淺析NFC硬件架構(gòu)

由于能夠以無線方式實(shí)現(xiàn)數(shù)英寸范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送，近場通信(NFC)開啟了一個新技術(shù)時(shí)代。其整個生態(tài)系統(tǒng)完全支持從非接觸支付卡到移動設(shè)備間認(rèn)證的各種應(yīng)用。這種生態(tài)系統(tǒng)包括諸如具有NFC功能的微控制器等芯片、無線事務(wù)處理方面的標(biāo)準(zhǔn)，以及處理各種通信任務(wù)的協(xié)議堆棧。

非接觸支付卡已經(jīng)可在全球51,000個商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)使用。像智能手機(jī)和平板電腦等具有NFC的設(shè)備可以模擬非接觸支付卡。這些設(shè)備可用于各種服務(wù)，例如電子票務(wù)、電子優(yōu)惠券；安全文件共享；辦公室、家庭和汽車內(nèi)的接入控制。借助NFC技術(shù)和地理目標(biāo)技術(shù)，谷歌去年發(fā)布谷歌錢包NFC支付計(jì)劃時(shí)就與Citi、First Data、MasterCard和Sprint等公司建立了合作伙伴關(guān)系。

與此同時(shí)，生物特征辨識護(hù)照也使用非接觸智能卡來增強(qiáng)安全性能。所謂的智能海報(bào)系統(tǒng)則通過不同的方式來開展基于位置的交互式廣告業(yè)務(wù)。對于后一種系統(tǒng)而言，用戶可以將具有NFC功能的手機(jī)在海報(bào)的射頻標(biāo)簽(RFID)上方掃過，從而進(jìn)行廣告業(yè)務(wù)訪問，然后手機(jī)通過移動網(wǎng)絡(luò)連接到合適的后端服務(wù)器。在用戶和海報(bào)標(biāo)識(ID)等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，服務(wù)器將回送針對用戶和物理位置而剪裁過的信息。用戶因此可以了解某種產(chǎn)品或服務(wù)，或者獲取優(yōu)惠券以及進(jìn)行預(yù)約。

為了保護(hù)安全性，像智能卡和安全單元IC等器件提供了硬件方式的防篡改特色功能、用于認(rèn)證的公鑰基礎(chǔ)架構(gòu)(PKI)加速功能以及通信信道和/或內(nèi)容的硬件加密功能。這些特色功能可以滿足高級EMV(Eruopay、MasterCard和Visa)安全要求。支撐軟件范圍從驅(qū)動程序、中間件到軟件開發(fā)套件十分廣泛。

除了NFC硬件和軟件之外，還有移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和事務(wù)處理服務(wù)提供商組成的生態(tài)系統(tǒng)?？尚湃畏?wù)管理平臺(TSM)將移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、銀行、服務(wù)提供商和NFC移動設(shè)備鏈接在一起。像Isis(北美地區(qū)的AT&T、T-Mobile和Verizon聯(lián)合組建的一家合資公司)等移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商也提供TSM功能。

NFC硬件架構(gòu)

圖1顯示了手機(jī)中的一種可能的NFC實(shí)現(xiàn)。像瑞薩RF21近場通信控制器等無接觸前端(CLF)主要完成射頻連接,以及與手機(jī)應(yīng)用處理器和用戶身份模塊(SIM)卡的接口功能。

圖1：在某種場合，手機(jī)可以使用非接觸前端(CLF)整合NFC功能。下一代集成式方案能提供更大靈活性。

圖2是另外一種配置，它將CLF集成在瑞薩RF21S等安全微控制器內(nèi)部，因此進(jìn)一步提高了靈活性。這種下一代方法可以根據(jù)要求使NFC功能獨(dú)立于SIM卡或與SIM卡一起工作。安全的NFC微控制器可以實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)用要求的所有功能，這些應(yīng)用有EMV財(cái)務(wù)事項(xiàng)、運(yùn)輸系統(tǒng)支付卡、票務(wù)和身份證等。

圖2：在下一代NFC實(shí)現(xiàn)中，微控制器將集成CLF和安全單元(SE)，從而支持使用內(nèi)部SE或外部SIM卡的通用NFC事務(wù)處理功能。

另外，這種微控制器支持NFC調(diào)制解調(diào)功能，因此能夠通過手機(jī)中的SIM卡或其它安全單元實(shí)現(xiàn)額外服務(wù)。由于這種方法最大限度地實(shí)現(xiàn)了多功能性，因此這種微控制器也適合零售設(shè)備、筆記本電腦和平板電腦中的應(yīng)用。

另外一種配置方法在SD卡中實(shí)現(xiàn)了與NFC有關(guān)的所有功能。對于只有一個SD卡插槽的移動設(shè)備，用戶可以插入該卡實(shí)現(xiàn)即時(shí)NFC功能。這種實(shí)現(xiàn)方法的一個問題是射頻接收的持續(xù)性，但銀行可能偏向于它，因?yàn)樗鼙３知?dú)立于手機(jī)生態(tài)系統(tǒng)。這種方法還允許不具備NFC功能的產(chǎn)品支持NFC服務(wù)，雖然目前來說主要采用的是卡模擬模式。

移動電話、公司標(biāo)識或任何其它設(shè)備都可以使用非接觸粘貼標(biāo)簽(在制造過程中像三明治一樣預(yù)壓在設(shè)備外殼中的嵌入物)實(shí)現(xiàn)NFC功能。

另外，NFC-USIM嵌入物將安全NFC微控制器和柔性射頻天線整合在一起，可以與SIM卡一起安裝進(jìn)手機(jī)SIM插槽并提供NFC服務(wù)。這種單元在本地完成NFC功能，然后將與通用SIM有關(guān)的信號傳送到主控制器。

有三種協(xié)議堆棧能以不同模式實(shí)現(xiàn)與NFC目標(biāo)的通信：點(diǎn)到點(diǎn)堆棧，卡模擬堆棧和讀出/寫入堆棧。圖3顯示了這些堆棧如何適配進(jìn)NFC架構(gòu)。

圖3：NFC可以工作在三種模式下，每種模式都得到設(shè)備主處理器上的一種協(xié)議堆棧支持。

在由Inside Secure公司贊助的一種開源版本中推出了開放式NFC，它提供了一種完整的NFC中間件解決方案，可用于開發(fā)移動電話、嵌入式產(chǎn)品和其它設(shè)備。這種堆棧覆蓋了從低層射頻控制到NFC論壇規(guī)定的標(biāo)簽處理等廣泛的功能范圍。開發(fā)人員可以在從內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序，到用于Android的開放式NFC等各種平臺上使用這種堆棧。

NFC的主要挑戰(zhàn)是判斷如何發(fā)揮這種技術(shù)的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品。具體挑戰(zhàn)包括如何在手機(jī)中仔細(xì)設(shè)計(jì)，以避免來自其它元件的磁場干擾。同樣，鑒于NFC日益流行，開發(fā)人員需要管理將多個安全單元器件整合進(jìn)一個移動產(chǎn)品的復(fù)雜性。

確保NFC的可靠性、安全性和易用性對任何NFC解決方案來說都是至關(guān)重要的目標(biāo)，因?yàn)橄M(fèi)者的接受度是技術(shù)成功的關(guān)鍵。隨著消費(fèi)者對具有NFC功能的產(chǎn)品逐步熟悉，今后幾年NFC應(yīng)用的范圍將快速擴(kuò)展。