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    卡梦诺基于NFC通信的标准体系分析
    发布时间:2017-07-03 16:51:20
     前言
      近年来,NFC(Near Field Communication,近场通信)技术在世界范围内受到重视,终端制造商、内容提供商、设备制造商、电信运营商等产业链各方都积极参与到NFC的应用研究中。国际标准组织对各种基于NFC技术的应用开展了研究,并出台各种标准和规范。
      随着短距离无线技术的不断发展与成熟,特别是无线个人局域网(Wireless Personal Area Network,WPAN)的升温,短距离数据业务迅速发展,结合非接触识别技术(Radio Frequency IDentification,RFID)与无线连接技术而发展起来的NFC技术将成为具有竞争力的短距离无线通信技术之一。相对于其他短距离无线通信技术,NFC具有通信距离短、连接建立时间短、工作能耗需求低、安全性高、网络拓扑结构简单、成本低廉、方便易用和直观性强等特点,并且与现有非接触智能卡技术相互兼容,因此,NFC技术非常适合应用于移动智能终端的非接触式服务,实现财务信息或敏感个人信息等重要数据的快速交换。
      NFC 标准和技术的日臻成熟,使其广泛应用于移动支付、电子票务、智能媒体、身份识别、社交娱乐和电子设备等领域。随着NFC业务的迅速推广,电信运营商在信息整合能力及运营模式方面有了新的挑战。一方面应依托NFC产品提升用户满意度及用户黏性,进一步注重NFC产品运用和客户体验与服务保障工作;另一方面应注重开放共享,加强业内及跨行业交流与合作,有效利用资源;因此,充分借鉴国内外同行业已有成熟经验,基于NFC的业务系统模型和标准体系框架,分析执行域和管理域的通信标准,是运营商大力发展NFC业务、并在NFC产业环境优化方面发挥积极作用的前提。
      1 基于NFC通信的标准体系
      1.1 基于NFC通信的业务系统模型
      NFC 技术本身作为一种通信方式只是设备的通信接口,而目前国际所提倡的是从‘NFC as a Service(近场通信即服务)’的角度出发,即将NFC技术真正作为一种服务进行推广。本以此为文研究的出发点将NFC作为业务来运营。具体业务系统架构见图1。1)NFC业务平台。其作为NFC业务的运营和业务管理平台,具备业务开通、关闭、用户需求信息的提供、用户行为信息的采集和维护、智能信息终端的维护、软件的远程更新等功能。2)智能信息终端。其作为NFC业务平台延伸到用户生态环境的前置终端,为用户提供触手可及的NFC服务;具备与智能终端之间进行NFC交互,并将用户需求提交到业务平台上进行处理等功能。3)智能终端。其作为为用户提供NFC业务的载体,主要作为人机接口,通过智能终端与智能信息终端的NFC交互,实现业务的推送等。
    基于NFC通信的标准体系分析
      基于上述NFC业务运营的角色需求,我们将NFC业务系统模型分为管理域和执行域两大部分,分别通过数据上传通道和数据下传通道进行连接,如图2所示。1)管理域。面向NFC业务的运营和开展,进行业务管理、用户数据的处理等,是对应系统架构图的NFC业务平台。2)执行域。面向用户的NFC生态环境,真正贴近用户本身,开展具体的基于NFC技术的业务;对应系统架构图的智能信息终端和智能终端。
      1.2 基于NFC通信的标准体系架构
      NFC业务和技术的发展主要是建立在标准发展的基础上,国际上围绕NFC技术及制定相关标准的组织主要有ETSI、ISO/IEC、NFC-Forum和GSMA等。而随着移动支付业务的发展以及行业标准的制定和发布,国内针对底层NFC技术基础、技术要求也做出了相应规定。
    基于NFC通信的标准体系分析
      按照图2所示的NFC业务系统模型,现有的NFC技术标准主要分为两大部分,即执行域技术标准和管理域技术标准。其中执行域技术标准主要由ECMA、 ISO/IEC、ESTI和NFC-Forum组织制订。GSMA目前主要正式发布的标准是以实现NFC技术的互通性和实用性为原则,以SIM- based解决方案为出发点的需求规范,执行域和管理域均有涉及。基于NFC通信的标准体系框架如图3所示。
    基于NFC通信的标准体系分析
      为整合NFC服务资源,提高NFC应用价值,实现NFC业务的互通、NFC技术标准的发展,应在底层执行域实现标准的规范统一,为业务应用的通用性铺平道路,上层管理域标准实现各平台之间的互通。
      2 执行域的NFC通信标准统一
      2.1 国际的NFC通信标准
      现有国际执行域NFC技术标准主要分为两大部分,即物理层协议部分和应用层协议部分。其中物理层协议部分主要由ECMA、ISO/IEC和欧洲电信标准化协会(ESTI)完成,而应用层协议主要由NFC-Forum组织制订,GSMA发布了少量应用层标准,意在支持SWP、UICC等手机应用。
      2.1.1 物理层NFC通信标准
      最初的执行域协议为NFC接口协议1(NFCIP-1)[1],是由Philips、Nokia和Sony主推的一种近距离无线通信技术。NFCIP-1标准详细规定了NFC设备的调制方案、编码、传输速率和RF接口的帧格式以及主动与被动NFC模式初始化过程中数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外,这些标准还定义了传输协议,其中包括协议启动和数据交换方法等。Philips、Nokia和Sony向ECMA国际组织提交NFCIP-1标准草案,编号为ECMA-340,经过ECMA审议和修改之后,由ECMA向ISO/IEC提交标准,并被确定为标准ISO/IEC 18092[2],其中该协议还应用了ISO/IEC 23917和ISO/IEC 22536,这两份协议均涉及了NFC的测试方法,包括协议测试方法和RF/IF测试方法等。2003年NFCIP-1又被ETSI批准
      为TS 102 190 v1.1.1[3]。ECMA发布的物理层NFC通信标准参见表1。
    基于NFC通信的标准体系分析
      为兼容非接触式智能卡,2004年NFC-Forum又推出了NFCIP-2[4]规范,并被相关组织批准为ECMA-352、ISO/IEC21481和 ETSI TS 102 312 V1.1.1。NFCIP-2是在原有的NFCIP-1基础上引用了ISO/IEC14443[5]和ISO/IEC 15693[6],在2005年确定为ISO/IEC21481。改进版本指定了一种灵活的网关系统,用来检测和选择三种操作模式之一:NFC卡模拟模式、读写器模式和点对点通信模式。选择既定模式以后,按照所选的模式进行后续动作。ETSI发布的物理层NFC通信标准参见表2。
    基于NFC通信的标准体系分析
      ISO 发布的NFC相关标准以及在NFC相关规范中被引用较多的有NFC安全相关标准和智能卡相关标准。ISO/IEC-13157-1和ISO/IEC- 13157-2定义了NFC-SECNFCIP-1安全服务和协议[7]和NFC-SEC使用的ECDH和AES的加密标准。ISO/IEC-14443 针对非接触式卡片的应用进行定义,规定了卡片的物理特性、信号能量及信号接口、卡片的初始化和防冲突特性、卡片的数据传输协议。ISO/IEC- 15693定义了工作在13.56MHz下智能标签和读写器的空中接口及数据通信规范。ISO/IEC-7816[8]规定了接触式智能卡的相关规范,包括物理特性、接口规范、传输协议、命令交换格式等。ISO发布的物理层NFC通信标准参见表3。
    基于NFC通信的标准体系分析
      基于上述国际NFC标准分析,得出物理层NFC标准演进,如图 4所示。
    基于NFC通信的标准体系分析
      2.1.2 应用层NFC通信标准
      应用层协议主要定义具体应用的数据结构、通信协议及NFC设备之间的互通性等,另外,应用层协议的功能和规范基本上参考物理层协议进行制订。
      2006 年6月,NFC-Forum推出NFC兼容装置的标准化技术框架、初始规范和标签(Tag)格式,其中包括用于智能海报、文本和互联网资源读取应用程序的数据交互格式(NDEF)和记录类型定义(RTD)的三种初始规范。随着标准制订工作的进一步展开,2011年,NFC-Forum论坛又对标签格式做出进一步更新。其选择的初始标签格式适用于最广泛的应用程序和装置性能,另外,NFC-Forum论坛宣布了所有的NFC兼容的装置必须支持的四种标签格式的初始设置,从而使得NFC支持的标签成为应用层协议中最为重要的组成部分。各个标签基于ISO/IEC 14443-A或者ISO/IEC14443-B或者SONY公司提出的Felica(衍生自ISO/IEC18092的被动通信模式标准)。Type 1、2、3的标签最初由Innovision、Philips、SONY等公司独家供应,Type 4的标签目前已经有很多制造商生产和其他供应商提供。NFC-Forum发布的应用层NFC通信标准—数据定义参见表4,协议和规范参见表5。
    基于NFC通信的标准体系分析 
    基于NFC通信的标准体系分析
      2011年GSMA发布了NFC手机的单线协议需求规范,支持手机近场通信方案,促进手机网络运营商(MNO)需要的单线协议(SWP)NFC手机的可用性,为规定手机需求的手机网络运营商提供指导,意在支持基于UICC的移动NFC服务。
      2012 年11月,GSMA发布NFC的多协议互操作性白皮书,为与NFC手机和UICC交互的手机制造商和邻近耦合设备(PCD)设置了要求,被限定为卡模拟模式和非接触交互点对点模式。并没有定义不符合ISO 14443标准的任何新参数。本白皮书为协调和统一不同的非接触技术在同样的生态系统平台上共同存在奠定基础。GSMA发布的应用层NFC通信标准参见表 6。
    基于NFC通信的标准体系分析
      2.2 国内的NFC通信标准
      在国内,随着移动支付业务的发展以及行业标准的制定和发布,针对底层NFC技术基础的技术要求也做出了相应规定,主要包括中国银行发布的金融行业移动支付标准,和基于射频的移动支付国家标准。
      2.2.1 中国金融移动支付行业标准
      金融行业移动支付系列标准[10]由中国人民银行于2012年12月发布,围绕着移动支付的远程支付方式和近场支付方式共发布了35本标准规范。标准由数据元、交易模型及流程规范、报文结构及要素、文件数据格式规范4个部分构成。
      数据元标准可以有效地加强商业银行、非金融支付机构、商户之间的互联互通及信息共享,提高各参与方共同抵御金融风险的能力。交易模型及流程规范对目前近场支付业务中相关的交易模型与流程进行了抽象和规范;报文结构及要素规范标准对目前移动支付领域中比较成熟的通用报文接口进行抽象和规范;文件数据格式规范标准对移动支付领域中比较成熟的、通用的文件数据格式进行抽象和规范。
      2.2.2 基于射频的移动支付国家标准
      基于射频的移动支付国家标准 [11]分为5个部分,即射频接口、卡技术要求、设备技术要求、应用管理和安全、射频接口测试方法。射频接口规定了基于射频的移动支付系统的射频接口;卡技术要求适用于基于射频的移动支付卡的设计、生产和使用;设备技术适用于基于射频的移动支付设备的设计和生产;应用管理和安全适用于移动支付卡的设计、生产和使用;射频接口测试方法规定了基于射频的移动支付卡和设备的射频接口测试方法。
      3 管理域的NFC通信标准互通
      3.1 国际NFC通信标准
      国际管理域NFC通信标准主要包含GSMA制定的技术、业务需求白皮书,运营商手机支付服务操作指南、SP应用开发的指导方针等。技术白皮书对TSM服务模型进行描述,业务需求白皮书涉及航空旅行、零售业、交通业,列出了银行、零售商、运输运营商和手机运营商组成的服务供应商实现移动NFC服务的框架。
      3.1.1 NFC技术需求白皮书
      2010年EPC–GSMA发布了可信服务管理者服务管理的需求和规范,为手机非接触支付业务的开通和生命周期的管理涉及到的不同服务管理角色定义需求和规范,而且对可能的TSM服务模型提供了描述。
      2012年10月GSMA发布NFC UICC的需求规范白皮书,列出UICC需求的通用框架来支持基于UICC的NFC设备。白皮书列出NFC UICC最小的需求集合和确保有效一致的NFC设备的发展识别技术缺口规范。GSMA发布的管理域NFC技术白皮书参见表7。
    GSMA的管理域NFC通信标准
      3.1.2 NFC业务需求白皮书
      2011-2012 年GSMA发布的移动NFC在航空旅行、零售业、交通业的一系列白皮书专注于UICC(通常是指在手机内部的SIM卡)方案,以确保服务的安全性。基于 UICC的解决方案符合国际安全标准并且提供独立于手机类型的世界范围的用户体验。上述白皮书涉及到移动NFC在欧洲和其他发达市场的(如韩国和日本)航空、零售、公共交通领域的解决方案,为其他国家相关领域的移动NFC服务提供参考。
      2011年2月,GSMA发布手机票务白皮书,加强并且改善了手机在票务服务和票务服务价值链里面的作用,为消费者用手机安全的UICC买票和取票提供功能强大又便利的方式。
      2012年10月,GSMA发布手机钱包白皮书,列出银行、零售商、运输运营商和手机运营商组成的服务供应商实现移动NFC服务的框架。GSMA发布的管理域NFC业务白皮书参见表8。
    基于NFC通信的标准体系分析
      3.1.3 其他技术讨论文稿
      2011年4月,GSMA发布移动网络运营商的手机支付服务操作指南,为GSMA的手机网络运营商发展基于UICC移动NFC服务的商业部署服务操作规范提供指引。同时也为手机网络运营商寻求在各自的市场中与其他生态系统的操作者达成一致共识。
      2012 年8月,GSMA发布NFC SP应用开发的指导方针,为给服务供应商和手机网络运营商正确发展移动NFC服务应用提供一些管理规则。同时,GSMA发布NFC的MNO-SP接口业务流程实现和移动NFC基础设施,前者为委托服务管理者(TSM)和手机网络运营商平台的交互奠定基础,后者概括了现有的和/或有计划的GSMA规范和进程,并定义这些如何与移动NFC基础设施互相连接,为手机网络供应商提供一个基于UICC的NFC服务应用前景。GSMA发布的管理域NFC通信标准的其他技术文稿参见表9。
    基于NFC通信的标准体系分析
      3.2 国内NFC通信标准
      国内管理域NFC标准目前只在TSM平台的标准方面达成共识。主要依据《Global Platform卡片规范》的相关技术要求,制定了TSM平台的技术要求及对卡片应用的操作和管理。而在管理域的组网方式中目前国内针对TSM相关的技术要求和互通性主要有中国金融移动支付行业标准针对可信服务管理技术规范的行业标准以及各个运营商针对本企业的卡片应用管理平台的规范。
      3.2.1 中国金融移动支付可信服务管理技术规范
      该规范[12]规定了移动支付可信服务管理系统的组成、互联结构、SE安全可信和SE开放共享等服务模型,也规定了公共服务平台和TSM平台的主要功能、业务流程、应用接口以及系统安全性要求。主要内容包括以下2点。
      1) 移动支付可信服务管理系统架构及实现与互联。作为移动支付的可信基础措施,移动支付可信服务管理系统构建了移动支付的安全可信、开放共享、多应用共存与互联互通的基础。在实现移动支付可信服务管理系统的方案中,根据互联方式形成了星型和网状两种不同的互联结构,其中网状互联结构可作为星型互联结构的过度组网方案。
      2) 公共服务平台和TSM平台系统功能。公共服务平台是移动支付参与各方认可的可信第三方实体,面向TSM平台运营方、SE发行方、应用提供方、服务提供方和用户提供机构注册接入、应用注册、跨机构交互路由、SE可信、SE开放共享功能和应用共享功能。TSM平台面向SE发行方、服务提供方,通过使用公共服务平台提供基础服务、实现SE的注册发行、安全域的创建和业务应用的下载、个人化等流程。
      3.2.2 中国联通Java卡综合业务管理与下载平台技术规范v2.0该规范[13]是在相关行业标准的基础上结合中国联通公司的Java卡业务的特点而制定的。主要依据《GlobalPlatform卡片规范》关于Java卡多应用管理流程的相关规定对Java卡综合业务管理与下载平台应用过程中需要遵守的内容和流程提出了全面要求。该技术规范面向联通Java卡应用的管理以及流程,明确了Java卡综合业务管理与下载平台的技术功能要求以及技术功能建设的技术条件等要求。
      4 总结
      基于对国内外移动支付领域主流和比较成熟的技术和业务标准及行业、企业标准的分析,我们发现NFC技术规范在不断完善,使得NFC业务在技术层面逐渐达成统一,为后续面向NFC业务的互通奠定了基础,但仍然存在一些欠缺的地方。
      1) 执行域的部分标准尚需进一步完善。尽管相关标准组织不断完善物理层、应用层通信标准,但执行域的部分通信标准仍存在一些需要完善的地方。如ETSI的TS 102 223规范并没有指定有关行政管理阶段的任何方面,ICC或终端的任何内部的技术实现仅仅定义在反应接口的规范中,并没指定任何可能使用的安全算法;对于 UICC应用程序接口(API)支持的第一阶段只有一个总的服务描述,并不涉及具体实现的细节。
      2) 管理域互通模型未有定义。GSMA发布的手机钱包白皮书,列出了不同行业实现移动NFC服务的框架,但仅限于每个行业内部,并未实现各个行业的互通。国内NFC标准目前只在TSM平台的标准方面达成共识,并未有统一的互通性架构模型定义。
      但随着各项标准的完善,为逐步实现以运营商为主导的NFC业务互通奠定了坚实基础。①更多专注于UICC(通常是指在手机内部的SIM卡)的NFC方案可确保NFC服务的安全性,基于UICC的解决方案符合国际安全标准并且提供独立于手机类型的世界范围的用户体验。②更多NFC生态系统的操作者会逐渐认识到手机网络运营商在生态系统中的角色以及创建一个成功的移动NFC生态系统服务运营的重要性。③现有标准为手机网络供应商提供一个基于UICC的NFC服务应用的美好前景。
      随着NFC技术在国内的逐渐普及,国内围绕NFC产业链竞相推出了NFC相关应用。尤其在移动支付业务的推动下,国内各大电信运营商加大了发展力度,纷纷启动NFC业务的商用。随着电信运营商在NFC领域的不断发力,以运营商为主导的移动支付市场将迎来一个明显的增长期,运营商的运营模式与跨界合作方式将进入一个全新的阶段。
      已经具备支持银联NFC标准商用能力的中国联通面对NFC技术不断发展及应用所带来的挑战及机遇,需要进一步加强与行业资源的交流与合作、积极转变自己的运营模式方可在激烈的科技改革浪潮与大数据流时代中稳住阵脚并发展壮大。(作者简介:尹霞,硕士,工程师,主要从事移动互联网、行业信息化以及标准化研究。顾旻霞,硕士,中国联合网络通信有限公司技术部技术标准管理处处长,CCSA TC5副主席。研究方向为SIM卡、移动终端、业务平台技术和物联网技术以及标准化研究。)