基于NFC技术的校园手机一卡通系统研究

杨 华



基于NFC技术的校园手机一卡通系统研究

杨 华

豫章师范学院，江西 南昌 330006

目前我国校园中使用的校园一卡通一般不具备人机交互功能，智能化程度较低。为此，提出了一种NFC技术的校园手机一卡通系统，通过手机的操作系统实现校园一卡通与使用者之间的交互。此系统由应用平台、管理平台和服务平台三层架构组成，加入了数据加密算法，具备多种实用的功能，充分发挥了NFC技术的优点，使校园一卡通的智能化程度进一步提高，可以为数字校园的建设提供有价值的参考。

NFC技术；校园一卡通；智能手机

引言

当前，我国高校中广泛使用的校园卡以IC卡为主。IC卡功能几乎可以满足在校学生日常学习和生活的各项活动，包括身份认证、考勤、校内消费等，大大简化了高校的学生管理活动。这些校园卡以IC芯片为核心，结合单片机、微电子、数据库等电子和信息技术，完成了一卡通所承载的一系列功能[1]。随着技术的发展及高校对一卡通使用要求的提高，近年近距离无线通信（Near Field Communication，NFC）技术开始流行并开始应用于部分高校。与传统IC卡不同，NFC技术具有非接触、无线识别、设备互联等特点，与物联网中广泛应用的RFID技术十分类似，但其成本大大减少，使设备之间的互联变得更加快捷方便，尤其是在近距离通信方面，NFC技术有着极为明显的优势[2]。为此，本文设计了一种基于NFC技术的校园手机一卡通系统，通过卡片内部的高性能CPU和COS微型操作系统，使其功能得到了扩展。本系统的创新点在于实现了校园卡的人机交互功能，使校园卡的使用变得更加灵活，对我国高校数字校园的建设有着重要的意义。

1 系统总体设计

校园一卡通作为一个综合性的应用平台，集成了不同的服务类型，需要与不同的平台进行交换，具有明确的异构性特征[3]。为了使系统结构简洁而合理，本文将NFC校园手机一卡通的总结结构分为三个层次，分别与三个平台系统进行交换，即一卡通应用平台、一卡通管理平台和运营商服务平台。为了提高一卡通的智能化程度，手机卡技术由先进的SIMPASS技术来实现。SIMPASS技术不但具有一般SIM卡的所有功能，还可以无线射频信号完成与外部系统的数据通信，以提升其非接触式和智能化属性。当需要使用一卡通时，只需要将手机贴近业务平台上的电子标签，就可以轻松读取NFC内部的存储的数据。一卡通管理中心负责对校园卡所有业务进行统一管理，对于消费功能，则通过手机卡的移动通信功能将数据发展到第三方支付平台，完成实时结算业务。基于NFC技术的校园手机一卡通系统系统的总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 数据加密设计

校园卡具有身份验证、移动支付等敏感功能，携带了学生个人的大量隐私数据，但是在当前复杂的使用环境下，校园一卡通有着很大的数据被窃听的风险[4]。因此保证校园一卡通数据的安全性是本系统设计的重要环节之一。本文采用了多种数据安全策略来保证卡数据不被窃听和篡改。

第一，考虑到所有的校园一卡通均由中心服务器来进行数据交换，因此服务器是数据安全的重要节点，采用了数据加密、报文论证两种方法对NFC标签进行安全防护。手机与NFC标签之间的数据传输只能在经过安全防护的信道中进行，保证了信息传输过程中的准确性、完整性和安全性。第二，一卡通系统中的各个功能模块采用了写卡器把签名信息封装起来，通过加密使其对外不可见，移动手机终端只需要在网上下载相应的安全证书并安装好，就可以实现各功能模块的安全传输。这样一来，每次在数据传输的过程中，都必须对标签中的签名进行验证，一旦发现签名错误，就会受到系统的拒绝，因而防止了非法窃取数据。

3 一卡通应用系统设计

NFC技术的主要特征是近距离通信。通信距离一般不能超过10 cm，一般具备读卡器、卡模拟和点对点三种工作方式。读卡器实际上是一种主动的工作模式。手机终端就是读卡设备，可以主动读取外部电子标签数据；卡模拟方式就是把NFC终端当成一张卡片，由于读书器射频域本身有一定的电量，因此无须专门供电也能正常使用，通过移动支付、身份论证等功能完成数据交换；通过数据相连，NFC终端还可以实现与PC机的点对点通信，直接在两个终端之间传输数据。

3.1 移动支付

当在前的近场移动支付领域中，NFC技术已成主流，使用者随时随地都可以实现消费，即使没有移动网络也不影响正常支付行为。这是因为本系统的移动支付本质上属于一种本地设备通信，NFC和POS机、刷卡机等设备组成近场无线局域网络，实现局部数据交换。另外，由于终端植入了SIM卡，因此也可以当成一般的移动支付工具，但手机欠费并不影响一卡通的正常使用。移动网络可以完成银行服务平台与NFC终端之间的数据交换。

3.2 身份认证

由于NFC可以结合安全元件一起使用，并且其通信距离恰好与身份认证场合的应用要求相一致，已成为当前高校考勤和门禁系统身份认证主要技术。目前该功能广泛应用于各大高校的图书馆借阅管理、机房使用管理、出勤考核管理以及餐饮消费等领域，可以对各种校园活动进行记录、分析和统计，使学生管理和教学管理更加方便快捷，大大提高了学校的运行效率和管理水平。

3.3 数字图书馆

传统图书馆一般通过普通二维码标签来对图书进行标号管理。只有图书馆专用扫描设备才能实现信息的交换。在传统图书上使用NFC技术植入芯片，将大大改变当前的图书借阅方式。NFC技术不但可以完成最基本的图书标识功能，更可以延伸至公告信息、新书上架信息、图书内容简介等功能，并且无须借助图书专用扫描设备，只需要通过自己的NFC手机终端即可与图书芯片进行数据传输。此外，由于手机终端的引入，还可以把与图书有关的视频、游戏等互动信息植入手机，用户扫描相应图书后即可呈现，为数字图书馆带来更加丰富多彩的体验。

4 结论

本文通过NFC技术的应用，对传统的校园一卡通系统进行了重新设计，引入了安全数据传输、工作模式切换、移动支付等功能，使传统的校园一卡通在功能上得到了进一步的完善，数据传输更加安全，使用起来更加方便快捷。随着NFC技术的发展，NFC校园手机一卡通成为各大高校应用的一种趋势，是建设数字校园和智能化校园综合管理的重要技术手段。当然，基于NFC的校园手机一卡通技术的应用还远未成熟，目前仍处于初级应用阶段，在设备性能和可靠性上均需要进一步完善和深入研究，但NFC技术在校园一卡通系统中的应用潜力是显而易见的。

[1]杨森，杨娜. 浅析高校校园一卡通应用现状及发展趋势[J]. 经贸实践，2018（8）：220-221.

[2]顾炜江. 校园一卡通应用NFC数据处理技术研究综述[J]. 中国教育信息化，2014（6）：80-81.

[3]王小娟，黄协，张成. 基于数字化校园的校园一卡通构建[J]. 中国新通信，2017，19（1）：122-123.

[4]樊颖军. 基于安全性的智慧校园一卡通技术研究[J].自动化与仪器仪表，2016（10）：223-224.

Research on Campus Mobile Phone Card System Based on NFC Technology

Yang Hua

Yuzhang Normal College, Jiangxi Nanchang 330006

At present, the campus card used in China’s campus generally does not have human-computer interaction function, and its intelligence is low. To this end, a campus mobile phone card system based on NFC technology is proposed, which realizes the interaction between the campus card and the user through the operating system of the mobile phone. The system consists of three layers of application platform, management platform and service platform. It has added data encryption algorithm and has many practical functions. It fully utilizes the advantages of NFC technology and further enhances the intelligence of campus card, which provides a valuable reference for the construction of digital campus.

NFC technology; campus card; smart phone

TN929.5

A

杨华（1984—），男，汉族，江西乐平人，豫章师范学院网络工程师，硕士学位，主要研究方向是现代教育技术的教育教学、高校各设备的研究与应用。