國內外主流移動支付技術特性及應用場景研究

趙云輝 張慧琳 佟秋利

摘 要：隨著智能終端和移動網絡的迅猛發展，移動支付進入了千萬人的生活，互聯網企業以及第三方支付廠商推出了各式各樣的支付方式和支付設備，論文將從安全性、便捷性等方面介紹目前國內外主流的移動支付技術特性及應用場景。

關鍵詞：移動支付技術；近場支付；遠程支付

中圖分類號：TN409 文獻標識碼：A

1 引言

隨著智能終端和移動網絡的迅猛發展，移動支付進入了千萬人的生活。移動支付技術的發展過程中，主要關注的是三個方面的問題：一通過智能終端及互聯網等途徑進行便捷充值、支付業務；二是支付過程中良好的用戶體驗；三是支付過程中需要針對可能出現的安全風險進行防范。網絡支付類業務涵蓋內容很多，近幾年來，國內外的網絡支付業務增長很快，與支付技術、應用模式等相關的領域也倍受關注。

網絡支付是指電子交易的當事人，包括消費者、廠商和金融機構，使用安全電子支付手段通過網絡進行的貨幣支付或資金流轉，主要包括有電子貨幣類、電子信用卡類、電子支票類。隨著移動互聯網的發展，個人智能終端越來越普及，越來越多的網絡支付也支持了在智能終端進行相關的支付操作，即移動支付。

網絡支付的方式主要有兩種：一是網銀支付，即通過開通網上銀行后，在支付時，跳轉到網上銀行，輸入用戶名、密碼、支付憑據等后完成支付操作；另一種是快捷支付，即將網上銀行賬戶綁定到第三方支付平臺，在支付時由第三方支付平臺調用保存的用戶憑據與網上銀行在后臺進行交互完成支付過程，這個過程中用戶不進入網上銀行，這種支付手段快捷，可以免密碼、免認證介質等，安全性較網銀支付差，但用戶體驗好于網銀方式。

移動支付是目前倍受關注的支付手段，技術發展最快，以安全和便捷為目標。移動支付就是使用智能移動終端（通常是手機）進行賬務支付的一種方式。移動支付整合了電信運營商、支付服務商（銀行、銀聯、第三方支付等），應用提供商（電商平臺、公交、電信等），設備提供商（終端廠商、卡供應商、芯片提供商等），系統集成商，商家和終端用戶等主體。移動支付的方式主要有近場支付和遠程支付兩種：近場支付主要是應用NFC、藍牙等技術；遠程支付主要是短信支付、二維碼支付、指紋支付、聲波支付等方式。

2 國外主流移動支付技術

在電子支付領域，國外的研究起步比較早，國內很多主流應用的支付技術都來源于國外。

2.1 NFC（Near Field Communication）技術

NFC技術產生于2003年，最初是菲利普公司、諾基亞與索尼公司一起開發的一種無線短距離（10厘米左右）通訊技術，后來經過改良，與非接觸智能卡技術結合，最終形成了一種兼容當前 ISO14443 非接觸式卡協議的無線通訊技術，取名NFC（Near Field Communication）。

NFC技術最初就是希望應用到移動終端設備，實現非接觸卡所不能實現的功能，最吸引用戶的是實現了三種模式。

（1）卡仿真模式：將移動終端設備仿真成一張非接觸智能卡，結合移動應用，實現更靈活的卡應用方式。

（2）Reader模式：使移動終端設備成為一臺能對非接觸智能卡進行讀寫的稱動讀寫器，滿足用戶隨時操作非接觸智能卡的需求。

（3）通訊模式：類似于藍牙通訊，實現兩個NFC終端設備近距離交互數據的功能。

NFC技術發布之后，并未引起移動終端廠商的很大興趣，主要原因是支持NFC功能需要在終端設備內安裝NFC芯片、天線等，這需要重新設計產品結構、規劃功能，并且還增加了設備成本，終端廠商如手機廠商離智能卡的業務比較遠，所以在NFC技術出現的前幾年里，支持NFC技術的終端產品少之又少。

轉機發生在2006年，智能卡廠商雅思拓與恩智普公司聯合開發了SWP（單線）協議。SWP協議是采用終端內的電信SIM卡實現NFC技術中的SE（安全模塊）的功能，即通過電信運營商發行的SIM卡上的C6管腳與NFC控制器進行通訊，從而替代單獨的NFC安全芯片，節省了NFC模塊的成本投入，使終端上的NFC功能與電信運營商建立了關聯。對一直想進入移動支付領域的電信運營商來說，這是一個對電信業務有利的支付通道，安全模塊能夠控制在電信運營商手中。由此，NFC技術開始得到了國內外終端廠商的推崇，國內外開始出現大量具備NFC功能的智能手機，并由此產生了眾多移動支付方式，并且支持公交卡應用的NFC手機也大量出現，“刷手機坐地鐵、公交”也成為很多城市公交一卡通的宣傳口號。

NFC技術借助于電信運營商的支撐并沒有為其帶來更廣闊的發展，反而由于安全模塊受限于運營商的SIM卡，而使其在小額支付領域受到很多限制，由此手機生產商和Android廠商開始謀劃更好的SE解決方案。早在2006年，法國使用諾基亞手機進行過NFC公交應用的測試。在國內，由于早期NFC手機普及度低，后來受電信運營商的制約，運用NFC技術的應用很少。

2.2 基于Android HCE架構NFC支付技術

在NFC技術獲得了電信運營商支持的同時，也受到了電信運營商的限制。NFC技術所使用的SE（安全模塊）是電信運營商發行的SIM卡。這個方案對促進智能手機集成NFC技術起到了很好的促進作用，但也為NFC手機在其他領域拓展應用形成了壁壘。為了打破這個壁壘，占智能手機大半江山的操作系統Android廠商谷歌（Google）在Android 4.4中集成了HCE（Host Card Emulation）架構。

HCE即主機模擬卡片技術，該技術最初是SimplyTapp公司提出并實現的，HCE架構主要是改變之前NFC手機應用依賴于SIM作為安全模塊SE的模式，將傳統的NFC實體安全模塊SE遠程托管到云端SE或本地模擬，這樣即使移動設備沒有SE模塊，也可實現安全的NFC應用，如銀行卡、公交卡等應用。

HCE架構的提供對中國市場尤為重要，主要體現在兩個方面：一是在國內目前智能手機操作系統應用中，Android占有近70%的市場占有率，國內企業開發基于HCE架構的NFC應用具有廣闊的市場空間；二是中國三大電信運營商壟斷了中國的電信市場，也間接控制了NFC手機的應用市場，鑒于國內電信運營商一直以較低的市場敏感度，限制了國內APP應用開發商的業務推廣和各行業應用NFC手機的進程。因此，HCE架構的推出，使國內眾多的應用開發商可以越過電信運營商直接與NFC手機的用戶建立聯系，促進NFC手機應用的推廣。

目前此種方式應用很多，并且Google進一步完善了Android體系，融合生物識別（指紋等）安全技術，為各類應用提供了安全的底層安全的便捷的支付體驗。

2.3 標記支付技術

標記支付技術是一種將國外完善的信用卡應用與NFC技術完美的結合起來的應用模式，標記支付技術由蘋果公司在其手機產品iPhone 6上于2014年推出，2016年進入中國市場。

標記支付技術是由蘋果公司與國際芯片卡標準化組織EMVCo共同研發，并在2014年正式發布的一項新的支付技術，這一技術充分考慮了信用卡交易時的安全保護，核心是設計了一個支付標記（Token），用Token來代替信用卡卡號進行交易，從而避免卡號信息泄露帶來的風險。

標記支付的過程：在用戶使用NFC手機注冊時，先錄入生物識別信息（指紋），然后錄入信用卡信息，信用卡信息經由TSP（標記代理服務商）提交到EMV組織后，生成一個支付標記，此標記再經由TSP返回到NFC手機的SE中保存。交易時，先驗證用戶生物信息，驗證通過后，自SE中讀取支付標記，通過NFC技術將支付標記發送到收款方POS終端，由POS終端發送到TSP，再由TSP發送到EMV組織，由EMV組織將支付標記轉換為信用卡號與銀行進行支付交易，然后將交易結果返回TSP，最終返回的收款POS終端，完成交易。此交易的整個過程可分為兩部分網絡環節；一部分是不安全的網絡，即容易發生卡號竊取的不可信網絡，即扣款POS到EMV組織之前，此過程采用了支付標記（Token）來替代信用卡號，使卡號泄露風險降到最低；另一部分是EMV組織與銀行之間，此網絡為可信網絡，不存在安全風險。

標記支付技術經蘋果手機推出，基于蘋果手機極佳的用戶體驗和生物識別與NFC的結合，使標記支付技術實現了既安全又具有極好的易用性。

蘋果公司首創了將生物識別技術與支付技術整合，為移動支付領域提供了新的支付安全方式，在國內與多個銀行進行了合作，Apple Pay相對廣泛地應用到了國內各類商場等支付場景。

繼蘋果支付技術之后，業務開始學習這種將生物識別技術整合到支付技術中，并在此之后陸續有廠商推出了人臉識別支付、超聲波支付、虹膜支付等技術。

3 國內特色移動支付技術

近幾年來，隨著移動網絡的普及，國內移動支付技術不斷推陳出新，技術上緊跟國際發展，應用上也多有創新，產品技術、應用模式上的研究也非常深入。

國內的互聯網公司極其關注創新支付技術并積極推廣，如騰訊、阿里巴巴等都推出基于手機、互聯網的支付工具，同時國內第三方支付公司也積極跟進。據統計，2015年中國第三方移動支付市場交易總規模達9.31萬億元，同比增長57.3%；2016年第一季度中國第三方移動支付交易規模達到62011 億元，同比增速202.6%，環比增速33.4%。

縱觀國內支付技術的發展，可以說，很多技術起源于國外，但結合中國國情后又進行了創新，并且在應用方面已經逐步領先于國外。

3.1 SIMPass技術

SIMpass技術出現在2010年前后，是國內的智能卡廠商的技術專利，SIMpass技術在國內也被稱為貼片卡技術。

SIMpass技術主要是為了解決沒有NFC模塊的手機模擬刷卡的功能，實現的原理是借鑒了雙界面IC卡的實現方式。

智能IC卡一般分為接觸式和非接觸式兩種界面，接觸式就是帶有金屬觸點的IC卡，進行讀寫操作時，將IC卡插入終端設備內，使IC卡觸點與終端內的觸點一對一接觸，通過這種物理連接實現對IC卡的讀寫操作；非接觸式就是通過天線線圈耦合產生能量使IC芯片工作的一種方式，非接觸式在讀寫操作時不與終端設備發生物理接觸，所有通信在空中完成。

SIMpass的實現方式是設計了一款雙界面的IC芯片，將其封裝成為手機SIM卡形式，將SIM卡上沒有定義的觸點（C4、C8）定義為非接觸天線的接口，同時設計了一款FPC柔性天線，這個天線將SIM卡的觸點（C4、C8）連接到FPC柔性天線上，天線的連接線繞過手機電池，放置在手機電池上面，蓋上手機后蓋后，既實現了通過雙界面IC卡模擬NFC手機卡仿真的功能，可以讓此手機在刷卡終端上進行刷卡操作。

SIMpass技術出現后，得到了國內眾多公交領域企業的支持，很多城市的公交系統也進行了相應的技術和產品測試，也有一些城市測試后批量發行了一些產品，在2014年前后，國內有一定量的用戶在使用。

SIMpass技術對于在NFC模塊沒有成為手機標配模塊的情況下，不失為一種很好的移動支付替代方案，但是目前國內使有此技術的設備、城市公交很少，主要原因是SIMpass技術的自身缺陷。

（1）對手機的限制很大，要求手機不能使用金屬外殼、后蓋可拆卸，但目前國內的手機大部分都使用了不可拆卸的金屬后蓋。

（2）適配手機型號有限，這種技術對手機的環境要求高，每一款手機要想使用這個技術必須進行測試、適配，可能需要重新定制SIMPass天線，比較復雜。

（3）NFC手機越來越多，目前帶有NFC模塊的手機型號越來越多，公交客戶更愿意對此類手機進行適配。

綜上所述，SIMpass的方案是一個比較簡便的替代，在NFC手機不成主流之前有一定優勢，但智能手機作為時尚的消費類電子產品，更新快，樣式多變，這也就注定了SIMpass的局限性。早期有部分城市公交卡采用了這種方式，但受手機限制，應用數量并不太多，應用場景也很受限。

3.2 SD卡支付技術

與SIMpass支付方式的歷史時期和產生背景相同，SD卡支付是中國銀聯主導的一種移動支付方案，目標也是在NFC手機不普及的情況下實現手機模擬刷卡功能。

SD卡支付方案的原理是將安全模塊和射頻天線集成到SD卡上，SD卡一般是指Micro SD卡，將SD卡置入手機的SD卡插槽，內置在SD上的IC芯片和天線可以在普通刷卡終端上進行刷卡交易，同時手機的操作系統上安裝了管理的APP，通過SD卡的物理接口可以對內置在SD卡上的安全模塊進行管理。

SD卡支付方案對手機沒有進行任何改動，只需要將SD卡置入手機的相應插槽內即可，與SIMPass方案相比，SD卡支付方案更簡便。由于SD卡支付方案實際推廣方是中國銀聯，所以國內一些芯片廠商和支付類企業都積極參與了這個方案的推廣。

在實際推廣過程中，SD卡支付方案遇到了與SIMPass方案同樣的問題：一個是刷卡效果不理想，與手機的結構相關，金屬后蓋的手機刷卡效果尤其不好；另一個問題是智能手機開始不提供SD卡插槽。隨著蘋果手機的風靡，國內手機廠商紛紛效仿，固定手機內存容量，取消SD卡擴展槽位，金屬外殼廣泛使用，這也使SD卡支付方案也慢慢被拋棄。

3.3 RF-SIM技術

考慮到手機模擬刷卡的需求以及主流手機終端的結構特性，為了改善刷卡效果，中國移動聯合國民技術公司推出了RF-SIM移動支付方案。

RF-SIM的射頻基于2.45G超高頻，本身具備遠距離傳輸能力，并且由于頻點高、波長短，所以也具備了一定的對金屬等的穿透能力。RF-SIM的這些能力使其具備了集成到手機內并實現穩定數據傳輸的能力。

通過對接收設備的調試，將RF-SIM的信號接收距離限制在10厘米左右，把射頻芯片、功放、天線等集成到SIM卡中，通過手機為射頻進行供電；在外部使用偶極子陣列天線實現與手機內2.45G射頻芯片進行通訊，模擬13.56M射頻卡短距離信息傳輸模式，從而實現手機刷卡的功能。

RF-SIM的移動支付方案既回避了NFC手機在中國尚未普及的問題，又實現了電信運營商通過手機端SIM卡實現對移動支付的相對控制權，應該說是電信運營商的一個極佳的移動支付解決方案。事實上，中國移動與中興下屬公司國民技術以及卡商東信和平、恒寶等廠商合作，中國聯通、中國電信與廈門盛華電訊合作在國內取得了非常多的應用案例，其中最典型的是校園卡方案，電信運營商通過贈送手機、手機號的方式，使在校學生使用RF-SIM實現校園一卡通。

目前出于對技術安全性的考慮，2014年中國移動支付標準出臺后，對RF-SIM要求僅能在封閉環境內使用，不可作為全社會公開的支付方案使用，這對RF-SIM是致命打擊。因此，目前這種方案僅存于校園一卡通領域，用于配合電信運營進行校園一卡通類項目建設。

3.4 二維碼支付技術

2013年以來，二維碼支付可以說在移動支付領域飛速發展，國內以支付寶、微信支付為代表，以支付簡捷、便利、對移動設備依賴極少等特點見長。

二維碼支付可以認為是標記支付技術的國產化。它原理很簡單，通過安裝在智能手機內的APP，將用戶賬戶以二維碼的形式展示，每分鐘變化一次；收費終端通過條碼識別器描掃二維碼獲取到用戶賬戶信息，收費終端通過網絡向用戶賬戶發起扣費操作。用戶賬戶信息并非是一個真實的銀行賬號或系統用戶賬號，而是一個隨時間變化的數字，這個數據在服務器端與用戶真實賬號關聯，扣款成功后此數據即在手機上變為新的數字，以保證每次扣款關系的數據不同，以此來保證用戶賬戶安全。我們簡單分析可知，這個模式與EMV和蘋果公司推崇的“標記支付”很類似，只不過在這個交易過程中沒有銀行的參與，只發生在扣款方、用戶移動設備、用戶后臺賬戶之間。

二維碼支付因為簡單、快捷、不受銀行限制等特點在中國倍受第三方支付公司喜愛。另外憑借著極低的交易手續費，二維碼支付搶占了原來中國銀聯POS終端的傳統市場，國內大部分的商場、餐廳都支持了二維碼收款。二維碼支付在國內蓬勃發展的同時，觸角伸展到各行各業，如在支付寶進入了校園卡領域，同時也積極尋求進入城市公交支付領域，國內個別城市也在探討在公交車上使用二維碼來進行扣款操作。

事實上，二維碼支付與標記支付在安全方面差別很大，二維碼自身無法抵御復制拍照等簡單竊取操作。中央人民銀行曾在2014年3月13日下發了文件叫停二維碼支付，但是在國內強勢的互聯網金融公司的推動下，采用了一些密碼技術改善了二維碼安全強度，在安全層面有了一定的提升，二維碼支付幾乎成了目前的支付技術的主流。

目前，二維碼支付技術在國內小額支付領域達到了壟斷地位，基于國內移動網絡的發展，二維碼的快捷體驗得到了廣大用戶的接受，國內大到商場購物、公共事業交費等，小到街邊小店都實現了二維碼的支持。

二維碼就是小額支付的終結技術嗎？肯定不會是。隨著智能終端設備以及AI技術的發展，相信以后還會有更便捷的支付技術出現。

4 結束語

支付技術的先進性和便利性決定了是否能夠被用戶接納，支付技術的安全性決定了是否能夠廣泛的應用。理論上說，安全性與便利性是有一定沖突性的，既安全又便利又適合廣泛應用的支付技術較難實現，但是對具備便利性的支付技術輔以安全技術的支撐，那么我們需要的又好用又有保障的支付技術就可以有多種了，而這種安全技術無疑就是密碼技術。

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