基于RFID與移動(dòng)終端的SMAP的實(shí)現(xiàn)

1. 概述

　　IC卡 (Integrated Circuit Card，集成電路卡)是將一個(gè)微電子芯片嵌入符合ISO 7816標(biāo)準(zhǔn)的卡基中，做成卡片形式。非接觸式IC卡又稱射頻卡。IC卡是繼磁卡之后出現(xiàn)的又一種新型信息工具。IC卡是指集成電路卡，一般用的公交車(chē)卡就是IC卡的一種，一般常見(jiàn)的IC卡采用射頻技術(shù)與IC卡的讀卡器進(jìn)行通訊?！　?/p>

       Combi SIM(又稱Dual Interface 雙界面)卡方案指通過(guò)更換手機(jī)內(nèi)部SIM，取代以Combi SIM卡，在保留原接觸界面的SIM卡功能基礎(chǔ)上增加非接觸IC卡應(yīng)用界面。Combi SIM卡方案在手機(jī)中增加了非接觸IC卡的功能，但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器和雙工通訊功能。

　　NFC是Near Field Communication縮寫(xiě)，即近距離無(wú)線通訊技術(shù)。由飛利浦公司和索尼公司共同開(kāi)發(fā)的NFC是一種非接觸式識(shí)別和互聯(lián)技術(shù)，可以在移動(dòng)設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、PC 和智能控件工具間進(jìn)行近距離無(wú)線通信。NFC 提供了一種簡(jiǎn)單、觸控式的解決方案，可以讓消費(fèi)者簡(jiǎn)單直觀地交換信息、訪問(wèn)內(nèi)容與服務(wù)。

　　上述兩種方案盡管技術(shù)上都可行，但對(duì)于一機(jī)(卡)多用來(lái)說(shuō)，核心是如何理順移動(dòng)設(shè)備制造商、移動(dòng)服務(wù)運(yùn)營(yíng)商和應(yīng)用服務(wù)運(yùn)營(yíng)商之間的關(guān)系，在這股跨行業(yè)的新應(yīng)用整合中，需要一種平衡的、兼顧各方利用的漸進(jìn)式方案。本文提出的SMAP解決方案，可以適用于移動(dòng)支付、產(chǎn)品防偽、追蹤監(jiān)管、數(shù)字簽名、身份認(rèn)證和信息獲取等多類應(yīng)用，是移動(dòng)終端與RFID結(jié)合的一種平衡演進(jìn)之路。

　　2. SMAP平臺(tái)及其應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)

　　2.1. SMAP平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

　　SMAP平臺(tái)構(gòu)建在現(xiàn)有的非接觸式IC卡應(yīng)用和移動(dòng)通信應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步集成各種應(yīng)用環(huán)境和安全體系，形成更小型的、更安全的、價(jià)格更低廉的和更便捷的高頻RFID應(yīng)用環(huán)境，SMAP平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖如下：

　　在SMAP平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)中，SMAP模塊(芯片)、安全體系和中間件產(chǎn)品構(gòu)成了其核心內(nèi)容，這里定義SMAP模塊(芯片)為具有安全體系的、可以進(jìn)行應(yīng)用導(dǎo)入的、對(duì)外通過(guò)中間件提供服務(wù)的高頻RFID應(yīng)用產(chǎn)品。

　　2.2. SMAP平臺(tái)的架構(gòu)

　　如前所述，SMAP平臺(tái)是針對(duì)移動(dòng)終端與RFID應(yīng)用結(jié)合的解決方案，其基本的架構(gòu)為移動(dòng)通信終端+SMAP模塊+RFID，如下圖所示：

　　SMAP模塊通過(guò)接口電路與移動(dòng)通信終端集成在一起，RFID也被集成在移動(dòng)終端上，其中RFID可以是單列的獨(dú)立部分，也可以與SMAP模塊集成在一起。單列的獨(dú)立RFID可以接受SMAP模塊的射頻操作，這樣做的目的是能很好地兼顧現(xiàn)狀。正如前面所述，以非接觸IC卡為技術(shù)核心的一卡通技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，典型和成熟的應(yīng)用行業(yè)如公交一卡通、校園一卡通等，刷卡消費(fèi)作為一種小額消費(fèi)在這些行業(yè)廣為接收，并且已經(jīng)形成了事實(shí)上的利益關(guān)系。另一方面，在我國(guó)的現(xiàn)行制度規(guī)定下，除了銀行及其相關(guān)單位之外，其他單位要發(fā)行帶金卡具有很大的制度上的障礙。

　　 2.3. SMAP模塊的發(fā)展路線

　　在上述應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)中，其核心是SMAP模塊，目前狀態(tài)下，SMAP模塊是內(nèi)置安全特性和應(yīng)用流程的多芯片模塊，該模塊的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　其中，SMAP模塊由3塊芯片及若干分立元件組成，核心芯片為主控MCU，包含IO接口及電源管理控制接口;Reader為通用RFID讀寫(xiě)器，支持訪問(wèn)13.56MHz頻段下的ISO14443 type A，type B標(biāo)準(zhǔn)及ISO15693標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品;RFID為獨(dú)立的電子標(biāo)簽?zāi)K，其可以獨(dú)立封裝天線，通過(guò)射頻耦合與Reader通訊。

　　RFID分立的SMAP方案 天線共享SMAP方案 單芯片SMAP方案

　　第一種方案是采用獨(dú)立RFID的SMAP模塊方案，該方案優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立RFID可以低障礙地引入現(xiàn)有的非接觸應(yīng)用運(yùn)營(yíng)商，發(fā)行和應(yīng)用模式幾乎保持不變，支持非接觸的掉電應(yīng)用模式，該方案適用于該類新應(yīng)用初期概念的試點(diǎn)期;第二種方案是RFID與SMAP模塊集成在一起，共用一副天線，方案二與方案一實(shí)現(xiàn)的功能相同，優(yōu)點(diǎn)是減小獨(dú)立RFID標(biāo)簽尺寸對(duì)手持移動(dòng)終端的外觀設(shè)計(jì)影響，但需要應(yīng)用運(yùn)營(yíng)商與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、手機(jī)制造商之間的配合，該方案適合于一機(jī)多用的推廣期;第三種方案則真正將SMAP模塊集成為一顆單芯片，支持ISO18092標(biāo)準(zhǔn)，并將SMAP應(yīng)用與SIM進(jìn)行關(guān)聯(lián)，是在前兩種方案試運(yùn)行后根據(jù)市場(chǎng)的反饋而推出的真正大規(guī)模推廣的解決方案。

　　3. 安全體系

　　在SMAP 的應(yīng)用過(guò)程中，安全性是最基本也是最重要的要求。特別是移動(dòng)支付應(yīng)用，根據(jù)PBOC2.0的要求，在支付過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)不同的交易類型，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)或脫機(jī)的交易認(rèn)證。

　　在 SMAP不同的應(yīng)用中，IC卡(RFID)主要有兩種不同的產(chǎn)品：一般的邏輯加密卡或者CPU卡。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于CPU卡，終端只是在用戶卡與后臺(tái)或 PSAM卡之間傳遞認(rèn)證數(shù)據(jù)，無(wú)須獲得用戶卡的密鑰。密鑰存儲(chǔ)在后臺(tái)或PSAM卡中，在交易過(guò)程中通過(guò)分散算法計(jì)算出用戶卡的密鑰，并進(jìn)一步計(jì)算出相關(guān)的交易認(rèn)證數(shù)據(jù)輸出或?qū)斎脒M(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)的安全體系與終端是不相關(guān)的。

　　SMAP應(yīng)用的安全體系支持三種模式：

　　第一種模式：后臺(tái)密鑰支持體系

　　此種方式下，所有的密鑰被放置在應(yīng)用服務(wù)提供商的后臺(tái)服務(wù)器上，由后臺(tái)服務(wù)器向前端應(yīng)用提供實(shí)時(shí)的密鑰服務(wù)，其基本的過(guò)程如下圖所示：

　　在每次交易時(shí)，終端向后臺(tái)申請(qǐng)分散后的卡片密鑰密文，傳送給SMAP模塊，由模塊解密后使用。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用服務(wù)提供商比較傾向于這種模式。應(yīng)用開(kāi)始之前，用戶需要向應(yīng)用服務(wù)提供商提出應(yīng)用申請(qǐng)，由應(yīng)用服務(wù)提供商完成對(duì)用戶終端的初始化工作。

　　第二種模式：采用本地SIM卡作為SAM卡的安全體系

　　此種方式下，密鑰被放置在移動(dòng)終端的SIM卡中，SMAP模塊在需要時(shí)，向SIM卡申請(qǐng)密鑰服務(wù)。此種方式的基本結(jié)構(gòu)和過(guò)程如下圖所示：

　　此種方案的應(yīng)用初始化工作由移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)提供，其初始化的過(guò)程就是在SIM卡中增加應(yīng)用所需要的密鑰以及在SMAP模塊中導(dǎo)入應(yīng)用程序。第三種模式：內(nèi)部模擬SAM卡的安全體系

　　此種方式下，密鑰被放置在SMAP模塊的內(nèi)部，SMAP模塊在需要時(shí)，由內(nèi)置的安全服務(wù)計(jì)算出訪問(wèn)IC卡的密鑰。此種方式的基本結(jié)構(gòu)和過(guò)程如下圖所示：

　　此種方案的應(yīng)用初始化工作由應(yīng)用服務(wù)提供商負(fù)責(zé)提供，其初始化的過(guò)程主要是在SMAP模塊中導(dǎo)入密鑰及應(yīng)用程序。

　　三種模式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

　　4. SIM卡與SMAP應(yīng)用的關(guān)聯(lián)

　　在IC應(yīng)用領(lǐng)域中，一卡多用的推廣是十分困難的，而SMAP應(yīng)用領(lǐng)域更是涉及包括移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、終端設(shè)備制造商在內(nèi)的各類RFID應(yīng)用運(yùn)營(yíng)商，為了更好的推廣SMAP應(yīng)用，需要一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)RFID應(yīng)用的發(fā)行管理。

　　在NFC技術(shù)解決方案中，目前討論的焦點(diǎn)是單線協(xié)議 SWP。SWP利用SIM卡7816接口中的C6引進(jìn)，利用電壓和電流的變化實(shí)現(xiàn)SIM卡與NFC射頻模塊的通訊，從而將SIM卡與NFC應(yīng)用關(guān)聯(lián)。

　　SMAP解決方案中，在SMAP模塊中保留了完整的符合ISO14443標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式CPU卡芯片，因此不需要像NFC方案那樣要求上位機(jī)提供RFID的模擬波形，自己可以獨(dú)立完成非接觸標(biāo)簽應(yīng)用。而RFID的應(yīng)用是和安全認(rèn)證聯(lián)系在一起的，因此SIM卡可以利用認(rèn)證密鑰來(lái)關(guān)聯(lián)RFID應(yīng)用。SMAP模塊中的非接觸CPU的COS在開(kāi)機(jī)后首先要與SIM之間進(jìn)行安全認(rèn)證，通過(guò)后在進(jìn)入常規(guī)的RFID應(yīng)用，SIM卡可以在SMAP模塊上創(chuàng)建、鎖住及刪除新應(yīng)用。SMAP模塊可以通過(guò)移動(dòng)終端的主控芯片與SIM卡通訊在SMAP單芯片解決方案中，還將支持雙7816接口， SMAP芯片和SIM卡直接通過(guò)7816接口通訊，在SIM卡的內(nèi)嵌MCU具有一定處理能力的條件下，可以直接產(chǎn)生106K波特率的非接觸應(yīng)用數(shù)據(jù)，由SMAP芯片翻譯成ISO14443協(xié)議實(shí)現(xiàn)卡片模擬功能。

　　5. SMAP平臺(tái)的應(yīng)用

　　目前實(shí)現(xiàn)的典型應(yīng)用包括公交一卡通應(yīng)用、小額金融消費(fèi)及積分應(yīng)用、銀行卡磁道信息非接觸應(yīng)用、產(chǎn)品防偽與溯源應(yīng)用、車(chē)輛監(jiān)管應(yīng)用等。其中公交一卡通應(yīng)用是目前非接觸支付應(yīng)用最成熟的系統(tǒng)，是和普通用戶關(guān)系最密切的應(yīng)用，SMAP方案可以完成公交一卡通的發(fā)行、充值、消費(fèi)與查詢功能，給用戶帶來(lái)新的應(yīng)用體驗(yàn)，是SMAP應(yīng)用推廣的關(guān)鍵領(lǐng)域。

　　下圖是已開(kāi)發(fā)完成的SMAP終端的樣品。

　　6. 總結(jié)

　　本文提出并介紹了智能移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)SMAP的解決方案，相較與NFC、雙界面SIM卡等解決方案，SMAP平臺(tái)是一種平衡、漸進(jìn)的，更符合實(shí)際應(yīng)用需求的方案。