深入浅出滴聊聊NFC充值

NFC技术培训文档

 技术特性与优势：NFC工作于13.56MHz，最大传输速度只有424kbit/s，有效传数据率距离只有10cm左右（实际上公交卡和手机的NFC距离一般连5cm都不到），但它的优点是不需要麻烦的配对过程，就能直接读取和交换数据，可以理解为是用传输距离“换”耗电和安全性的互联技术。此外，NFC还有绝群的配对速度，配对速度小于0.1ms（可以提升体验和安全性），作为对比蓝牙大约是6秒，红外需要0.5秒左右。
NFC标签、公交卡/门禁卡等被读的对象，通过线圈感应生电产生的电力驱动，所以无需电池，体型和重量都可以做得很小。而即便是工作在读卡器，因为射频工作距离很短，其所需的电量也很低，常开的电量消耗也远比蓝牙要低。
 硬件组成：NFC硬件部分由CLF（非接前端模块）、射频天线、SE(Secure Element安全区域）三部分构成。使用CLF+天线即可完成常见的公交卡余额读取，而如果把手机/手表模拟成公交卡（空中发卡和充值）就需要SE部分的加入。而我们在外面看到的，则是芯片+线圈的结构（拆开公交卡和闪付银行卡，里面也是这两个基本构成）。线圈一般会安装在背壳或贴着电池放置，一般都是通过手机背部进行NFC的感应。
工作模式与用途
NFC有主动、被动、双向3种工作模式，分别对应手机和智能手表/手环中的读卡器（如手机读取公交卡余额）、卡模拟（如手机模拟公交卡、门禁卡）、P2P（即类似蓝牙那样点对点数据传输）三种工作模式。对应NFC的3种工作模式，NFC的用途，按照应用范围从小到大，大概分为下面3大类：

1. 双向（P2P点对点数据传输模式）：主要是点对点的数据传输，优势是近距离靠近即可完成配对，省去密码输入。在Android 4.0的时代加入的Android Beam，技术原理是两部NFC手机之间，通过NFC对两部手机的蓝牙进行初始化连接（NFC基本是用来负责传输配对信息），然后相互传输网址、联系人、图片、音乐、视频等数据和文件，通过第三方app可以完成wifi密码、地址等其他类型的数据分享。
2. 主动（读卡器模式）：NFC兼容符合ISO7816-3 / ISO15693 / FeliCa（索尼提出的标准，日本应用较多）PBC2.0（中国人民银行的第二代金融IC卡规范，主要用在银行卡上，闪付卡的电子账户部分就是这种）等标准，可以读取大家常见的公交卡、卡片式的一次性车票、银行卡、门禁卡、校园卡和NFC标签等产品中未加密的余额、交易记录等信息。

三星的S Beam则是通过把蓝牙传输改为wifi传输，虽然只能在三星手机之间使用，但速度因此大幅提高。另外一个比较特殊的用法，是索尼相机/音箱等产品常见的NFC配对，同样是通过NFC进行传输协议和信息的传递，以完成快速简单的配对。但无奈NFC的普及率太低，以及微信等通讯软件的强大，这个功能对于99%国内用户都没有实际价值。

手机查看公交卡余额的功能早在2012年就有了

被动（卡模拟模式）：顾名思义，就是让手机/手表的NFC模拟/伪装成上面说到的各种NFC兼容标准的卡片。这也是整个NFC领域，应用最广泛、最被看好的用途，当中包括把手机/手表模拟成门禁卡、公交卡，进行银联闪付、Apple Pay、三星智付、华为/小米Pay等。出现时间更早，但名声要小很多的HCE闪付（Android 4.4+NFC+银行app即可使用）也是其中之一。
当中的NFC标签曾经火过一段时间，除了部分早期NFC手机会配送几块可以自行读写的NFC标签外，部分厂商甚至制作了NFC戒指等智能产品。它本质上是记录了网址、号码等简单文本信息的NFC塑料片，可以用来切换碰一碰切换手机的模式、开启某些功能、打开网址之类的。对于大多数人来说，这个读卡器模式的最大用途，只是读取公交卡余额而已。
模拟门禁卡等IC/ID卡

NFC Emulator门禁卡模拟app——NFC Emulator（该软件收费较高且实际限制较多）
门禁卡可以粗略分为IC卡和ID卡两种，简单的门禁卡，手机/手表也能读取和NFC模拟它的UID，就能代替卡片了。复杂的门禁卡，包含UID、sector、keya/b、data等数据，当中的加密内容是无法模拟的。可以配合TagInfo等app尝试读取卡片的UID进行尝试。
模拟公交卡
为了方便，为了少带一张实体卡，我们可以选择把实体卡塞到手机壳，高端点的甚至可以肢解公交卡，再把芯片和线圈塞到手机壳或后盖里（如果手机还能开后盖的话）。而市面上有不少智能产品，也以“异形卡”的形式内置了公交卡。

2015年集中出现过一批类似刷刷手环等支持某些城市公交卡的产品，像StarWrist智能手表、握奇Sharkey智能手表、老虎鱼手表和兴业银行推出的兴动力支付手环（它还支持闪付），估计很多人连听没听说过。这些方案的最大缺点是需要额外买个智能设备，其次是在国内这种几乎大城市都有自己的公交卡的环境下，城市间的公交卡并不通用，这直接导致这类产品有岭南通、一卡通等版本，而且无法在对方的领域使用。
而NFC模拟公交卡的优势是，同一部设备可以通过更换内部数据，模拟成不同城市的公交卡，甚至门禁卡、饭卡等卡片，从而完成一部设备在多个城市中使用的任务，这是两种方案最简单和本质的分别。但最遗憾的地方是，两种方案都得再开通一张公交卡……
开通虚拟公交卡后的Ticwatch 2 NFC

1. 开通时间与费用：华为Pay的公交卡功能在16年8月底公测，暂时只支持上海；小米Pay在9月1日正式开通，宣称支持34个城市一卡通，是现在支持数目最大的一个，但部分标注城市和部分机型还没开通；三星智付的公交卡，在16年12月正式上线，暂时只支持北京和上海。在服务开通初期，三星和小米分别有过1元和免费的开卡优惠补贴，现在的开卡费用一般在20-29元之间。

2. 支持设备：市面上大家看到的三星智付/华为Pay/小米Pay，都有公交卡的模拟能力，3家厂商支持的手机型号可以在各自官网查询，三星智付戳http://support-cn.samsung.com/samsungpay/#box03，小米支付（常见问题里）戳https://www.mipay.com/mipayActivity，华为Pay戳http://consumer.huawei.com/cn/support/faqs/detail/index.htm?id=124407。最新的银行和公交卡支持一般会先在论坛和开发版系统中出现，感兴趣的用户可以去各家论坛翻看。
   除此之外，一加3在氢OS公测第六版系统之后，也支持北京一卡通，它和小米用的都是雪球科技的方案。智能产品方面支持NFC模拟公交卡的，现在只有出门问问的Ticwatch 2 NFC（现只支持北京一卡通和深圳通），2月底推出的华为watch 2或许也会搭载。而三星刚推出的Gear S3系列是支持三星智付的，但国内还没有为它开通公交卡服务。

3. 充值与查询：这些设备模拟的公交卡，除了可以在自己的app上查询余额和充值外，都和实体卡一样，可以通过别的NFC手机进行读取余额和查询交易记录的操作，用深圳的“鹏淘”和北京的“e乐充”，甚至支付宝的城市一卡通（但它的兼容性问题较多）进行充值。

限制与用途：出于公交卡发行商和银行那边的安全考虑，公交卡和银行卡，绑定的都是硬件，而不是用户账号。一旦开通，公交卡就和手机本体绑定了，刷机后公交卡还会在，但换机之后公交卡也无法跟着账号一起转移到新手机了。最遗憾的是，无论采用实体卡还是NFC模拟卡的方案，都无法绑定原有公交卡，得重新开通新的公交卡，而且也是不支持退卡的。
另外一个“限制”则是来自于公交卡本身，这种需要稳定快速工作的工具，充值和上车打卡时就会对内部数据进行擦写，无需联网，也无需记名认证，也没有挂失之说。它就像纸币一样，丢了就真的丢了，无论是谁，捡起来就可以直接使用。
而公交卡的用途，比大家想的要多很多。除了公交和地铁，北京的停车场/室内公园/加油站/部分特约商店、上海的渡轮、苏州的生活缴费/图书馆/特约商户、武汉的机场高速/渡轮/特约商户、杭州的路边停车、广州的渡轮/咪表停车/特约商店/部分超市和便利店，都是些冷门但相见恨晚的功能。
银联闪付
银联闪付Quickpass是银联推出的基于银行卡的非接触支付产品，对应国外Visa的Paywave和万事达的Paypass。其特征是非接触式和小额支付免密码，用起来就像公交卡一样简单方便。现在的Apple Pay等闪付形式，基本就是手机代替实体卡片使用，使用过程就是手机里绑定银行卡，通过带有闪付标的POS机，用小额免密、指纹或常规的密码进行消费。

NFC技术与产品技术形态表
技术路线：而闪付毕竟是银行服务，对安全级别有很高要求。在智能硬件领域，围绕安全和NFC，闪付有TSM和HCE两条主要技术路线，它们的核心都是上面NFC科普提到过的SE安全模块，分别对应实体和虚拟的SE模块：

1. TSM：全称Trusted Service Manager可信服务管理，在2014年就开始大规模实用，针对早期安卓有NFC但没有SE安全模块的现状，厂商“脑洞大开”地通过把SE安全模块和SIM卡/TF卡等融合的方式，让手机和智能设备可以代替实体卡进行闪付，上面提到的早期手机“模拟”公交卡也是这个技术的产物之一。
2. HEC：但TSM毕竟是需要更换硬件的方案，实际推行和影响效果非常有限。在差不多的时间点上，Google为Android 4.4加入了HEC（Host—Card Emulation主机卡模拟）技术支持后，银联在15年中后期主推的变成了HCE闪付，通过把云端服务器当做SE模块使用（云闪付中的“云”的由来），让没有安全模块的NFC手机，无需硬件SE也能直接使用闪付。

银联闪付在短短几年内已经经过了几代的发展：

1. 早期闪付甚至连用法都很像公交卡，要用户去银行/ATM圈存资金到电子现金账户里才能用；
2. 后来为了省去了圈存的过程，闪付合并到银行账户里；
3. 再到后来，为了连携带卡片的麻烦都省去，就衍生出了上面提到的TSM和HEC两种技术路径。银联推出的配备安全芯片的NFC-SIM以及NFC-SD卡，就是为了让没有SE模块的NFC手机也能提供闪付功能；
4. 为了省去用户更换sim卡和购买额外硬件的麻烦，银联在15年末推出HEC云闪付，无需硬件改造，只需银行app+普通的NFC手机即可提供闪付功能。
5. 现役苹果、三星、华为、小米等大手机厂商的旗舰机型，除了NFC外也有自己的SE模块了。2016年2月先后在国内上线的苹果apple pay、三星智付，同年8、9月的的华为和小米Pay也被银联归为云闪付的一部分。

银联对闪付抱有极大的期望，除开上面疯狂的“迭代速度”，现役几乎所有的银行卡/信用卡都已经是自带的闪付功能。而POS机升级这一环，银联的升级速度也很疯狂。早在2015年，支持闪付的POS机占比已经超过60%，16年底终端已经达到1050万台，人民银行更是宣称2017年5月就能让所有POS机都支持非接触支付。
 闪付的问题：本质上闪付已经很便利了，但仅仅是让用户了解怎么用就已经很麻烦了，再加上需要POS升级、店员培训，加上推广效果不力等一系列原因，云闪付一直没有推广开来。而同期，支付宝和微信支付这种架空了银联的移动支付方式的高速普及，让银联闪付在Apple Pay等一众产品出来前，地位都相当尴尬。
此外，商户大部分估计也是站在支付宝/微信等线上支付那边的，毕竟刷卡消费时，银联是要收商户服务费的…这也间接带来了很多店员不会用闪付POS机或不愿意用的问题。上面这些都是银联对几个厂商的服务那么支持的重要原因，毕竟这些手机厂的闪付功能本质上都是虚拟了银行卡，是原来银行卡的延伸，没有改变银行原来的模式，交易信息也不会像微信支付宝那样绕过银行。
 闪付的对手：这里还要提一下NFC支付的一个非常强劲的竞争对手——MST（Magnetic Secure Transmission安全磁力传输），它是一种磁道模拟技术，最早由LoopPay开发。后者在15年2月该公司被三星收购，连着创始人Will Graylin一并进入三星。三星在部分地区的S6/S6 edge、Note 5/S6 edge+、S7/S7 edge上都搭载了这个技术。

MST技术使用的线圈
它的原理非常简单粗暴，因为传统POS机能识别的是银行卡磁条信息，MST就是用线圈模拟你不同银行卡的磁条信息，并成功地让POS机“以为”是有普通的银行卡刷卡了。它同样是类似闪付的“碰一碰”刷卡，实际读取距离在10厘米左右，除了还需要输入密码或签名，体验和刷公交卡和闪付一样。因为无需改造现有POS机，也无需培训费用，它才是最大限度兼容原有设备的方案。
如果这个技术得到普及，NFC闪付早就胎死腹中了，但这个技术几乎可以当做被三星“买断”了，三星不太可能把这个可以当做卖点的技术给同类竞品，一定程度上“拯救”了NFC闪付。
使用方法：Apple Pay、三星智付、华为Pay、小米Pay等app里，用户可以直接添加银行卡，现在4家服务商都已经能覆盖大家常见的大银行的借记卡和信用卡。为了保护隐私，开通过程中生成和以后消费的，都是卡号和实体卡不同的虚拟卡，后者更像是一张电子化的附属卡。和把卡片实体塞在手机里的分别，和NFC公交卡一样，NFC闪付可以同时绑定多张卡片，而且无需物理卡片出现。

功能与使用场合/地点：在任何支持闪付的商店，开通NFC闪付的手机都可以代替实体卡片进行消费，消费额度与免密设置与实体卡一致。使用场合上，现在还是针对一线城市的用户，毕竟闪付本身在二三线城市的使用率不高。虽然家乐福/全家/7-11/OK便利店/屈臣氏、麦当劳/肯德基/汉堡王等大型连锁几乎都有银联闪付的POS机，但人行宣称的POS机全面支持还得等5月后，而且即便是深圳，一些不太大型的便利店和商店，他们的POS机还没有闪付标，或者他们的店员根本不知道闪付是什么，还有不少店铺店员不懂用POS机的闪付模式……
NFC闪付对于很多人来说，它更实用的功能是无卡取款。在有闪付标的相应银行ATM上，选择Apple Pay取款（谁叫苹果知名度更高…），三星、华为、小米的机器，理论上都可以进行ATM取款。当然，三星本身还有MST，能刷卡的ATM也能取款。

安全性：针对闪付，虽然大部分银行都有日累计不超1000的限制线和各种赔保，但闪付实体卡开启免密支付之后，无需密码验证，别人捡到也是可以直接使用的，之前和这个相关的大新闻是用在汽车上的ETC盗刷门。但论安全性，智能设备上的闪付要更加安全一些，毕竟手机上有指纹和各种锁屏密码。因为公交卡和闪付都是涉及到设备安全芯片的，机器重置之后，已绑定的公交卡和银行卡还是会在机器里面。可能是公交公司处于利益考虑，银行卡可以手动解绑和重新绑定，公交卡是无法解绑和重新绑定的。
NFC闪付可以代替实体卡片，从此不用带实体卡出门，确实非常省心，更何况手机/手表刷卡是个装逼的好机会。不过论实用，其实银联的这些闪付还不如微信和支付宝的扫码支付的使用场景广，很多没有POS机的小店家都会支持微信和支付宝，扫码不用贴着POS机，不用收银员调POS机的模式，而且不用和收银员解释了。