場支付是借助移動通信終端，通過移動通信網絡或無線方式進行的資金劃撥、繳費和購物等商業交易活動，充分發揮了手機移動的特點和金融卡片理財功能，為移動終端用戶提供個性化金融服務。隨著RFID（radio frequency identification，無線射頻識別）技術和無線通信技術的快速發展和廣泛關注，將RFID與現有通信系統結合并為運營商提供更多增值應用已成為重要的研究課題。巨大的用戶基數以及用戶對運營商的依賴為運營商開展近場移動支付應用提供了先天條件。

中國電信、中國移動和中國聯通均在近場移動支付領域發力，并各自在不同的方向取得一定的市場份額。近場支付業務主要實現手機錢包的小額支付功能，覆蓋交通卡、積分卡、優惠券、電子票據等金融支付應用，為移動終端用戶的消費習慣帶來新的變革和更大的便利。

在電信運營商發展移動支付業務的過程中存在多種制約因素，包括頻率選擇、技術實現方案選擇等。本文簡述了近場移動支付技術和應用現狀及發展趨勢，從方案特點和應用場景分析不同技術實現方案，為電信運營商移動支付產品發展給出規劃建議。

2 技術應用現狀和發展趨勢

2.1 近場支付技術概述

RFID技術是近場支付的主要實現方式，根據近場非接通信的實現頻率不同可分為13.56 MHz和2.45 GHz兩種。

（1）13.56 MHz頻段

屬于通用頻段，遵循國際標準ISO 14443，通過電感耦合方式與讀寫器交互實現工作能量和數據傳輸。適用的應用場景包括跨行業的開放應用環境和企業內部的封閉應用環境。其中，開放環境應用可兼容多種13.56 MHz行業應用，如公交/市政一卡通、金融卡等；封閉環境應用可兼容校園/企業一卡通等小范圍內部應用。

（2）2.45 GHz頻段

屬于公眾頻段，近場支付應用遵循企業標準，通過有源方式提供工作能量，通過POS機頻率限制實現近距離刷卡控制。因其標準的限制，更適用于封閉環境應用以及具備POS機改造能力的行業應用。

依據卡片數據存儲方式以及與POS交互協議的不同可分為Mifare和CPU兩種實現方式。

· Mifare方式。符合ISO14443-3系列標準的Mifare卡片，通過定義扇區來區分不同的應用、數據（保存在扇區的數據塊中）。目前大部分的公交/市政一卡通、校園/企業一卡通等都是采用Mifare方式。集成該方式RFID非接支付方案可方便快速地接入現有的Mifare應用系統。

·CPU方式。采用CPU卡，通過AID標識尋址應用，并以文件方式保存數據的實現方式。相比Mifare方式，CPU卡的存儲容量大，抗干擾能力強，數據保存時間長，安全性高。CPU方式是智能支付卡片的發展趨勢，但目前市場上以該方式實現的應用仍較少。

2.2 技術和應用發展趨勢

移動支付具有隨身、實時、快捷的特性，能夠提高支付的商務流程，為用戶提供更加便捷的支付體驗，具備廣闊的發展前景。隨著運營商、金融結構以及更多的產業鏈伙伴加入，RFID移動支付技術和應用會呈現如下的發展趨勢：

（1）基于UIM卡實現非接支付

電信運營商擁有完備的網絡設施和先進的IT系統，其主要任務是為移動支付提供安全的通信渠道和服務。為了集成更多的IC卡應用，并保證運營商在移動支付產業鏈中的地位和作用，將UIM卡作為支付數據存儲的安全介質是技術發展趨勢。

（2）基于合作方式推廣支付應用

RFID與電信業的融合不僅是簡單的技術問題，更涉及信息產業與金融產業的相互結合和共同促進。因此，電信運營商與傳統行業領導者在融合過程中的角色分工顯得尤為重要。傳統產業的信息化需求、消費者的需求以及電信業的發展，在很大程度上決定了中國RFID產業的發展前景。基于合作方式推廣支付應用能夠充分利用各行各業的優勢，整合這些優勢能力能夠更好地促進整個支付產業鏈的快速發展。

3 近場移動支付技術實現方案

基于RFID的近場移動支付實現方式主要有：①基于卡的實現方式，包括RF-UIM卡方案、外貼非接觸式卡方案；②基于手機的實現方式，NFC （near field communication，近距離通信）手機定制方案；③基于卡和手機結合的實現方式，手機終端定制雙界面卡方案、eNFC（enhanced NFC，增強型近距離通信）方案、智能SD卡方案。

（1）RF-UIM 卡方案

RF-UIM卡方案采用2.4 GHz頻段，將安全控制芯片、存儲器、無線射頻集成電路 （radio frequency integrated circuit，RFIC）和天線等模塊集成在UIM卡中，如圖1所示。通過手機終端給RF-UIM卡供電，RF-UIM卡與手機配合使用可實現接觸式通信功能（即普通UIM卡通信應用）和非接觸式刷卡功能（即移動支付應用）。

RF-UIM卡方案不需要改造手機，頻率較高，天線尺寸小，完全集成在UIM卡內。因此，RF-UIM卡可以直接置入普通用戶的手機，在用戶身份鑒權的基礎上實現安全可靠的移動支付。然而，2.4 GHz頻段與國際國內金融、公交等近場支付標準不兼容，存在POS機具改造問題，且RF-UIM在手機電源持續供電的情況下才能正常工作。

應用場景：適用于具備機具改造能力的行業合作應用以及小范圍封閉環境應用，如校園、企業等。

（2）外貼非接觸式卡方案

外貼非接觸式卡方案采用13.56 MHz頻段，是將非接觸式功能的卡片做成了背面粘貼形式，物理粘貼在手機背面實現非接觸式支付功能。它符合ISO 14443及《中國金融集成電路(IC)卡規范》，可模擬Mifare 1k及4k的非邏輯加密功能。

該方案不存在手機的兼容性及信號屏蔽問題，適用于任何手機，并且無需更換卡和終端，市場推廣快。但與運營商關系不大，任何第三方都可發行，并且無法實現OTA、空中充值等功能。

應用場景：適用于部分低成本快速發行場景，在不改變用戶手機和卡的情況下，培養用戶的手機刷卡使用習慣。由于采用該方案與手機事實上沒有任何關系，所以與運營商的關聯度過低，可考慮將貼片卡與手機號碼進行綁定，并限定在用戶手機工作正常的情況下，才能夠允許刷卡操作。

（3）NFC 手機定制方案

NFC手機定制方案采用13.56 MHz頻段，將NFC控制芯片、安全芯片和耦合線圈（RF天線）集成在手機中，如圖2所示。該方案技術成熟，由于非接觸刷卡部分均由手機終端側實現完成，系統性能穩定，且功能全面。

該方案有效避免了機卡兼容性問題。采用卡片實現RFID功能時，UIM卡同一時刻只能處理來自手機的一條指令，當手機通信指令與刷卡的非接指令同時請求時，為了保證UIM卡通信功能，在發生沖突時以通信功能優先。NFC手機定制方案沒有上述問題，但由于安全信息完全集中在手機中，用戶需要更換手機或手機維修時也不方便。

應用場景：適用于小范圍內的行業應用或企業應用，與運營商關聯度較低。

（4）手機終端定制雙界面方案

手機終端定制雙界面方案采用13.56 MHz頻段，將安全控制芯片、存儲器、無線射頻集成電路集成在UIM卡，并將RF線圈集成在手機終端，如圖3所示。內置于手機終端的RF天線經由8觸點卡座，通過RFID UIM卡C4、C8兩觸點連接到卡內RF模塊，形成閉合回路，實現射頻通信功能。雙界面UIM卡片可集成Mifare芯片，實現城市公交、地鐵、市政一卡通等應用的無縫整合。

該方案天線組件成本低廉且性能相對穩定，兼容現有主流POS機，但受手機內部復雜的電磁環境影響，其射頻天線無法集成在UIM卡內，必須引出外置天線到手機背板或者電池上。由于占用手機C4和C8兩個觸點，和國際標準大容量UIM卡沖突，仍需定制手機。

應用場景：適用于運營商與金融等公眾行業合作的應用，在UIM卡中整合銀行磁條信息、電子現金或公交卡數據，兼容現有已部署POS機具。

（5）eNFC 方案

eNFC方案采用13.56 MHz頻段，將安全芯片集成在UIM卡中，CLF（contactless front-end，近場通信模擬前端芯片）控制器和RF射頻天線集成在手機中，NFC控制器通過SWP（single wire protocol，單線通信協議）與安全芯片通信，如圖4所示。利用SWP技術，RFID UIM卡可以在C6一個管腳上同時進行讀和寫的操作。eNFC方案的手機終端，既可以作為被讀設備，也可以作為識讀設備，讀取RFID標簽中的信息。

該方案基于13.56 MHz的通用標準，現有機具改造容易，且未占用國際標準大容量UIM卡所需的C4和C8接口。同時該方案手機終端可作為識讀器讀寫其他標簽信息。但目前相關終端很少，需要定制支持SWP的手機終端和UIM卡。

應用場景：適用于運營商與金融等公眾行業合作的應用，兼容現有已部署POS機具，同時也可以適用于信息采集和獲取等相關應用，如商品防偽、公交路線指引。

（6）智能 SD卡方案

智能SD卡方案采用13.56 MHz頻段，將安全芯片內置于SD卡中，RF天線集成于手機中，通過安全芯片訪問，通過密碼、支付功能啟用開關、銀行卡支付密碼等多層次的保護體系保證用戶使用過程的安全性，如圖5所示。與eNFC方案類似，區別在于安全芯片存放在SD卡中。

該方案主要由銀聯進行商用推廣，能夠平滑升級實現金融支付類應用，但電信運營商在產業鏈中占據的位置較弱，且需要定制手機。

應用場景：運營商在這種方案中被旁路，僅適用于銀聯等金融行業支付推廣。

表1對以上方案進行了比較。

4 電信運營商近場移動支付的發展思路和建議

移動支付應用的推廣和實現涉及產業鏈的各個環節，建議電信運營商發展時需要注意如下問題。

（1）實現方案選擇

移動支付實現方案包括基于卡、基于手機以及基于卡和手機結合三種方式，這些實現方式涉及兩種頻段和不同應用場景。基于國內金融、交通等行業的IC卡應用兼容性考慮可以選擇13.56 MHz方案；基于具備POS改造能力的行業或本地化應用考慮可以選擇2.45 GHz方案。

（2）POS 機具共享

POS商戶數量有限是運營商發展移動支付業務面臨的關鍵問題。為了掌控移動業務發展方向并在產業鏈中占據主導權，電信運營商自建POS機平臺勢在必行，建議運營商聯合部署POS和發展用戶。理由如下：①大大降低運營商在移動支付業務大規模發展初期的投資；②減少運營商之間的競爭，有效避免資源壟斷；③避免重復建設和資源的浪費。

（3）統一 AID 規劃

AID（application identifier）是 CPU卡的應用標識符，內置于RFID UIM卡中，用于讀卡設備識別卡內應用。為了保障電信運營商全國應用部署的通用性，以及避免各省AID編碼的混亂與沖突，建議對AID編碼進行統一規劃和管理。

（4）統一卡空間規劃

為了便于合理分配和使用RFID UIM卡內空間，保證支付應用的順暢植入和動態更新，同時為便于和讀卡設備之間的數據交互，建議電信運營商統一規劃UIM卡的卡片空間。

（5）增值業務考慮

手機移動支付為用戶提供一種新的支付手段，同時也為用戶帶來新的使用體驗。如通過空中圈存的方式，在手機菜單上選擇充值服務即可實現銀行卡或其他充值卡向支付UIM卡充值的功能，提高用戶使用移動支付的便利性。

表1 基于RFID的移動支付技術實現方案對比

5 結束語

支付手段的電子化和移動化成為不可避免的發展趨勢，RFID近距離通信便利和高效特點為電信運營商發展近場移動支付應用提供了優勢和挑戰。本文從技術和應用角度全面分析了近場移動支付技術的實現方案，并結合電信運營商定位提出了近場移動支付的發展思路和建議。電信運營商通過近場移動支付應用拓展移動電子商務領域，可徹底打破傳統POS機刷卡支付的利潤分成模式，實現新的利潤增長。

1 陳潞.我國手機支付應用現狀及問題分析.中國信用卡，2007

2 徐平平，張希，錢媛等.移動支付影響因素分析——國內外移動通信運營商策略對比與研究.北京郵電大學學報 （社會科學版），2009

3 Near field communication interface and protocol(NFCIP-1).Standard EMCA-340,2004

Peng Zhao
(Shanghai Research Institute of China Telecom Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China)

Mobile payment could provide account service on the consumption of goods or service by using mobile terminals.The whole mobile payment value chain contains telecom operators,payment operators,application providers,equipment providers,system integrators,merchants and end users.Currently,the major Chinese telecom operators regard mobile payment as a new growth point of interest,and hope to quickly occupy high ground of this area.This paper gives the analysis and comparison of near-filed payment technology.Finally,some reflections and recommendations on developing near-filed payment application for telecom operators are proposed.

radio frequency identification,near-filed payment,near field communication

2010-08-06）