黃 健，黃健文，劉兆元，梁 棟，李俊磊

(廣州電信研究院，廣東 廣州 510630)

0 引言

近幾年來(lái)，隨著移動(dòng)智能科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，移動(dòng)智能終端具有廣泛應(yīng)用于各大行業(yè)領(lǐng)域的潛力，移動(dòng)電子支付通信服務(wù)領(lǐng)域也不例外[1]。移動(dòng)智能電子支付市場(chǎng)沒(méi)有被完全開(kāi)拓，主要包括以下幾個(gè)方面的原因[2]：（1）移動(dòng)智能電子支付應(yīng)用效率低，支付流程復(fù)雜；（2）電子支付安全性無(wú)法保證，其核心技術(shù)不成熟；（3）遠(yuǎn)程移動(dòng)電子支付服務(wù)單一、支付內(nèi)容不豐富；（4）移動(dòng)智能電子支付的利益機(jī)制尚不完善等。這些都對(duì)移動(dòng)智能電子支付的市場(chǎng)推廣產(chǎn)生一定影響，因此，移動(dòng)智能電子支付在中國(guó)的推行受到了諸多限制[3]。

針對(duì)上述存在的各種問(wèn)題，為了進(jìn)一步改善與提高移動(dòng)智能終端在移動(dòng)電子支付通信服務(wù)方面的高效性、應(yīng)用性與安全性，本文在深入分析JavaCard和NFC技術(shù)的理論基礎(chǔ)上[4]，從移動(dòng)智能電子支付核心技術(shù)機(jī)制出發(fā)，提出了一種以JavaCard智能卡技術(shù)原理與NFC移動(dòng)智能技術(shù)的理論知識(shí)為前提的移動(dòng)智能支付應(yīng)用系統(tǒng)模型框架，提高了移動(dòng)智能電子支付過(guò)程的便攜性、應(yīng)用性；并且針對(duì)多標(biāo)簽情況下的碰撞問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種基于動(dòng)態(tài)二進(jìn)制防碰撞算法的應(yīng)用支付安全方案，確保了移動(dòng)智能電子支付過(guò)程中的安全性[5]。

1 JavaCard智能卡技術(shù)

JavaCard是Java平臺(tái)中最小的 subset開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其設(shè)定的執(zhí)行環(huán)境為SmartCard上的晶片或是有嚴(yán)格硬體限制的環(huán)境[6]。JavaCard的問(wèn)世，一方面是為了推展Java的應(yīng)用層次，另一方面是為了將Java平臺(tái)的特性以及JavaCard的優(yōu)勢(shì)帶到SmartCard上，這些優(yōu)勢(shì)主要有：

（1）Platform-Indep endent：使得JavaCard applets(在JavaCard上執(zhí)行的程式)能夠在不同卡片的JCAE(JavaCard Application Environment)上執(zhí)行，即通過(guò)JavaVM機(jī)制來(lái)達(dá)到跨平臺(tái)的能力；

（2）Multi-Application Capable：在 同 一 個(gè)Java-Card中能夠存放多個(gè)JavaCard applets，并且也能夠通過(guò)下載方式來(lái)獲取必要的applets 而達(dá)到一卡多用的目的，使得卡的使用能夠更有彈性；

（3）Compatible with Existing Smart Card Standards：JavaCard智能卡能與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO7816（SmartCard標(biāo)準(zhǔn)）以及工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)如 Europay/Master Card/Visa (EMV)相容。所以，在未來(lái)JavaCard不但能夠取代SmartCard的功能，更能夠發(fā)展出多樣化的應(yīng)用，其中移動(dòng)智能電子支付就是其中之一，甚至能將許多不同的應(yīng)用程序集合于一張卡上，使得這些隨身的軟件能夠更小更實(shí)用。

2 基于JavaCard的NFC移動(dòng)智能應(yīng)用系統(tǒng)

2.1 NFC移動(dòng)智能生態(tài)模型的構(gòu)建

NFC移動(dòng)智能生態(tài)系統(tǒng)是基于RFID技術(shù)發(fā)展的一種非接觸式的移動(dòng)智能電子應(yīng)用系統(tǒng)原型，其主要包括移動(dòng)智能終端用戶群體、移動(dòng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)、銀行金融機(jī)構(gòu)、相關(guān)服務(wù)提供廠商、NFC移動(dòng)智能終端制造廠商等，如圖1所示。

圖1 NFC移動(dòng)智能生態(tài)系統(tǒng)

2.2 移動(dòng)智能應(yīng)用系統(tǒng)模型

（1）模型框架描述

基于JavaCard的NFC移動(dòng)智能應(yīng)用系統(tǒng)模型主要包含兩大部分：電子支付應(yīng)用與非電子支付應(yīng)用。如圖2所示。

從模型設(shè)計(jì)中可知，非電子支付應(yīng)用環(huán)節(jié)一般由娛樂(lè)、防偽、私人門禁等方面組成，移動(dòng)智能終端用戶需通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與備份數(shù)據(jù)信息庫(kù)對(duì)電子產(chǎn)品做進(jìn)一步防偽認(rèn)證。其電子支付應(yīng)用環(huán)節(jié)一般由移動(dòng)智能終端用戶、制造廠商/產(chǎn)品提供廠商、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)和金融機(jī)構(gòu)等組成。

（2）移動(dòng)智能終端支付銀行選擇模塊

現(xiàn)有的移動(dòng)智能電子支付應(yīng)用系統(tǒng)中在銀行卡的選取方面較為固定，不能動(dòng)態(tài)地對(duì)其綁定的銀行電子支付手段與方式進(jìn)行選擇，因此，本文在基于JavaCard的NFC移動(dòng)智能應(yīng)用系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)中特別添加了移動(dòng)智能終端支付銀行選擇模塊，實(shí)現(xiàn)電子支付過(guò)程中的動(dòng)態(tài)與便捷。如圖3所示。

圖2 基于JavaCard的NFC移動(dòng)智能應(yīng)用系統(tǒng)模型

圖3 基于JavaCard的NFC移動(dòng)智能應(yīng)用系統(tǒng)銀行選擇模塊

具體選擇流程如下：⑴選取多戶銀行并進(jìn)行開(kāi)戶業(yè)務(wù)，包括移動(dòng)電子支付業(yè)務(wù)；⑵通過(guò)移動(dòng)智能終端獲取其應(yīng)用系統(tǒng)APP；⑶第一次使用時(shí)進(jìn)行設(shè)置，包括默認(rèn)設(shè)置，如設(shè)置默認(rèn)銀行卡號(hào)、綁定默認(rèn)聯(lián)系方式等，或者依據(jù)添加時(shí)間的先后對(duì)銀行卡的選取進(jìn)行管理，默認(rèn)銀行卡是第一支付選擇的卡號(hào)，余下銀行卡添加到備選銀行卡清單之中；⑷若默認(rèn)或當(dāng)前選取的銀行卡無(wú)法進(jìn)行支付操作，將自動(dòng)提示選取下一個(gè)鄰近時(shí)間點(diǎn)的銀行卡作為支付銀行卡，依次類推，直到支付成功為止。

3 改進(jìn)的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制防碰撞算法設(shè)計(jì)

為了滿足移動(dòng)智能電子支付應(yīng)用系統(tǒng)的安全需求，本文對(duì)傳統(tǒng)二進(jìn)制搜索算法進(jìn)行改進(jìn)。接下來(lái)將對(duì)改進(jìn)的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制防碰撞算法進(jìn)行詳細(xì)分析。

（1）基本指令描述

為了描述這個(gè)算法，假設(shè)標(biāo)簽標(biāo)識(shí)號(hào)NFCID的位數(shù)為n，即從高位到低位分別為Dn-1Dn-2...D1D0，出現(xiàn)多標(biāo)簽沖突的位數(shù)為m（0≤m

①SEL_REQ(x, Dm)：讀卡器傳輸一個(gè)數(shù)值x（x屬于1或者0）給相關(guān)范圍內(nèi)的標(biāo)簽申請(qǐng)回復(fù)，若標(biāo)簽號(hào)出現(xiàn)沖突的最后一位到第一位這m個(gè)數(shù)值中有一個(gè)或多個(gè)數(shù)值位與滿足要求的標(biāo)簽回復(fù)相一致（以便于降低初始化標(biāo)簽區(qū)域面積大小，做出相應(yīng)優(yōu)化）。說(shuō)明：第1次詢問(wèn)時(shí)，x=n，使用NULL表示標(biāo)簽號(hào)無(wú)數(shù)值，即空值，所以申請(qǐng)回復(fù)指令是：SEL_REQ(NULL, Dn-1)。

②SEL RES(m)：獲取到余下沖突位置的數(shù)據(jù)(第m-1至第1位)，記錄未出現(xiàn)沖突位置的數(shù)據(jù)。

③SR_DATA：選取滿足條件的標(biāo)簽，且獲取其數(shù)值信息：對(duì)符合條件的標(biāo)簽，將其存儲(chǔ)的相關(guān)數(shù)值信息傳輸給讀卡器等相關(guān)設(shè)備。

④Unsel：將多個(gè)預(yù)定選取中的一個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行取消操作，此標(biāo)簽轉(zhuǎn)換到“無(wú)聲”狀態(tài)。此時(shí)這個(gè)標(biāo)簽處于未被激活狀態(tài)，對(duì)其步驟③中的申請(qǐng)指令SEL_REQ不作出任何答復(fù)。當(dāng)遠(yuǎn)離讀卡器感應(yīng)操作區(qū)域之外時(shí)，才能進(jìn)行標(biāo)簽復(fù)位操作，這樣使得標(biāo)簽?zāi)軌蛑匦卤患せ睢?/p>

（2）改進(jìn)算法原理

若NFCID為8 bit，則讀卡器作用區(qū)域內(nèi)有多個(gè)標(biāo)簽，這里以5個(gè)為實(shí)例，標(biāo)簽分別為：11100101、10100110、11010100、1000011、10101110。讀卡器將利用該算法來(lái)識(shí)別它們。初始化階段，讀卡器對(duì)區(qū)域內(nèi)標(biāo)簽處于未知狀態(tài)，所以發(fā)送SEL_REQ(NULL, 8)命令，要求作用范圍內(nèi)任何一個(gè)標(biāo)簽做出應(yīng)答信息。詳細(xì)執(zhí)行過(guò)程如圖4所示。

圖4 改進(jìn)的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制防碰撞算法識(shí)別過(guò)程流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以JavaCard智能卡技術(shù)原理與NFC移動(dòng)智能技術(shù)的理論知識(shí)為前提，首先提出了一種基于JavaCard和NFC技術(shù)的移動(dòng)智能支付應(yīng)用系統(tǒng)的模型框架，并在該模型中設(shè)計(jì)了移動(dòng)智能終端支付銀行選擇模塊；其次針對(duì)多標(biāo)簽情況下的應(yīng)用支付碰撞問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制防碰撞算法。研究分析表明，應(yīng)用支付模型框架與防碰撞安全算法在移動(dòng)電子支付通信服務(wù)方面均達(dá)到了次優(yōu)化的應(yīng)用與安全效果。

[1] NAOYA S, MASAKAZU U, YASUHIRO T. Design technigues to reduce power consumption for ARM946E-S core[J]. Oki Tekunikaru Rebyu, 2005, 72(3): 52-55.

[2] 張德學(xué), 郭立, 傅忠謙. 面積優(yōu)化與低功耗設(shè)計(jì)的JavaCard處理器[J]. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, (38)3: 289-292.

[3] 李翅. 基于JavaCard和NFC技術(shù)的手機(jī)錢包關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)沙：湖南師范大學(xué)，2009.

[4] 林龍, 張果, 王劍平，等.基于NFC技術(shù)的標(biāo)簽?zāi)Ｊ皆O(shè)計(jì)[J].微處理機(jī), 2013, 3(3): 31-36.

[5] ETSI. TS 102 622 v7.6.0, 2010.04, Smart Cards, UICCContactless Front-end (CLF) Interface; Host Controller Interface (HCI) (Release 7) [S]. Prepared by the European Telecommunications Standards Institute, 2010.

[6] 宋海燕. 基于Android的NFC文件傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 北京: 北京郵電大學(xué), 2012.