2024年智能无感接近式协议iTAP白皮书

2024年12月 目 录 ……………………………………………………………………………………………...3 2. NFC技术与标准现状……………………………………………………………………...4 3. 产业现状和问题………………………………………………………………………….....6 3.1 终端厂商应用现状和问题……………………………………………………………..........63.2 芯片厂商应用现状和问题………………………………………………………………......63.3 PCD厂商应用现状和问题…………………………………………………………….........7 4. iTAP技术演进需求………………………………………………………………………....9 5. 用户体验提升，催生出更多的应用场景……………………………………….....10 5.1 iTAP应用场景概览……………………………………………………………………….....105.2 不同应用场景下的体验变化……………………………………………………………....105.2.1 生活常见场景的智能化升级…………………………………………………….........105.2.2 用户刷卡体验升级………………………………………………………………........135.3 新的应用场景畅想……………………………………………………………………........14 6. 总结………………………………………………………………………………………….....15 1. 引言 随着科学技术和社会的发展，越来越多的数字化解决方案正在取代传统的生活模式。NFC（Near Field Communication）作为一种常见的接近式数据交互方式，能够在厘米级距离范围内实现设备间的快速、高效、便捷的数据交换。因此NFC在移动支付、门禁控制、标签读取等领域得到了广泛应用，其应用使人们摆脱现金支付、实体钥匙解锁等繁琐流程，极大地优化了生活体验。 然而，随着应用场景的增加，现有的近场交互技术在扩展更多应用场景时无法完全满足需求。例如，当门禁卡、交通卡、银行卡和车钥匙等卡片同时集成于手机中时，用户在刷卡时会面临选卡困难、操作繁琐等问题。此外，多种功能卡集成在手机上，导致刷卡速度慢、卡片识别错误等问题频繁发生，给用户带来不便。 2. NFC技术与标准现状 NFC起源于RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术，是一种工作频率为13.56MHz、主要通信距离在0~20cm内（实际大部分产品在0~10cm内）的非接触式数据交互技术，目前有106Kbps、212Kbps、424Kbps和848Kbps四种传输速率，支持读写、卡模拟、点对点三种工作模式。 下图展示了NFC相关的主要标准及技术规范。 NFC的底层技术标准起源于2001年ISO/IEC JTC1（以下简称JTC1）制定的ISO/IEC 14443标准，该标准奠定了读写模式和卡模拟模式下的NFC标签及设备在物理特性、射频模拟、初始化、防冲突及传输协议等方面的基础规范。2004年JTC1又采纳了ECMA-340作为ISO/IEC 18092标准，拓展了NFC设备在点对点模式下的技术规范。此外，对于同样使用13.56MHz但通信距离在1m左右的高频RFID技术，JTC1于2000年制定了ISO/IEC 15693标准，后续也被业界纳入广义的NFC底层技术标准范畴内。 2. NFC技术与标准现状 成立于2004年的NFC Forum以开发和推广NFC相关的标准及协议规范为主。此后，NFC Forum陆续制定了部分NFC技术上层的应用规范、安全规范、测试规范及认证规范，如LLCP（Link Layer Control Protocol）规范、NDEF（NFC DataExchange Format）规范、SNEP（Simple NDEF Exchange Protocol）规范、RTD（Record Type Definition）规范、NCI（NFC Controller Interface）规范等，支撑了NFC标准在特定场景下的应用落地。 然而，随着NFC的应用范围及场景的不断拓展丰富，现有的NFC标准及技术规范的局限性也逐步显现。例如在现有NFC标准及技术规范制定之初，市场上的NFC应用还是以实体卡片为主，故而标准只定义了PICC（Proximity Integrated CircuitCard）设备（银行卡等NFC标签设备）如何向PCD（Proximity Coupling Device）设备（POS机等NFC读取设备）单向传递卡片信息，而并未考虑智能手机等终端产品在同时模拟多张卡片的情况下，智能手机等终端产品模拟的PICC设备如何反向获取PCD设备信息的问题，导致如今智能手机等终端产品无法通过获取对端设备信息实现精准智能选卡。 总体而言，JTC1和NFC Forum制定了NFC相关的底层技术标准及技术规范，但因为历史局限性，已有标准及规范的演进已经落后于现实需求，难以支撑如今NFC在智能手机等新兴终端产品上的长足应用和发展。 3. 产业现状和问题 3.1 终端厂商应用现状和问题 随着NFC技术及应用的普及，越来越多的终端设备将其作为基本功能。在移动支付和智能家居应用越来越广泛的今天，用户在选择新设备时，设备是否具备NFC功能已经成为一个重要的考量因素。因此各大终端厂商积极布局NFC生态，目前市场上终端手机、智能手表等设备的NFC功能涵盖了支付、门禁和数据传输功能。同时，终端厂商也会在硬件和软件层面上对NFC技术进行优化，以提高读取速度和准确性，使得用户的使用体验更加流畅和便捷。但是，终端厂商在NFC解决方案上存在如下普遍痛点： • 多卡切换问题：随着NFC技术的普及，用户在手机及智能手表等设备上集成的卡片数量越来越多，如何在不同场景下快速选定合适的卡片给用户造成了较大的困扰。 • 用户感知弱：刷卡回馈体验导致用户体验不佳，例如手机端不支持门禁卡刷卡结果上报。• 安全性问题：目前市面上很多门禁卡可以随意被手机端复制模拟，两个手机之间也可通过NFC复制获取其隐私信息。• 兼容性问题：市场上存在多种的NFC解决方案，对于不同场景的NFC识别和兼容存在较大的问题，经常使用户造成误识别或者不识别的问题，给用户带来不便。 对终端厂商来说，用户体验至上，现有的NFC技术无法满足用户越来越高的需求。 3. 产业现状和问题 3.2 芯片厂商应用现状和问题 尽管NFC技术已得到广泛应用，但在实际使用中NFC芯片也面临一些问题。 • 安全性方面：目前NFC芯片被广泛使用的门禁领域大都遵循的是MIFARE Classic协议。2008年3月，荷兰的奈梅亨大学（Radboud University Nijmegen）大学数字安全研究群里发表了利用反向工程克隆并且修改采用MIFARE Classic技术的电子票证OV卡（ov-chipkaart）上的余额。NXP官网也提出对于与安全有关的应用可以考量采用MIFARE DESFire和MIFARE Plus。 • 知识产权方面：MIFARE4Mobile是NXP定义的多MIFARE卡管理解决方案，它允许将MIFARE卡片的功能集成到移动设备中。这种技术通常用于移动支付、公共交通、门禁控制等应用场景。但是门禁应用设备商需要获得企业授权才可以使用。行业缺少统一通用标准，例如苹果开发者需要与苹果签订一份商业协议，申请NFC 和 SE（Secure Element）授权，并支付相关费用，才能调用NFC无接触数据交换功能模块。 • 便捷性方面：在多场景应用中，现有芯片面临不能智能选卡的问题。目前手机、智能手表钱包支持多卡共存，但由于每张卡的非接参数不同，只能选择一张卡作为激活卡。NFC芯片使用激活卡的非接参数自动完成防冲突，完成防冲突之后NFC芯片才会将后续交易路由给eSE（embedded Secure Element）、HCE（Host-based Card Emulation）或者UICC（Universal Integrated CircuitCard）进行处理。当读卡器想要刷的不是当前激活卡时，需要用户在移动设备的UI界面进行手动选择，这种操作极大影响了用户刷卡便捷性。 • 刷卡体验问题：ISO 14443协议仅针对实体卡的物理层做出了规定，但未指定智能终端设备的物理层，所以大多数智能手机天线位置存在差异性，导致用户无法精准刷卡，需多次尝试找准天线位置才能够成功刷卡；同时由于NFC采用的是电磁感应原理，受终端设备NFC天线面积和位置限制，其通信距离和面积均被制约，受以上多种因素影响，导致用户操作体验不便。 3. 产业现状和问题 3.3 PCD厂商应用现状和问题 近年来， NFC技术的快速发展使得它在各个领域中得到了广泛的应用。在NFC技术中，PCD代表读写设备，由PCD厂商制造和销售。这些厂商在NFC技术中扮演着重要的角色，他们的产品被广泛应用于支付系统、门禁系统、资产跟踪和电子票务等领域。通过提供高品质的读写设备，PCD厂商为各行业的应用提供了便捷的NFC读写功能，推动了NFC技术的普及和发展。以下将更详细地介绍PCD厂商在NFC技术应用中的具体情况。 尽管NFC产业整体在进步，但PCD厂商面临着产业的现况痛点仍亟需转型方可助力企业二次加速。 首先，整个产业生态系统的普及率低造成了一定的瓶颈。这个瓶颈涉及到设备制造商、通信服务商、金融机构以及商户等多个方面，行业内生意规模大、短期利润少，利益关系错综复杂。这主要是因为NFC技术的推广需要产业链上各方的共同努力和协作，但目前这种合作机制并不完善，导致PCD厂商在推广NFC技术时面临诸多挑战。 此外，NFC技术具有诸多优势，保障了数据传输的安全性，但在实际应用中，NFC技术仍然存在一些潜在的风险。这些风险需要通过定期更新设备软件、使用安全的应用程序和支付系统等措施来降低。因此，PCD厂商在推广和应用NFC技术时，确保用户数据的安全和隐私保护是一大难点。 并且，由于NFC技术的市场应用相对碎片化，不同操作系统对NFC的开放程度不一致，导致PCD厂商设备兼容性问题频发。另外NFC技术的普及还受到成本和价格的制约，尤其是在消费级应用中，价格敏感度较高，这是PCD厂商推广的又一难点。 总的来说，PCD厂商在NFC技术中的应用情况非常广泛，涉及到支付、门禁、资产跟踪、电子票务、信息传输等领域。他们通过生产并销售读写设备，为各行业的应用提供了便捷的NFC读写功能，但现有技术不能满足PCD厂商对整个生态的进一步拓展。 4. iTAP技术演进需求 目前，对于手机等智能终端设备模拟多张卡并处于PICC模式的场景下，现有的ISO 14443-3标准协议仅支持由PCD端主导防冲突管理和选卡过程。由于每张卡片有单独的非接参数，在智能终端侧同时激活多张卡片会存在非接参数冲突问题，导致NFC reader端交互失败。因此，目前手机侧普遍采用默认卡方案，一次仅激活一张卡片，当刷卡失败后，需要用户手动选择一张正确的卡。 ISO 14443系列标准无法有效解决手机应用NFC选卡不准、刷卡慢、不安全等问题，业界需要一套升级版的协议——iTAP（intelligent Touchless & AwarelessProximity），对物理层、接入层、传输层、应用层规范进行重新定义，以满足手机等智能终端高速开卡、精准选卡、疾速刷卡、安全用卡等业务诉求。 关键技术需求 • 新协议需向前兼容ISO 14443系列标准，包括Type A、Type B、Type F等协议； • 接入层：提供较ISO 14443-3更为丰富的控制指令，使PICC模式下的iTAP智能终端具备主动识别iTAP PCD特征的能力，并且能够主动选卡，减少信息交互，提升刷卡速度及安全性； • 传输层：定义高