近场通信技术拓展电信智能卡应用

来源：中国一卡通网作者：许海翔伏京生翟巍白璐高博发布时间：2008-1-23 10:38:51 字体[大、中、小]

关键词：近场通信电信智能卡 nfc sim卡
摘要：近来，近场通信(NFC)技术应用在世界范围内受到了广泛关注，国内外的电信运营商、手机厂商等不同角色纷纷开展应用试点，一些国际性协会组织也积极进行标准化促进工作。据业内相关机构预测，基于近场通信技术的手机应用将会成为移动增值业务的下一个杀手级应用。

基于电信智能卡的近场通信技术探索

1 技术方案特点

　　该方案以SIM卡为核心，应用放在单芯片的SIM卡中，确保了业务完全是由运营商控制并进行有效管理。业务逻辑层与射频RF层分离，业务逻辑由SIM卡管理，而射频由内置于手机的NFC芯片进行管理。采用此方案，可以很容易地将目前已经在Java卡上实现的其他应用，例如银行及公交应用部署在SIM卡上，使SIM卡成为一卡多用的多功能卡。方案特点如下：

    以运营商为核心：在这个技术方案中，所有的非接触式应用都存储在运营商发行的SIM 卡上，因此运营商可以有效地规划和管理非接触式业务，发挥核心的作用。

    多协议支持：手机可以支持卡片模拟及读卡器模式，兼容ISO 1443 type A、type B、type B calypso、Felica以及RFID-ISO 15693。

    匮电工作模式：即使在手机关机或者电池用尽的情况下，SIM卡中的非接触应用仍然可以正常工作。对于公共交通及小额支付，这是一个非常必要的功能。

    多应用支持：SIM卡支持Global Platform(GP)技术架构。这种架构保证了在SIM卡中可以按照一套完整的安全标准创建多个独立的安全域，以存储多种完全不同的应用，例如移动通信、公共交通、电子钱包、票务应用、门禁等。

    业务的可移植性及延续性：由于应用信息是存储在SIM卡中，因此在用户更换手机之后，所有的应用都可以继续。

    安全性：SIM卡本身的安全机制为存储在卡中的交易提供了一个安全的运行环境。同时，基于GP架构的Java卡更实现了不同应用之间的隔离，有效防止未授权的恶意攻击行为。

    开放的解决方案：相关的技术规范均已开放并提交至ETSI。

2 相关技术环节

eNFC芯片组

　　该芯片组要求支持标准的ISO 15693, ISO 14443-A/B、ISO 18092协议；支持读卡器、卡片模拟以及点对点数据传输三种工作模式，支持匮电工作模式。目前已有Inside公司可提供商用产品，NXP公司也将于2007年底提供此类芯片组。

SIM卡

　　为保证SIM 卡上交易应用的安全性以及交易应用的空中下载，按照Global Platform要求实现SIM卡的应用管理架构。为保证应用提供商及可信任的第三方能够独立开发交易应用，SIM卡应同时支持Java卡标准，以保证卡片及应用的互操作性。同时支持单线通信协议实现与eNFC芯片之间的通信，也必须兼容ISO 7816接口保证SIM卡原有移动通信业务的正常使用，并支持多线程操作模式。目前雅斯拓等多家卡商均可提供此类卡片。

SIM卡架构图

图1 SIM卡架构图

手机终端

　　手机终端硬件上，需集成eNFC芯片及天线，将eNFC芯片与SIM卡的第六管脚相连，以保证eNFC芯片与SIM卡的通信。在软件方面，实现BIP协议以支持SIM卡通过TCP/IP通道与远端服务器进行通信。SAGEM此类手机终端已经在巴黎地铁的试点项目应用。

手机终端硬件结构图

图2 手机终端硬件结构图

3 重要技术问题研究

（1）NFC控制芯片与SIM卡通信协议

　　考虑到与国际规范兼容问题，NFC控制芯片与SIM卡通信协议将采用单线协议。手机上的非接触模块被划分为如下两个部分。

　　eNFC芯片组：eNFC芯片组与天线一起被设计在手机中，起到一个调制解调器的作用。它主要用来处理射频RF协议本身，将射频信号转换为帧信号从SIM卡上的C6管脚传送到SIM卡中，或者将从SIM卡同一管脚接收到的帧信号转换为射频信号。

　　SIM卡：SIM卡主要用于存储Java应用并处理非接触交易，卡片须支持单线协议并能够与eNFC芯片进行通信。

　　单线协议本身是一个全双工的通信协议，使用电压和电流调制在SIM卡片及eNFC芯片组之间传输数据。

单线协议概要模型图

图3 单线协议概要模型图

（2）应用安全机制

　　整个系统及业务流程遵循GP标准，以满足应用各方对安全性的要求。根据GP标准，卡片内存被分隔为若干独立的安全域，分为如下两种类型。

    卡片发行者安全域：负责卡片管理功能，控制其他安全域的生命周期，由卡片发行者（通常是运营商）掌控；
    应用提供方安全域：应用提供方可以在自己控制的安全域内下载及安装新的应用。另外，相关各技术环节对应用安全也有保障。
    SIM/UIM卡：按照GP标准实现卡片的应用管理构架，保证卡片上交易的安全性以及应用能够安全的通过空中下载；
    受理终端(POS)：受理终端需根据应用发行方的密钥管理体系、技术规范、业务流程要求进行定制；
    应用发行系统：系统设计符合GP标准，分为卡片发行方、应用发行方系统，采用完全分离的密钥体系，各自独立管理；
    手机终端：只作为透明的传输通道，不存储任何与应用发行、电子钱包消费、充值过程相关的密钥、证书，降低被破解风险。

（3）匮电工作模式

　　公交、门禁等典型应用均要求支持匮电工作模式，此时能量主要是由线圈感应获得，相对有限。低能量会导致射频性能低和不可靠数据产生，这就要求NFC控制芯片、SIM卡等都具备低功耗工作能力，有效利用手机的残留电量达到匮电工作状态下的良好的射频性能。

应用前景展望

　　电信智能卡未来必将会提供更大存储容量、更高通信速率、更强计算能力以及更加完善的身份鉴权体系。基于以上的技术保障，电信智能卡将会成为一个支持多任务、多应用的业务平台。作为其中一类重要的应用，近场通信技术应用将改变移动运营商、手机厂商、智能卡厂商、系统供应商、应用提供商之间合作的方式，建立新的业务模式与赢利机会，进一步提高用户消费行为的电子化程度，从而成为移动通信行业增值业务新的增长点。

作者简介：中国联合通信有限公司许海翔伏京生联通华建网络有限公司翟巍白璐高博