面向电信运营商的近场支付技术研究

彭 昭

（中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

面向电信运营商的近场支付技术研究

彭 昭

（中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

移动支付是使用移动终端对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。整个移动支付价值链包括电信运营商、支付运营商、应用提供商、设备提供商、系统集成商、商家和终端用户。目前，国内各大电信运营商将移动支付特别是近场支付作为新的利益增长点，以期能够迅速占领移动支付领域制高点。本文通过对现有近场支付方案的研究和比较，结合运营商实际部署运营提出移动支付应用的思考和建议。

无线射频识别；近场支付；NFC

1 引言

手机近场支付是借助移动通信终端，通过移动通信网络或无线方式进行的资金划拨、缴费和购物等商业交易活动，充分发挥了手机移动的特点和金融卡片理财功能，为移动终端用户提供个性化金融服务。随着RFID（radio frequency identification，无线射频识别）技术和无线通信技术的快速发展和广泛关注，将RFID与现有通信系统结合并为运营商提供更多增值应用已成为重要的研究课题。巨大的用户基数以及用户对运营商的依赖为运营商开展近场移动支付应用提供了先天条件。

中国电信、中国移动和中国联通均在近场移动支付领域发力，并各自在不同的方向取得一定的市场份额。近场支付业务主要实现手机钱包的小额支付功能，覆盖交通卡、积分卡、优惠券、电子票据等金融支付应用，为移动终端用户的消费习惯带来新的变革和更大的便利。

在电信运营商发展移动支付业务的过程中存在多种制约因素，包括频率选择、技术实现方案选择等。本文简述了近场移动支付技术和应用现状及发展趋势，从方案特点和应用场景分析不同技术实现方案，为电信运营商移动支付产品发展给出规划建议。

2 技术应用现状和发展趋势

2.1 近场支付技术概述

RFID技术是近场支付的主要实现方式，根据近场非接通信的实现频率不同可分为13.56 MHz和2.45 GHz两种。

（1）13.56 MHz频段

属于通用频段，遵循国际标准ISO 14443，通过电感耦合方式与读写器交互实现工作能量和数据传输。适用的应用场景包括跨行业的开放应用环境和企业内部的封闭应用环境。其中，开放环境应用可兼容多种13.56 MHz行业应用，如公交/市政一卡通、金融卡等；封闭环境应用可兼容校园/企业一卡通等小范围内部应用。

（2）2.45 GHz频段

属于公众频段，近场支付应用遵循企业标准，通过有源方式提供工作能量，通过POS机频率限制实现近距离刷卡控制。因其标准的限制，更适用于封闭环境应用以及具备POS机改造能力的行业应用。

依据卡片数据存储方式以及与POS交互协议的不同可分为Mifare和CPU两种实现方式。

· Mifare方式。符合ISO14443-3系列标准的Mifare卡片，通过定义扇区来区分不同的应用、数据（保存在扇区的数据块中）。目前大部分的公交/市政一卡通、校园/企业一卡通等都是采用Mifare方式。集成该方式RFID非接支付方案可方便快速地接入现有的Mifare应用系统。

·CPU方式。采用CPU卡，通过AID标识寻址应用，并以文件方式保存数据的实现方式。相比Mifare方式，CPU卡的存储容量大，抗干扰能力强，数据保存时间长，安全性高。CPU方式是智能支付卡片的发展趋势，但目前市场上以该方式实现的应用仍较少。

2.2 技术和应用发展趋势

移动支付具有随身、实时、快捷的特性，能够提高支付的商务流程，为用户提供更加便捷的支付体验，具备广阔的发展前景。随着运营商、金融结构以及更多的产业链伙伴加入，RFID移动支付技术和应用会呈现如下的发展趋势：

（1）基于UIM卡实现非接支付

电信运营商拥有完备的网络设施和先进的IT系统，其主要任务是为移动支付提供安全的通信渠道和服务。为了集成更多的IC卡应用，并保证运营商在移动支付产业链中的地位和作用，将UIM卡作为支付数据存储的安全介质是技术发展趋势。

（2）基于合作方式推广支付应用

RFID与电信业的融合不仅是简单的技术问题，更涉及信息产业与金融产业的相互结合和共同促进。因此，电信运营商与传统行业领导者在融合过程中的角色分工显得尤为重要。传统产业的信息化需求、消费者的需求以及电信业的发展，在很大程度上决定了中国RFID产业的发展前景。基于合作方式推广支付应用能够充分利用各行各业的优势，整合这些优势能力能够更好地促进整个支付产业链的快速发展。

3 近场移动支付技术实现方案

基于RFID的近场移动支付实现方式主要有：①基于卡的实现方式，包括RF-UIM卡方案、外贴非接触式卡方案；②基于手机的实现方式，NFC （near field communication，近距离通信）手机定制方案；③基于卡和手机结合的实现方式，手机终端定制双界面卡方案、eNFC（enhanced NFC，增强型近距离通信）方案、智能SD卡方案。

（1）RF-UIM 卡方案

RF-UIM卡方案采用2.4 GHz频段，将安全控制芯片、存储器、无线射频集成电路 （radio frequency integrated circuit，RFIC）和天线等模块集成在UIM卡中，如图1所示。通过手机终端给RF-UIM卡供电，RF-UIM卡与手机配合使用可实现接触式通信功能（即普通UIM卡通信应用）和非接触式刷卡功能（即移动支付应用）。

RF-UIM卡方案不需要改造手机，频率较高，天线尺寸小，完全集成在UIM卡内。因此，RF-UIM卡可以直接置入普通用户的手机，在用户身份鉴权的基础上实现安全可靠的移动支付。然而，2.4 GHz频段与国际国内金融、公交等近场支付标准不兼容，存在POS机具改造问题，且RF-UIM在手机电源持续供电的情况下才能正常工作。

应用场景：适用于具备机具改造能力的行业合作应用以及小范围封闭环境应用，如校园、企业等。

（2）外贴非接触式卡方案

外贴非接触式卡方案采用13.56 MHz频段，是将非接触式功能的卡片做成了背面粘贴形式，物理粘贴在手机背面实现非接触式支付功能。它符合ISO 14443及《中国金融集成电路(IC)卡规范》，可模拟Mifare 1k及4k的非逻辑加密功能。

该方案不存在手机的兼容性及信号屏蔽问题，适用于任何手机，并且无需更换卡和终端，市场推广快。但与运营商关系不大，任何第三方都可发行，并且无法实现OTA、空中充值等功能。

应用场景：适用于部分低成本快速发行场景，在不改变用户手机和卡的情况下，培养用户的手机刷卡使用习惯。由于采用该方案与手机事实上没有任何关系，所以与运营商的关联度过低，可考虑将贴片卡与手机号码进行绑定，并限定在用户手机工作正常的情况下，才能够允许刷卡操作。

（3）NFC 手机定制方案

NFC手机定制方案采用13.56 MHz频段，将NFC控制芯片、安全芯片和耦合线圈（RF天线）集成在手机中，如图2所示。该方案技术成熟，由于非接触刷卡部分均由手机终端侧实现完成，系统性能稳定，且功能全面。

该方案有效避免了机卡兼容性问题。采用卡片实现RFID功能时，UIM卡同一时刻只能处理来自手机的一条指令，当手机通信指令与刷卡的非接指令同时请求时，为了保证UIM卡通信功能，在发生冲突时以通信功能优先。NFC手机定制方案没有上述问题，但由于安全信息完全集中在手机中，用户需要更换手机或手机维修时也不方便。

应用场景：适用于小范围内的行业应用或企业应用，与运营商关联度较低。

（4）手机终端定制双界面方案

手机终端定制双界面方案采用13.56 MHz频段，将安全控制芯片、存储器、无线射频集成电路集成在UIM卡，并将RF线圈集成在手机终端，如图3所示。内置于手机终端的RF天线经由8触点卡座，通过RFID UIM卡C4、C8两触点连接到卡内RF模块，形成闭合回路，实现射频通信功能。双界面UIM卡片可集成Mifare芯片，实现城市公交、地铁、市政一卡通等应用的无缝整合。

该方案天线组件成本低廉且性能相对稳定，兼容现有主流POS机，但受手机内部复杂的电磁环境影响，其射频天线无法集成在UIM卡内，必须引出外置天线到手机背板或者电池上。由于占用手机C4和C8两个触点，和国际标准大容量UIM卡冲突，仍需定制手机。

应用场景：适用于运营商与金融等公众行业合作的应用，在UIM卡中整合银行磁条信息、电子现金或公交卡数据，兼容现有已部署POS机具。

（5）eNFC 方案

eNFC方案采用13.56 MHz频段，将安全芯片集成在UIM卡中，CLF（contactless front-end，近场通信模拟前端芯片）控制器和RF射频天线集成在手机中，NFC控制器通过SWP（single wire protocol，单线通信协议）与安全芯片通信，如图4所示。利用SWP技术，RFID UIM卡可以在C6一个管脚上同时进行读和写的操作。eNFC方案的手机终端，既可以作为被读设备，也可以作为识读设备，读取RFID标签中的信息。

该方案基于13.56 MHz的通用标准，现有机具改造容易，且未占用国际标准大容量UIM卡所需的C4和C8接口。同时该方案手机终端可作为识读器读写其他标签信息。但目前相关终端很少，需要定制支持SWP的手机终端和UIM卡。

应用场景：适用于运营商与金融等公众行业合作的应用，兼容现有已部署POS机具，同时也可以适用于信息采集和获取等相关应用，如商品防伪、公交路线指引。

（6）智能 SD卡方案

智能SD卡方案采用13.56 MHz频段，将安全芯片内置于SD卡中，RF天线集成于手机中，通过安全芯片访问，通过密码、支付功能启用开关、银行卡支付密码等多层次的保护体系保证用户使用过程的安全性，如图5所示。与eNFC方案类似，区别在于安全芯片存放在SD卡中。

该方案主要由银联进行商用推广，能够平滑升级实现金融支付类应用，但电信运营商在产业链中占据的位置较弱，且需要定制手机。

应用场景：运营商在这种方案中被旁路，仅适用于银联等金融行业支付推广。

表1对以上方案进行了比较。

4 电信运营商近场移动支付的发展思路和建议

移动支付应用的推广和实现涉及产业链的各个环节，建议电信运营商发展时需要注意如下问题。

（1）实现方案选择

移动支付实现方案包括基于卡、基于手机以及基于卡和手机结合三种方式，这些实现方式涉及两种频段和不同应用场景。基于国内金融、交通等行业的IC卡应用兼容性考虑可以选择13.56 MHz方案；基于具备POS改造能力的行业或本地化应用考虑可以选择2.45 GHz方案。

（2）POS 机具共享

POS商户数量有限是运营商发展移动支付业务面临的关键问题。为了掌控移动业务发展方向并在产业链中占据主导权，电信运营商自建POS机平台势在必行，建议运营商联合部署POS和发展用户。理由如下：①大大降低运营商在移动支付业务大规模发展初期的投资；②减少运营商之间的竞争，有效避免资源垄断；③避免重复建设和资源的浪费。

（3）统一 AID 规划

AID（application identifier）是 CPU卡的应用标识符，内置于RFID UIM卡中，用于读卡设备识别卡内应用。为了保障电信运营商全国应用部署的通用性，以及避免各省AID编码的混乱与冲突，建议对AID编码进行统一规划和管理。

（4）统一卡空间规划

为了便于合理分配和使用RFID UIM卡内空间，保证支付应用的顺畅植入和动态更新，同时为便于和读卡设备之间的数据交互，建议电信运营商统一规划UIM卡的卡片空间。

（5）增值业务考虑

手机移动支付为用户提供一种新的支付手段，同时也为用户带来新的使用体验。如通过空中圈存的方式，在手机菜单上选择充值服务即可实现银行卡或其他充值卡向支付UIM卡充值的功能，提高用户使用移动支付的便利性。

表1 基于RFID的移动支付技术实现方案对比

5 结束语

支付手段的电子化和移动化成为不可避免的发展趋势，RFID近距离通信便利和高效特点为电信运营商发展近场移动支付应用提供了优势和挑战。本文从技术和应用角度全面分析了近场移动支付技术的实现方案，并结合电信运营商定位提出了近场移动支付的发展思路和建议。电信运营商通过近场移动支付应用拓展移动电子商务领域，可彻底打破传统POS机刷卡支付的利润分成模式，实现新的利润增长。

1 陈潞.我国手机支付应用现状及问题分析.中国信用卡，2007

2 徐平平，张希，钱媛等.移动支付影响因素分析——国内外移动通信运营商策略对比与研究.北京邮电大学学报 （社会科学版），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）