基于近场通信与射频识别技术的非接触式支付研究.pdf

2023 年 25 期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application基于近场通信与射频识别技术的非接触式支付研究高梦谣，冷秀娟*，杲文迪（青岛黄海学院，山东 青岛 266427）虽然物联网技术作为中国现代信息化建设的巨大助推器，促进了农业、工业、制造业及服务业等众多领域的蓬勃发展，但物联网并不是一项创新科技、一个意识形态，而是一个经过精细加工的网络应用技术，对于企业自主生产控制以及无接触式交付服务都有重要帮助。我们生活在一个日益无线化的世界，无现金支付或访问控制已经成为常态化。细心的读者可能早已注意到，一些商店的收银台也开始出现“无人化”趋势，比如优衣库、迪卡侬这些大家时常光顾的商店，均已采用自助式结账。1RFID技术与NFC技术的含义射频识别技术（RFID），又称无线射频识别。其是一项通信方式，能够透过无线信号辨识指定目标或读取有关数据资料，而不需在识别系统内与指定对象间产生电气或光学的联系。RFID 技术主要是通过对绑定在物体上的标签进行识别和追踪，从而达到管理物体的目的。但在实质上这是一种无线通信方式，也就是通过无线电磁波来传递数据。不过与常规的通信手段不一样的是其主要功能，并没有使用普通电话甚至短信等。而 RFID 技术则是通过使用标签（Tag）来识别物体。除了标签，RFID 系统还有一个双向无线收发机，被称为读写器（Interrogator/Reader），向标签传递信息，并读取标签的数据。因此 RFID 技术又分为了被动型 RFID 和主动式 RFID。被动 RFID 一般是指传统的不带电池的无源 RFID，其完全依赖于接收电磁波的驱动电路工作，标签的功率和识别范围并不会变化。而主动式 RFID 则一般是指主动式的 RFID 标签，其识别范围也会随着功率的改变而降低。RFID 频段及其应用见表1。近场通信（New Field Communication），即 NFC 技术，是由非接触式射频识别技术（RFID）和互连互通技术融合发展而来，利用了 NFC 技术的系统之间可以在距离较近的情况下进行数据之间通信的一种新技术。手机支付通过点对点通信设备的功能集成，如电感阅读器、电感芯片、电子票务、门禁控制、移动证件识别和电子防伪等，利用手机客户端就可以实现。基金项目：2022 年省级大学生创新创业训练计划项目（S202213320065）*通信作者院冷秀娟（1981-）女，硕士，副教授。研究方向为计算机应用、大数据应用、建筑科学与工程。摘要：“物联网”一词近几年逐渐走进人们的生活，正推动人类社会从“信息化”向“智能化”转变，通过各种网络技术及射频识别等传感设备，将对象进行独立标识，按需求连接起来，进行信息传输和协同交互，以实现对物端的智能化信息感知、识别、定位、跟踪、监控和管理等。人们把射频识别技术（RFID）作为物体标识的代表，随着技术的进步，起源于 RFID 技术的近场通信技术（NFC）在各个领域发挥巨大的作用，其中非接触式支付是一项巨大的进步。关键词：RFID；NFC；物联网；非接触式支付；非接触式支付安全中图分类号院TP391文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤25-0104-04Abstract:The term Internet of Things has gradually entered peoples lives in recent years,which is promoting thetransformation of human society from being informative to being intelligent.Through various network technologies and sensorequipment such as radio frequency identification(RFID),objects are independently identified,connected according to demand,andinformation 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 objectidentification.With the progress of technology,NFC technology,which originated from RFID technology,has played a great role invarious fields,among which contactless payment is a great progress.Keywords:RFID;NFC;Internet of Things;contactless payment;contactless payment securityDOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.025104-研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期2NFC与RFID存在的差异RFID 和 NFC（图 1）设备都是通过射频信号进行非接触式数据传送的方式，而其区别主要就是以下 3点：工作频段的不同，传播距离的不同及使用领域的不同。图 1NFC与RFID第一点，工作频段的不同。RFID 技术从高至低，可以分为微波技术频段（2.45 GHz）、超高频段（433.92 MHz、915MHz）、中频段（13.56MHz）以及低频分量段（125KHz），而公司按照用户需求及设备状况可以选取应用频段，就这样达到了服务目标与经济性。但因为 NFC 技术作为RFID 技术的衍生产品，目标是实现进场交换，所以也就采用了 13.56MHz 为基本频段，不过这也提高了公司内部点对点的通信水平。第二点，传输距离的不同。NFC 可以通过在设备内部实现无接触点对点式的信息传输，在 10 m 以内传递大量信息，而 RFID 的传播范围则能够做到从几米至几百米。因为 NFC 采用了特殊的频率衰减算法，相比于RFID 而言，NFC 拥有距离近、宽度大、功耗低优势。第三点，由于使用领域的不同。有源的 RFID 技术比较擅长于更远距离的，主要是用于对物品的标识，物流、交通、物流管理等领域也普遍采用的 RFID 技术来跟踪物品。但是 NFC 芯片的集成度也更高，集读卡器和标签于一身。并且 NFC 的双向通信功能正在更加完善中。即 NFC 不但能够作为标记来进行标识，而且还能够作为一个双向的通信工具来进行数据交换。而从目前来看，NFC 技术更多地用于企业与消费者电子之间的相互通信，包括了企业生活付款、交通付款、传输数据等。就 NFC 功能而言，尽管在消费场景以及近距离的物体辨识等方面，二维码在许多情况下都具有NFC 的功能，不过对于智能手机而言，NFC 并没有提供必要的通信接口。虽然是在 RFID 技术上发展而来的，但是面向不同的应用场景，RFID 的应用场景还是比 NFC 多很多。3非接触式支付非接触式支付是指在信用卡和借记卡、智能钥匙、智慧卡或其他装置，也包括在智能手机和其他的移动装置中，透过使用无线射频识别（RFID）或近场通讯（NFC），例如三星的收费、苹果收费、Google Pay 以及其他使用非接NFC 技术可以迅速完成各种电子设备间和其他各类电子设备之间的无线通信，还可以作为一种虚拟接口。通过 NFC 技术还可以完成任何 2 种无线互联网设备间的消息通信、信息访问、数据交互等，并使其变得更加简便只要在与任意 2 种电子设备对接时，不通过电缆连插设备，就可以完成彼此之间的信息通信，并能够将任意 2 种无线互联网设备间的“通信距离”极大地减小。在无线网络的环境中，NFC 技术可以不必通过简单或复杂的菜单就能够建立连接，进而实现了与非接触式智慧卡、RF 应答机等电子设备间的信息交互通信。NFC 系统与普通红外线系统相比，在有源和无源模式下更能同时进行，从而在非接触式智慧卡、RF 应答机，以及各种无源滤波器之间实现实时通信。而与普通蓝牙网络相比，NFC 系统则更可以实现对等的一一对应的通信。NFC 也是目前设备应用十分普遍的一种通信接口。其允许智能设备间采用彼此接近的方法来交流信息。NFC 系统中还能够在一个无源的 NFC 标签之间实现通信，而这种通信方法也与 RFID 很相似。而 NFC 技术则是由 RFID 技术发展而来，除了通信协议，在 NFC 规范中还定义了数据协议。在 NFC 的一个芯片上，整合了感应式阅读器、感应式芯片等点对点的技术，从而可以在很短时间内就与兼容系统实现识别与数据的交换。距离与耦合技术 频率 应用 读取范围 低频（LF）感应耦合 125145 kHz 动物识别、工业生产、自动化、车辆防盗系统、访问控制 几厘米到 1 m 高频（HF）感应耦合 13.56 MHz 票务、访问控制、添加 NFC 安全功能、政府（ePassports）、资产跟踪、项目级跟踪、图书馆管理、药品管理 几厘米到 1.7 m 超高频（UHF）向后散射耦合 890960 MHz 2.4 GHz 托盘标识、盒子标识、项目级别标识（服装）、工业生产控制 最大 6 m（无源）最大 100 m（有源）表 1RFID 频段及其应用105-2023 年 25 期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and Application触式的银行手机应用程序来实现的支付。嵌入式集成电路芯片和天线使消费者能够持卡，便携式信息终端或手持设备在读取器、销售点终端。与通过广域蜂窝或 WiFi网络且不在物理上靠近的移动支付方式不同，非接触式付款是通过在物理上靠近的地方实现的，即用户可以在前馈信息和计算能力的支持下，进行物联网支付。这怎么实现呢？预编程的物联网系统可以无须任何人工干预，即订购的所有产品与服务从计算所需要商品到下订单，再到最后交货。RFID 技术，特别是由此带来的近距离无线通信，NFC 技术将通过革新持卡人运用技术和企业运用技术，在无接触信用卡等非接触信用卡产业范围内，为百姓提供更加安全、便捷的新型支付手段。NFC 技术选择了高起点的“相容”，可以直接连接非接触式智能卡装置，与目前广泛建设的非接触式智能卡装置兼容。相对于在其他无线通信技术应用上遇到的一些应用瓶颈，NFC 技术则采取了更为明智的做法，相对于一般的非接触式技术，NFC 技术不仅可以直接将电子交易信息携带到手机上，还可以将这一信息通过手机再次传输到其他设备上。因此，NFC 技术可以更方便地实现从手机到电子交易之间的信息传输，从而使用户拥有一个环境，可以进行信息交互，而不需要浏览复杂的设备菜单、经过繁琐的设置程序。NFC 技术可以让人们在任何 2台设备之间轻松安全地实现信息交互、内容读取和服务享受，无需费力，就可以直接连接数码相机、PDA、机顶盒、个人电脑和手机。4非接触式支付安全苹果支付（Apple Pay）、谷歌支付（谷歌 Pay）和三星支付（Samsung Pay）等移动钱包业务的诞生，让智能手机用户可以不用直接接触支付终端，也能够使用商品和金融服务。但一些不一致之处可能会让网络罪犯更容易对被盗设备进行欺诈。移动支付要求设备进行连接，如今不少场所已经配备了免费网络，但是这种网站很容易被劫持和控制，通过识别、盗取用户个人信息、银行帐号和手机的帐号密码，进行资金的盗刷。一旦手机被盗或丢失后，又被骗子取走甚至捡走，如何才可能使用手机软件完成交易呢？然而，在过去的 2 年里，情况发生了很大的改变。其中一个因素是使用智能手机支付公共交通费用，对于每个乘客来说，在通过闸门之前解锁手机很不方便。苹果和三星推出了一项交通计划，人们无需解锁手机就可以支付公共交通费用。移动钱包提供商声称，其不会泄露原始卡的信息，因此可以保护持卡人及其支付信息。但是否有办法绕过其保护措施，这还仍需研究，非接触式支付安全问题依然不容忽视。5RFID与NFC技术应用5.1数字化图书馆常规图书馆由于借还书流程复杂、盘点和查找工作量大、效率低下、借阅管理和防盗脱节、工作人员满意度低及读者满意度低等因素，RFID 作为一种快速、远距离、非接触式的自动识别技术，在图书馆的应用越来越广泛。近年来，国内外一些大学和公共图书馆也引进了RFID 技术，投入到实际应用中，取得了较好的经济效益和社会效益。本节分享一下在智慧图书馆领域，RFID 产品如何配置。首先要给每一本图书贴上一个 RFID 图书标签，并使用 RFID 管理工作站将标签与书本绑定，图书信息存在后台数据库中。然后是图书上下架，在每层书架上粘贴层架标签，用 RFID 盘点小车（图 2）进行上下架操作。使用RFID 自助借还书机，可实现借书、还书、续借等功能。图书盘点则使用 RFID 手持终端，可快速高效完成盘点工作。或许直接使用 RFID 智能书架（图 3）实现图书自助借还、查询、定位、自助清点及自助上下架等功能。最后配合RFID 门禁系统，有效防止图书被盗，整个过程实现了真正意义上的数字化图书馆。图 2RFID 盘点小车图 3RFID 智能书架5.2医疗保健行业如今，我们比以往任何时候都更注重确定性、准确性和安全性。制药和医疗保健行业中的 RFID 和 NFC 技术有助于提供更好的跟踪和追溯、提高库存准确性、改进资产管理和验证产品（图 4）。数字 ID 技术可以为整个医疗保健系统的效率作出贡献，其中涉及许多需要识别、监控和记录的过程，而渊下转 110 页冤106-2023 年 25 期研究视界科技创新与应用Technology Innovation and ApplicationRFID 这项非接触类技术则能发挥其所长。图 4跟踪途径从药房到医院，RFID 可以帮助对库存进行逐项分类，以确保质量并防止浪费。这不仅仅关乎到投资回报，更将帮助挽救生命。艾利丹尼森开发了一系列高质量产品，包括防篡改 RFID 标签和发光标签，为药剂师、医院和患者提供重要信息。这些 RFID 解决方案可简化效率、提高准确性并帮助管理成本，同时打击假冒伪劣药品。将 RFID 集成到医药产品中，通过在整个供应链中实现更准确的药物跟踪和验证，有助于提高患者的安全性，目标是将错误率降低到接近于 0，同时可以省去劳动力密集的贴标工作，为医务人员减轻负担。参考文献院1侯艳琪.NFC与 RFID 的联系与区别C/天津市电子学会，天津市仪器仪表学会.第三十二届中国（天津）2018IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集，2018：203-205.2李刚.关于 RFID 通讯与 NFC 技术的应用探索J.中国新通信，2018，20（14）：84.3范宇.物联网非接触式自动识别：RFID 与 NFC 的技术辨析J.中国自动识别技术，2013（4）：55-57，12.4NFC把 RFID射频读卡器与智能卡的功能整合一起J.金卡工程，2013（4）：48-49.5陈扬扬，宓永迪.二维码与 RFID 和 NFC 技术在图书馆中的应用J.科技情报开发与经济，2013，23（5）：46-48.参考文献院1 胡瑞忠，毕献武，何明友，等.哀牢山金矿带矿化剂对金成矿的制约J.中国科学（D 辑），1998，28（S2）：24-30.2 梁业恒，孙晓明，石贵勇，等.云南哀牢山老王寨大型造山型金矿成矿流体地球化学J.岩石学报，2011，27（9）：2533-2540.3 涂光炽.一些金矿床地质问题的讨论J.地质找矿论丛，1988，3（1）：1-8.4 杨立强，刘江涛，张闯，等.哀牢山造山型金成矿系统：复合造山构造演化与成矿作用初探J.岩石学报，2010，26（6）:1723-1739.5 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