近场通信
近距离无线通信
近场通信(Near Field Communication,NFC)是一种短距离的高频无线通信技术,允许在电子设备之间进行非接触式的点对点数据传输。近场通信由于其技术优势和广泛应用,对于社会生产和人民生活具有重要意义。近场通信技术在2003年由索尼公司和飞利浦半导体进行合作,结合无线通信方式,以非接触式射频识别(RFID)技术的为基础共同提出。随后二者联合诺基亚共同建立了NFC Forum,以促进NFC技术的发展。之后微软、谷歌、NEC 等公司均加入,到如今已经有200多个全球著名的通信运行商、芯片开发商和设备制造商。近场通信技术的著名标准有NFCIP-1,ECMA.340和ISO/IEC18092等。
简介
近场通信技术是一种短距离高频的无线通信技术,允许电子设备之间进行非接触式的点对点数据传输。近场通信技术在2003年由索尼公司和飞利浦半导体进行合作,结合无线通信方式,以非接触式射频识别技术的为基础,共同提出了近场通信技术。NFC 的工作频率为13.56MHz,有效通信距离一般小于20 cm,同时能够兼容现有的RFID协议标准。
近场通信技术使用少量电力,运行不依赖互联网,减少了潜在的安全隐患,因此非常适合用于智能手机和平板电脑等移动设备之间的互相通信。近场通信技术为日常生活中的各种电子产品提供了一种十分安全快捷的通信方式,被广泛应用于各种生活场景之中。NFC不仅比蓝牙和 Wi-Fi等其他无线通信技术更安全,反应时间更短,所需成本更低,还与这些技术相兼容,可结合实现更多用途。
近场通信业务结合了近场通信技术和移动通信技术,实现了电子支付身份认证、票务、数据交换、防伪、广告等多种功能,是移动通信领域的一种新型业务。近场通信业务增强了移动电话的功能,使用户的消费行为逐步走向电子化,建立了一种新型的用户消费和业务模式。广阔的应用前景带来的是异常庞大的市场需求。巨大市场的需求同样也会主动推动技术的发展和应用。近年来随着技术的快速迭代,NFC芯片的价格也在逐步降低,加上物联网设备的迅猛发展,推进了NFC的快速普及。近场通信技术的应用在世界范围内受到了广泛关注,国内外的电信运营商、手机厂商等不同角色纷纷开展应用试点,一些国际性协会组织也积极进行标准化制定工作。
发展历史
2003年,索尼(sony)公司和当时的飞利浦(philips)半导体进行合作,计划基于非接触式射频卡技术,研发一种更加安全快捷的并且能与之兼容的无线通讯技术。经研发后,双方联合对外发布了一种兼容ISO14443非接触式卡协议的无线通讯技术,取名为近场通信NFC,具体通信规范称作NFCIP-1规范。发布后,双方向欧洲计算机制造商协会(European Computer Manufacturers Association, ECMA)和ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission)申请近场通信技术标准,并很快被认可为ECMA.340标准和ISO/IEC18092标准。随后飞利浦公司联合行业巨头索尼和诺基亚共同建立了NFC Forum,旨在促进NFC技术的发展。随后微软、谷歌、NEC 等公司均加入协会,如今,已经有200多个全球著名的通信运行商、芯片开发商和设备制造商加入NFC Forum。
近场通信标准详细规定近场通信设备的调制方案、编码、传输速度与射频接口的帧格式,以及主动与被动近场通信模式初始化过程中数据冲突控制所需的初始化方案和条件。此外还定义了传输协议,包括协议启动和数据交换方法等。诺基亚(Nokia)、飞利浦(Philips)和索尼(Sony)共同制定了许多近场通信技术的标准,在ISO 18092、ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化,同时也兼容应用广泛的ISO 14443 、Type-A、ISO 15693以及Felica标准非接触式智能卡的基础架构。2003年12月8日通过ISO/IEC机构的审核而成为国际标准,在2004年3月18日由ECMA认定为欧洲标准。截止2025年已通过的标准编列有ISO/IEC 18092(NFCIP-1)、ECMA-340、ECMA-352、ECMA-356、ECMA-362、ISO/IEC 21481(NFCIP-2)等。
技术原理
工作模式
近场通信是一种短距离高频的无线电技术,NFCIP-1标准规定NFC的通信距离为10cm以内,运行频率13.56MHz,传输速度有106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s三种,工作模式分为被动模式和主动模式。
被动模式中NFC发起设备(主设备,master)需要供电设备,主设备利用供电设备的能量来提供射频场,并将数据发送到NFC目标设备(从设备,slave)。从设备不产生射频场,可以不需要供电设备,而是利用主设备产生的射频场转换为电能,为从设备的电路供电,接收主设备发送的数据,因此称为被动模式。
在此模式下,NFC主设备可以检测非接触式卡或NFC从设备,与之建立连接。首先由主设备设备(读卡器或智能手机)从目前常见的 106 kbps、212 kbps 和 424 kbps 这三种数据传输速率中进行选择并提供射频场来发起通信,而另一方面为了达到和主设备相同的传输码率,从设备需要具备负载调制的能力。被动模式在很大程度上降低了从设备电路的整体功耗,使得NFC射频信号在经过能量采集、整流稳压电路后所输出的能量就足以提供从设备后续电路的数字逻辑功能,因此非常适合于对功耗比较敏感的应用场景。
主动模式中,发起设备和目标设备在向对方发送数据时,都必须主动产生射频场。通信的两台NFC设备,彼此地位均等,并无主从之分,所以称为主动模式。它们都需要供电设备来为内部电路的工作和射频场的产生提供能量。这种通信模式是对等网络通信的标准模式,可以获得非常快速的连接速率。
通信模式
NFC 的通信过程通常是以交流磁场耦合的形式,在目标设备和源设备之间进行,通过载波调制完成信号传输。NFC具有三种通信模式:点对点模式、读写器模式和卡模拟模式,每种模式都服务于不同的应用场景。
点对点模式
点对点模式下两个NFC设备可以建立双向通信并交换数据。例如多个具有NFC功能的数字相机、手机之间可以利用NFC技术进行无线互联,实现虚拟名片或数字相片等数据交换。点对点模式的关键是把两个均具有NFC功能的设备进行连接,从而使点和点之间的数据传输得以实现。此时两个NFC设备都处于主动状态,交替产生自己的射频场。当一台设备发送数据时,它会生成射频场;另一台设备接收数据时,则暂停生成场,并通过调制现有场来回复。这种交替机制实现了双向通信。
读写模式
读写模式下NFC设备作为非接触读写器使用。处于主动状态的NFC设备产生射频场,为被动标签供电并与之通信,标签本身不需要电源。例如支持NFC的手机在与标签交互时即扮演读写器的角色,开启NFC功能的手机可以读写支持NFC数据格式标准的标签。读写模式的NFC手机可以从TAG中采集数据资源,按照一定的应用需求完成信息处理功能,有些应用功能可以直接在本地完成,有些需要与TD-LTE等移动通信网络结合完成。
这种模式的NFC应用领域包括广告读取、车票读取等。比如电影海报后面贴有TAG标签,此时用户就可以携带一个支持NFC协议的手机获取电影信息,也可以连接购买电影票。还可以支持公交车站点信息、旅游景点地图信息的获取,提高人们旅游交通的便捷性。
卡模拟模式
卡模拟模式是将具有NFC功能的设备模拟成一张被动的,无源的标签或非接触卡。例如支持NFC的手机可以作为门禁卡、银行卡等而被读取。卡模拟模式关键是使用具有NFC功能的设备模拟被动无源的非接触卡。卡模拟模式中的卡片需要对应非接触读卡器的射频域进行供电处理,这样即使NFC设备无电也可以继续工作。还可通过在NFC设备中采集数据,进而把数据传输至对应处理系统中做出有关处理。卡模拟模式广泛应用于交通,门禁者交通等非接触性移动支付当中,用户仅需把自身的手机或者其他有关的电子设备贴近读卡器,同时输入相应密码即可达成交易。
特点
技术特点
近场通信是基于RFID技术发展起来的一种近距离无线通信技术。与RFID一样,近场通信技术也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递。近场通信的传输范围比RFID小,RFID的传输范围可以达到3m,近场通信在10cm之内,相对于RFID来说近场通信具有成本低、带宽高、能耗低等特点。
近场通信技术的主要特征如下:
<1> 距离近:用于10cm以内。
<2> 频率高:工作频率13.56 MHz。
<3> 兼容性好:兼容ISO 14443,ISO 15693,Felica等标准。
<4> 应用广泛:广泛应用于电子名片,产品溯源,社交分享、移动支付,电子门禁等领域。
业务特征
由于NFC技术本身的特点,NFC业务的基本形态主要具备以下特征和优势。
<1> 操作距离短,基于NFC的应用距离一般在10cm以内,一般是人手可以触及的范围。
<2> 应用频率高:作为一种短距离无线通信技术,虽然不是一项新技术,但是这两年在国内外得到了快速发展,而以移动支付为代表的NFC应用更是逐渐深入到人们的日常生活中,因此面向NFC业务的使用将会越来越频繁。
<3> 操作过程快:基于NFC技术的信息传输属于触发式信息传输,虽然传输速率不高,但是往往要求在很短的时间内完成信息交互,因此有别于其他通信业务,面向NFC业务需要进行快速处理。
正因为基于NFC技术的业务具有操作距离短、应用频率高和操作过程快等特征,在开展NFC业务时,这些特征既带来了优势,也带来了如下几点局限性。
<1> 地域局限性:NFC技术操作距离短,主要是建立设备之间点对点的数据传输,不像普通的无线传输那样需要建立大范围的传输网络,因此每个地区能够建立相对比较独立的业务系统和传输系统,而从现有的NFC业务现状来看也恰恰证明了这一点,比如:公交系统现有的模式就是各个城市都比较独立的业务系统,而城市与城市之间无法形成互通。
<2> 行业局限性:NFC业务准入门槛较低,各行业根据自身需要很容易建立起面向某种特定业务的NFC系统,并自行进行业务运营。而各行业之间缺乏这种统一遵守的行业标准,存在互通性的问题。
<3> 业务多样性:对于用户本身来说,NFC业务是很好的建立用户现实生活与虚拟生活的一个桥梁,而用户的现实生活往往是不受地域和行业限制的。
与其他技术的比较
近距无线通信技术除NFC外,主要还包括射频识别(RFID)、蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、红外、Wi-Fi等技术。以上各项技术都有各自的特点和优点,表1给出了NFC以及其他几种短距离无线通信技术在所列频段上性能的比较。可以看出,NFC技术具有极高的安全性,在短距离通信中具有性能优势,更重要的是成本较低,因此自其2003年问世以来,得到众多企业的关注和支持。下面针对各通信技术的特点与NFC技术进行分析与比较。
<1>NFC与RFID的比较
第一,工作模式不同。NFC是将点对点通信功能,读写器功能和非接触卡功能集成在一起,而RFID则由阅读器和标签两部分组成。NFC技术既可以读取也可以写入,而RFID只能实现信息的读取以及判定。
第二,传输距离不同。NFC传输距离比RFID小的多,是一种近距离的通信方式,传输距离只有10厘米,而RFID的传输距离可以达到几米。
第三,应用领域不同。NFC更多的应用于消费类电子设备领域,在门禁、公交、手机支付等领域发挥着巨大的作用。RFID则更擅长于长距离识别,更多的被应用在生产、物流、跟踪和资产管理等方面。
<2> NFC与蓝牙的比较
NFC和蓝牙都是短程通信技术,相对于蓝牙很早就被集成到移动电话中并已经被普及,NFC最近几年才开始被集成进部分移动电话中。
第一,建立时间不同,NFC通信设置程序简单,通信建立时间很短,仅需0.1s左右;而蓝牙通信设置程序相对复杂,通信建立时间较长,大概需要6s。
第二,传输距离不同,NFC传输距离只有10cm,而蓝牙传输距离可达10m。但NFC在传输功耗和安全性方面略优于蓝牙。
第三,传输速度和工作频率不同,NFC工作频率为13.56MHz,传输速度最大424Kbit/s,而蓝牙工作频率为2.4GHz,传输速度可达2.1Mbit/s。
<3> NFC与红外的比较
NFC和红外传输相比,传输距离相当,但比红外传输速度更快,NFC传输速度最大可达424Kbit/s,而红外传输速度大概100Kbit/s。NFC传输建立时间比红外略快,NFC建立时间为0.1s,红外传输建立时间为0.5s。红外传输必须严格的对齐才能传输数据,且中间不能有障碍物,而NFC则没有这种限制,且比红外更安全可靠。
应用场景
NFC作为一种近场通信技术,其应用十分广泛。NFC应用可以大概分为四个基本场景,支付、安防、标签和充电。下面针对这四种基本应用场景进行介绍和分析。
支付应用
NFC支付主要是指带有NFC功能的手机虚拟成银行卡、一卡通等的应用。
NFC虚拟成银行卡的应用,称为开环应用。理想状态下是带有NFC功能的手机可以作为一张银行卡在超市、商场的POS机上进行刷手机消费,但目前在国内还无法完全实现。主要原因是作为开环应用下的NFC支付有着繁冗的产业链,背后的卡商、方案商的利益和产业格局博弈十分复杂。就目前国内NFC开环应用的大环境来说,由于各方面利益的博弈,NFC开环支付应用已经错过了在支付宝和微信支付等移动支付普及之前的最佳时机,不太可能再单独发展起来。NFC开环支付以后的发展只有寻求和支付宝和微信支付进行衔接和捆绑,作为支付宝和微信支付的身份认证手段,才有可能在未来的移动支付中占有一席之地。
NFC虚拟成一卡通卡的应用,称为闭环应用。目前NFC的闭环应用在国内的发展也不太理想,虽然在有些城市的公交系统已经开放了手机的NFC功能,但并没有得到普及。根本原因是以卡为载体的一卡通系统有一个发卡的获利方式,系统集成商和运营商(公交集团及学校等)在发卡上可以获得丰厚的利润。所以目前小米和华为都在一些城市试点开通手机的NFC公交卡功能,但目前都还需要开通服务费。但是随着NFC手机的普及技术的不断成熟,一卡通系统会逐渐支持NFC手机的应用,前景是乐观的,但过程是曲折的。
安防应用
NFC安防的应用主要是将手机虚拟成门禁卡、电子门票等应用。
NFC虚拟门禁卡是将现有的门禁卡数据写入手机的NFC,这样无需使用智能卡,使用手机就可以实现门禁功能,这样不仅是门禁的配置、监控和修改等十分方便,而且可以实现远程修改和配置,例如在需要时临时分发凭证卡等。NFC虚拟电子门票的应用是在用户购票后,售票系统将门票信息发送给手机,带有NFC功能的手机可以将门票信息虚拟成电子门票,检票时直接刷手机即可。
NFC在安防系统的应用是今后NFC应用的重要领域,前景十分广阔。因为在这个领域可以直接为该技术使用者带来经济利益,让他们更有动力进行现有设备和技术的升级。因为使用手机虚拟卡,可以减少门禁卡或者磁卡式门票的使用,直接降低使用成本,另外还可以适当提高自动化程度,降低人员成本和提升效率。
标签应用
NFC标签的应用就是把一些信息写入一个NFC标签内,用户只需用NFC手机在NFC标签上挥一挥就可以立即获得相关的信息。例如商家可以把含有海报、促销信息、广告的NFC标签放在店门口,用户可以根据自己的需求用NFC手机获取相关的信息,并可以登录社交网络、和朋友分享细节或好东西。
虽然NFC标签在应用上十分便捷,成本也很低,但在目前移动网络的普及和二维码的逐渐流行,NFC标签的应用前景不容乐观。因为和NFC标签相比,二维码只需要生成和印刷成一个小图像,可以说几乎是零成本,提供的信息和NFC一样很丰富,很容易就会替代NFC标签的应用。
充电应用
基于目前所掌握的无线充电中NFC技术专利申请的总体情况,其技术发展趋势与NFC技术基本保持一致。由于NFC无线通信技术存在传输功率很小的缺点,在充电应用中存在劣势,因此NFC无线充电技术甚至稍滞后于NFC技术的发展。
NFC技术一般通过终端来实现其应用,无线终端的电源续航特性也属于研究的一大重点,而在此基础上无线充电技术应运而生。针对NFC无线充电技术,一方面是由NFC技术自身特性所衍生的有关签名、鉴权、电源效率方面的改进。另一方面由于其他无线充电技术,例如基于电磁感应以及磁共振的技术,相对较为成熟和完善,其他无线充电研究领域的改进也在NFC充电技术上有所应用,例如天线形式的调整,电磁屏蔽问题的研究。
NFC充电天线的发展方向主要是降低干扰,增大通信距离和小型化。出于对小型化、终端设备外形等因素的考虑,环形NFC天线在长期内被大量使用。2010年后随着天线技术的进一步开发,一些三维结构、特殊几何形状的天线也逐步被应用到NFC充电中。针对终端设备多频段的需求,天线在形状的改进上出现了双结构的环形NFC天线。然而对此问题,人们更多采用了匹配电路来进行调整。匹配电路的调整方向较为多样化,同时可以起到减小天线尺寸、增强信号、减小干扰的作用。
早期充电管理策略基本是针对降低电源功耗而设计的,随着NFC充电技术的出现,其中对于电源监控的各项策略被转用到NFC充电策略中。在对于终端设备的电特性进行监测从而合理安排充电的各项技术中,监测残余电量的技术方案被很快提出,基于终端设备和充电器的距离来启动充电的技术方案出现稍晚,并且两者在2011年被扩展到了多终端的领域,与其他无线充电技术相比步伐相对一致。对于可以监测的电流、温度等其他技术参数,NFC技术也提出了对终端进行保护的技术方案。
风险与防护
使用风险
近场通信技术在实际使用过程中存在一些需要警惕的风险。例如有的诈骗分子会要求受害者下载自制的带有手机木马病毒的App,并诱导受害人将手机与银行卡贴靠,通过NFC功能使银行卡信息与涉诈App绑定,直接读取并转移卡内资金。
近些年所发生的盗刷案件中受害者多数出现的手机黑屏也与此有关。黑屏的过程就是诈骗分子掩盖转账行为,盗刷银行卡的关键步骤。诈骗分子利用涉诈App中的木马病毒,远程操作受害人的手机,实现所谓的黑屏。事实上此时手机仍在正常运行,诈骗分子正在表面黑屏的手机上进行绑卡、转账操作,实施盗刷。
防护措施
首先,陌生电话需警惕,可疑App勿下载。如果接到自称“客服”的电话,务必核实其真实身份;如遇陌生的个人手机号码或“00”“+”开头的境外号码来电,应提高警惕;切勿点击陌生链接或下载可疑App。
其次,学会正确使用NFC功能。日常无须使用时,通过手机设置关闭NFC功能;避免随意通过NFC功能进行陌生支付操作,谨防被盗刷。下载软件时,要关闭不必要的权限,确保没有恶意软件获得NFC权限。
同时,强化支付安全设置。启用指纹/面部识别支付,设置复杂密码,关闭免密支付,或尽量降低免密支付额度。
当手机黑屏或被控制时,不仅要拔掉电话卡,也要及时断掉家里的无线网络,并且马上拨打银行客服电话,冻结银行卡并报警。同时,受害人还可以通过使手机强行重新启动的办法,打断转账操作。
典型案例
2025年6月,央视曝光手机 NFC 盗刷信用卡新套路。张先生收到银行短信,信用卡产生多笔大额消费,累计支出7万多元。警方抓获了一个25人盗刷团伙。犯罪嫌疑人购买大量具有NFC功能的手机,激活手机中的电子钱包。同时,通过群发“ETC异常需登陆恢复”等诈骗短信,诱导被害人在钓鱼网站填写卡号、验证码等信息,再将这些信息绑定到电子钱包,利用NFC功能实施盗刷。
2025年7月,江西九江警方破获了一起手机复制银行卡异地盗刷案,二名犯罪嫌疑人非法转移资金达80余万元。警方发现,犯罪嫌疑人下载恶意软件,趁受害者不备,将受害者的银行卡贴在自己的手机上,通过NFC功能,就能获取银行卡信息。目前案件仍在进一步侦办中。
参考资料
最新修订时间:2025-12-19 16:12
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