面向電信運營商的近場支付技術(shù)研究

彭 昭

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

面向電信運營商的近場支付技術(shù)研究

彭 昭

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

移動支付是使用移動終端對所消費的商品或服務(wù)進行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。整個移動支付價值鏈包括電信運營商、支付運營商、應(yīng)用提供商、設(shè)備提供商、系統(tǒng)集成商、商家和終端用戶。目前，國內(nèi)各大電信運營商將移動支付特別是近場支付作為新的利益增長點，以期能夠迅速占領(lǐng)移動支付領(lǐng)域制高點。本文通過對現(xiàn)有近場支付方案的研究和比較，結(jié)合運營商實際部署運營提出移動支付應(yīng)用的思考和建議。

無線射頻識別；近場支付；NFC

1 引言

手機近場支付是借助移動通信終端，通過移動通信網(wǎng)絡(luò)或無線方式進行的資金劃撥、繳費和購物等商業(yè)交易活動，充分發(fā)揮了手機移動的特點和金融卡片理財功能，為移動終端用戶提供個性化金融服務(wù)。隨著RFID（radio frequency identification，無線射頻識別）技術(shù)和無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛關(guān)注，將RFID與現(xiàn)有通信系統(tǒng)結(jié)合并為運營商提供更多增值應(yīng)用已成為重要的研究課題。巨大的用戶基數(shù)以及用戶對運營商的依賴為運營商開展近場移動支付應(yīng)用提供了先天條件。

中國電信、中國移動和中國聯(lián)通均在近場移動支付領(lǐng)域發(fā)力，并各自在不同的方向取得一定的市場份額。近場支付業(yè)務(wù)主要實現(xiàn)手機錢包的小額支付功能，覆蓋交通卡、積分卡、優(yōu)惠券、電子票據(jù)等金融支付應(yīng)用，為移動終端用戶的消費習(xí)慣帶來新的變革和更大的便利。

在電信運營商發(fā)展移動支付業(yè)務(wù)的過程中存在多種制約因素，包括頻率選擇、技術(shù)實現(xiàn)方案選擇等。本文簡述了近場移動支付技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，從方案特點和應(yīng)用場景分析不同技術(shù)實現(xiàn)方案，為電信運營商移動支付產(chǎn)品發(fā)展給出規(guī)劃建議。

2 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1 近場支付技術(shù)概述

RFID技術(shù)是近場支付的主要實現(xiàn)方式，根據(jù)近場非接通信的實現(xiàn)頻率不同可分為13.56 MHz和2.45 GHz兩種。

（1）13.56 MHz頻段

屬于通用頻段，遵循國際標準ISO 14443，通過電感耦合方式與讀寫器交互實現(xiàn)工作能量和數(shù)據(jù)傳輸。適用的應(yīng)用場景包括跨行業(yè)的開放應(yīng)用環(huán)境和企業(yè)內(nèi)部的封閉應(yīng)用環(huán)境。其中，開放環(huán)境應(yīng)用可兼容多種13.56 MHz行業(yè)應(yīng)用，如公交/市政一卡通、金融卡等；封閉環(huán)境應(yīng)用可兼容校園/企業(yè)一卡通等小范圍內(nèi)部應(yīng)用。

（2）2.45 GHz頻段

屬于公眾頻段，近場支付應(yīng)用遵循企業(yè)標準，通過有源方式提供工作能量，通過POS機頻率限制實現(xiàn)近距離刷卡控制。因其標準的限制，更適用于封閉環(huán)境應(yīng)用以及具備POS機改造能力的行業(yè)應(yīng)用。

依據(jù)卡片數(shù)據(jù)存儲方式以及與POS交互協(xié)議的不同可分為Mifare和CPU兩種實現(xiàn)方式。

· Mifare方式。符合ISO14443-3系列標準的Mifare卡片，通過定義扇區(qū)來區(qū)分不同的應(yīng)用、數(shù)據(jù)（保存在扇區(qū)的數(shù)據(jù)塊中）。目前大部分的公交/市政一卡通、校園/企業(yè)一卡通等都是采用Mifare方式。集成該方式RFID非接支付方案可方便快速地接入現(xiàn)有的Mifare應(yīng)用系統(tǒng)。

·CPU方式。采用CPU卡，通過AID標識尋址應(yīng)用，并以文件方式保存數(shù)據(jù)的實現(xiàn)方式。相比Mifare方式，CPU卡的存儲容量大，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)保存時間長，安全性高。CPU方式是智能支付卡片的發(fā)展趨勢，但目前市場上以該方式實現(xiàn)的應(yīng)用仍較少。

2.2 技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展趨勢

移動支付具有隨身、實時、快捷的特性，能夠提高支付的商務(wù)流程，為用戶提供更加便捷的支付體驗，具備廣闊的發(fā)展前景。隨著運營商、金融結(jié)構(gòu)以及更多的產(chǎn)業(yè)鏈伙伴加入，RFID移動支付技術(shù)和應(yīng)用會呈現(xiàn)如下的發(fā)展趨勢：

（1）基于UIM卡實現(xiàn)非接支付

電信運營商擁有完備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和先進的IT系統(tǒng)，其主要任務(wù)是為移動支付提供安全的通信渠道和服務(wù)。為了集成更多的IC卡應(yīng)用，并保證運營商在移動支付產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和作用，將UIM卡作為支付數(shù)據(jù)存儲的安全介質(zhì)是技術(shù)發(fā)展趨勢。

（2）基于合作方式推廣支付應(yīng)用

RFID與電信業(yè)的融合不僅是簡單的技術(shù)問題，更涉及信息產(chǎn)業(yè)與金融產(chǎn)業(yè)的相互結(jié)合和共同促進。因此，電信運營商與傳統(tǒng)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者在融合過程中的角色分工顯得尤為重要。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的信息化需求、消費者的需求以及電信業(yè)的發(fā)展，在很大程度上決定了中國RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。基于合作方式推廣支付應(yīng)用能夠充分利用各行各業(yè)的優(yōu)勢，整合這些優(yōu)勢能力能夠更好地促進整個支付產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展。

3 近場移動支付技術(shù)實現(xiàn)方案

基于RFID的近場移動支付實現(xiàn)方式主要有：①基于卡的實現(xiàn)方式，包括RF-UIM卡方案、外貼非接觸式卡方案；②基于手機的實現(xiàn)方式，NFC （near field communication，近距離通信）手機定制方案；③基于卡和手機結(jié)合的實現(xiàn)方式，手機終端定制雙界面卡方案、eNFC（enhanced NFC，增強型近距離通信）方案、智能SD卡方案。

（1）RF-UIM 卡方案

RF-UIM卡方案采用2.4 GHz頻段，將安全控制芯片、存儲器、無線射頻集成電路 （radio frequency integrated circuit，RFIC）和天線等模塊集成在UIM卡中，如圖1所示。通過手機終端給RF-UIM卡供電，RF-UIM卡與手機配合使用可實現(xiàn)接觸式通信功能（即普通UIM卡通信應(yīng)用）和非接觸式刷卡功能（即移動支付應(yīng)用）。

RF-UIM卡方案不需要改造手機，頻率較高，天線尺寸小，完全集成在UIM卡內(nèi)。因此，RF-UIM卡可以直接置入普通用戶的手機，在用戶身份鑒權(quán)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)安全可靠的移動支付。然而，2.4 GHz頻段與國際國內(nèi)金融、公交等近場支付標準不兼容，存在POS機具改造問題，且RF-UIM在手機電源持續(xù)供電的情況下才能正常工作。

應(yīng)用場景：適用于具備機具改造能力的行業(yè)合作應(yīng)用以及小范圍封閉環(huán)境應(yīng)用，如校園、企業(yè)等。

（2）外貼非接觸式卡方案

外貼非接觸式卡方案采用13.56 MHz頻段，是將非接觸式功能的卡片做成了背面粘貼形式，物理粘貼在手機背面實現(xiàn)非接觸式支付功能。它符合ISO 14443及《中國金融集成電路(IC)卡規(guī)范》，可模擬Mifare 1k及4k的非邏輯加密功能。

該方案不存在手機的兼容性及信號屏蔽問題，適用于任何手機，并且無需更換卡和終端，市場推廣快。但與運營商關(guān)系不大，任何第三方都可發(fā)行，并且無法實現(xiàn)OTA、空中充值等功能。

應(yīng)用場景：適用于部分低成本快速發(fā)行場景，在不改變用戶手機和卡的情況下，培養(yǎng)用戶的手機刷卡使用習(xí)慣。由于采用該方案與手機事實上沒有任何關(guān)系，所以與運營商的關(guān)聯(lián)度過低，可考慮將貼片卡與手機號碼進行綁定，并限定在用戶手機工作正常的情況下，才能夠允許刷卡操作。

（3）NFC 手機定制方案

NFC手機定制方案采用13.56 MHz頻段，將NFC控制芯片、安全芯片和耦合線圈（RF天線）集成在手機中，如圖2所示。該方案技術(shù)成熟，由于非接觸刷卡部分均由手機終端側(cè)實現(xiàn)完成，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，且功能全面。

該方案有效避免了機卡兼容性問題。采用卡片實現(xiàn)RFID功能時，UIM卡同一時刻只能處理來自手機的一條指令，當(dāng)手機通信指令與刷卡的非接指令同時請求時，為了保證UIM卡通信功能，在發(fā)生沖突時以通信功能優(yōu)先。NFC手機定制方案沒有上述問題，但由于安全信息完全集中在手機中，用戶需要更換手機或手機維修時也不方便。

應(yīng)用場景：適用于小范圍內(nèi)的行業(yè)應(yīng)用或企業(yè)應(yīng)用，與運營商關(guān)聯(lián)度較低。

（4）手機終端定制雙界面方案

手機終端定制雙界面方案采用13.56 MHz頻段，將安全控制芯片、存儲器、無線射頻集成電路集成在UIM卡，并將RF線圈集成在手機終端，如圖3所示。內(nèi)置于手機終端的RF天線經(jīng)由8觸點卡座，通過RFID UIM卡C4、C8兩觸點連接到卡內(nèi)RF模塊，形成閉合回路，實現(xiàn)射頻通信功能。雙界面UIM卡片可集成Mifare芯片，實現(xiàn)城市公交、地鐵、市政一卡通等應(yīng)用的無縫整合。

該方案天線組件成本低廉且性能相對穩(wěn)定，兼容現(xiàn)有主流POS機，但受手機內(nèi)部復(fù)雜的電磁環(huán)境影響，其射頻天線無法集成在UIM卡內(nèi)，必須引出外置天線到手機背板或者電池上。由于占用手機C4和C8兩個觸點，和國際標準大容量UIM卡沖突，仍需定制手機。

應(yīng)用場景：適用于運營商與金融等公眾行業(yè)合作的應(yīng)用，在UIM卡中整合銀行磁條信息、電子現(xiàn)金或公交卡數(shù)據(jù)，兼容現(xiàn)有已部署POS機具。

（5）eNFC 方案

eNFC方案采用13.56 MHz頻段，將安全芯片集成在UIM卡中，CLF（contactless front-end，近場通信模擬前端芯片）控制器和RF射頻天線集成在手機中，NFC控制器通過SWP（single wire protocol，單線通信協(xié)議）與安全芯片通信，如圖4所示。利用SWP技術(shù)，RFID UIM卡可以在C6一個管腳上同時進行讀和寫的操作。eNFC方案的手機終端，既可以作為被讀設(shè)備，也可以作為識讀設(shè)備，讀取RFID標簽中的信息。

該方案基于13.56 MHz的通用標準，現(xiàn)有機具改造容易，且未占用國際標準大容量UIM卡所需的C4和C8接口。同時該方案手機終端可作為識讀器讀寫其他標簽信息。但目前相關(guān)終端很少，需要定制支持SWP的手機終端和UIM卡。

應(yīng)用場景：適用于運營商與金融等公眾行業(yè)合作的應(yīng)用，兼容現(xiàn)有已部署POS機具，同時也可以適用于信息采集和獲取等相關(guān)應(yīng)用，如商品防偽、公交路線指引。

（6）智能 SD卡方案

智能SD卡方案采用13.56 MHz頻段，將安全芯片內(nèi)置于SD卡中，RF天線集成于手機中，通過安全芯片訪問，通過密碼、支付功能啟用開關(guān)、銀行卡支付密碼等多層次的保護體系保證用戶使用過程的安全性，如圖5所示。與eNFC方案類似，區(qū)別在于安全芯片存放在SD卡中。

該方案主要由銀聯(lián)進行商用推廣，能夠平滑升級實現(xiàn)金融支付類應(yīng)用，但電信運營商在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)的位置較弱，且需要定制手機。

應(yīng)用場景：運營商在這種方案中被旁路，僅適用于銀聯(lián)等金融行業(yè)支付推廣。

表1對以上方案進行了比較。

4 電信運營商近場移動支付的發(fā)展思路和建議

移動支付應(yīng)用的推廣和實現(xiàn)涉及產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，建議電信運營商發(fā)展時需要注意如下問題。

（1）實現(xiàn)方案選擇

移動支付實現(xiàn)方案包括基于卡、基于手機以及基于卡和手機結(jié)合三種方式，這些實現(xiàn)方式涉及兩種頻段和不同應(yīng)用場景?；趪鴥?nèi)金融、交通等行業(yè)的IC卡應(yīng)用兼容性考慮可以選擇13.56 MHz方案；基于具備POS改造能力的行業(yè)或本地化應(yīng)用考慮可以選擇2.45 GHz方案。

（2）POS 機具共享

POS商戶數(shù)量有限是運營商發(fā)展移動支付業(yè)務(wù)面臨的關(guān)鍵問題。為了掌控移動業(yè)務(wù)發(fā)展方向并在產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)權(quán)，電信運營商自建POS機平臺勢在必行，建議運營商聯(lián)合部署POS和發(fā)展用戶。理由如下：①大大降低運營商在移動支付業(yè)務(wù)大規(guī)模發(fā)展初期的投資；②減少運營商之間的競爭，有效避免資源壟斷；③避免重復(fù)建設(shè)和資源的浪費。

（3）統(tǒng)一 AID 規(guī)劃

AID（application identifier）是 CPU卡的應(yīng)用標識符，內(nèi)置于RFID UIM卡中，用于讀卡設(shè)備識別卡內(nèi)應(yīng)用。為了保障電信運營商全國應(yīng)用部署的通用性，以及避免各省AID編碼的混亂與沖突，建議對AID編碼進行統(tǒng)一規(guī)劃和管理。

（4）統(tǒng)一卡空間規(guī)劃

為了便于合理分配和使用RFID UIM卡內(nèi)空間，保證支付應(yīng)用的順暢植入和動態(tài)更新，同時為便于和讀卡設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互，建議電信運營商統(tǒng)一規(guī)劃UIM卡的卡片空間。

（5）增值業(yè)務(wù)考慮

手機移動支付為用戶提供一種新的支付手段，同時也為用戶帶來新的使用體驗。如通過空中圈存的方式，在手機菜單上選擇充值服務(wù)即可實現(xiàn)銀行卡或其他充值卡向支付UIM卡充值的功能，提高用戶使用移動支付的便利性。

表1 基于RFID的移動支付技術(shù)實現(xiàn)方案對比

5 結(jié)束語

支付手段的電子化和移動化成為不可避免的發(fā)展趨勢，RFID近距離通信便利和高效特點為電信運營商發(fā)展近場移動支付應(yīng)用提供了優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。本文從技術(shù)和應(yīng)用角度全面分析了近場移動支付技術(shù)的實現(xiàn)方案，并結(jié)合電信運營商定位提出了近場移動支付的發(fā)展思路和建議。電信運營商通過近場移動支付應(yīng)用拓展移動電子商務(wù)領(lǐng)域，可徹底打破傳統(tǒng)POS機刷卡支付的利潤分成模式，實現(xiàn)新的利潤增長。

1 陳潞.我國手機支付應(yīng)用現(xiàn)狀及問題分析.中國信用卡，2007

2 徐平平，張希，錢媛等.移動支付影響因素分析——國內(nèi)外移動通信運營商策略對比與研究.北京郵電大學(xué)學(xué)報 （社會科學(xué)版），2009

3 Near field communication interface and protocol(NFCIP-1).Standard EMCA-340,2004

Peng Zhao
(Shanghai Research Institute of China Telecom Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China)

Mobile payment could provide account service on the consumption of goods or service by using mobile terminals.The whole mobile payment value chain contains telecom operators,payment operators,application providers,equipment providers,system integrators,merchants and end users.Currently,the major Chinese telecom operators regard mobile payment as a new growth point of interest,and hope to quickly occupy high ground of this area.This paper gives the analysis and comparison of near-filed payment technology.Finally,some reflections and recommendations on developing near-filed payment application for telecom operators are proposed.

radio frequency identification,near-filed payment,near field communication

2010-08-06）