基于RFID與移動終端的SMAP技術的設計與實現(xiàn)-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于RFID與移動終端的SMAP技術的設計與實現(xiàn)-設計應用1.概述

IC卡（IntegratedCircuitCard，集成電路卡），有些國家和地區(qū)也稱智能卡（smartcard）、智慧卡（intelligentcard）、微電路卡（microcircuitcard）或微芯片卡等。它是將一個微電子芯片嵌入符合ISO7816標準的卡基中，做成卡片形式。IC卡讀寫器是IC卡與應用系統(tǒng)間的橋梁，在ISO國際標準中稱之為接口設備IFD（InterfaceDevice）。IFD內(nèi)CPU通過一個接口電路與IC卡相連并進行通信。IC卡接口電路是IC卡讀寫器中至關重要的部分，根據(jù)實際應用系統(tǒng)的不同，可選擇并行通信、半雙工串行通信和I2C通信等不同的IC卡讀寫芯片。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，一般用的公交車卡就是IC卡的一種，一般常見的IC卡采用射頻技術與IC卡的讀卡器進行通訊。IC卡與磁卡是有區(qū)別的，IC卡是通過卡里的集成電路存儲信息，而磁卡是通過卡內(nèi)的磁力記錄信息。IC卡的成本一般比磁卡高，但保密性更好。

如果說80－90年代推動半導體行業(yè)發(fā)展的殺手級應用是PC，90－2000年代推動半導體行業(yè)發(fā)展的殺手級應用是手機的話，那么在近十多年可能成為新殺手級應用的將是結合移動終端與RFID技術的一機（卡）多用。

CombiSIM（又稱DualInterface雙界面）卡方案指通過更換手機內(nèi)部SIM，取代以CombiSIM卡，在保留原接觸界面的SIM卡功能基礎上增加非接觸IC卡應用界面。

CombiSIM卡方案在手機中增加了非接觸IC卡的功能，但沒有實現(xiàn)讀寫器和雙工通訊功能。

NFC是NearFieldCommunication縮寫，即近距離無線通訊技術。由飛利浦公司和索尼公司共同開發(fā)的NFC是一種非接觸式識別和互聯(lián)技術，可以在移動設備、消費類電子產(chǎn)品、PC和智能控件工具間進行近距離無線通信。NFC提供了一種簡單、觸控式的解決方案，可以讓消費者簡單直觀地交換信息、訪問內(nèi)容與服務。近場通信（NearFieldCommunication，NFC），又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在十厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。這個技術由免接觸式射頻識別（RFID）演變而來，并向下兼容RFID，早由Philips、Nokia和Sony主推，主要可能用于手機等手持設備中。由于近場通訊具有天然的安全性，因此，NFC技術被認為在手機支付等領域具有很大的應用前景。

上述兩種方案盡管技術上都可行，但對于一機（卡）多用來說，是如何理順移動設備制造商、移動服務運營商和應用服務運營商之間的關系，在這股跨行業(yè)的新應用整合中，需要一種平衡的、兼顧各方利用的漸進式方案。本文提出的SMAP解決方案，可以適用于移動支付、產(chǎn)品防偽、追蹤監(jiān)管、數(shù)字簽名、身份和信息獲取等多類應用，是移動終端與RFID結合的一種平衡演進之路。

2.SMAP平臺及其應用的體系結構

2.1.SMAP平臺的體系結構

SMAP平臺構建在現(xiàn)有的非接觸式IC卡應用和移動通信應用的基礎上，進一步集成各種應用環(huán)境和安全體系，形成更小型的、更安全的、價格更低廉的和更便捷的高頻RFID應用環(huán)境，SMAP平臺的結構框圖如下：

在SMAP平臺的體系結構中，SMAP模塊（芯片）、安全體系和中間件產(chǎn)品構成了其內(nèi)容，這里定義SMAP模塊（芯片）為具有安全體系的、可以進行應用導入的、對外通過中間件提供服務的高頻RFID應用產(chǎn)品。

2.2.SMAP平臺的架構

如前所述，SMAP平臺是針對移動終端與RFID應用結合的解決方案，其基本的架構為移動通信終端＋SMAP模塊＋RFID，如下圖所示：

SMAP模塊通過接口電路與移動通信終端集成在一起，RFID也被集成在移動終端上，其中RFID可以是單列的獨立部分，也可以與SMAP模塊集成在一起。單列的獨立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卡為技術的一卡通技術在我國得到了廣泛的應用，典型和成熟的應用行業(yè)如公交一卡通、校園一卡通等，刷卡消費作為一種小額消費在這些行業(yè)廣為接收，并且已經(jīng)形成了事實上的利益關系。另一方面，在我國的現(xiàn)行制度規(guī)定下，除了銀行及其相關單位之外，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

在上述應用的體系結構中，其是SMAP模塊，目前狀態(tài)下，SMAP模塊是內(nèi)置安全特性和應用流程的多芯片模塊，該模塊的結構如下圖所示：

其中，SMAP模塊由3塊芯片及若干分立元件組成，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讀寫器，支持訪問13.56MHz頻段下的ISO14443typeA，typeB標準及ISO15693標準的產(chǎn)品；RFID為獨立的電子標簽模塊，其可以獨立封裝天線，通過射頻耦合與Reader通訊。

RFID分立的SMAP方案天線共享SMAP方案單芯片SMAP方案

種方案是采用獨立RFID的SMAP模塊方案，該方案優(yōu)點是獨立RFID可以低障礙地引入現(xiàn)有的非接觸應用運營商，發(fā)行和應用模式幾乎保持不變，支持非接觸的掉電應用模式，該方案適用于該類新應用初期概念的試點期；第二種方案是RFID與SMAP模塊集成在一起，共用一副天線，方案二與方案一實現(xiàn)的功能相同，優(yōu)點是減小獨立RFID標簽尺寸對手持移動終端的外觀設計影響，但需要應用運營商與移動運營商、手機制造商之間的配合，該方案適合于一機多用的推廣期；第三種方案則真正將SMAP模塊集成為一顆單芯片，支持ISO18092標準，并將SMAP應用與SIM進行關聯(lián)，是在前兩種方案試運行后根據(jù)市場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的應用過程中，安全性是基本也是重要的要求。特別是移動支付應用，根據(jù)PBOC2.0的要求，在支付過程中，應該根據(jù)不同的交易類型，實現(xiàn)聯(lián)機或脫機的交易。

在SMAP不同的應用中，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。一般來說，對于CPU卡，終端只是在用戶卡與后臺或PSAM卡之間傳遞數(shù)據(jù)，無須獲得用戶卡的密鑰。密鑰存儲在后臺或PSAM卡中，在交易過程中通過分散算法計算出用戶卡的密鑰，并進一步計算出相關的交易數(shù)據(jù)輸出或?qū)斎脒M行驗證，系統(tǒng)的安全體系與終端是不相關的。

SMAP應用的安全體系支持三種模式：

種模式：后臺密鑰支持體系

此種方式下，所有的密鑰被放置在應用服務提供商的后臺服務器上，由后臺服務器向前端應用提供實時的密鑰服務，其基本的過程如下圖所示：

在每次交易時，終端向后臺申請分散后的卡片密鑰密文，傳送給SMAP模塊，由模塊解密后使用。一般來說，應用服務提供商比較傾向于這種模式。應用開始之前，用戶需要向應用服務提供商提出應用申請，由應用服務提供商完成對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，密鑰被放置在移動終端的SIM卡中，SMAP模塊在需要時，向SIM卡申請密鑰服務。此種方式的基本結構和過程如下圖所示：

此種方案的應用初始化工作由移動通信運營商負責提供，其初始化的過程就是在SIM卡中增加應用所需要的密鑰以及在SMAP模塊中導入應用程序。

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，由內(nèi)置的安全服務計算出訪問IC卡的密鑰。此種方式的基本結構和過程如下圖所示：

此種方案的應用初始化工作由應用服務提供商負責提供，其初始化的過程主要是在SMAP模塊中導入密鑰及應用程序。

三種模式的優(yōu)缺點比較如下：

4.SIM卡與SMAP應用的關聯(lián)

在IC應用領域中，一卡多用的推廣是十分困難的，而SMAP應用領域更是涉及包括移動運營商、終端設備制造商在內(nèi)的各類RFID應用運營商，為了更好的推廣SMAP應用，需要一個相對獨立的運營商負責RFID應用的發(fā)行管理。

在NFC技術解決方案中，目前討論的焦點是單線協(xié)議SWP。SWP利用SIM卡7816接口中的C6引進，利用電壓和電流的變化實現(xiàn)SIM卡與NFC射頻模塊的通訊，從而將SIM卡與NFC應用關聯(lián)。

SMAP解決方案中，在SMAP模塊中保留了完整的符合ISO14443標準的非接觸式CPU卡芯片，因此不需要像NFC方案那樣要求上位機提供RFID的模擬波形，自己可以獨立完成非接觸標簽應用。而RFID的應用是和安全聯(lián)系在一起的，因此SIM卡可以利用密鑰來關聯(lián)RFID應用。SMAP模塊中的非接觸CPU的COS在開機后首先要與SIM之間進行安全，通過后在進入常規(guī)的RFID應用，SIM卡可以在SMAP模塊上創(chuàng)建、鎖住及刪除新應用。SMAP模塊可以通過移動終端的主控芯片與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波特率的非接觸應用數(shù)據(jù)，由SMAP芯片翻譯成ISO14443協(xié)議實現(xiàn)卡片模擬功能。

5.SMAP平臺的應用

目前實現(xiàn)的典型應用包括公交一卡通應用、小額金融消費及積分應用、銀行卡磁道信息非接觸應用、產(chǎn)品防偽與溯源應用、車輛監(jiān)管應用等。其中公交一卡通應用是目前非接觸支付應用成熟的系統(tǒng)，是和普通用戶關系密切的應用，SMAP方案可以完成公交一卡通的發(fā)行、充值、消費與查詢功能，給用戶帶來新的應用體驗，是SMAP應用推廣的關鍵領域。

下圖是已開發(fā)完成的SMAP終端的樣品。