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非接触式移动支付业务的研究
作者：严斌峰 张智江 张 范
来源：RFID世界网
日期：2007-06-19 10:15:50
摘要：非接触式移动支付业务通过安全的近距离通信技术，使用移动通信终端，实现货币支付或资金转移功能，已成为市场前景看好的移动增值业务。本文介绍了非接触式移动支付的业务分类和发展情况，详细描述了实现近距离通信的关键技术RFID的实现原理、系统组成、工作频率和技术特性，并简要分析了Felica和NFC两种典型的非接触式移动支付技术的特点和性能。
1 引言
随着电子商务的深入开展，人们在商务活动中的支付方式也发生了革命性的变化。现金，票据和信用卡等传统支付手段逐渐被电子支付方式所取代。所谓电子支付，指的是电子交易的当事人，包括消费者、厂商和金融机构，使用安全电子支付手段通过网络进行的货币支付或资金流转。与传统的支付方式相比，电子支付基于一个开放的系统平台，使用最先进的通信手段，以数字化的方式进行款项支付，具有方便、快捷、高效、经济的优点。
目前的电子商务主要是通过互联网以有线的方式进行。客户在网上购物后，必须支付现金或者在指定的机器上进行支付。这给客户带来了诸多不便。随着移动通信事业和支付技术的迅速发展，金融支付系统正在从有线走向无线，电子支付正在迎来一个崭新的发展机遇：移动支付技术的诞生。移动支付系统是移动通信技术与电子支付技术相结合的产物，融合了移动电话和手持POS的功能特点，使支付系统彻底摆脱了电话线的制约，开辟了移动支付的新天地。移动支付业务是个极具潜力的巨大产业。
本文主要介绍非接触式移动支付业务的发展情况、关键技术，并分析有代表性的索尼Felica和飞利浦NFC的技术特点。
2 移动支付业务的分类
按照欧洲银行标准化协会在TR603（European Committee for Banking Standards，“Business and Funtional Requirements for Mobile Payments”）的定义，可按照支付金额的大小和地理位置的远近，对移动支付业务进行分类。
（1）按支付金额划分
●微支付：支付金额低于2欧元的情况下，一般划归为微支付类型。
●小额支付：支付金额介于2~25欧元之间，称为小额支付。
●大额支付：支付金额在25欧元以上，则为大额支付。
（2）按地理位置划分
●远程支付：远程支付可以不受地理位置的约束，独立或依托于网上购物、电话购物、银行业务等环境，以银行账户、手机话费或虚拟预存储帐户作为支付帐户，以短信、语音、WAP等方式提起业务请求，一般用以购买数字产品、订购天气预报、订购外汇牌价等银行服务、代缴水电费、为购买的现实商品付款等。
●本地支付：利用红外线、蓝牙、射频技术，使得手机和自动售货机、POS终端、汽车停放收费表等终端设备之间的本地化通讯成为可能，真正用手机完成面对面（Face-to-Face）的交易。
3 非接触式移动支付业务的发展
日本移动支付产业由NTT DoCoMo与电子产品巨头SONY所主导。两家公司正在共同推行其“i-mode Felica”移动钱包方案，并建立Felica Networks平台允许其他运营商与服务供应商的加入。其“手机钱包”内嵌Felica芯片，支持各种零售、电子票务、娱乐消费等非接触式支付。
Felica移动钱包应用面向六大领域，包括购物、交通支付、票务、公司卡、身份识别、在线金融等，主要合作伙伴包括连锁便利店AM/PM、全日空、东日本铁路公司、票务公司PIA等。2005年4月，NTT DoCoMo宣布收购三井住友金融集团信用卡部门34%的股份，显示了进军金融支付领域的决心，新的支付应用将不需要通过现金或网络方式进行充值而直接发起信用卡支付。日本另外两大移动运营商KDDI与Vodafone已加入Felica阵营，与金融领域的深层合作已成为共同的方向。
2001年11月，韩国SKT和各大银行合作推出了NEMO电子货币服务（一种基于网络的电子现金服务，允许通过移动终端进行现金转账，而且在网上和现场都能实现付款功能，用户的移动电话即其虚拟帐户号码）。早在2001年9月，SK电信就与VISA合作，由韩国五大银行参与，共同启动了MONETA移动支付业务。采用此项业务的用户，需将专门的小尺寸信用卡插入手机中，即双卡方案。
国际上非接触式支付的探索也为我国的移动支付发展指明了方向。目前，在我国非接触式卡的支付领域发展较迅速的是城市交通卡，全国已有十几个大中城市的政府开始统一规划交通卡的发展，采用低成本的非记名的逻辑加密IC卡迅速实现市场扩张。将这种非接触芯片与手机集成，形成一种全新的移动支付模式，将成为一个崭新的课题。
4 技术特点
4.1 关键技术RFID
Radio Frequency Identification（RFID）通称电子标签技术，作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，是非接触式移动支付应用中的关键技术。RFID技术是20世纪90年代兴起的一项自动识别技术。它是通过磁场或电磁场，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，可识别高速运动物体并可同时识别多个目标。与传统识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，操作方便快捷。能广泛用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域，被认为是条形码标签的未来替代品。
RFID应用系统一般由阅读器、电子标签和后台控制系统组成：阅读器和电子标签之间通过电磁耦合进行数据交换；阅读器与后台控制系统通过有线或无线的方式进行数据的交换。
（1）电子标签
电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的标签。存储在芯片中的数据，可以由阅读器以无线电波的形式非接触地读取，并通过阅读器的处理器，进行信息解读。不同的电子标签，其读写特性也是不同。有的标签只允许读；有的标签允许写一次；有的标签允许多次的读写。
电子标签一般储存从512字节到4兆字节容量不等的数据。标签中储存的数据是由系统的应用和相应的标准决定的。
根据标签是否带有电源，将标签分为两种，即主动标签（Active Tag）和被动标签（Passive Tag）。被动标签借助阅读器发出的信号获取能量，发送信息；主动标签自带电源，可以主动持续发出信号。
对于被动标签来说，其工作所需的能量来源于阅读器，即从阅读器发射的射频能量中取得（一般由整流方法将射频能量转变为直流电源存在标签中的电容器里）；对于（半）有源射频标签来说，阅读器发射的射频能量可以唤醒标签转入工作状态；完全有源射频标签不利用阅读器发出的射频能量，因而可以与阅读器进行较远距离的通信。
（2）阅读器
阅读器的基本功能就是提供与标签进行数据传输的接口，可设计为手持式或固定式。阅读器包括高频接口和控制单元两个基本模块：
高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动电子标签并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给电子标签；接收并解调来自电子标签的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异。
控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与电子标签的通信过程；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对电子标签与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行电子标签和阅读器间的身份验证等附加功能。
（3）工作频率
RFID系统使用的频率主要有6个频段，分别为：125kHz，13.56MHz，433.92MHz，860～930MHz，2.45GHz以及5.8GHz。其中，最常用的4个频段为：125kHz，13.56MHz，860～930MHz和2.45GHz。
（4）读写距离
RFID系统的读写距离是一个很关键的参数。影响电子标签读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、电子标签的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和电子标签的耦合度，以及电子标签本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%～80%。
4.2 典型实现技术
目前，已应用的实现技术有两种，即Felica技术和NFC技术。
Felica技术，由日本SONY公司提出，虽然不是国际标准化的技术，但在日本市场上得到广泛应用。NTT DoCoMo基于该技术推出的i-mode Felica业务获得了较好的市场认可。
NFC技术由PHILIP、NOKIA和SONY公司共同推出，目前已成为国际标准。该技术不仅具备传统意义上的RFID功能，还开发了蓝牙、红外等通信功能。
（1）Felica
Felica体系中非接触IC卡由IC芯片和天线组成，不包含电源部分；阅读器由天线和控制主板部分组成，卡和阅读器之间通过电磁感应方式进行工作。Felica的主要技术参数和特性如下：
●工作频率：13.56MHz；
●数据传输速率：212kbit/s；
●阅读时间：0.1s；
●安全性：在卡和阅读器之间采用对称密钥体系3DES进行相互认证和数据加密。为了保证系统的安全性，加密密钥随机产生，并且每次认证时密钥都不相同；
●多应用支持：Felica能够在一张IC卡上提供多个应用，每个应用都采用不同的加密密钥，从而保证应用之间的安全性。
Felica具有自己的存储区，在终端关机或没有电时，仍然可以使用。
（2）NFC
NFC技术产生的目标在于简化消费电子产品客户的设备配置操作，从而能够方便的进行多个设备之间的安全通信。利用NFC，内容的传送和不同设备中存储的数据的管理将变得简单。
NFC技术由非接触式识别互连技术的融合演变而来，在0~20cm距离内工作于13.56MHz频率范围。NFC技术符合ISO 18092，ISO 21481，ECMA(340，352和356)及ETSI TS 102标准。NFC同时与广为接受的ISO 14441A标准非接触式智能卡市场标准兼容。NFC的主要技术参数和特点如下：
●工作频率：13.56MHz；
●通信距离：0~20cm；
●通信速率：106，212，424kbit/s（计划达到1Mbit/s的速度）；
●工作模式：半双工（listen before talk）；
●兼容其他广泛使用的非接触智能卡协议，如Felica和Mifare。
5 结束语
非接触式移动支付已经成为了业界关注的热点，业界各方正积极努力的争取市场合作，与公共事业的结合将成为其市场推广的突破口。非接触式手机支付车票、支付2008北京奥运会门票等应用都已经具备可实施的成熟条件。另外，非接触式手机与名片卡、钥匙、会员卡等的结合也将会在不远的将来，走入我们的生活。
随着电子商务的深入开展，人们在商务活动中的支付方式也发生了革命性的变化。现金，票据和信用卡等传统支付手段逐渐被电子支付方式所取代。所谓电子支付，指的是电子交易的当事人，包括消费者、厂商和金融机构，使用安全电子支付手段通过网络进行的货币支付或资金流转。与传统的支付方式相比，电子支付基于一个开放的系统平台，使用最先进的通信手段，以数字化的方式进行款项支付，具有方便、快捷、高效、经济的优点。
目前的电子商务主要是通过互联网以有线的方式进行。客户在网上购物后，必须支付现金或者在指定的机器上进行支付。这给客户带来了诸多不便。随着移动通信事业和支付技术的迅速发展，金融支付系统正在从有线走向无线，电子支付正在迎来一个崭新的发展机遇：移动支付技术的诞生。移动支付系统是移动通信技术与电子支付技术相结合的产物，融合了移动电话和手持POS的功能特点，使支付系统彻底摆脱了电话线的制约，开辟了移动支付的新天地。移动支付业务是个极具潜力的巨大产业。
本文主要介绍非接触式移动支付业务的发展情况、关键技术，并分析有代表性的索尼Felica和飞利浦NFC的技术特点。
2 移动支付业务的分类
按照欧洲银行标准化协会在TR603（European Committee for Banking Standards，“Business and Funtional Requirements for Mobile Payments”）的定义，可按照支付金额的大小和地理位置的远近，对移动支付业务进行分类。
（1）按支付金额划分
●微支付：支付金额低于2欧元的情况下，一般划归为微支付类型。
●小额支付：支付金额介于2~25欧元之间，称为小额支付。
●大额支付：支付金额在25欧元以上，则为大额支付。
（2）按地理位置划分
●远程支付：远程支付可以不受地理位置的约束，独立或依托于网上购物、电话购物、银行业务等环境，以银行账户、手机话费或虚拟预存储帐户作为支付帐户，以短信、语音、WAP等方式提起业务请求，一般用以购买数字产品、订购天气预报、订购外汇牌价等银行服务、代缴水电费、为购买的现实商品付款等。
●本地支付：利用红外线、蓝牙、射频技术，使得手机和自动售货机、POS终端、汽车停放收费表等终端设备之间的本地化通讯成为可能，真正用手机完成面对面（Face-to-Face）的交易。
3 非接触式移动支付业务的发展
日本移动支付产业由NTT DoCoMo与电子产品巨头SONY所主导。两家公司正在共同推行其“i-mode Felica”移动钱包方案，并建立Felica Networks平台允许其他运营商与服务供应商的加入。其“手机钱包”内嵌Felica芯片，支持各种零售、电子票务、娱乐消费等非接触式支付。
Felica移动钱包应用面向六大领域，包括购物、交通支付、票务、公司卡、身份识别、在线金融等，主要合作伙伴包括连锁便利店AM/PM、全日空、东日本铁路公司、票务公司PIA等。2005年4月，NTT DoCoMo宣布收购三井住友金融集团信用卡部门34%的股份，显示了进军金融支付领域的决心，新的支付应用将不需要通过现金或网络方式进行充值而直接发起信用卡支付。日本另外两大移动运营商KDDI与Vodafone已加入Felica阵营，与金融领域的深层合作已成为共同的方向。
2001年11月，韩国SKT和各大银行合作推出了NEMO电子货币服务（一种基于网络的电子现金服务，允许通过移动终端进行现金转账，而且在网上和现场都能实现付款功能，用户的移动电话即其虚拟帐户号码）。早在2001年9月，SK电信就与VISA合作，由韩国五大银行参与，共同启动了MONETA移动支付业务。采用此项业务的用户，需将专门的小尺寸信用卡插入手机中，即双卡方案。
国际上非接触式支付的探索也为我国的移动支付发展指明了方向。目前，在我国非接触式卡的支付领域发展较迅速的是城市交通卡，全国已有十几个大中城市的政府开始统一规划交通卡的发展，采用低成本的非记名的逻辑加密IC卡迅速实现市场扩张。将这种非接触芯片与手机集成，形成一种全新的移动支付模式，将成为一个崭新的课题。
4 技术特点
4.1 关键技术RFID
Radio Frequency Identification（RFID）通称电子标签技术，作为一种快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，是非接触式移动支付应用中的关键技术。RFID技术是20世纪90年代兴起的一项自动识别技术。它是通过磁场或电磁场，利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据，可识别高速运动物体并可同时识别多个目标。与传统识别方式相比，RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，操作方便快捷。能广泛用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域，被认为是条形码标签的未来替代品。
RFID应用系统一般由阅读器、电子标签和后台控制系统组成：阅读器和电子标签之间通过电磁耦合进行数据交换；阅读器与后台控制系统通过有线或无线的方式进行数据的交换。
（1）电子标签
电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的标签。存储在芯片中的数据，可以由阅读器以无线电波的形式非接触地读取，并通过阅读器的处理器，进行信息解读。不同的电子标签，其读写特性也是不同。有的标签只允许读；有的标签允许写一次；有的标签允许多次的读写。
电子标签一般储存从512字节到4兆字节容量不等的数据。标签中储存的数据是由系统的应用和相应的标准决定的。
根据标签是否带有电源，将标签分为两种，即主动标签（Active Tag）和被动标签（Passive Tag）。被动标签借助阅读器发出的信号获取能量，发送信息；主动标签自带电源，可以主动持续发出信号。
对于被动标签来说，其工作所需的能量来源于阅读器，即从阅读器发射的射频能量中取得（一般由整流方法将射频能量转变为直流电源存在标签中的电容器里）；对于（半）有源射频标签来说，阅读器发射的射频能量可以唤醒标签转入工作状态；完全有源射频标签不利用阅读器发出的射频能量，因而可以与阅读器进行较远距离的通信。
（2）阅读器
阅读器的基本功能就是提供与标签进行数据传输的接口，可设计为手持式或固定式。阅读器包括高频接口和控制单元两个基本模块：
高频接口包含发送器和接收器，其功能包括：产生高频发射功率以启动电子标签并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给电子标签；接收并解调来自电子标签的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异。
控制单元的功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；控制与电子标签的通信过程；信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对电子标签与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行电子标签和阅读器间的身份验证等附加功能。
（3）工作频率
RFID系统使用的频率主要有6个频段，分别为：125kHz，13.56MHz，433.92MHz，860～930MHz，2.45GHz以及5.8GHz。其中，最常用的4个频段为：125kHz，13.56MHz，860～930MHz和2.45GHz。
（4）读写距离
RFID系统的读写距离是一个很关键的参数。影响电子标签读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、电子标签的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和电子标签的耦合度，以及电子标签本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的，写入距离大约是读取距离的40%～80%。
4.2 典型实现技术
目前，已应用的实现技术有两种，即Felica技术和NFC技术。
Felica技术，由日本SONY公司提出，虽然不是国际标准化的技术，但在日本市场上得到广泛应用。NTT DoCoMo基于该技术推出的i-mode Felica业务获得了较好的市场认可。
NFC技术由PHILIP、NOKIA和SONY公司共同推出，目前已成为国际标准。该技术不仅具备传统意义上的RFID功能，还开发了蓝牙、红外等通信功能。
（1）Felica
Felica体系中非接触IC卡由IC芯片和天线组成，不包含电源部分；阅读器由天线和控制主板部分组成，卡和阅读器之间通过电磁感应方式进行工作。Felica的主要技术参数和特性如下：
●工作频率：13.56MHz；
●数据传输速率：212kbit/s；
●阅读时间：0.1s；
●安全性：在卡和阅读器之间采用对称密钥体系3DES进行相互认证和数据加密。为了保证系统的安全性，加密密钥随机产生，并且每次认证时密钥都不相同；
●多应用支持：Felica能够在一张IC卡上提供多个应用，每个应用都采用不同的加密密钥，从而保证应用之间的安全性。
Felica具有自己的存储区，在终端关机或没有电时，仍然可以使用。
（2）NFC
NFC技术产生的目标在于简化消费电子产品客户的设备配置操作，从而能够方便的进行多个设备之间的安全通信。利用NFC，内容的传送和不同设备中存储的数据的管理将变得简单。
NFC技术由非接触式识别互连技术的融合演变而来，在0~20cm距离内工作于13.56MHz频率范围。NFC技术符合ISO 18092，ISO 21481，ECMA(340，352和356)及ETSI TS 102标准。NFC同时与广为接受的ISO 14441A标准非接触式智能卡市场标准兼容。NFC的主要技术参数和特点如下：
●工作频率：13.56MHz；
●通信距离：0~20cm；
●通信速率：106，212，424kbit/s（计划达到1Mbit/s的速度）；
●工作模式：半双工（listen before talk）；
●兼容其他广泛使用的非接触智能卡协议，如Felica和Mifare。
5 结束语
非接触式移动支付已经成为了业界关注的热点，业界各方正积极努力的争取市场合作，与公共事业的结合将成为其市场推广的突破口。非接触式手机支付车票、支付2008北京奥运会门票等应用都已经具备可实施的成熟条件。另外，非接触式手机与名片卡、钥匙、会员卡等的结合也将会在不远的将来，走入我们的生活。
