基于近場(chǎng)通信與射頻識(shí)別技術(shù)的非接觸式支付研究

摘" 要：“物聯(lián)網(wǎng)”一詞近幾年逐漸走進(jìn)人們的生活，正推動(dòng)人類社會(huì)從“信息化”向“智能化”轉(zhuǎn)變，通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及射頻識(shí)別等傳感設(shè)備，將對(duì)象進(jìn)行獨(dú)立標(biāo)識(shí)，按需求連接起來(lái)，進(jìn)行信息傳輸和協(xié)同交互，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物端的智能化信息感知、識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等。人們把射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）作為物體標(biāo)識(shí)的代表，隨著技術(shù)的進(jìn)步，起源于RFID技術(shù)的近場(chǎng)通信技術(shù)（NFC）在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，其中非接觸式支付是一項(xiàng)巨大的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：RFID;NFC;物聯(lián)網(wǎng);非接觸式支付;非接觸式支付安全

中圖分類號(hào)：TP391" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）25-0104-04

Abstract： The term \"Internet of Things\" has gradually entered people's lives in recent years， which is promoting the transformation of human society from being \"informative\" to being \"intelligent\". Through various network technologies and sensor equipment such as radio frequency identification（RFID）， objects are independently identified， connected according to demand， and information transmission and collaborative interaction are carried out， so as to realize the intelligent information perception， identification， positioning， tracking， monitoring and management. People regard RFID technology as the representative of object identification. With the progress of technology， NFC technology， which originated from RFID technology， has played a great role in various fields， among which contactless payment is a great progress.

Keywords： RFID; NFC; Internet of Things; contactless payment; contactless payment security

雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為中國(guó)現(xiàn)代信息化建設(shè)的巨大助推器，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)、工業(yè)、制造業(yè)及服務(wù)業(yè)等眾多領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，但物聯(lián)網(wǎng)并不是一項(xiàng)創(chuàng)新科技、一個(gè)意識(shí)形態(tài)，而是一個(gè)經(jīng)過精細(xì)加工的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，對(duì)于企業(yè)自主生產(chǎn)控制以及無(wú)接觸式交付服務(wù)都有重要幫助。

我們生活在一個(gè)日益無(wú)線化的世界，無(wú)現(xiàn)金支付或訪問控制已經(jīng)成為常態(tài)化。細(xì)心的讀者可能早已注意到，一些商店的收銀臺(tái)也開始出現(xiàn)“無(wú)人化”趨勢(shì)，比如優(yōu)衣庫(kù)、迪卡儂這些大家時(shí)常光顧的商店，均已采用自助式結(jié)賬。

1" RFID技術(shù)與NFC技術(shù)的含義

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID），又稱無(wú)線射頻識(shí)別。其是一項(xiàng)通信方式，能夠透過無(wú)線信號(hào)辨識(shí)指定目標(biāo)或讀取有關(guān)數(shù)據(jù)資料，而不需在識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)與指定對(duì)象間產(chǎn)生電氣或光學(xué)的聯(lián)系。

RFID技術(shù)主要是通過對(duì)綁定在物體上的標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別和追蹤，從而達(dá)到管理物體的目的。但在實(shí)質(zhì)上這是一種無(wú)線通信方式，也就是通過無(wú)線電磁波來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。不過與常規(guī)的通信手段不一樣的是其主要功能，并沒有使用普通電話甚至短信等。而RFID技術(shù)則是通過使用標(biāo)簽（Tag）來(lái)識(shí)別物體。除了標(biāo)簽，RFID系統(tǒng)還有一個(gè)雙向無(wú)線收發(fā)機(jī)，被稱為讀寫器（Interrogator/Reader），向標(biāo)簽傳遞信息，并讀取標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。因此RFID技術(shù)又分為了被動(dòng)型RFID和主動(dòng)式RFID。被動(dòng)RFID一般是指?jìng)鹘y(tǒng)的不帶電池的無(wú)源RFID，其完全依賴于接收電磁波的驅(qū)動(dòng)電路工作，標(biāo)簽的功率和識(shí)別范圍并不會(huì)變化。而主動(dòng)式RFID則一般是指主動(dòng)式的RFID標(biāo)簽，其識(shí)別范圍也會(huì)隨著功率的改變而降低。RFID頻段及其應(yīng)用見表1。

近場(chǎng)通信（New Field Communication），即NFC技術(shù)，是由非接觸式射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）和互連互通技術(shù)融合發(fā)展而來(lái)，利用了NFC技術(shù)的系統(tǒng)之間可以在距離較近的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)之間通信的一種新技術(shù)。手機(jī)支付通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信設(shè)備的功能集成，如電感閱讀器、電感芯片、電子票務(wù)、門禁控制、移動(dòng)證件識(shí)別和電子防偽等，利用手機(jī)客戶端就可以實(shí)現(xiàn)。

NFC技術(shù)可以迅速完成各種電子設(shè)備間和其他各類電子設(shè)備之間的無(wú)線通信，還可以作為一種虛擬接口。通過NFC技術(shù)還可以完成任何2種無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的消息通信、信息訪問、數(shù)據(jù)交互等，并使其變得更加簡(jiǎn)便——只要在與任意2種電子設(shè)備對(duì)接時(shí)，不通過電纜連插設(shè)備，就可以完成彼此之間的信息通信，并能夠?qū)⑷我?種無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的“通信距離”極大地減小。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，NFC技術(shù)可以不必通過簡(jiǎn)單或復(fù)雜的菜單就能夠建立連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了與非接觸式智慧卡、RF應(yīng)答機(jī)等電子設(shè)備間的信息交互通信。NFC系統(tǒng)與普通紅外線系統(tǒng)相比，在有源和無(wú)源模式下更能同時(shí)進(jìn)行，從而在非接觸式智慧卡、RF應(yīng)答機(jī)，以及各種無(wú)源濾波器之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。而與普通藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)相比，NFC系統(tǒng)則更可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等的一一對(duì)應(yīng)的通信。

NFC也是目前設(shè)備應(yīng)用十分普遍的一種通信接口。其允許智能設(shè)備間采用彼此接近的方法來(lái)交流信息。NFC系統(tǒng)中還能夠在一個(gè)無(wú)源的NFC標(biāo)簽之間實(shí)現(xiàn)通信，而這種通信方法也與RFID很相似。而NFC技術(shù)則是由RFID技術(shù)發(fā)展而來(lái)，除了通信協(xié)議，在NFC規(guī)范中還定義了數(shù)據(jù)協(xié)議。在NFC的一個(gè)芯片上，整合了感應(yīng)式閱讀器、感應(yīng)式芯片等點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的技術(shù)，從而可以在很短時(shí)間內(nèi)就與兼容系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)識(shí)別與數(shù)據(jù)的交換。

2" NFC與RFID存在的差異

RFID和NFC（圖1）設(shè)備都是通過射頻信號(hào)進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)傳送的方式，而其區(qū)別主要就是以下3點(diǎn)：工作頻段的不同，傳播距離的不同及使用領(lǐng)域的不同。

第一點(diǎn)，工作頻段的不同。RFID技術(shù)從高至低，可以分為微波技術(shù)頻段（2.45 GHz）、超高頻段（433.92 MHz、915 MHz）、中頻段（13.56 MHz）以及低頻分量段（125 KHz），而公司按照用戶需求及設(shè)備狀況可以選取應(yīng)用頻段，就這樣達(dá)到了服務(wù)目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性。但因?yàn)镹FC技術(shù)作為RFID技術(shù)的衍生產(chǎn)品，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)進(jìn)場(chǎng)交換，所以也就采用了13.56 MHz為基本頻段，不過這也提高了公司內(nèi)部點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信水平。

第二點(diǎn)，傳輸距離的不同。NFC可以通過在設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的信息傳輸，在10 m以內(nèi)傳遞大量信息，而RFID的傳播范圍則能夠做到從幾米至幾百米。因?yàn)镹FC采用了特殊的頻率衰減算法，相比于RFID而言，NFC擁有距離近、寬度大、功耗低優(yōu)勢(shì)。

第三點(diǎn)，由于使用領(lǐng)域的不同。有源的RFID技術(shù)比較擅長(zhǎng)于更遠(yuǎn)距離的，主要是用于對(duì)物品的標(biāo)識(shí)，物流、交通、物流管理等領(lǐng)域也普遍采用的RFID技術(shù)來(lái)跟蹤物品。但是NFC芯片的集成度也更高，集讀卡器和標(biāo)簽于一身。并且NFC的雙向通信功能正在更加完善中。即NFC不但能夠作為標(biāo)記來(lái)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，而且還能夠作為一個(gè)雙向的通信工具來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而從目前來(lái)看，NFC技術(shù)更多地用于企業(yè)與消費(fèi)者電子之間的相互通信，包括了企業(yè)生活付款、交通付款、傳輸數(shù)據(jù)等。就NFC功能而言，盡管在消費(fèi)場(chǎng)景以及近距離的物體辨識(shí)等方面，二維碼在許多情況下都具有NFC的功能，不過對(duì)于智能手機(jī)而言，NFC并沒有提供必要的通信接口。雖然是在RFID技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的，但是面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景，RFID的應(yīng)用場(chǎng)景還是比NFC多很多。

3" 非接觸式支付

非接觸式支付是指在信用卡和借記卡、智能鑰匙、智慧卡或其他裝置，也包括在智能手機(jī)和其他的移動(dòng)裝置中，透過使用無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）或近場(chǎng)通訊（NFC），例如三星的收費(fèi)、蘋果收費(fèi)、Google Pay以及其他使用非接觸式的銀行手機(jī)應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的支付。嵌入式集成電路芯片和天線使消費(fèi)者能夠持卡，便攜式信息終端或手持設(shè)備在讀取器、銷售點(diǎn)終端。與通過廣域蜂窩或WiFi網(wǎng)絡(luò)且不在物理上靠近的移動(dòng)支付方式不同，非接觸式付款是通過在物理上靠近的地方實(shí)現(xiàn)的，即用戶可以在前饋信息和計(jì)算能力的支持下，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)支付。這怎么實(shí)現(xiàn)呢？預(yù)編程的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以無(wú)須任何人工干預(yù)，即訂購(gòu)的所有產(chǎn)品與服務(wù)——從計(jì)算所需要商品到下訂單，再到最后交貨。

RFID技術(shù)，特別是由此帶來(lái)的近距離無(wú)線通信，NFC技術(shù)將通過革新持卡人運(yùn)用技術(shù)和企業(yè)運(yùn)用技術(shù)，在無(wú)接觸信用卡等非接觸信用卡產(chǎn)業(yè)范圍內(nèi)，為百姓提供更加安全、便捷的新型支付手段。

NFC技術(shù)選擇了高起點(diǎn)的“相容”，可以直接連接非接觸式智能卡裝置，與目前廣泛建設(shè)的非接觸式智能卡裝置兼容。相對(duì)于在其他無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用上遇到的一些應(yīng)用瓶頸，NFC技術(shù)則采取了更為明智的做法，相對(duì)于一般的非接觸式技術(shù)，NFC技術(shù)不僅可以直接將電子交易信息攜帶到手機(jī)上，還可以將這一信息通過手機(jī)再次傳輸?shù)狡渌O(shè)備上。因此，NFC技術(shù)可以更方便地實(shí)現(xiàn)從手機(jī)到電子交易之間的信息傳輸，從而使用戶擁有一個(gè)環(huán)境，可以進(jìn)行信息交互，而不需要瀏覽復(fù)雜的設(shè)備菜單、經(jīng)過繁瑣的設(shè)置程序。NFC技術(shù)可以讓人們?cè)谌魏?臺(tái)設(shè)備之間輕松安全地實(shí)現(xiàn)信息交互、內(nèi)容讀取和服務(wù)享受，無(wú)需費(fèi)力，就可以直接連接數(shù)碼相機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、個(gè)人電腦和手機(jī)。

4" 非接觸式支付安全

蘋果支付（Apple Pay）、谷歌支付（谷歌Pay）和三星支付（Samsung Pay）等移動(dòng)錢包業(yè)務(wù)的誕生，讓智能手機(jī)用戶可以不用直接接觸支付終端，也能夠使用商品和金融服務(wù)。但一些不一致之處可能會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)罪犯更容易對(duì)被盜設(shè)備進(jìn)行欺詐。移動(dòng)支付要求設(shè)備進(jìn)行連接，如今不少場(chǎng)所已經(jīng)配備了免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)，但是這種網(wǎng)站很容易被劫持和控制，通過識(shí)別、盜取用戶個(gè)人信息、銀行帳號(hào)和手機(jī)的帳號(hào)密碼，進(jìn)行資金的盜刷。一旦手機(jī)被盜或丟失后，又被騙子取走甚至撿走，如何才可能使用手機(jī)軟件完成交易呢？

然而，在過去的2年里，情況發(fā)生了很大的改變。其中一個(gè)因素是使用智能手機(jī)支付公共交通費(fèi)用，對(duì)于每個(gè)乘客來(lái)說(shuō)，在通過閘門之前解鎖手機(jī)很不方便。蘋果和三星推出了一項(xiàng)交通計(jì)劃，人們無(wú)需解鎖手機(jī)就可以支付公共交通費(fèi)用。移動(dòng)錢包提供商聲稱，其不會(huì)泄露原始卡的信息，因此可以保護(hù)持卡人及其支付信息。但是否有辦法繞過其保護(hù)措施，這還仍需研究，非接觸式支付安全問題依然不容忽視。

5" RFID與NFC技術(shù)應(yīng)用

5.1" 數(shù)字化圖書館

常規(guī)圖書館由于借還書流程復(fù)雜、盤點(diǎn)和查找工作量大、效率低下、借閱管理和防盜脫節(jié)、工作人員滿意度低及讀者滿意度低等因素，RFID作為一種快速、遠(yuǎn)距離、非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在圖書館的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些大學(xué)和公共圖書館也引進(jìn)了RFID技術(shù)，投入到實(shí)際應(yīng)用中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本節(jié)分享一下在智慧圖書館領(lǐng)域，RFID產(chǎn)品如何配置。首先要給每一本圖書貼上一個(gè)RFID圖書標(biāo)簽，并使用 RFID管理工作站將標(biāo)簽與書本綁定，圖書信息存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后是圖書上下架，在每層書架上粘貼層架標(biāo)簽，用RFID盤點(diǎn)小車（圖2）進(jìn)行上下架操作。使用RFID自助借還書機(jī)，可實(shí)現(xiàn)借書、還書、續(xù)借等功能。圖書盤點(diǎn)則使用RFID手持終端，可快速高效完成盤點(diǎn)工作。或許直接使用RFID智能書架（圖3）實(shí)現(xiàn)圖書自助借還、查詢、定位、自助清點(diǎn)及自助上下架等功能。最后配合RFID門禁系統(tǒng)，有效防止圖書被盜，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了真正意義上的數(shù)字化圖書館。

5.2" 醫(yī)療保健行業(yè)

如今，我們比以往任何時(shí)候都更注重確定性、準(zhǔn)確性和安全性。制藥和醫(yī)療保健行業(yè)中的RFID和NFC技術(shù)有助于提供更好的跟蹤和追溯、提高庫(kù)存準(zhǔn)確性、改進(jìn)資產(chǎn)管理和驗(yàn)證產(chǎn)品（圖4）。

數(shù)字ID技術(shù)可以為整個(gè)醫(yī)療保健系統(tǒng)的效率作出貢獻(xiàn)，其中涉及許多需要識(shí)別、監(jiān)控和記錄的過程，而RFID這項(xiàng)非接觸類技術(shù)則能發(fā)揮其所長(zhǎng)。

從藥房到醫(yī)院，RFID可以幫助對(duì)庫(kù)存進(jìn)行逐項(xiàng)分類，以確保質(zhì)量并防止浪費(fèi)。這不僅僅關(guān)乎到投資回報(bào)，更將幫助挽救生命。艾利丹尼森開發(fā)了一系列高質(zhì)量產(chǎn)品，包括防篡改RFID標(biāo)簽和發(fā)光標(biāo)簽，為藥劑師、醫(yī)院和患者提供重要信息。這些RFID解決方案可簡(jiǎn)化效率、提高準(zhǔn)確性并幫助管理成本，同時(shí)打擊假冒偽劣藥品。

將RFID集成到醫(yī)藥產(chǎn)品中，通過在整個(gè)供應(yīng)鏈中實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的藥物跟蹤和驗(yàn)證，有助于提高患者的安全性，目標(biāo)是將錯(cuò)誤率降低到接近于0，同時(shí)可以省去勞動(dòng)力密集的貼標(biāo)工作，為醫(yī)務(wù)人員減輕負(fù)擔(dān)。

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