基于NFC技術(shù)的校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)研究

楊 華

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基于NFC技術(shù)的校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)研究

楊 華

豫章師范學(xué)院，江西 南昌 330006

目前我國(guó)校園中使用的校園一卡通一般不具備人機(jī)交互功能，智能化程度較低。為此，提出了一種NFC技術(shù)的校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校園一卡通與使用者之間的交互。此系統(tǒng)由應(yīng)用平臺(tái)、管理平臺(tái)和服務(wù)平臺(tái)三層架構(gòu)組成，加入了數(shù)據(jù)加密算法，具備多種實(shí)用的功能，充分發(fā)揮了NFC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使校園一卡通的智能化程度進(jìn)一步提高，可以為數(shù)字校園的建設(shè)提供有價(jià)值的參考。

NFC技術(shù)；校園一卡通；智能手機(jī)

引言

當(dāng)前，我國(guó)高校中廣泛使用的校園卡以IC卡為主。IC卡功能幾乎可以滿足在校學(xué)生日常學(xué)習(xí)和生活的各項(xiàng)活動(dòng)，包括身份認(rèn)證、考勤、校內(nèi)消費(fèi)等，大大簡(jiǎn)化了高校的學(xué)生管理活動(dòng)。這些校園卡以IC芯片為核心，結(jié)合單片機(jī)、微電子、數(shù)據(jù)庫(kù)等電子和信息技術(shù)，完成了一卡通所承載的一系列功能[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展及高校對(duì)一卡通使用要求的提高，近年近距離無(wú)線通信（Near Field Communication，NFC）技術(shù)開(kāi)始流行并開(kāi)始應(yīng)用于部分高校。與傳統(tǒng)IC卡不同，NFC技術(shù)具有非接觸、無(wú)線識(shí)別、設(shè)備互聯(lián)等特點(diǎn)，與物聯(lián)網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的RFID技術(shù)十分類似，但其成本大大減少，使設(shè)備之間的互聯(lián)變得更加快捷方便，尤其是在近距離通信方面，NFC技術(shù)有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)[2]。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于NFC技術(shù)的校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)，通過(guò)卡片內(nèi)部的高性能CPU和COS微型操作系統(tǒng)，使其功能得到了擴(kuò)展。本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了校園卡的人機(jī)交互功能，使校園卡的使用變得更加靈活，對(duì)我國(guó)高校數(shù)字校園的建設(shè)有著重要的意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

校園一卡通作為一個(gè)綜合性的應(yīng)用平臺(tái)，集成了不同的服務(wù)類型，需要與不同的平臺(tái)進(jìn)行交換，具有明確的異構(gòu)性特征[3]。為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而合理，本文將NFC校園手機(jī)一卡通的總結(jié)結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層次，分別與三個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行交換，即一卡通應(yīng)用平臺(tái)、一卡通管理平臺(tái)和運(yùn)營(yíng)商服務(wù)平臺(tái)。為了提高一卡通的智能化程度，手機(jī)卡技術(shù)由先進(jìn)的SIMPASS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。SIMPASS技術(shù)不但具有一般SIM卡的所有功能，還可以無(wú)線射頻信號(hào)完成與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，以提升其非接觸式和智能化屬性。當(dāng)需要使用一卡通時(shí)，只需要將手機(jī)貼近業(yè)務(wù)平臺(tái)上的電子標(biāo)簽，就可以輕松讀取NFC內(nèi)部的存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。一卡通管理中心負(fù)責(zé)對(duì)校園卡所有業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，對(duì)于消費(fèi)功能，則通過(guò)手機(jī)卡的移動(dòng)通信功能將數(shù)據(jù)發(fā)展到第三方支付平臺(tái)，完成實(shí)時(shí)結(jié)算業(yè)務(wù)。基于NFC技術(shù)的校園手機(jī)一卡通系統(tǒng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)據(jù)加密設(shè)計(jì)

校園卡具有身份驗(yàn)證、移動(dòng)支付等敏感功能，攜帶了學(xué)生個(gè)人的大量隱私數(shù)據(jù)，但是在當(dāng)前復(fù)雜的使用環(huán)境下，校園一卡通有著很大的數(shù)據(jù)被竊聽(tīng)的風(fēng)險(xiǎn)[4]。因此保證校園一卡通數(shù)據(jù)的安全性是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。本文采用了多種數(shù)據(jù)安全策略來(lái)保證卡數(shù)據(jù)不被竊聽(tīng)和篡改。

第一，考慮到所有的校園一卡通均由中心服務(wù)器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此服務(wù)器是數(shù)據(jù)安全的重要節(jié)點(diǎn)，采用了數(shù)據(jù)加密、報(bào)文論證兩種方法對(duì)NFC標(biāo)簽進(jìn)行安全防護(hù)。手機(jī)與NFC標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸只能在經(jīng)過(guò)安全防護(hù)的信道中進(jìn)行，保證了信息傳輸過(guò)程中的準(zhǔn)確性、完整性和安全性。第二，一卡通系統(tǒng)中的各個(gè)功能模塊采用了寫(xiě)卡器把簽名信息封裝起來(lái)，通過(guò)加密使其對(duì)外不可見(jiàn)，移動(dòng)手機(jī)終端只需要在網(wǎng)上下載相應(yīng)的安全證書(shū)并安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)各功能模塊的安全傳輸。這樣一來(lái)，每次在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，都必須對(duì)標(biāo)簽中的簽名進(jìn)行驗(yàn)證，一旦發(fā)現(xiàn)簽名錯(cuò)誤，就會(huì)受到系統(tǒng)的拒絕，因而防止了非法竊取數(shù)據(jù)。

3 一卡通應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

NFC技術(shù)的主要特征是近距離通信。通信距離一般不能超過(guò)10?cm，一般具備讀卡器、卡模擬和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)三種工作方式。讀卡器實(shí)際上是一種主動(dòng)的工作模式。手機(jī)終端就是讀卡設(shè)備，可以主動(dòng)讀取外部電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)；卡模擬方式就是把NFC終端當(dāng)成一張卡片，由于讀書(shū)器射頻域本身有一定的電量，因此無(wú)須專門(mén)供電也能正常使用，通過(guò)移動(dòng)支付、身份論證等功能完成數(shù)據(jù)交換；通過(guò)數(shù)據(jù)相連，NFC終端還可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，直接在兩個(gè)終端之間傳輸數(shù)據(jù)。

3.1 移動(dòng)支付

當(dāng)在前的近場(chǎng)移動(dòng)支付領(lǐng)域中，NFC技術(shù)已成主流，使用者隨時(shí)隨地都可以實(shí)現(xiàn)消費(fèi)，即使沒(méi)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也不影響正常支付行為。這是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的移動(dòng)支付本質(zhì)上屬于一種本地設(shè)備通信，NFC和POS機(jī)、刷卡機(jī)等設(shè)備組成近場(chǎng)無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)局部數(shù)據(jù)交換。另外，由于終端植入了SIM卡，因此也可以當(dāng)成一般的移動(dòng)支付工具，但手機(jī)欠費(fèi)并不影響一卡通的正常使用。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以完成銀行服務(wù)平臺(tái)與NFC終端之間的數(shù)據(jù)交換。

3.2 身份認(rèn)證

由于NFC可以結(jié)合安全元件一起使用，并且其通信距離恰好與身份認(rèn)證場(chǎng)合的應(yīng)用要求相一致，已成為當(dāng)前高校考勤和門(mén)禁系統(tǒng)身份認(rèn)證主要技術(shù)。目前該功能廣泛應(yīng)用于各大高校的圖書(shū)館借閱管理、機(jī)房使用管理、出勤考核管理以及餐飲消費(fèi)等領(lǐng)域，可以對(duì)各種校園活動(dòng)進(jìn)行記錄、分析和統(tǒng)計(jì)，使學(xué)生管理和教學(xué)管理更加方便快捷，大大提高了學(xué)校的運(yùn)行效率和管理水平。

3.3 數(shù)字圖書(shū)館

傳統(tǒng)圖書(shū)館一般通過(guò)普通二維碼標(biāo)簽來(lái)對(duì)圖書(shū)進(jìn)行標(biāo)號(hào)管理。只有圖書(shū)館專用掃描設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)信息的交換。在傳統(tǒng)圖書(shū)上使用NFC技術(shù)植入芯片，將大大改變當(dāng)前的圖書(shū)借閱方式。NFC技術(shù)不但可以完成最基本的圖書(shū)標(biāo)識(shí)功能，更可以延伸至公告信息、新書(shū)上架信息、圖書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)介等功能，并且無(wú)須借助圖書(shū)專用掃描設(shè)備，只需要通過(guò)自己的NFC手機(jī)終端即可與圖書(shū)芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，由于手機(jī)終端的引入，還可以把與圖書(shū)有關(guān)的視頻、游戲等互動(dòng)信息植入手機(jī)，用戶掃描相應(yīng)圖書(shū)后即可呈現(xiàn)，為數(shù)字圖書(shū)館帶來(lái)更加豐富多彩的體驗(yàn)。

4 結(jié)論

本文通過(guò)NFC技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)傳統(tǒng)的校園一卡通系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，引入了安全數(shù)據(jù)傳輸、工作模式切換、移動(dòng)支付等功能，使傳統(tǒng)的校園一卡通在功能上得到了進(jìn)一步的完善，數(shù)據(jù)傳輸更加安全，使用起來(lái)更加方便快捷。隨著NFC技術(shù)的發(fā)展，NFC校園手機(jī)一卡通成為各大高校應(yīng)用的一種趨勢(shì)，是建設(shè)數(shù)字校園和智能化校園綜合管理的重要技術(shù)手段。當(dāng)然，基于NFC的校園手機(jī)一卡通技術(shù)的應(yīng)用還遠(yuǎn)未成熟，目前仍處于初級(jí)應(yīng)用階段，在設(shè)備性能和可靠性上均需要進(jìn)一步完善和深入研究，但NFC技術(shù)在校園一卡通系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力是顯而易見(jiàn)的。

[1]楊森，楊娜. 淺析高校校園一卡通應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 經(jīng)貿(mào)實(shí)踐，2018（8）：220-221.

[2]顧煒江. 校園一卡通應(yīng)用NFC數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究綜述[J]. 中國(guó)教育信息化，2014（6）：80-81.

[3]王小娟，黃協(xié)，張成. 基于數(shù)字化校園的校園一卡通構(gòu)建[J]. 中國(guó)新通信，2017，19（1）：122-123.

[4]樊穎軍. 基于安全性的智慧校園一卡通技術(shù)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016（10）：223-224.

Research on Campus Mobile Phone Card System Based on NFC Technology

Yang Hua

Yuzhang Normal College, Jiangxi Nanchang 330006

At present, the campus card used in China’s campus generally does not have human-computer interaction function, and its intelligence is low. To this end, a campus mobile phone card system based on NFC technology is proposed, which realizes the interaction between the campus card and the user through the operating system of the mobile phone. The system consists of three layers of application platform, management platform and service platform. It has added data encryption algorithm and has many practical functions. It fully utilizes the advantages of NFC technology and further enhances the intelligence of campus card, which provides a valuable reference for the construction of digital campus.

NFC technology; campus card; smart phone

TN929.5

A

楊華（1984—），男，漢族，江西樂(lè)平人，豫章師范學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程師，碩士學(xué)位，主要研究方向是現(xiàn)代教育技術(shù)的教育教學(xué)、高校各設(shè)備的研究與應(yīng)用。