基于NFC架構(gòu)的HCE研究報(bào)告

基于NFC架構(gòu)的HCE研究匯報(bào)一、HCE簡(jiǎn)介2月19日，VISA宣布將基于HCE技術(shù)提供VISA賬戶的安全托管云服務(wù)，更新旗下非接支付原則payWave以兼容HCE，并推出對(duì)應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)包SDK供第三方開(kāi)發(fā)基于云的移動(dòng)支付和移動(dòng)銀行應(yīng)用，未來(lái)還將整合QR碼和應(yīng)用內(nèi)支付等功能。同日，萬(wàn)事達(dá)宣布將推出支持HCE的技術(shù)規(guī)范，該技術(shù)規(guī)范將基于此前萬(wàn)事達(dá)與CapitalOne、BancoSabadell在美國(guó)、歐洲的試點(diǎn)成果。圖1：HCE模式示意圖HCE（HostCardEmulation）技術(shù)又稱為主機(jī)模擬卡片技術(shù)，最初由美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)SimplyTapp提出并開(kāi)發(fā)，該企業(yè)也是目前已知唯一的HCE服務(wù)提供商。HCE模式下老式NFC的實(shí)體安全模塊SE被遠(yuǎn)程托管的云端SE（CloudSecureElement或SEontheCloud）所取代（如圖1所示），移動(dòng)設(shè)備雖然沒(méi)有SE模塊也可實(shí)現(xiàn)安全的NFC應(yīng)用，如支付、營(yíng)銷和門(mén)禁等。HCE技術(shù)的提出對(duì)移動(dòng)支付將是一種潛在的巨大變化，通過(guò)該技術(shù)未來(lái)支持該服務(wù)的所有NFC智能手機(jī)的任何應(yīng)用程序?qū)⒍伎梢猿洚?dāng)手機(jī)錢(qián)包。11月，google公布了最新的Android4.4KitKat系統(tǒng)，并將HCE技術(shù)植入其中,與此同步，google還將同有NFC淵源的google錢(qián)包與HCE技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用在最新推出的Nexus5智能手機(jī)當(dāng)中?？紤]到安卓系統(tǒng)的市場(chǎng)滲透率和更新速度，HCE有望在今年實(shí)現(xiàn)普及IDC和Google數(shù)據(jù)顯示，安卓系統(tǒng)在全球智能手機(jī)的市場(chǎng)份額已超過(guò)80%，KitKat目前占安卓系統(tǒng)的比例為1.1%。。黑莓BlackBerry10是最早支持HCE的移動(dòng)端操作系統(tǒng)，蘋(píng)果未來(lái)也許基于A7處理器內(nèi)置的SecureEnclave模塊搭建自己的HCE平臺(tái)。同步，西班牙Bankinter銀行已計(jì)劃推出基于HCENFCIDC和Google數(shù)據(jù)顯示，安卓系統(tǒng)在全球智能手機(jī)的市場(chǎng)份額已超過(guò)80%，KitKat目前占安卓系統(tǒng)的比例為1.1%。二、HCE技術(shù)原理（一）HCE構(gòu)成部分HCE技術(shù)可廣泛用于金融、交通、教育、醫(yī)療等行業(yè)，本文以金融行業(yè)老式的近場(chǎng)支付來(lái)闡明HCE的技術(shù)原理。圖2HCE移動(dòng)支付模式原理如圖2所示，在HCE處理方案中大體包括三個(gè)構(gòu)成部分，分別是云端的SE平臺(tái)、顧客手機(jī)端的支付APP應(yīng)用和位于老式商戶POS。云端的SE平臺(tái)：HCE模式中的發(fā)卡方（銀行）SE云平臺(tái)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)顧客憑證（Credential），該憑證的意義根據(jù)所在行業(yè)的不一樣而不一樣，對(duì)于銀行來(lái)說(shuō)，憑證即是一張信用卡或借記卡，該卡假如是芯片卡，則憑證的意義就是一種卡片應(yīng)用（Applet），例如PayPass等。支付APP應(yīng)用：該應(yīng)用位于顧客手機(jī)端，包括一種稱為卡片應(yīng)用代理（Agency）的模塊，該模塊是位于云端卡片應(yīng)用在手機(jī)APP上的“代理人”，重要負(fù)責(zé)與近場(chǎng)的POS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播，當(dāng)需要卡片數(shù)據(jù)時(shí)向云端的卡片應(yīng)用發(fā)一種祈求，卡片應(yīng)用在收到祈求后，根據(jù)有關(guān)規(guī)范的規(guī)定返回?cái)?shù)據(jù)。同步，為了使手機(jī)與POS之間的交易速度加緊，代理模塊同步支持?jǐn)?shù)據(jù)緩沖功能和批處理功能，以減少APP與云端SE的數(shù)據(jù)傳播次數(shù)。商戶POS終端：HCE的一種比較突出的長(zhǎng)處就是不需要對(duì)既有POS終端進(jìn)行任何軟件或硬件的改造，完全符合既有的EMV、PBOC等交易流程。（二）Android系統(tǒng)NFC指令路由如下圖3所示，每個(gè)HCE服務(wù)是一種APP應(yīng)用，分別對(duì)應(yīng)一種卡片應(yīng)用（代理）。當(dāng)APP在創(chuàng)立和安裝時(shí)（個(gè)人化），需要在手機(jī)Android系統(tǒng)中注冊(cè)一種AID或一組AID。當(dāng)NFC讀卡器發(fā)來(lái)選擇應(yīng)用指令時(shí)，Android系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)選擇命令中的AID在已注冊(cè)的AID列表中尋找匹配項(xiàng)，如找到匹配項(xiàng)，則將此應(yīng)用選擇指令以及后續(xù)的APDU指令均發(fā)往對(duì)應(yīng)HCE服務(wù)。當(dāng)讀卡器再次發(fā)來(lái)應(yīng)用選擇指令后，該HCE服務(wù)被關(guān)閉，同步激活與目前應(yīng)用選擇指令中AID匹配的HCE服務(wù)。圖3：HCE服務(wù)指令路由（三）Android顧客數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制支持HCE的Android4.4系統(tǒng)，重要通過(guò)如下機(jī)制來(lái)保證顧客數(shù)據(jù)的安全：1、APDU防竊聽(tīng)控制：Android4.4系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)控制來(lái)保證HCE服務(wù)接受到的指令一定來(lái)自讀卡器，而從應(yīng)用中發(fā)送的APDU響應(yīng)只能送往NFC讀卡器。2、顧客應(yīng)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：系統(tǒng)通過(guò)Sandbox功能保護(hù)顧客數(shù)據(jù)安全，通過(guò)該功能，APP應(yīng)用數(shù)據(jù)與代碼運(yùn)行與其他APP應(yīng)用相隔離。3、訪問(wèn)控制：系統(tǒng)基于安全的應(yīng)用架構(gòu)，通過(guò)加密、權(quán)限、安全I(xiàn)PC來(lái)控制數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。4、文獻(xiàn)系統(tǒng)加密：通過(guò)加密的文獻(xiàn)系統(tǒng)來(lái)保證設(shè)備在丟失后數(shù)據(jù)不丟失。5、基于顧客授權(quán)的訪問(wèn)控制。三、HCE與老式NFC技術(shù)比較（一）NFC老式技術(shù)工作模式：老式的NFC技術(shù)需要依賴于一種物理硬件安全單元（SE）來(lái)保證存儲(chǔ)顧客憑證（Credential）等關(guān)鍵信息，常見(jiàn)的老式NFC處理方案如NFC-SIM,NFC-SD以及NFC手機(jī)等等。由于顧客圖4老式NFC模式與HCE模式比較憑證儲(chǔ)存在SE模塊中，移動(dòng)設(shè)備的操作系統(tǒng)并不參與其中，意味著雖然在關(guān)機(jī)狀態(tài)下也可完畢交互。重要長(zhǎng)處：從技術(shù)上看，老式的基于SE物理模塊的NFC技術(shù)由于采用了物理上與手機(jī)和操作系統(tǒng)隔離的方式，因此在安全上可以保證SE中敏感信息不被非法訪問(wèn)和篡改，同步在管理上也便于SE的發(fā)卡主體、通信運(yùn)行商、手機(jī)廠商的分開(kāi)管理，有助于NFC技術(shù)在支付領(lǐng)域的推廣。重要缺陷：由于SE芯片的物理特性，該模式也存在有一定局限性：例如SE的芯片存儲(chǔ)空間較小，無(wú)法開(kāi)發(fā)深度整合的支付app例如GoogleNexusS自帶的SE芯片儲(chǔ)存空間僅為72KB。；SE的數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度較慢，憑證的導(dǎo)入過(guò)程較為復(fù)雜；移動(dòng)終端、運(yùn)行商、TSM和SE之間存在兼容性問(wèn)題等；SE內(nèi)置在手機(jī)中后使得NFC手機(jī)與讀卡器之間的非接磁場(chǎng)感應(yīng)距離變短，影響了例如GoogleNexusS自帶的SE芯片儲(chǔ)存空間僅為72KB。（二）HCE技術(shù)工作模式：HCE屬于NFC技術(shù)的一種，但與老式的NFC技術(shù)不一樣的是，HCE不需要移動(dòng)設(shè)備配置SE模塊，也被稱為軟件卡片模擬（SoftwareCardEmulation）。在NFC控制器的指導(dǎo)下，移動(dòng)設(shè)備的操作系統(tǒng)或app直接與外部非接讀卡器進(jìn)行信息交互。顧客憑證除可以儲(chǔ)存在云端外（SimplyTapp作為SE云服務(wù)提供商），也可以儲(chǔ)存在當(dāng)?shù)卦O(shè)備內(nèi)存中（例如相對(duì)安全的可信執(zhí)行環(huán)境TEE4）。重要長(zhǎng)處：從發(fā)卡上看，HCE最大的長(zhǎng)處在于使NFC技術(shù)掙脫了對(duì)物理SE模塊的依賴，理論上，任何一種APP應(yīng)用程序通過(guò)一定認(rèn)證均可以作為一種電子錢(qián)包通過(guò)NFC完畢支付，因而支持在手機(jī)上加載多種NFC應(yīng)用，包括移動(dòng)支付、單用途預(yù)付卡和門(mén)禁卡等。同步由于發(fā)卡主體無(wú)需再去管理和采購(gòu)SE模塊，TSM平臺(tái)不再是必須選項(xiàng)，因此也減少了發(fā)卡方的運(yùn)行管理成本；從受理上看，HCE技術(shù)兼容EMV終端的受理，存量的EMV終端無(wú)需做任何改造就可以直接復(fù)用，降級(jí)了HCE的布署成本。從產(chǎn)業(yè)鏈上看，HCE技術(shù)的出現(xiàn)簡(jiǎn)化了復(fù)雜繁復(fù)的NFC移動(dòng)支付產(chǎn)業(yè)鏈，使得銀行或卡組織掙脫了長(zhǎng)期SE由電信運(yùn)行商掌控的局面，通過(guò)將SE置于云端，真正獲得了對(duì)于SE的自主控制權(quán)。重要缺陷：雖然已經(jīng)有VISA、萬(wàn)事達(dá)以及歐洲部分銀行開(kāi)始支持HCE的移動(dòng)支付，但目前HCE仍然缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用模式和通過(guò)認(rèn)證技術(shù)原則，HCE技術(shù)尚未得到國(guó)際社會(huì)的廣泛承認(rèn)。除此之外，HCE技術(shù)的安全性也尚未通過(guò)廣泛的認(rèn)證，其可靠性存疑。同步，由于HCE有賴于云端SE的支持，因此在與讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播時(shí)需同步保證移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的暢通，這在一定程度上影響了交易性能和顧客體驗(yàn)。此外，歐洲某些TSMSE的堅(jiān)定支持者質(zhì)疑HCE能否到達(dá)NFC-SIM卡以及其他智能卡技術(shù)的安全級(jí)別，畢竟智能卡技術(shù)在開(kāi)環(huán)支付當(dāng)中已經(jīng)使用了將近?；诖耍瑢?duì)于目前的HCE，閉環(huán)支付服務(wù)仍然是重要的戰(zhàn)場(chǎng)，閉環(huán)當(dāng)中的支付，不需要太高的安全規(guī)定，不過(guò)到了開(kāi)放支付，安全規(guī)定將是十分嚴(yán)格的。而開(kāi)放式的支付服務(wù)仍然以老式的NFCSE技術(shù)應(yīng)用為主。四、對(duì)支付產(chǎn)業(yè)各方的影響老式的實(shí)體SE需內(nèi)嵌在SIM卡、手機(jī)終端或SD卡中，必然受制于移動(dòng)運(yùn)行商、終端制造商或金融機(jī)構(gòu)，而基于云端SE的HCE將終止上述各方有關(guān)NFC主導(dǎo)權(quán)的爭(zhēng)奪，有望處理NFC全球范圍的普及難題。老式以SE為關(guān)鍵的移動(dòng)近場(chǎng)支付產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)重構(gòu)。老式NFC-SIM模式下，SE的訪問(wèn)權(quán)限一般由移動(dòng)運(yùn)行商掌控；HCE模式下，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)搭建SE云服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，移動(dòng)運(yùn)行商降為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，卡企業(yè)及發(fā)卡機(jī)構(gòu)控制云端SE訪問(wèn)權(quán)限。此外，由于HCE不需要TSM進(jìn)行多方協(xié)調(diào)（例如對(duì)接不一樣的安全載體發(fā)行方和應(yīng)用提供方之間），以及SE生命周期管理，因此TSM平臺(tái)不再是NFC移動(dòng)支付必須依賴的基礎(chǔ)設(shè)施。對(duì)于Google來(lái)說(shuō)，其但愿通過(guò)HCE打破運(yùn)行商對(duì)GoogleWallet業(yè)務(wù)發(fā)展的桎梏，向第三方開(kāi)發(fā)者開(kāi)放則意味著，PayPal、Square等支付創(chuàng)新企業(yè)可以此搭建各自的HCE產(chǎn)品方案，NFC近場(chǎng)支付的門(mén)檻深入減少。對(duì)于VISA、萬(wàn)事達(dá)以及發(fā)卡機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，HCE通過(guò)短路運(yùn)行商加速NFC普及，且由于無(wú)需向運(yùn)行商支付費(fèi)用，其發(fā)卡和交易成本有所減少。同步，VISA、萬(wàn)事達(dá)均表達(dá)將結(jié)合支付Tokenisation（在本文中也稱為令牌）技術(shù)增強(qiáng)HCE模式下的移動(dòng)支付安全，支付Tokenisation化的普及不僅將變化既有銀行卡賬戶體系和線上支付產(chǎn)品形態(tài)，還可為卡組織提供更豐富的數(shù)據(jù)，如持卡人的身份信息、交易信息以及附加信息等。對(duì)于商戶來(lái)說(shuō)，HCE不僅是支付處理方案，還是會(huì)員管理和營(yíng)銷工具，包括替代原有單用途預(yù)付卡、會(huì)員卡體系，加載優(yōu)惠券、積分等增值應(yīng)用，可深入加強(qiáng)與消費(fèi)者的聯(lián)絡(luò)。對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，HCE不需要移動(dòng)設(shè)備更換特定的SIM卡，后期升級(jí)也不需要移動(dòng)運(yùn)行商參與，減少了卡片使用和維護(hù)成本。五、HCE技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)從目前可查閱的信息來(lái)看，HCE技術(shù)的應(yīng)用仍然不夠廣泛，目前重要只在歐洲得到小規(guī)模的應(yīng)用，如西班牙Bankinter銀行。但由于HCE技術(shù)的種種優(yōu)勢(shì)（前文已述），該技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的重視。在巴塞羅那MWC大會(huì)當(dāng)中，Visa和萬(wàn)事達(dá)兩大支付網(wǎng)絡(luò)對(duì)HCE的態(tài)度相稱積極，并且Visa和萬(wàn)事達(dá)方面認(rèn)為，通過(guò)HCE使用VisapayWave和萬(wàn)事達(dá)PayPass可以像NFC-SIM卡或其他SE同樣安全，種種跡象表明，質(zhì)疑也不能制止HCE的發(fā)展，目前越來(lái)越多的支付卡網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始推出HCE服務(wù)，繞開(kāi)運(yùn)行商等某些實(shí)體SE的存在，縮短產(chǎn)業(yè)鏈，大規(guī)模推行HCE移動(dòng)支付也將成為可行方案。圖5：payWave云端支付處理方案為了保證HCE交易的安全性，控制潛在的風(fēng)險(xiǎn)，VISA、萬(wàn)事達(dá)正在考慮將Tokenisation技術(shù)與HCE技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，在一定程度上保證顧客憑證及敏感信息的安全見(jiàn)本文第六章所述。。2月19日，VISA宣布將基于HCE技術(shù)提供VISA賬戶的安全托管云服務(wù)，更新旗下非接支付原則payWave以兼容HCE，并推出對(duì)應(yīng)的軟件開(kāi)發(fā)包SDK供第三方開(kāi)發(fā)基于云的移動(dòng)支付和移動(dòng)銀行應(yīng)用，未來(lái)還將整合QR碼和應(yīng)用內(nèi)支付等功能。同日，萬(wàn)事達(dá)宣布將推出支持HCE的技術(shù)規(guī)范，該技術(shù)規(guī)范將基于此前萬(wàn)事達(dá)與CapitalOne、BancoSabadell見(jiàn)本文第六章所述。本次Visa公布的基于安全云端的VisapayWave非接觸支付賬戶處理方案（如圖5所示），可以同步支持發(fā)行支付令牌碼(Tokenisation)，以取代原16位數(shù)字的支付賬號(hào)，可以在限定的設(shè)備、支付渠道或商戶使用。據(jù)理解，目前VISA、萬(wàn)事達(dá)、美運(yùn)正在聯(lián)合推進(jìn)EMVCo將Tokenisation技術(shù)納入到EMVCo技術(shù)原則中，從這個(gè)角度來(lái)看，HCE與Tokenisation的結(jié)合的模式將會(huì)使此后HCE技術(shù)在開(kāi)放式支付網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的重要形式。六、下一步工作的提議如前文所述，HCE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以縮短N(yùn)FC移動(dòng)支付產(chǎn)業(yè)鏈，使銀聯(lián)和銀行掙脫電信運(yùn)行商對(duì)SIM卡控制，發(fā)揮銀聯(lián)在移動(dòng)支付領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，符合銀聯(lián)的主線利益。因此提議，銀聯(lián)應(yīng)親密關(guān)注HCE技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)EMVCO的平臺(tái)加強(qiáng)與Visa和萬(wàn)事達(dá)的溝通，將以HCE技術(shù)為基礎(chǔ)的移動(dòng)支付產(chǎn)品處理方案提到企業(yè)戰(zhàn)略高度進(jìn)行研究。在HCE模式的產(chǎn)業(yè)鏈中，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)占有極大優(yōu)勢(shì)。目前VISA、萬(wàn)事達(dá)正在積極推進(jìn)并推出有關(guān)規(guī)范原則，以保證卡組織相對(duì)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的權(quán)益。同步，VISA、萬(wàn)事達(dá)作為EMV組員正在積極推進(jìn)支付令牌（Tokenisation）納入EMV原則體系，以更好地維護(hù)卡組織權(quán)益。銀聯(lián)作為EMV組員應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)并積極參與有關(guān)原則制定，保證銀聯(lián)權(quán)益，在也許的狀況下，優(yōu)化銀聯(lián)在國(guó)內(nèi)移動(dòng)支付市場(chǎng)發(fā)展方略，提高銀聯(lián)市場(chǎng)份額。詳細(xì)提議如下：（一）產(chǎn)品原型研發(fā)：提議由產(chǎn)品部門(mén)牽頭，聯(lián)合移動(dòng)支付部、互聯(lián)網(wǎng)部等部門(mén)，加大對(duì)HCE有關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)研究力度，結(jié)合銀聯(lián)既有的互聯(lián)網(wǎng)支付、手機(jī)支付、非接IC卡支付等平臺(tái)與產(chǎn)品，以HCE技術(shù)與令牌技術(shù)相結(jié)合為實(shí)現(xiàn)手段，以云端SE和令牌為安全保證，聯(lián)合開(kāi)發(fā)中心與有關(guān)廠商，開(kāi)發(fā)基于HCE的銀聯(lián)閃付產(chǎn)品系統(tǒng)原型（參見(jiàn)圖6）。圖6：HCE與令牌技術(shù)結(jié)合構(gòu)思圖（二）創(chuàng)新技術(shù)原則：親密跟蹤EMVCo的技術(shù)原則更新動(dòng)態(tài)，運(yùn)用EMVCo的平臺(tái)加強(qiáng)與Visa和萬(wàn)事達(dá)在技術(shù)上的