双频手机支付解决方案.doc

双频手机支付解决方案上海华虹集成电路有限责任公司 谢辉 张志茂 摘要： 2.4G RF和13.56MHz NFC是手机支付两个主要应用体系。目前，手机终端的解决方案只支持其中一种，另一种不能同时支持，对手机用户使用和运营商推广造成了困扰。本文提出了采用华虹设计高端支付安全芯片SHC1228，同时支持2.4G RF和13.56MHz NFC的解决方案，使手机用户用一部手机，既能使用2.4G RF又能13.56MHz NFC受理环境，使运营商能为客户提供更多样的手机支付服务成为可能，成为电信和金融运营商易于开展增值业务的最佳技术方案选择。关键词：2.4G、手机支付、13.56MHz、NFC 基于手机移动终端作为IC 卡模式按照应用场景分为两种：金融应用和非金融应用，如图表 1所示。金融应用场景：以银联认证的SIM卡内支付应用为主体，与银联或银行POS机具配合实现金融支付功能。主要包括PBOC/qPBOC 借贷记应用、PBOC 电子钱包/存折应用、电子现金应用等。非金融应用场景：非银联认证或兼容的SIM卡内应用，与非银联POS机具配合实现的电子货币支付、积分、ID 识别、安全管控等功能。主要包括公共交通应用、行业应用、小区域（企业、校园一卡通）应用、安全识别应用等。图表 1 移动终端作为IC卡模式应用框架移动支付市场纵览市场需求分析中国是一个潜力巨大的手机移动支付市场。目前已有超过5亿的手机用户、1.5亿信用卡用户，以及数量庞大的一卡通用户，随着3G时代的演进，这些用户将从传统的现金或信用卡支付转向全新的非接触式手机移动支付。巨大的市场需求给运营商、卡片开发商、手机厂商、芯片供应商等手机支付产业链带来了压力，也带来了新的机遇。目前基于手机的移动支付在世界范围内持续升温，如购买饮料、购买车票、购物等等。基于手机的移动支付应用得到移动运营商、服务提供商的高度重视。手机支付有自身的优势所在：手机支付具有庞大的潜在用户群体以及中国信用卡普及率低；手机的便携性为开展各种手机支付业务提供了基础，并且操作简单快捷；同时，借助移动通信网络，手机支付可随时、随地进行，跨越了时间和地域的限制。移动支付业务的探索目前的移动支付业务按支付的空间和时间特点，可分为非现场的非实时远程支付和现场的实时支付。非现场的非实时远程支付是目前常用的支付方式，这种方式一般通过短信方式发起交易请求，从支付的速度来看，具有明显的时间延迟，快时需几秒钟，慢时甚至几分钟。目前在国内开展的手机话费、购物、手机银行等均属此类非现场的非实时远程支付。非现场的非实时远程支付，由于其明显的时间延迟，已无法满足公共汽车票、轨道交通、出租车费等城市一卡通应用领域。在此情况下，需要现场的实时支付交易，即可通过手机和支付机具之间通过非接触通讯方式快速完成支付交易，这样完成一次交易只需几百毫秒。  图2 手机支付业务分类图移动支付当前遇到的主要问题市场上迫切需要一种符合这种特征的移动支付产品: 同时支持13.56M和2.4G、高安全性、可扩展和低成本部署。双频手机移动支付方案应运而生，在众多技术中脱颖而出，成为电信和金融运营商易于开展业务的最佳技术选择。 双频手机支付解决方案双频手机支付解决方案是由上海华虹集成电路有限责任公司完全自主研发，结合中国国情与国际先进技术而形成的非接触式手机支付方案，同时支持基于13.56M SWP技术非接触式移动支付和2.4G非接触式移动支付。华虹双频SIM卡技术解决方案包含了硬件线路、SWP/HCI协议栈和应用COS开发的多接口优先关系。 双频SIM卡构成和线路双频SIM卡外在物理形态和普通SIM卡类似，不同之处在于其在卡体内部，封装了支持多个功能实体的芯片：l  支付芯片（安全主控芯片），提供支付功能、其它增值服务功能和射频芯片的控制功能，同时提供SIM卡芯片和用户终端的物理通道以及提供电信功能l  2.4G射频芯片，受支付芯片控制，实现射频功能，基础射频协议，提供双频SIM卡读写器的射频通信通道图表 3 双频手机支付系统结构框图 SHC1228芯片可提供双ISO7816接口功能，或提供ISO7816加SPI接口功能。丰富的接口资源使SHC1228可适应多种安全控制芯片和射频模块，极大地拓展了SIM卡的功能，为移动运营商和开拓除通信以外的增值业务提供了新的载体，大大增加了卡片开发商对各种非接触式手机移动支付方案选择的灵活性。其应用的优势明显：l  符合最新国际标准。采用单线通信协议SWP，支持最新的eNFC移动支付架构。该方案在欧洲和国内都已进行了试商用，成为行业内广泛认可的解决方案。l  支持双频移动支付解决方案。兼具13.56M和2.4G的优点，有非常广泛的适用性。l  高安全：n 支持DES/3DES，RSA1024，提供多种安全保护机制，保证了其极强的安全防伪能力。支持多种主流加密鉴权算法，以提高智能卡安全等级。n 认证： EAL4+。图表 4  SHC1228芯片系统架构框图 l  应用的灵活性和适应性较强。可根据不同应用定义各存储扇区的密码和访问条件，以便互不影响地分别满足不同场合、不同用途的要求。可以实现公交交通、小额支付、手机银行、商品消费等行业应用分别独立存储及安全管理。l  一致性和兼容强。与大多数国内外主流品牌手机进行完整业务应用测试，并与多家金融、票务终端POS机联调，其性能表现优良。 双频方案的电路连接如下：l  SHC1228与手机终端的连接：SHC1228通过7816连接手机基带芯片，实现电信应用；通过SWP连接手机CLF芯片, 实现13.56M通道非接触式移动支付应用。l  SHC1228 与RF芯片的连接：SHC1228与2.4G RF采用串行接口连接。2.4G RF发送接收器同过外部中断唤醒SHC1228。 图表 5 双频SIM卡方案终端线路连接图 SWP/HCI协议栈华虹双频解决方案提供了SWP/HCI协议栈，使卡商能够节省时间研发成本。SWP1（Single Wire Protocol，单线协议）是基于C6引脚的单线连接方案，属于物理层协议。简单来说，就是用一根数据线沟通用户卡与NFC芯片，再通过NFC芯片与外部联接。在SWP方案中，接口界面包括三根线：VCC(C1)、GND(C5)和SWP(C6)，其中SWP信号线上基于电压和负载调制原理实现了全双工通讯，这样可以实现用户卡在ISO 7816界面定义下同时支持7816和SWP两个接口。HCI2（Host Controller Interface，主机控制器接口）协议属于网络层协议。HCI协议中定义了Host（主机）之间的接口，包含：1）不同主机通过在Gate（门）间建立Pipe（管道）来交换命令、响应和事件；2）定义了一套HCP（Host Controller Protocol，主机控制器协议）报文机制；3）定义了一套HCP路由机制，负责报文在不同主机间的传递，并且在必要的时候对报文进行分片处理。给出了用户卡和NFC芯片通过HCI协议进行信息交互的示意图。图表 6  SWP /HCI协议栈 多接口优先级关系双频方案具有传统7816电信接口、SWP接口和2.4G射频接口，COS开发过程中需要正确处理优先级关系。当同时发生电信应用和2.4G应用时，以7816电信应用为优先，但2.4G应用不受影响。当同时发生电信应用和SWP (13.56M)应用时，以7816电信应用为优先，但13.56M应用不受影响。 图表 7 双频方案SWP命令、电信命令与RF命令处理关系图支持应用双频方案集结了13.56M和2.45G技术优势和特点，融合多种应用，各应用间相互隔离。各应用的具体功能如下：校/企一卡通应用、身份识别、手机网银、电子钱包、银行卡应用、公交一卡通应用、优惠券功能、无线通信功能。产品特点华虹从几年来的项目摸索过程中，根据市场的需求及与客户探讨，我们从三个纬度考虑这个方案给运营商、卡商和用户带来的好处：l  对用户好处：有两个应用环境，扩大他们体验范围、增加体验感知、增添用户粘性；l  对卡商好处：一芯两用，节约项目和研发投入成本；l  对运营商好处：快速抢占市场先机；满足业务短、长期布局和可扩展性；吸引高端用户。根据上述的非接支付类频段和实现方案比较，综合国内金融、电信、交通等行业的IC卡应用兼容性考虑，从应用范围的覆盖度及适应性，华虹设计研发出双频手机支付解决方案，基于手机作为IC卡模式的应用以13.56MHz为主，同时基于其他行业和小范围应用（企业/校园/本地化应用）采用2.45GHz频段作为补充。双频方案技术在众多技术中脱颖而出，成为电信和金融运营商易于开展业务的最佳技术选择。同时，双频方案集结了13.56M和2.4G方案特点和优点，便于卡商灵活选择、满足运营商对业务短期、长期的发展和布局，更是方便了用户选择多种体验方式和丰厚又贴合的应用，是中国未来手机支付市场发展趋势。 成功案例 截至到现在，上海华虹集成电路有限责任公司已先后与包括中国移动、中国联通、中国电信、中国银联等国内各大移动网络运营商和银行机构，开展了技术合作及项目试点运行，并实现了多项成功案例。2009年10月初，华虹设计与一家系统集成商共同合作开发支持13.56M& 2.4G双频移动支付解决方。采用华虹移动支付安全芯片完成校园一卡通、积分、优惠券等应用。该方案通过电信运营上在陕西高校实行试用，该卡主要是针对大学生市场，使用该卡进行食堂消费、图书管借阅、进行考勤，使用方便快捷，减少排队时间，又可参与积分活动，享受商家优惠。2009年8月，华虹设计成功入围“中国联通集团和上海联通NFC项目组”，在11月，华虹设计SWP SIM卡参与上海联通NFC手机测试并顺利通过。2009年5月，华虹设计与中国电信上海研究院合作定义中国电信移动支付USIM卡片规范标准，在10月，华虹设计为中国电信研究院提供基于SWP技术的移动支付DMEO系统。2009年1月至5月，华虹设计与中国移动移动支付项目技术合作。参与2010年世博会手机票标准规范起草，制定其测试规范及测试脚本。华虹设计非接触移动支付产品通过SWP SIM方案实现世博会手机票、电子钱包应用，完成中国移动联调测试及端到端业务功能测试收。 参考资料：1 ETSI TS 102 613 V7.8.0. Smart Cards;UICC - Contactless Front-end (CLF) Interface;Part 1: Physical and data link layer characteristics (Release 7). www.etsi.org2 ETSI TS 102 622 V7.6.0. Smart Cards;UICC - Contactless Front-end (CLF) Interface;Host Controller Interface (HCI) (Release 7). www.etsi.org 作者资料谢辉，工学学士。目前在上海华虹市场部从事手机支付产品市场营销管理工作。曾带领“上海世博会门票项目”和“NFC SIM项目”团队，荣获两项最佳年度团队奖。张志茂，毕业于上海交通大学。目前在上海华虹集成电路有限责任公司市场部从事技术市场工作。主要承担接触式安全芯片需求分析、产品规格定义等工作。