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三星/华为支付为何物?NFC技术全面科普
三星/华为支付为何物?NFC技术全面科普

NFC在手机上出现,已经过去11个年头了。但即便如此,大多数人看到NFC还是懵逼的。NFC作为一个可玩可用的功能,无论大家是用来代替各种卡片,还是作为闲聊装逼的谈资,还是很有必要和大家全面地介绍一下的。

PS:全文6700字,阅读耗时10-15分钟

历史与技术基础

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第一部搭载NFC的手机诺基亚6131在2006年发布,第一台支持NFC的安卓手机则是2010年发布的Nexus S。2012年底,国产旗舰开始慢慢搭载NFC,苹果阵营则是在2014的iPhone 6开始搭载,而国内在2016年开始运营的Apple Pay、三星智付、华为/小米支付等服务,算是NFC这么多年来最大规模的应用。

NFC全称Near Field Communication(近场通信),从RFID和互连技术演变而来,在2003年由飞利浦和索尼联合研发。2004年他们和诺基亚创立了用于建立和推广NFC技术标准的NFC Forum协会。时至今日,中移动、华为中兴、小米魅族、vivo、OPPO等厂商都已经是NFC Forum的成员。

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  • 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模式,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。

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    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。


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    手机查看公交卡余额的功能早在2012年就有了

  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。

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    现在看回来相当鸡肋的NFC标签

    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。

  3. 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,可以在不影响公交卡公司/银行等企业原有模式的情况下,省却大量的实体卡片。这是整个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,以及银联闪付、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。下文会重点介绍当中的门禁卡和公交卡模拟,以及银联闪付3个最大的用途。

模拟门禁卡等IC/ID卡

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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。

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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……三星/华为支付为何物?NFC技术全面科普

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。

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  4. 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。

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    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。

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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。

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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。

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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。

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    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。

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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。

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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(摊手)。

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