NFC技术基础篇

NFC技术基础篇

本书主要介绍NFC的基本协议,内容包括主机端与NFC 控制器之间的通信协议分析和示例;NFC控制器与eSE &SWPSIM 之间的协议分析;外部POS或者READER与NFC之间的射频协议分析。

本书适合NFC移动支付开发人员阅读。

　　NFC技术基础篇推荐书评

　　全球范围内各种移动支付技术方兴未艾，其中NFC技术是一条目前能看到zui安全zui便捷但也是zui具挑战的道路，未来会需要大量的相关从业人才，此书既适合NFC基础入门也同样适用进阶用途，推荐给大家！

　　田陌晨,恩智浦(中国)管理有限公司大中华区销售及市场副总裁

　　除了大家熟知的支付领域，NFC在物联网领域也有着广泛应用，如设备的配对、防伪认证等。NFC作为简单易用的‘电子ID’，未来的使用场景将会变得更加的丰富广阔。

　　无论你是否从事NFC相关的具体开发，此书作为入门基础，都是值得推荐的。

　　高自光,小米生态链副总裁

　　自2012年初在北京香山的《中国金融移动支付标准》编制会议上结识本书编者以来，已经过去了5个多年头，移动支付从星星之火变成了燎原之势，整个市场发生了翻天覆地的变化，ApplePay、三星Pay、华为Pay、小米Pay、二维码支付等移动支付技术创新层出不穷。欣闻晓华的著述，本书的出版正是恰逢其时，为从业人员系统地学习和掌握NFC技术提供了较好的入门指南和进阶参考。

　　张礼文,易宝支付CTO办公室高级架构师

　　NFC手机就是公交卡！自从体验了手机刷卡之后，再也不用关心带没带卡，余额够不够那些琐事了。京东客户端上加入ApplePayIn-App的支持，以及京东金融基于白条业务推出的白条闪付，也是基于NFC技术做的一种很棒的金融创新！在此也感谢本书编者对我工作和学习期间从软件到硬件系统级的答疑解惑和帮助,本书通篇精简浓缩，是一本NFC技术的“活字典”！

　　高志立,京东商城高级工程师

1简介1

2术语和缩略语4

2.1硬件部分4

2.2软件部分5

2.3安全单元和认证部分6

3通用无线连接技术9

4NFC与QR条码的比较11

5NFC的三种工作模式13

5.1读/写模式13

5.2卡模拟模式15

5.3点对点模式20

6NFC协议族22

6.1NFC协议族定义归属关系23

6.2ECMA TC47协议预览23

6.3ISO/IEC协议预览24

6.4NFCforum 协议预览25

6.5ETSI协议预览267NFC系统框架27

8LLCP协议详解30

8.1LLCP架构30

8.2LLCP工作流程31

8.3LLCP链路激活31

8.4LLC数据链路层格式34

9NDEF 协议详解41

9.1NDEF消息属性41

9.2NDEF记录42

9.2.1NDEF记录的数据格式42

9.2.2NDEF记录之间的关系42

9.2.3解码记录格式43

10HCI协议详解46

10.1HCI数据包格式47

10.2HCI数据链路层51

10.3LLC的CRC代码示例51

10.4第一代NFC控制器芯片与主机端交互的HCI数据示例54

11NCI协议详解61

11.1NCI定义范围61

11.2NCI消息类型65

11.2.1NCI数据格式66

11.2.2NCI命令详解70

11.3路由表94

12ISO14443 协议详解97

12.1Type A，B调制方式98

12.2Type A帧格式101

12.3Type A激活过程103

12.4Type A相关命令数据格式分析106

12.5Type A数据交换格式单帧106

12.6Type A数据交换格式连续帧106

13I2C协议详解108

13.1I2C简介108

13.2I2C拓扑结构109

13.3I2C 7位与10位地址编码格式110

13.4I2C读/写110

13.5I2C总结111

14卡片和标签113

14.1Mifare (ISO/IEC 14443)113

14.2Mifare Ultralight MF01CU1 (Type 2 Tag)114

14.3Mifare Classic MF1S50(M1)125

14.4NTAG20x and NTAG21x (Type 2 Tag)135

参考文献146

　　《NFC技术基础篇》：
　　4 NFC与QR条码的比较
　　目前在市面上比较主流的两种移动支付的模式为NFC和QR条码，前者需要在支付装置里加入NFC的硬件和移植相关代码，后者则南软件生成即可。
　　这里涉及几个大的比较，如生产成本、周期和安全机制。NFC的方案需要在硬件设计之初就需要把NFC的硬件设计加入，目前能看到的例如把NFC加入一款智能手机中，从设计、开发、认证到投入到市场，这个周期至少需要大于半年期；QR条码技术则不需要这个环节，一旦调试成功服务后台往用户推送更新一下程序就可以了。关于安全机制方面其实是两种技术走的是两个完全不同方向，NFC主要从硬件到软件关注每一帧交易数据协议等，QR条码技术则把更多的安全放在系统后台，由定义好的交易逻辑规则等来确保安全性。
　　在易用性方面NFC相当于在设备中拥有的为系统权限，属于系统级的应用，所以在NFC开启后可以做到时刻等待响应，—旦靠近支付设备就立即可以进行交易，条码则需要用户开启相关应用后，产生一个支付QR条码用于支付，如果用户的设备如手机处于锁屏状态，则还有一个环节足要点亮屏幕和解锁。最近看到支付宝和华为的P9合作，是在指纹解锁环节做一些优化，例如录入某一个指纹并设置它的快捷方式直接产生QR条码。但是不管如何在易用性方面目前NFC技术还足较QR条码有优势。
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　　一个偶然的机会通过Lucy同学认识了胡老师，恰恰自己在这个时间点也想比较系统地总结一下NFC的相关技术，并尽可能多地分享一些自己的经验。在胡老师以及家人朋友的鼓励支持下，我也决定试一试。

　　之前自己并没有过写书的经历，对一些创作过程以及格式排版也比较陌生，比如这个前言我就不是很清楚是怎样的创作过程，是说写好前言之后一直往下写呢还是说等把书都写完了，然后在后来的某一天再把自己出书的心声写上去。为此特意咨询过胡老师，他给我的指导性的回复是不用让别的东西束缚，按自己的想法来写就可以了。这样对一些篇幅格式等之类的问题我也就知道该怎么做了。我比较喜欢把东西想好再往下写，所以大家翻开书后看到的这个排版顺序几乎也就是我的写作顺序。

　　近年来由于智能机的快速普及给人们带来一个思考，那就是出门是否还有必要带上一个钱包，里面装上现金和琳琅满目的卡片?而且现在支付宝、微信支付已经成了人们生活中必不可少的支付方式。写这本书之前，心里也会经常问自己一个问题，就是市面上真的还缺少一种需要特别硬件来支持的支付方式吗？

　　对于这两个问题，前者显然这是一个趋势性的东西，而且目前在实体店里能看到越来越多的人在使用手机进行消费和支付，大家也在享受这个技术带来的便捷性。

　　后面这个问题比较多的还是在实际体验上面，以支付宝为主的移动支付基于QR条码技术，对于用户来讲只需要一个客户端就可以解决问题，实体店只需要安装一套扫码枪接入服务即可以马上完成一个闭环支付体系，对于支付双方的学习成本是很低的。而对于NFC支付，就需要用户去购买特别带了NFC的支付设备，需要安装和激活卡片到手机上，带NFC支付的手机在市面上存量是一个问题，而且当手机导向市场后其实是没有一个真正意义上的运营主体的。这其实是一个巨大的问题，也就是说，没人会对用户体验进行直接负责。手机厂家对于SWPSIM方案确实在商业利益考量上面来讲是没有动力的，运营商在实施SWPSIM方案时大量的工作又是需要手机厂家和卡商去配合完成的。所以这一套方案玩下来，以Android手机为例，里面光要考量的各种软件版本就有Android版本、客户端钱包版本、NFC协议栈版本、NFC控制器固件版本、COS版本、Applet版本，里面还没有包括使用的硬件模块的版本等，只技术这一个环节就有大量繁琐的工作。NFC基于的是一个射频通信技术，一旦铺向市场后就涉及需要和各种设备进行适配兼容性的工作，这个工作量也是巨大和难以想象的。

　　上面这些已知的难度是不是说NFC没有了机会，还有人会说NFC是十几年设计的技术框架、已经跟不上现在的节奏。显然这些质疑是站不住脚的。比如同样的无线连接技术WiFi和蓝牙，仔细去查看它们的发明时间和普及时间点出现，它们都是经历过一段漫长的静默期，再到后面的某一时间节点某一个事件，此项技术才成为了标准配置。现在WiFi技术就是一个随处可见、人人在用的东西，蓝牙也在连接耳机和汽车电子等领域发挥很大的作用，而且WiFi和蓝牙的版本还在不停地迭代和演进，我们又有什么理由不去相信NFC不会成为标准配置的那一天。基础性技术确实在发展过程中会显现出上面提到的各种问题，但是所有这种类似的技术都是有一个自身发展的规律，不可能一蹴而就，也不可能像某些应用技术一样通过一个后台优化在短暂的一段时间内就做到质的飞跃。我时刻提醒自己保持一个积极乐观的心态去面对这些问题，也时刻提醒自己保持一个虔诚和敬畏的心态去面对技术。

　　既然我认可它是一门基础技术，也就是说这种东西是不会过时的，假如这个技术在若干年后不复存在，我也十分有理由相信本书里面的一些技术将会在别的一个什么技术或产品上灵魂附体开出美丽的花朵。

　　NFC技术支持三种工作模式：读/写器模式、点对点模式和卡模拟模式，其实这三种功能属性都基于很相似的底层射频技术。如果能把这些底层比较相似的标准和规范进行收缩归置，再把上层数字协议的一些东西进行抽丝剥茧展现给大家，这也就给我写这本书带来了可能性，否则NFC的各种标准和规范之多、之复杂，我是万万不敢下笔的。

　　此书编写的另外一个目的就是因为在市面找不到一本比较全面介绍NFC技术的书。我的观点是应用级的东西写成的书其实时效性是不强的，而且应用技术本身发展得快去得也快。现在这种技术是一个流行的前沿尖端的技术，过个二三年可能整个架构都变了，而且这种技术在网络上的资源也十分丰富，但是协议性的东西在一个较长的时间段里不会发生一个质的变化，经常变化的就是扩充了协议子集，但新出来的版本还是会向下向前兼容的，所以有一本归置完整便捷、能供工程师案头查阅协议的工具类书就变得很有意义。

　　王晓华2017/4/15晴

　　于北京市海淀区牡丹园