NFC技術發展

　　NFC是“近場通訊”的簡稱，采用短距離RF（射頻）通訊技術。NFC 工作頻率為13.56Hz，有效范圍為500px 以內，其傳輸速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kbit/秒三種，能夠應用在手機/平板、電腦/游戲機、印表機、電子產品，甚至家電設備中。

　　NFC技術已經有十來年歷史，在過去的幾年里一直被稱為很有前景的便利移動支付技術。但即使在NFC手機日漸成為智能機標配的今天，基于NFC 的移動支付卻沒有在消費者群體中形成氣候。一個重要的原因在于：所有人都在爭著控制NFC 技術的安全元件（the Secure Element）。安全元件，顧名思義，是保證財產信息安全的，控制這個就可以控制每一筆交易的費用。SE導致了金融機構、OEM和運營商之間無休止的爭斗，沒辦法聯合起來，這使得NFC移動支付發展緩慢。

　　HCE概念

　　HCE（host-based cardemulation），即基于主機的卡模擬。

　　在一部配備NFC功能的手機實現卡模擬，目前有兩種方式：一種是基于硬件的，稱為虛擬卡模式（Virtual Card Mode）;一種是基于軟件的，被稱為主機卡模式（Host Card Mode）。

　　在虛擬卡模式下，需要提供安全模塊SE（Secure Elemen），SE提供對敏感信息的安全存儲和對交易事務提供一個安全的執行環境。NFC芯片作為非接觸通訊前端，將從外部讀寫器接收到的命令轉發到SE，然后由SE處理，并通過NFC控制器回復。

　　在主機卡模式下，不需要提供SE，而是由在手機中運行的一個應用或云端的服務器完成SE的功能，此時NFC芯片接收到的數據由操作系統或發送至手機中的應用，或通過移動網絡發送至云端的服務器來完成交互。兩種方式的特點都是繞過了手機內置的SE的限制。這一標準的妙處在于，它不需要整個行業為了控制安全元件而爭斗。

　　使用基于主機的卡模擬時（HCE），NFC 控制器從外部讀寫終端接收到的數據將直接被發送到主機系統上，而不是安全模塊。上圖描述了這個過程。

　　HCE技術的關鍵大事記

　　2012/09/19，SimplyTapp在Android第三方CyanogenMod固件中實現主機卡模擬技術HCE;

　　2013/11/01，Google發布最新的Android4.4操作系統，支持主機卡模擬HCE技術，目前已通過谷歌錢包將HCE應用到Nexus 5手機中，可支持Paypass;

　　2013/12/13，美國連鎖咖啡TimHortons在北美4000多家門店推出基于HCE的NFC支付應用;

　　2014/02/17，西班牙銀行Bankinter發布基于HCE技術的虛擬卡手機錢包;

　　2014/02/19，Visa和萬事達卡同時宣布將基于HCE技術推動云端移動支付;

　　2014/02/20，全球智能卡制造商ABnote與SimplyTapp合作，將HCE技術加入到其TSM平臺中。

　　NFC標準對Android支持

　　NFC標準對很多智能卡通訊協議提供了支持，而Android4.4系統也支持包括主流智能卡應用在內的很多非接觸智能卡協議，因此使用NFC手機和HCE應用，就可以方便的模擬出不同類型的智能卡應用。

　　同樣市場上很多NFC讀卡終端也支持這些協議，包括一部支持NFC的Android設備作為讀卡器本身。這樣通過HCE技術我們只用Android設備就可以部署一個端對端的NFC解決方案。

　　Android4.4系統使用NFC論壇制定的的ISO-DEP標準協議（基于ISO/IEC14443-4（ISO-DEP）標準）進行數據傳輸，傳輸的數據單元被稱為應用協議數據單元（APDUs）。

　　另外，在數字協議方面（相當于MAC層協議）Android系統只要求對頂層的NFC-A（ISO/IEC 14443-3 Type A）技術提供支持，而對NFC-B技術的（ISO/IEC 14443-3 Type B）的支持則是可選的，這些技術提供了包括初始化、沖突檢測等解決方案。

　　Android系統上的HCE技術是通過系統服務實現的（HCE服務）。使用服務的一大優勢是它可以一直在后臺運行而不需要有用戶界面。這個特點就使得HCE技術非常適合像會員卡、交通卡、門禁卡這類的交易，當用戶使用時無需打開程序，只需要將手機放到NFC讀卡器的識別范圍內，交易就會在后臺進行。當然更推薦為用戶提供配套的HCE應用UI界面，這樣除了像普通的智能卡片一樣刷卡使用以外，還可以通過UI界面為用戶提供更多的在線服務功能，包括查詢、充值和信息推送等。

　　當用戶將手機放到NFC讀卡器的識別范圍時，Android系統需要知道讀卡器真正想要和哪個HCE服務交互，這樣它才能將接收到的數據發送到相應的HCE應用。HCE參考ISO7816規范，定義了一種通過應用程序AID來選擇相應應用的方法。因此，如果要為自己的新的讀卡設施部署NFC應用，就需要定義自己的AID。

　　HCE技術實現NFC模擬

　　在手機上用HCE技術實現NFC卡模擬，首先要創建一個處理交易事務的HCE 服務，Android4.4為HCE服務提供了一個非常方便的基類，我們可以通過繼承基類來實現自己的HCE服務。如果要開發已存在的NFC系統，我們只需要在 HCE 服務中實現NFC 讀卡器期望的應用層協議。反之如果要開發自己的新的NFC 系統，我們就需要定義自己的協議和APDU 序列。一般而言我們應該保證數據交換時使用很少的APDU包數量和很小的數據量，這樣用戶就不必花很長時間將手機放在NFC 讀卡器上。

　　HCE 技術只是實現了將NFC 讀卡器的數據送至操作系統的HCE 服務或者將回復數據返回給NFC 讀卡器，而對于數據的處理和敏感信息的存儲則沒有具體實現細，所以說到底HCE 技術是模擬NFC 和SE 通信的協議和實現。但是HCE 并沒有實現SE，只是用NFC 與SE 通信的方式告訴NFC 讀卡器后面有SE的支持，從而以虛擬SE 的方式完成NFC 業務的安全保證。既然沒有SE，那么HCE 用什么來充當SE 呢，解決方案要么是本地軟件的模擬，要么是云端服務器的模擬。負責安全的SE如何通過本地化的軟件或者遠程的云端實現，并且能夠保障安全性，需要HCE廠商自己考慮和實現。

　　HCE方案與SE方案的路由和兼容

　　支持HCE功能的Android4.4手機，很多也同時支持SWP-SIM或者SWP-SD之類的SE模式實現手機支付功能，因此存在一個應用 AID路由的問題，通常是由CLF芯片中的AID路由表來負責進行相關的路由工作，由手機生產廠商負責開發實現具體的規則。具體系統架構和指令流向如下圖：

　　因為CLF芯片的路由表，是通過讀卡終端發送的Select指令中的應用AID來進行區分和路由的，因此對于SE（SWP-SIM）和手機 HOSTCPU中的HCE應用，如果各自支持的具體智能卡應用的AID均不相同，則不會出現任何路由和兼容性的問題，所有的應用均能夠被正確識別和分別路由到SE（SWP-SIM）或者HCE應用，并正常完成交易的實現和處理。

　　如果SE（SWP-SIM）和手機HOST CPU中的HCE應用，支持的智能卡應用中有相同的AID，則存在一個路由優先級的問題，同時涉及到支持SE（SWP-SIM）的設備升級到Android4.4之后，對于SWP-SIM中原有的應用的兼容問題。

　　按照google提供的Android API的要求，HCE APP的路由優先級更高，表示說如果存在相同的AID的應用，則會被優先路由到HCE應用來處理，那么SWP-SIM中的相同AID的應用將無法被調用和使用，會出現系統升級到4.4版本后，無法兼容既有應用使用的問題，除非不安裝HCE 應用。

　　因此運營商的定制手機，通常會要求修改一下路由的優先級，使SE（SWP-SIM）的路由優先級更好，即如果存在相同的AID的應用，則會被優先路由到SWP-SIM來處理，確保對于舊時發行的支持SE的設備，在系統升級到4.4之后的兼容性。