引言

　　隨著手機的快速普及，無線網絡支持的上下行數據速率不斷提高，新的應用尤其是數據業務方面的應用不斷涌現，手機成為人們身邊不可缺少的信息終端。越來越多的人用手機代替手表、記事本、MP3，是否有一天我們的錢包和鑰匙也會讓位于手機，使我們的生活更加方便，更加安全呢？ 近距離通信NFC（Near Field Communication）技術將讓這一切變為現實。2006年6月，諾基亞和中國移動、飛利浦、易通卡公司在廈門啟動了中國首個NFC手機支付試驗。用戶使用內嵌NFC模塊的諾基亞3220手機，可在廈門市任何一個易通卡覆蓋的營業網點（公交汽車、輪渡、電影院、快餐店）進行手機支付。不僅如此，在不久的將來，通過手機和NFC技術的結合，用戶僅僅通過手機就可以實現以下應用：在街邊海報上和雜志上下載演唱會時間地點和節目表；在公園里玩互動的定向越野游戲；在車站實時刷新公交車的到站時間；在辦公室發送短信控制家政服務員進出住宅的時間；在學校全面代替現有學生證和學生卡；在遍布市區的智能公用電話亭查詢地圖、公交線路、餐飲購物等信息；在加油站、超市、銀行任何有POS機的地方支付款項并用手機收取電子發票。

　　1 技術簡介

　　NFC是在無線射頻識別（RFID）和互聯技術的基礎上融合演變而來的新技術，是一種短距離無線通信技術標準。它在單一芯片上集成了非接觸式讀卡器、非接觸式智能卡和點對點的功能，運行在13.56MHz的頻率范圍內，能在大約10cm范圍內建立設備之間的連接，傳輸速率可為106kbit/s、212kbit/s、424 kbit/s，未來可提高到848kbit/s以上。NFC終端有三種工作模式：

　　（1）主動模式下，NFC終端作為一個讀卡器，主動發出自己的射頻場去識別和讀/寫別的NFC設備；

　　（2）被動模式下，NFC終端可以模擬成一個卡被讀/寫，它只在其他設備發出的射頻場中被動響應；

　　（3）雙向模式下，雙方都主動發出射頻場來建立點對點的通信。

　　NFC用于在短距離范圍內快速建立各種設備之間的無線通信，可作為一種虛擬連接器，它可以滿足任何兩個無線設備間的數據交換。它還能通過初始化設備原有的藍牙和802.11等無線協議，使設備能在更遠距離上通信或以更高速率傳輸數據。所以除了信息傳輸之外，NFC設備可以在聯網世界中作為一個安全的網關，讓用戶無論在家中或移動中，都能隨時儲存或接收各種信息。只要將兩個NFC設備靠攏，它們便會自動啟動網絡通信功能，用戶無需另行設定安裝程序，從而實現前述的非接觸式移動支付、身份識別等電子錢包和身份證功能。 NFC技術符合國際標準化組織的ISO18092、ISO21481標準，兼容無線智能卡ISO14443標準，符合歐洲計算機協會的EMCA-340、352和356標準。NFC兼容非接觸式智能卡領域的兩強--飛利浦的MIFARE技術和索尼的FeliCa技術，基于前者的智能卡已部署約12億片，后者也已部署約1.7億片。這使NFC技術充分具備了未來近距離無線互連設備所應有的低功率、低價格、兼容性的特點，而使NFC成為近距離無線互連領域一種極富競爭力的技術。

　　2 應用分類和現狀

　　2.1 應用分類 NFC 技術的應用可分為五類：

　　（1）接觸通過（Touch and Go），如門禁管理、車票和門票等，用戶將儲存著票證或門控密碼的設備靠近讀卡器即可，也可用于物流管理。

　　（2）接觸支付（Touch and Pay），如非接觸式移動支付，用戶將設備靠近嵌有NFC模塊的POS機可進行支付，并確認交易。

　　（3）接觸連接（Touch and Connect），如把兩個NFC設備相連接（如圖1中手機和筆記本電腦），進行點對點（Peer-to-Peer）數據傳輸，例如下載音樂、圖片互傳和交換通訊錄等。

圖1 手機和筆記本電腦的NFC點對點通信

　　（4）接觸瀏覽（Touch and Explore），用戶可將NFC手機接靠近街頭有NFC功能的智能公用電話或海報，來瀏覽交通信息等。

　　（5）下載接觸（Load and Touch），用戶可通過GPRS網絡接收或下載信息，用于支付或門禁等功能，如前述，用戶可發送特定格式的短信至家政服務員的手機來控制家政服務員進出住宅的權限。

　　2.2 國內外的應用現狀

　　諾基亞、飛利浦和索尼于2004年創建的非贏利性行業協會--NFC論壇，目前的贊助會員已有三星、微軟、Visa等11個，而其各類會員總數已超過100個，這里集中了全球領先的運營商、手機廠商、芯片廠商、智能卡生產商、銀行和信用卡組織（見表1）。

表1 全球部分NFC手機測試項目

       在日本，自2004年7月NTT DoCoMo推出了基于Felica技術的手機錢包業務以來，其用戶群已經可以用“龐大”來形容了，支持Felica的POS機在日本街頭已隨處可見。經過幾次升級，Felica手機已被廣泛應用于交易、身份識別、門禁管理等方面。巨大的交易額促使NTT DoCoMo通過收購三井住友信用卡公司34％股份建立了金融服務部門。在中國香港地區，Felica技術被用于具有電子錢包和身份識別功能的“八達通”卡上，該卡的發行量也已達千萬級。Felica技術在新加坡也得到了廣泛應用。 在歐盟，由歐盟委員會和信息社會技術（IST）項目共同投資，摩托羅拉等多家公司及布達佩斯理工等大學共同參與的StoLPaN（Store Logistics and Payment with NFC）項目，也計劃于2007年夏季發布第一版技術規范和應用程序，并演示NFC在交通和封閉式支付系統中的應用情況。該項目旨在為基于NFC的服務開發一個開放式的商用和技術構架，推動基于NFC的移動應用在眾多行業中的部署。

　　3 與其他無線通信技術的比較

　　NFC源于RFID技術，但又不同于RFID。NFC采用了雙向識別和連接，通信各方不存在固定的主從關系，通信可以由任意一個NFC設備發起。紅外通信要求設備在30°錐角以內且不能移動，而作為一種面向消費者的支付技術，NFC比紅外更快，操作也更簡單。與藍牙相比，NFC面向近距離交易，適用于交換財務信息或敏感的個人信息等重要數據；藍牙適用于較長距離數據通信，能夠彌補NFC通信距離的不足。NFC和藍牙可以互為補充，共同存在。同時，

　　非常近的通信距離也使NFC具有了天然的安全保障。ZigBee更適合用于擁有大量無線傳感器和控制操作的工業控制領域，而Wi-Fi顯然更適于小型辦公場所和家庭網絡（見表2）。

表2 NFC與六種無線通信技術的比較

　　就成本而言，NFC的成本較低，飛利浦承諾，每個芯片的成本約在2美元左右。而藍牙、Wi-Fi和ZigBee的系統成本則遠遠比NFC的高。 總體來看，作為一種面向近距離交易的無線通信技術，NFC的優勢明顯，功耗極低、成本低、安全性好，其速率基本能滿足設備之間信息交換的需求。同時，對于視頻流等需要較高帶寬的應用，也可以配合藍牙、Wi-Fi等技術，提供方便的自動接入功能。

　　4 非接觸式移動支付的幾種應用方案

　　目前，基于手機的非接觸式移動支付應用有三種主流方案：飛利浦、索尼和諾基亞等廠家提出的基于手機的NFC方案、芯片廠商Inside公司提出的eNFC方案和雙界面智能卡方案。

　　4.1 主流方案

　　（1）NFC方案

該方案中NFC功能芯片和天線與手機的其他部分及SIM卡相獨立，但NFC模塊與手機共用電池（見圖3）。電池有電時，NFC模塊可在主動、被動和雙向三種模式下工作；電池斷電時，只能在被動模式下工作，相當于普通的一卡通。手機開關機對NFC模塊無影響，即在手機關機時也可使用NFC功能。實現方式有兩種：一是定制手機，將天線集成在手機電池或主板上，使NFC應用與手機融為一體，工作穩定可靠，但需更換手機；二是將天線與NFC芯片直接相連，然后與電池緊貼放在電池和手機后蓋之間，用戶不需更換手機，前述的廈門測試項目就采用了此種方式，如圖2。此方案的不足在于，天線連接的可靠性不高；此外對手機的內部尺寸有特殊要求，增加天線之后影響了手機的便攜性。 此方案的NFC模塊不能和手機的處理器或SIM卡通信，用戶和電信運營商無法通過手機控制NFC模塊。這會造成信用卡發行商和手機制造商單獨接觸，完全脫離電信運營商的市場格局。另一方面，若要將NFC模塊收發的信息與蜂窩網絡聯系起來，須在NFC模塊和手機基帶芯片間建立接口，且各層的設計都必須繞開運營商的控制，也無法直接讀寫SIM卡，軟硬件設計將變得非常復雜。 此方案的優點是對不同技術、不同信用卡發行商的卡兼容性好，在全球已有很多案例，應用技術也比較成熟，比較適合試點期的項目。

圖2 廈門測試中的諾基亞3220

圖3 NFC方案示意圖

　　（2） eNFC方案

　　此方案又稱為手機和SIM卡的融合方案，分離了應用層和底層功能，把NFC應用放在SIM卡中，把NFC功能芯片放在手機中（如圖4）以解決兼容性問題。由于SIM卡容量較大，可將重要信息（如信用卡賬號、員工卡號） 存儲在SIM卡中，且SIM卡存儲的安全性更高，對SIM卡只需增加一個管腳。用戶更換SIM卡時，可以帶走現有的交易數據，實現徹底的機卡分離。 此方案可簡化NFC模塊和手機間的通信結構，使NFC的網絡應用更為流暢，也使電信運營商和信用卡發行商共同加入到市場中來。缺點是NFC模塊和SIM卡間需要高速傳輸，保證實時性和操作的快捷，但這種通信協議目前尚未標準化。表1中法國巴黎交通系統采用了此種方案。

圖4 eNFC方案示意圖

圖5 雙界面智能卡方案示意圖

　　（3）雙界面智能卡方案

　　該方案基于一種雙界面智能SIM卡，支持非接觸式應用，同時也可實現普通手機SIM卡的功能，在接聽撥打電話、收發短信時不影響非接觸式操作（見圖5）。兩種實現方式與NFC方案基本相同：一是定制手機；二是將天線與SIM卡直接相連后放在電池和手機后蓋之間，這樣可只更換SIM卡，降低成本，缺點也是天線連接的可靠性低、對手機尺寸要求高等。該方案占用了C4和C8接口，而這兩個接口是用于高速數據下載的，可能會影響到未來高速空中下載應用。 此方案基于智能卡技術，技術標準和規范都已成型；對于運營商來說項目啟動較快，成本低。由于SIM卡只能由運營商發行，因此該方案對運營商更為有利。目前，湖南移動正在對該方案進行內部測試。

　　4.2 過渡方案

　　另外，鑒于目前非接觸式移動支付尚處在起步階段，標準的統一和用戶對服務的接受都還需要一段時間，因此兩種過渡性方案也值得考慮：

　　（1）RFID模塊＋獨立RFID卡

　　該方案中，RFID卡是獨立于手機之外的單獨一張卡片，與現用的各種RFID卡相同，無需更換。RFID模塊是專用的RFID讀寫模塊，內置在手機中，如圖6,與NFC方案中的形式相同，共用電池、天線內置且不能與手機SIM卡通信。獨立的RFID卡可像普通卡一樣使用，也可接受該讀寫模塊的操作，讀寫模塊主要作用是查詢卡上余額，未來可擴展至充值操作等。 該方案優點是獨立的RFID卡使得公交車、商店等處現有的讀卡器基本不需更換，簡化的專用讀寫模塊也使得系統成本較低。不足之處在于讀寫模塊的功能有限，且與NFC方案一樣開展網絡應用極為復雜；且用戶消費時需攜帶手機和RFID卡。

圖6 RFID模塊+獨立RFID卡示意圖

圖7 藍牙+NFC示意圖

　　（2）藍牙＋NFC

　　該方案的核心是藍牙轉換器，內部包含藍牙和NFC模塊，模塊間可用RS232接口連接。使用時，手機先通過藍牙與轉換器連接，轉換器內部將消息轉換格式并發送給NFC模塊，再由NFC模塊與具有NFC功能的POS機連接，如圖7。 該方案適用于初期大多數手機有藍牙而無NFC功能的情況，轉換器可集成在POS機中，這樣具有藍牙或NFC功能的手機都可進行支付且不用攜帶卡片。由于藍牙模塊成本相對較高，還要和NFC模塊集成，增加了POS機的成本，不利于廣泛部署；藍牙通信和轉換器模塊間通信的安全性也比NFC模式低。

　　5 存在的問題

　　圍繞NFC應用的商業部署，最重要、最復雜的問題是要建立一個各方可分享利益的NFC生態系統，其中最微妙的是電信運營商和信用卡發行商的關系。一方面，運營商和發行商都可以單獨和設備商接觸，形成一個排他性的NFC服務網絡，通吃市場；另一方面，運營商和發行

　　商的合作又可以擴展業務，吸引更多用戶，NTT DoCoMo注資三井住友信用卡公司的案例已經顯示了在日本兩大產業的合作趨勢。在我國，運營商單獨建網會受到金融業務準入的限制；發行商單獨建網，無法使用電信網絡，服務受到很大限制。雙方的合作，又存在市場主導權、監管控制權、對用戶的控制、電信業和金融業能否相互滲透及滲透的深度等諸多因素的影響。這些都有待技術和市場的進一步發展來解決。 具有NFC功能的手機安全性更好，用戶可根據需求，在使用時通過密碼開啟支付功能，使用結束后及時關閉。手機一旦丟失，只要設定有密碼，別人將無法使用。用戶還可為門禁等各種功能設定不同的密碼，但用戶在消費時也要防止被人偷窺到密碼。

　　此外，還有下述一些問題值得注意。

　　5.1 掛失

　　由于輸入密碼需要花費較多時間，尤其是在頻繁使用時更是麻煩，所以目前大多數用戶都未給手機設置開機、短信、上網、長途電話等多重密碼。因此用戶也會因為麻煩而不對NFC手機設置消費、門禁等多重密碼，這就導致手機丟失時，運營商有必要對手機掛失。但在手機斷電或關機時，運營商無法通過移動網絡掛失，而此時手機還具有NFC被動模式下的消費和門禁等功能，這就要求在有線的POS機網絡中對手機的NFC模塊掛失，使POS機拒絕其服務請求。由此帶來的問題是，家庭或辦公室的門禁機是否也需要接入有線網絡？若不接入，如何識別手機已丟失；若接入，如何防止攻擊者通過有線網絡對門禁非法控制。即便用戶為門禁設置密碼，也要面對手機關機或斷電時無法開門的難題。

　　5.2 病毒和木馬

　　在手機智能化的今天，用戶已能為手機安裝各種軟件，也可安裝第三方開發的軟件來擴展NFC的應用。而這些軟件、甚至短信或WAP網頁都有可能隱藏著病毒和木馬程序，如何防止手機中的個人信息和資金被非法程序竊取，或NFC功能受到非法程序的控制也是尚需深入研究的問題。

      5.3 非法的POS機

　　如何防止攻擊者利用帶有偽裝的非法POS機或嵌有芯片的海報等，對手機進行非法讀寫操作也需要研究。

　　5.4 虛擬貨幣

　　當移動支付得到普及時，將不再僅限于“小額”，用戶從支取工資，到進行各種消費都將極大地依賴于虛擬貨幣（電子貨幣），市場上流通的實物貨幣量將大大減少。政府部門如何對這些電子交易和虛擬貨幣進行有效的政策和法律監管也是有待深入研究的問題。

　　6 結論

　　隨著手機的普及和3G時代移動新業務的開展，非接觸式移動支付將成為一種趨勢。在這種趨勢下，圍繞產業鏈形成的各利益方將會在技術和市場的合力推動下逐漸形成一種平衡的生態系統。從長遠來看，非接觸式移動支付技術必須支持流暢的網絡應用和點對點通信，目前幾乎所有技術都將向這個方向過渡。