Android Pixel2 Pixel2XL Pixel3 NFC EMV L1 Analog Test Summary

前言：在基于对Pixel2 Pixel2XL Pixel3手机EMV信号的测试基础上，对手机的NFC场强信号做的改进和提高，最终使得测试效果改善不少。
-------------2019.12.16 Eric.Y--------------

研究的背景

手机对于NFC普遍的支持，一般作为标准配置发布。目前的手机厂商对于NFC支付的支持仅仅是作为模拟银行卡。所以在EMV组织中可以查询到NFC芯片对于卡的标准测试证书。

手机的NFC芯片也是可以读取银行卡片的，在Android Google的API应用层，是可以进行APDU的交换命令，由此对其进行EMV Level2的功能实现。

对于EMV Level One的支持， 目前手机的NFC信号，是间隔300ms到500ms发生检测信号，如果检测到场强的变化，手机发出POLL波形。这是符合ISO_IEC_18092协议的，在应用层，表现是NCI的标准，上层对NDEF做了封装实现。

对于使手机符合EMV Level One的标准，需要对手机nfc芯片进行研究。作者之前在Nexus上的研究基础之上，对Android7，8，9的nfc部分做了驱动修改，继而延申到了Pixel2 Pixel 2XL and Pixel3.

Pixel2 Pixel 2XL and Pixel3都采用了NXP的PN81T，本文讨论在这几个手机上的研究结果。

由于手机的NFC天线太小的限制，做了对NXP芯片的优化处理，使其尽可能多的符合EMV Level One的要求。

Android手机的NFC芯片统计

各个手机厂商使用的NFC芯片，从Andoid OS 7开始到Android OS 9这个时代， 大部分厂商使用的是PN81A/PN80T，包括华为，小米等。 华为Mate20为ST54J。Pixel 4用的是ST的ST54J。

Phone	Product Name	NFC Chip	NFC model	device
Nexus5X	bullhead	Nxp	Pn548	/dev/pn548
Pixel2	walleye	Nxp	PN81A	/dev/pn81a
Pixel2XL	taimen	Nxp	PN81A	/dev/pn81a
Pixel3	buleline	Nxp	PN81A	/dev/pn81a
华为P20	HWEML	Nxp	PN81A	/dev/pn544
Samsung s8	dreamqltechn	Nxp	PN80T	/dev/pn547
Samsung s8+	dream2qltesq	Nxp	PN80T	/dev/pn547
Samsung s9+	star2qltesq	Nxp	PN80T	/dev/pn547
Pixel4	flame	ST	st54j	/dev/st21nfc

系统代号可能因为厂商针对不同市场的build，会有所不同。

1. 测试的手机

Pixel 2 Pixel2XL Pixel3
系统是使用AOSP编译flash到目标手机
改进NFC模拟信号必须修改驱动并控制其时序，使其符合EMV L1数字和模拟测试的要求。

每个手机的AOSP信息：

手机	系统代号	AOSP 分支	具体信息
Nexus5X	bullhead	8.1.0_r52	OPM7.181205.001
Pixel2	walleye	8.1.0_r39	OPM4.171019.021.Q1
Pixel2XL	taimen	8.1.0_r40	OPM4.171019.021.R1
Pixel3	buleline	9.0.0_r37	PQ3A.190505.002

2. 信号的改进

改进方法略，如果想交流可以联系我：[email protected]

手机	测项	Poll波形最高V	Poll波形平均值V
Pixel2	原始	8.19v	6.00v
Pixel2	改进Min	7.50v	5.54v
Pixel2	改进Max	8.19v	6.05v

手机	测项	Poll波形最高V	Poll波形平均值V
Pixel2XL	原始	6.88v	5.15v
Pixel2XL	改进Min	10.5v	7.5v
Pixel2XL	改进Max	8.19v	6.10v

手机	测项	Poll波形最高V	Poll波形平均值V
Pixel3	原始	7.31v	5.5v
Pixel3	改进Min	8.56v	6.27v
Pixel3	改进Max	11.00v	7.997v

Pixel2改进空间不大， Pixel3 和Pixel2XL改进后，测试结果比较理想。

3. EMV Level One Analog模拟信号测试结果

Pixel 2结果：

Result	Number of tests	Percentage
Passed	101	36.2 %
Passed with Warning	1	0.36 %
Failed	161	57.71 %
Not Applicable	0	0 %
Inconclusive	16	5.73 %
Unexecuted	0	0 %
TOTAL	279	100 %

Pixel 2 XL结果：

Result	Number of tests	Percentage
Passed	92	32.97 %
Passed with Warning	0	0 %
Failed	172	61.65 %
Not Applicable	0	0 %
Inconclusive	15	5.38 %
Unexecuted	0	0 %
TOTAL	279	100 %

Pixel 3结果：

Result	Number of tests	Percentage
Passed	92	32.97 %
Passed with Warning	0	0 %
Failed	163	58.42 %
Not Applicable	0	0 %
Inconclusive	24	8.6 %
Unexecuted	0	0 %
TOTAL	279	100 %

4. EMV Level One Digital数字信号测试结果

所有手机都能通过数字测试。

Pixel 2结果：

Result	Number of tests	Percentage
Passed	635	94.63 %
Passed with Warning	0	0 %
Failed	0	0 %
Not Applicable	36	5.37 %
Inconclusive	0	0 %
Unexecuted	0	0 %
TOTAL	671	100 %

Pixel 2 XL结果：

Result	Number of tests	Percentage
Passed	635	94.63 %
Passed with Warning	0	0 %
Failed	0	0 %
Not Applicable	36	5.37 %
Inconclusive	0	0 %
Unexecuted	0	0 %
TOTAL	671	100 %

Pixel 3结果：

Result	Number of tests	Percentage
Passed	635	94.63 %
Passed with Warning	0	0 %
Failed	0	0 %
Not Applicable	36	5.37 %
Inconclusive	0	0 %
Unexecuted	0	0 %
TOTAL	671	100 %

5. 研究的意义

从实验结果看，数字部分符合EMV的标准，模拟部分0cm和1cm比较理想，2cm，4cm通过的case的确很多不合符EMV规范。 但是对于手机的要求， EMV组织后续会做出标准的更新。 目前EMV Visa正在与我们合作指定手机上的NFC POS标准（mPOS），由于EMV组织对于市场上的手机NFC信号能满足哪些要求是不清楚的，所以就没有一个标准出来。这个标准修改内容包括EMV Level one和two。 EMV Level two也有一个限制， 就是card collision detection， 这个需要Google或者android厂商定制系统。

后续看市场发展吧， 华为声称有在支持银联POS，银联POS对手机的标准肯定不一样。华为成功了，后续还会有小米，OPPO，VIVO国内一线品牌。。。。。

接下来，会探讨EMV Level two上层的安全机制和实现。