湛維昭， 張 森

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司， 廣州 510010)

基于金融標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)支付技術(shù)在寧波軌道交通的應(yīng)用

湛維昭， 張 森

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司， 廣州 510010)

隨著移動(dòng)支付技術(shù)的發(fā)展，快捷便利的支付方式成為城市軌道交通廣大乘客對運(yùn)營服務(wù)水平的迫切需求。分析寧波城市軌道交通實(shí)現(xiàn)手機(jī)移動(dòng)支付的基本條件，即：手機(jī)終端內(nèi)置近距離無線通信芯片、AFC系統(tǒng)能夠識(shí)別處理IC卡數(shù)據(jù)及清分中心系統(tǒng)與手機(jī)之間的數(shù)據(jù)處理，重點(diǎn)介紹SWP-SIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式、AFC系統(tǒng)讀卡器選型、交易信息安全保障機(jī)制和基于金融標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃等工程實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)及重難點(diǎn)，描述軌道交通實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付功能的基本業(yè)務(wù)流程。

城市軌道交通； 金融標(biāo)準(zhǔn)； qPBOC3.0標(biāo)準(zhǔn)； 手機(jī)移動(dòng)支付； 自動(dòng)售檢票

1 研究背景

移動(dòng)支付是指允許移動(dòng)用戶使用其移動(dòng)終端(通常是指手機(jī))對所消費(fèi)的商品或服務(wù)進(jìn)行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。繼銀行卡類支付、網(wǎng)絡(luò)支付后，手機(jī)支付儼然成為新寵。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和近距離手機(jī)支付技術(shù)的快速發(fā)展，以及國內(nèi)三大移動(dòng)運(yùn)營商對移動(dòng)近距離支付應(yīng)用的大力推廣，手機(jī)移動(dòng)支付的應(yīng)用普及已經(jīng)勢不 可 擋?；?于 金融標(biāo)準(zhǔn)的IC卡[1]以智能、安全、便捷及多應(yīng)用等特點(diǎn)受 到 世 界 各 國 的 重 視。2013年2月中國人民銀行發(fā)布《中國金 融 集 成 電 路(IC)卡規(guī)范(V3.0)》(以下簡稱qPBOC3.0)，同年總行批準(zhǔn)寧波市民卡作為全國金融多應(yīng)用首批試點(diǎn)城市開展相關(guān)應(yīng)用推廣工作。與此同時(shí)，隨著寧波軌道交通工程建設(shè)的進(jìn)行，寧波軌道交通首次將手機(jī)NFC(近距離無線通信芯片)支付技術(shù)、城市一卡通技術(shù)、金融qPBOC3.0技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通自動(dòng)售檢票(AFC)[2-3]領(lǐng)域，并成功建設(shè)和開通運(yùn)營，以傳統(tǒng)支付方式無法比擬的優(yōu)勢為乘客帶來更快捷、更安全的支付體驗(yàn)。寧波在基于金融qPBOC3.0標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)移動(dòng)支付技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通方面取得了一定的成功。

2 城市軌道交通實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付的基本條件

城市軌道交通為實(shí)現(xiàn)手機(jī)移動(dòng)支付功能，在設(shè)計(jì)和工程建設(shè)時(shí)需具備以下基本條件。

1) 市民手機(jī)終端需內(nèi)置近距離無線通信芯片(near field communication，NFC)。NFC技術(shù)[4]是一種短距高頻的無線電技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)和被動(dòng)兩種讀取模式，通信指標(biāo)與軌道交通通用讀卡器/票卡指標(biāo)相符。

2) 當(dāng)移動(dòng)支付作為一種新的支付方式后，手機(jī)票將作為一類新票種集成進(jìn)入軌道交通AFC系統(tǒng)。AFC系統(tǒng)能夠識(shí)別處理基于金融標(biāo)準(zhǔn)的IC卡數(shù)據(jù)，并對手機(jī)中相關(guān)的交易數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3) 城市軌道交通的線網(wǎng)清分中心系統(tǒng)還需新增與手機(jī)/銀行卡數(shù)據(jù)管理中心(寧波為市民卡管理數(shù)據(jù)中心)的數(shù)據(jù)通信接口，在與軌道交通相關(guān)的手機(jī)移動(dòng)支付中，對其交易數(shù)據(jù)進(jìn)行清分處理。

3 工程實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)及重難點(diǎn)

基于金融標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)支付技術(shù)要在軌道交通取得成功應(yīng)用，需對以下關(guān)鍵技術(shù)和重難點(diǎn)進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)解決方案，如圖1所示。

圖1 AFC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付的關(guān)鍵技術(shù)及數(shù)據(jù)處理流程示意Fig.1 Flow diagram of key technology and data processing about mobile payment in AFC system

1) 手機(jī)支付的核心安全元件(security element, SE)[5]是以芯片形式存在的具有加密/解密功能的邏輯電路，它能起到防止外部惡意解析攻擊和保護(hù)數(shù)據(jù)安全的作用。根據(jù)SE芯片所處位置的不同，NFC手機(jī)一般可分為SE在手機(jī)中的NFC芯片全終端技術(shù)、SE在手機(jī)SD中的SWP-SD技術(shù)和SE在SIM卡中的SWP-SIM技術(shù)[6]三種，其中SWP-SIM技術(shù)可接受移動(dòng)運(yùn)營商及市民卡公司(銀行業(yè))雙重密鑰控制，安全可控性高，能兼顧各方對數(shù)據(jù)安全獨(dú)立控制和發(fā)行運(yùn)營維護(hù)統(tǒng)一管理的基本要求，而且產(chǎn)業(yè)鏈也較為成熟。經(jīng)多方測試，寧波軌道交通工程最終選用SE在SIM卡中的SWP-SIM技術(shù)，如圖2所示。

圖2 SWP-SIM方案示意Fig.2 Schematic diagram of SWP-SIM program

2) 根據(jù)中國人民銀行相關(guān)規(guī)定，軌道交通自動(dòng)售檢票系統(tǒng)“扣款終端機(jī)具”須取得銀行卡檢測中心金融檢測安全認(rèn)證[7]。qPBOC3.0認(rèn)證主要分為Level1(電氣部分)、Level2(應(yīng)用部分)兩部分檢測[8]。目前行業(yè)內(nèi)一般根據(jù)讀寫器邏輯流程處理位置不同將其分為“大”“小”讀卡器兩種類型，其中“大”讀卡器是指票卡所有業(yè)務(wù)操作流程及邏輯判斷由讀卡器自配處理器完成，而不是由檢票機(jī)/售票機(jī)的工控機(jī)(ECU)實(shí)現(xiàn)。為方便銀行卡檢測中心的安全檢測認(rèn)證，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)讀卡器選型應(yīng)考慮采用行業(yè)“大”讀卡器設(shè)計(jì)方案，這樣實(shí)際工程可采用“大”讀卡器作為“扣款終端機(jī)具”報(bào)送安全認(rèn)證，而不需要整臺(tái)檢票機(jī)/售票機(jī)。

3) 為滿足安全認(rèn)證的需要，“大”讀卡器設(shè)計(jì)及產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)符合《金融銀行卡部分符合中國金融集成電路(IC)卡規(guī)范 終端規(guī)范》，主要包括終端硬件、初始化應(yīng)用、讀寫處理、交易處理、脫機(jī)認(rèn)證、持卡人驗(yàn)證、聯(lián)機(jī)處理等。

4) 金融qPBOC3.0卡普遍采用CPU卡介質(zhì)及非對稱密鑰，與以往軌道交通常用的M1卡及建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)對稱密鑰車票相比，CPU卡處理速度及非對稱密鑰邏輯認(rèn)證流程[9]相對復(fù)雜，讀取時(shí)間較長。為避免出現(xiàn)軌道交通客流擁堵、刷卡失敗率增加等風(fēng)險(xiǎn)，需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造時(shí)嚴(yán)格控制整筆交易時(shí)間指標(biāo)在500 ms以內(nèi)。寧波軌道交通工程分別采取了升級讀卡器處理器(采用當(dāng)時(shí)先進(jìn)的ARM9處理器)，多方協(xié)商精簡金融卡離線交易流程，精簡卡片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等多種措施，最終確保寧波軌道交通對金融qPBOC3.0卡實(shí)測處理時(shí)間平均為450 ms左右。

4 信息安全保障機(jī)制

由于實(shí)際工程涉及軌道交通、金融、移動(dòng)通信等多行業(yè)和多主體之間的數(shù)據(jù)信息交互，其信息安全保障及密鑰設(shè)置機(jī)制尤為重要，主要體現(xiàn)在作為常規(guī)通信應(yīng)用及金融應(yīng)用載體的手機(jī)SIM卡上。因此在建設(shè)過程中應(yīng)對各方數(shù)據(jù)信息集中點(diǎn)的SIM卡信息安全制定嚴(yán)格安全保障機(jī)制，主要包括3方面。首先，SIM卡片應(yīng)通過銀行卡qPBOC3.0 EMV應(yīng)用和(U)SIM卡應(yīng)用的檢測要求；其次，SIM卡片供應(yīng)商應(yīng)獲得業(yè)務(wù)合作各方(即運(yùn)營商、一卡通公司及銀行業(yè))共同認(rèn)可；最后，SIM卡設(shè)置雙重密鑰控制以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信應(yīng)用與金融應(yīng)用獨(dú)立共存。

為更好地處理SIM卡密鑰控制權(quán)及有效保障信息安全，實(shí)現(xiàn)手機(jī)支付功能的SIM卡密鑰數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)符合Java Card和GP規(guī)范。依據(jù)GP規(guī)范，SIM卡雙重密鑰分為卡片主控密鑰(KMC)和金融應(yīng)用密鑰(ADMK)，如圖3所示?？紤]到手機(jī)SIM卡一般由移動(dòng)運(yùn)營商發(fā)行，因此卡片主控密鑰由移動(dòng)運(yùn)營商掌握。主控密鑰可對移動(dòng)通信區(qū)域各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行所有處理和操作，可以創(chuàng)建或完全刪除金融應(yīng)用整體區(qū)域，但不能對金融業(yè)務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、修改或其他操作。金融應(yīng)用密鑰由一卡通公司掌握，一卡通公司可對卡中金融業(yè)務(wù)應(yīng)用的區(qū)域內(nèi)部所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或操作。在這種模式下，移動(dòng)運(yùn)營商與一卡通公司(銀行業(yè))之間權(quán)責(zé)清晰，雙方的各自應(yīng)用能獨(dú)立共存，從而確保各自數(shù)據(jù)的安全。

圖3 SIM卡密鑰數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意Fig.3 Diagram of SIM card key data structure

5 金融卡中有關(guān)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃

與舊標(biāo)準(zhǔn)相比較，2013年2月正式頒布的qPBOC3.0在第14部分“基于借記貸記應(yīng)用的小額支付擴(kuò)展應(yīng)用”中新增加金融擴(kuò)展行業(yè)的應(yīng)用內(nèi)容，分配了專門的擴(kuò)展應(yīng)用文件模板，從而滿足了金融IC卡在地鐵、公交、高速公路收費(fèi)、停車收費(fèi)、鐵路(高鐵)等領(lǐng)域的多種應(yīng)用。金融IC卡為擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)小額消費(fèi)多行業(yè)應(yīng)用，需要針對各個(gè)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，在IC卡數(shù)據(jù)層面進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃。

實(shí)際工程在遵循qPBOC3.0金融擴(kuò)展行業(yè)交易規(guī)范的基礎(chǔ)上，首先應(yīng)采用金融擴(kuò)展行業(yè)多應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)模板規(guī)劃出金融擴(kuò)展應(yīng)用公共信息區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要記錄發(fā)卡相關(guān)信息、行業(yè)標(biāo)識(shí)、設(shè)備代碼和存款金額等，其中在行業(yè)標(biāo)識(shí)中為城市軌道交通業(yè)務(wù)規(guī)劃出專門的識(shí)別代碼，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 金融擴(kuò)展應(yīng)用公共信息區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

此外還應(yīng)專門規(guī)劃軌道交通擴(kuò)展應(yīng)用信息區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要記錄軌道交通領(lǐng)域各類應(yīng)用的相關(guān)信息，例如進(jìn)出站信息、換乘信息、交易信息和其他內(nèi)部記錄信息等，如表2所示。

表2 軌道交通擴(kuò)展應(yīng)用信息區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

當(dāng)讀卡器對金融IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫時(shí)，程序首先處理金融擴(kuò)展應(yīng)用公共信息區(qū)的內(nèi)容，當(dāng)辨識(shí)出軌道交通行業(yè)的識(shí)別代碼后，處理程序?qū)⑻D(zhuǎn)讀取金融卡中軌道交通擴(kuò)展應(yīng)用信息區(qū)的內(nèi)容并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)程序處理。

6 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付功能的基本業(yè)務(wù)流程

城市軌道交通實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付功能的基本業(yè)務(wù)流程可分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，如圖4所示。

圖4 軌道交通實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付功能的基本業(yè)務(wù)流程Fig.4 Basic flow chart of mobile payment function in rail transit

6.1 SIM卡生產(chǎn)環(huán)節(jié)

1) 產(chǎn)品投產(chǎn)前，由銀行、市民卡公司與SIM卡生產(chǎn)商約定NFC 手機(jī)SIM卡中金融應(yīng)用的初始預(yù)設(shè)密鑰信息，并確認(rèn)金融應(yīng)用安裝的相關(guān)參數(shù)。

2) 移動(dòng)運(yùn)營商、市民卡公司和銀聯(lián)共同向SIM 卡供應(yīng)商下達(dá)訂單進(jìn)行批量生產(chǎn)。

3) SIM 卡生產(chǎn)商進(jìn)行卡片信息初始化處理，使用事先約定的初始預(yù)設(shè)金融密鑰創(chuàng)建金融應(yīng)用的預(yù)設(shè)實(shí)例。

6.2 客戶申報(bào)和金融密鑰激活環(huán)節(jié)

1) 客戶在移動(dòng)運(yùn)營商指定的營業(yè)廳提出辦卡申請，經(jīng)對客戶NFC手機(jī)核對無誤，在申報(bào)審批通過后運(yùn)營商按照業(yè)務(wù)流程向客戶發(fā)放NFC-SIM卡。

2) 在指定的移動(dòng)運(yùn)營商營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)對客戶資料進(jìn)行核對之后，通過專線連接銀聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并調(diào)用銀行卡服務(wù)接口，進(jìn)行遠(yuǎn)程應(yīng)用下載。應(yīng)用下載的指令是以密文形式傳輸，并由SIM 卡中的過程密鑰進(jìn)行解密，傳輸過程中的信息安全可以得到有效控制。最終將金融應(yīng)用的預(yù)設(shè)密鑰替換[10]為金融業(yè)務(wù)使用的真實(shí)密鑰，從而完成對SIM卡中銀行金融應(yīng)用密鑰的完全激活。

3) 完成以上操作后客戶手機(jī)SIM卡將開通金融功能，用戶便可使用相應(yīng)的APP軟件客戶端，對SIM卡中金融電子錢包進(jìn)行預(yù)存充值等操作。

6.3 用戶使用及系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)

1) 在實(shí)際使用過程中，客戶使用NFC-SIM卡手機(jī)在軌道交通車站通過右側(cè)刷卡位置進(jìn)行進(jìn)/出站消費(fèi)的終端操作。

2) 在軌道交通AFC系統(tǒng)的進(jìn)/出站檢票機(jī)中，讀卡器將記錄相應(yīng)刷卡信息，并根據(jù)刷卡使用情況計(jì)算出相關(guān)的交易數(shù)據(jù)，同時(shí)還會(huì)對手機(jī)支付交易數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、打包壓縮、數(shù)據(jù)上傳等操作。

3) 交易數(shù)據(jù)通過自動(dòng)售檢票車站及線路中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上傳至線網(wǎng)清分中心，實(shí)現(xiàn)交易清算、數(shù)據(jù)對賬入庫和統(tǒng)計(jì)處理等功能。線網(wǎng)清分中心與市民卡數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行交易核對后完成賬務(wù)清算、付款等工作。寧波市民卡系統(tǒng)負(fù)責(zé)與移動(dòng)運(yùn)營商和銀行系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，完成最終的交易對賬結(jié)算。

7 結(jié)語

通過軌道交通1號線工程的建設(shè)，寧波市首次成功將基于金融qPBOC3.0標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)移動(dòng)支付技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通領(lǐng)域，為廣大乘客帶來了更快捷、更便利和更安全的嶄新消費(fèi)體驗(yàn)，提升了寧波軌道交通整體運(yùn)營服務(wù)水平。寧波城市軌道交通基于金融標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)支付技術(shù)的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可為國內(nèi)其他城市軌道交通工程提供參考借鑒。

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(編輯：王艷菊)

Application of Mobile Payment Technology Based on Financial Standard to Ningbo Urban Mass Transit

ZHAN Weizhao, ZHANG Sen

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)

With the development of mobile payment technology, fast and convenient payment has been urgently needed for urban mass transit passengers. The basic conditions are analyzed for the application of the mobile payment technology to Ningbo urban mass transit. The implementation modes of SWP-SIM technology, AFC system card reader selection, transaction information security mechanism and overall data planning based on financial standards are discussed as the key technologies and key points. The basic process of realizing the mobile payment for urban rail transit is also presented.

urban rail transit; financial standard; qPBOC3.0 Standard; mobile payment; AFC system

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.022

2016-02-22

2016-04-08

湛維昭，男，碩士，高級工程師，從事城市軌道交通自動(dòng)化領(lǐng)域研究和工程設(shè)計(jì)，zhanweizhao@dtsjy.com

F530.7

A

1672-6073(2017)01-0106-04