CN109492444B - 用于在移动电话中实施主机卡模拟命令堆栈的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于在远程近场通信(NFC)装置中实施主机卡模拟(HCE)服务的方法。在所述方法中，在所述远程NFC装置处从NFC读取器接收第一命令应用程序协议数据单元(APDU)。计算对所述第一命令APDU的第一响应。预测来自所述NFC读取器的第二命令APDU，所述第二命令APDU可能在从所述NFC读取器接收到所述第一命令APDU之后被接收。计算对所述预测的第二命令APDU的第二响应。从所述NFC读取器接收第三命令APDU。确定所述第二命令APDU的所述预测是否匹配于所述第三命令APDU。如果所述第二和第三命令APDU匹配，那么所述计算出的第二响应被直接发送到所述NFC读取器，而不必遍历NFC堆栈。

Description

用于在移动电话中实施主机卡模拟命令堆栈的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及主机卡模拟(host card emulation；HCE)，并且更具体来说，涉及用于在移动电话中实施HCE命令堆栈的系统和方法。
背景技术
基于近场通信(near field communication；NFC)的非接触式智能卡通常用于支付、建筑物门禁、交通应用等等。一些基于安卓的移动电话和其它装置提供被称作主机卡模拟(HCE)的NFC功能，其允许移动电话充当智能卡以用于各种应用。HCE处理指令堆栈中的命令。所述命令通过例如移动电话接收，且被移动电话上的用户应用程序处理。这通过包括在NFC读取器与移动电话中的HCE服务之间交换的应用程序层面包的命令APDU(ApplicationProtocol Data Unit；应用程序协议数据单元)来完成。移动电话接收和执行命令，且随后借助NFC场将响应APDU命令发送回读取器。通常命令序列由10到20条命令和响应构成。
HCE的一个问题是接收命令APDU、处理命令和提供回到NFC读取器的响应可能耗费大量时间。每次接收到命令APDU时，命令APDU在堆栈中从NFC控制器向上移动到应用程序。应用程序计算响应，然后所述响应在堆栈中向下遍历回NFC控制器。以“向上”(命令)和“向下”(响应)方向遍历HCE软件堆栈的时间占据了执行命令所花费的时间。遍历HCE堆栈需要很长时间的一个原因是由于提供安全系统所必需的上下文切换。
命令的执行时间越长，用户就需要将移动电话对着NFC读取器保持越长时间以成功执行交易。较长执行时间对于用户可能是不便的。
因此，需要一种减少命令和响应遍历HCE堆栈的执行时间的方法。
发明内容
根据实施例，提供一种用于在远程近场通信(NFC)装置中实施主机卡模拟(HCE)服务的方法，所述方法包括：在所述远程NFC装置处从NFC读取器接收第一命令应用程序协议数据单元(APDU)；计算对所述第一命令APDU的第一响应；预测来自所述NFC读取器的第二命令APDU，所述第二命令APDU可能在接收到所述第一命令APDU之后被接收；计算对所述第二命令APDU的第二响应；从所述NFC读取器接收第三命令APDU；以及确定所述第二命令APDU的所述预测是否匹配于所述第三命令APDU。预测第二命令APDU可以还包括预测可能在接收到所述第一命令APDU之后接收的一系列命令APDU。计算对所述第二命令APDU的响应可以还包括计算对所述预测的一系列命令APDU中的每一个的响应。所述方法可以还包括在HCE堆栈底部处的预测队列中存储所述预测的第二命令APDU和对所述第二命令APDU的所述响应。确定所述第二命令APDU的所述预测是否匹配于所述第三命令APDU可以还包括确定所述第二命令APDU并不匹配所述第三命令APDU且清空所述预测队列。确定所述第二命令APDU的所述预测是否匹配于所述第三命令APDU可以还包括确定所述预测确实匹配，且响应于所述匹配，将所述第二响应发送到所述NFC读取器。所述方法可以还包括基于数个正确地预测的命令，确定所述远程NFC装置的处理状态。远程NFC装置可以被表征为移动电话。所述方法可以用于在所述远程NFC装置上实施门禁应用程序、交通应用程序或支付应用程序。预测所述第二命令APDU可以还包括使用学习算法预测所述第二命令APDU，所述学习算法至少部分地基于所述下一个可能的命令APDU已被所述远程NFC装置接收的次数来预测下一个可能的命令APDU。
在另一个实施例中，提供一种用于在远程近场通信(NFC)装置中实施主机卡模拟(HCE)服务的方法，所述方法包括：在所述远程NFC装置处从NFC读取器接收第一命令应用程序协议数据单元(APDU)；计算对所述第一命令APDU的第一响应；预测可能被确定为下一个从所述NFC读取器接收的命令的命令APDU；计算对所述预测的命令APDU的响应；在所述远程NFC装置的HCE堆栈的底层处的预测的命令/响应队列中保存所述预测的命令APDU和对所述预测的命令APDU的所述响应；从所述NFC读取器接收第二命令APDU；以及比较所述预测的命令APDU与所述第二命令APDU。预测第二命令APDU可以还包括预测可能在接收到所述第二命令APDU之后接收的一系列命令APDU。计算对所述预测的命令APDU的响应可以还包括计算对所述预测的一系列命令APDU中的每一个的响应。所述方法可以还包括确定所述预测的命令APDU并不匹配所述第二命令APDU，且清空所述预测的命令/响应队列。所述方法可以还包括确定所述预测的命令APDU匹配于所述第二命令APDU，且将所述计算出的响应发送到所述NFC读取器。所述方法可以还包括基于数个正确地预测的命令，确定所述远程NFC装置的处理状态。远程NFC装置可以被表征为移动电话。所述方法可以用于在所述远程NFC装置上实施门禁应用程序、交通应用程序或支付应用程序。预测所述命令APDU可以还包括使用学习算法预测所述命令APDU，所述学习算法至少部分地基于命令APDU先前已被所述远程NFC装置接收的次数来预测下一个可能的命令APDU。所述方法可以被实施在用于移动电话的操作系统中。
在又一实施例中，提供一种具有主机卡模拟(HCE)服务的远程近场通信(NFC)系统，所述系统包括：用于与NFC读取器无线通信的NFC控制器，所述NFC控制器接收命令应用程序协议数据单元(APDU)且将计算出的对所述命令APDU的响应发送到所述NFC读取器；以及HCE堆栈，来自所述NFC控制器的所述接收的命令从所述HCE堆栈的底部遍历所述HCE堆栈到所述HCE堆栈的顶部，以被提供给用户应用程序，所述用户应用程序借助所述HCE堆栈接收所述命令APDU，所述用户应用程序计算对所述命令APDU的所述响应，所述响应从上到下遍历所述HCE堆栈，所述用户应用程序预测下一个被所述NFC控制器接收的命令且计算对所述预测的命令的响应，所述计算出的响应被直接提供到所述NFC读取器而不用遍历所述HCE堆栈。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
本发明借助于例子示出并且不受附图的限制，在附图中的类似标记指示类似元件。为简单和清晰起见，示出图中的元件，并且这些元件未必按比例绘制。
图1示出根据实施例的用于在移动电话中实施HCE服务的系统。
图2示出根据实施例的用于在移动电话中实施HCE服务的方法。
具体实施方式
一般来说，提供一种用于减少远程NFC装置的HCE命令堆栈中的遍历次数的方法。所述方法预测下一个命令，且计算对预测的下一个命令的响应，使得在预测正确时响应已经就绪。预测的下一个命令和计算出的响应被保存在HCE命令堆栈的底层中的预测队列中，以便准备好直接被提供给NFC读取器，而无需通过HCE命令堆栈向上发送命令然后通过堆栈向下发回响应。学习算法被用于确定预测。可以预先计算对预测的命令序列的数个响应，并准备好将其发送到NFC读取器。
所公开的预测系统和方法减少了HCE命令堆栈中的命令序列的执行时间，因此减少了处理例如支付交易所需的时间。这提高例如移动电话等远程NFC装置的功能性。
图1示出根据实施例的用于在移动电话中实施HCE服务的系统10。系统10包括用户应用程序12、HCE命令堆栈14、校验区块15、预测队列16，和NFC控制器18。用户应用程序12包括预测器区块22、处理状态24，和响应计算机26。系统10被示出为与NFC读取器20处于无线NFC通信。在主中央处理单元(central processing unit；CPU)上运行的应用程序，诸如应用程序12，被用于提供所需的功能性。响应于NFC控制器10与NFC读取器20之间的NFC通信，可以调用应用程序。HCE命令堆栈14为软件架构，其允许具有NFC的电子装置，例如运行安卓(Android)操作系统的支持NFC移动电话模拟智能卡，以供用于安全门禁、支付，或交通应用程序。HCE命令堆栈包括一系列指令，每次从NFC读取器20接收命令时都需要遍历这些指令。当应用程序12被激活时，如图1中所示，来自NFC读取器20的命令从下到上遍历HCE堆栈14。NFC控制器18从NFC读取器20接收命令，且这些命令从“HCE堆栈底部”遍历HCE堆栈14到“HCE堆栈顶部”。由应用程序12中的响应计算机26计算对命令的响应。用于响应的堆栈遍历开始于“HCE堆栈的顶部”并且前进到“HCE堆栈的底部”到NFC控制器，其中响应被发送到NFC读取器20。
命令和对命令的响应可能需要耗费大量时间来遍历堆栈。为了减小命令和响应遍历堆栈所需的时间，当NFC控制器18接收命令时，除计算对所述命令的响应以外，应用程序12的预测器22还作出对下一个命令将是什么的预测。随后使用响应计算机26计算对下一个命令的响应。为预测下一个命令，可使用学习算法。在执行当前命令以产生响应之后，可以预测下一个命令，且可以预计算对预测命令的响应。可以重复预测以产生一系列命令预测，直到学习算法不再能确定接下来是哪个命令。具有用于包括用于计算和预测的函数的HCE的新API(应用程序编程接口；application program interface)的处理函数可以是：
其中c是从NFC读取器20接收的命令APDU，而r是对接收的命令的响应。命令c1...cn是预测的命令APDU。响应r1...rn是计算出的对预测的命令的响应。参数i是正确地预测的命令APDU的数目。在系统10中，所有预测的命令APDU和其计算出的响应将在一个步骤中在堆栈中向下从上到下遍历。预测的命令APDU和相应的响应将保存在堆栈14底部的底层中的预测队列16中。响应r可能随后被直接发送到NFC读取器20，而不必遍历HCE堆栈14。交替地，预测的命令和响应可以被存储在NFC控制器18中，而不是在HCE堆栈14底部中的底层中。当下一个来自NFC读取器20的传入命令APDU匹配于预测命令c1时，NFC控制器18或处理传入命令的中断处理程序(未示出)将直接复位对应响应r1。所述预测对于这一命令APDU节省了遍历HCE命令堆栈14的时间。类似地，如果来自NFC读取器20的下一个命令APDU是预测的命令c2，那么传回响应r2而不用遍历整个堆栈。重复此操作直到处理完所有命令响应或直到接收到预测错误的命令。如果命令被错误预测，那么预测队列16被清空或排空，且开始新的一系列预测。
正确地预测的命令APDU的参数i被传递给处理函数。预测器22使用参数i来确定哪个内部状态继续执行命令APDU c。在先前的过程函数调用中执行命令APDU ci之后，应该使用应用程序12的状态。可以预期，对于典型的命令序列，在执行命令APDU之后可以正确地预测3到8个命令APDU。这将HCE堆栈的遍历次数减少相同的量，从而对执行时间产生显著影响。
图2示出根据实施例的用于在移动电话中实施HCE服务的方法40。方法40开始于步骤42。在步骤42，在移动电话处从NFC读取器接收第一命令APDU。在步骤44，使用响应计算机26计算对第一命令APDU的第一响应。在步骤46，预测可能是下一个从NFC读取器20接收的命令APDU的命令APDU。在步骤48，计算对预测的命令APDU的响应。在步骤50，预测的命令APDU被保存在HCE堆栈14的底部处的底层中的队列16中。在步骤52，从NFC读取器52接收第二命令APUD。在步骤54，预测的命令APDU被与第二命令APDU比较。在决策步骤56处，确定第二命令是否匹配于预测命令。如果否，那么取NO路径进入步骤60。在步骤60，因为预测不正确，所以预测队列16被清空。如果在决策步骤56处预测的命令与第二命令匹配，那么取YES路径到步骤62。在步骤62，将计算出的对正确预测的命令APDU的响应发送到NFC读取器20。
各种实施例或实施例的一部分可以实施成硬件或实施成非暂时性机器可读存储介质上的指令，所述媒体包括用于以例如个人计算机、笔记本电脑、文件服务器、智能移动电话或其它计算装置的机器可读的形式存储信息的任何机制。非暂时性机器可读存储媒体可包括易失性和非易失性存储器，例如只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、闪存存储器等等。非暂时性机器可读存储媒体不包括暂时性信号。
虽然本文中参考具体实施例描述了本发明，但是可以在不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。因此，说明书和图式应视为说明性而不是限制性意义，并且预期所有这些修改都包括在本发明的范围内。本文中对于具体实施例描述的任何优势、优点或问题解决方案并不意图被理解为任何或全部权利要求的重要的、需要的或基本特征或元素。
此外，如本文中所使用，术语“一(a或an)”被限定为一个或超过一个。而且，权利要求书中例如“至少一个”和“一个或多个”等介绍性短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”导入的另一权利要求要素将含有此导入的权利要求要素的任何特定权利要求限于仅含有一个此要素的发明，甚至是在同一权利要求包含介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和例如“一”等不定冠词时。上述同样适用于定冠词的使用。
除非另外说明，否则例如“第一”和“第二”等术语用于任意地区别这些术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此些元件的时间上的优先级或其它优先级。

Claims (7)

1.一种用于在远程近场通信(NFC)装置中实施主机卡模拟(HCE)服务的方法，其特征在于，所述方法包括：
由所述远程NFC装置的NFC控制器，从NFC读取器接收第一命令应用程序协议数据单元(APDU)，其中，所述接收的第一命令APDU从HCE命令堆栈的底部遍历HCE命令堆栈到HCE命令堆栈的顶部，以被提供给用户应用程序；
由所述用户应用程序，计算对所述第一命令APDU的第一响应，其中，所述第一响应从所述HCE命令堆栈的顶部遍历所述HCE命令堆栈到所述HCE命令堆栈的底部，以被提供给所述NFC控制器；
预测来自所述NFC读取器的第二命令APDU，所述第二命令APDU可能在接收到所述第一命令APDU之后被接收；
计算对所述第二命令APDU的第二响应；
在所述HCE命令堆栈的底部处的预测队列中存储所述预测的第二命令APDU和对所述第二命令APDU的所述第二响应；
从所述NFC读取器接收第三命令APDU；以及
确定所述第二命令APDU的所述预测是否匹配于所述第三命令APDU，且响应于所述匹配，将所述第二响应发送到所述NFC读取器而不用遍历所述HCE命令堆栈。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测第二命令APDU进一步包括预测可能在接收到所述第一命令APDU之后接收的一系列命令APDU。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算对所述第二命令APDU的响应进一步包括计算对所述预测的一系列命令APDU中的每一个的响应。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述第二命令APDU的所述预测是否匹配于所述第三命令APDU进一步包括确定所述第二命令APDU并不匹配所述第三命令APDU且清空所述预测队列。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于数个正确地预测的命令，确定所述远程NFC装置的处理状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测所述第二命令APDU进一步包括使用学习算法预测所述第二命令APDU，所述学习算法至少部分地基于下一个可能的命令APDU已被所述远程NFC装置接收的次数来预测所述下一个可能的命令APDU。
7.一种具有主机卡模拟(HCE)服务的远程近场通信(NFC)系统，其特征在于，所述系统包括：
用于与NFC读取器无线通信的NFC控制器，所述NFC控制器接收命令应用程序协议数据单元(APDU)且将计算出的对所述命令APDU的响应发送到所述NFC读取器；以及
HCE命令堆栈，来自所述NFC控制器的接收的命令从所述HCE命令堆栈的底部遍历所述HCE命令堆栈到所述HCE命令堆栈的顶部，以被提供给用户应用程序，
所述用户应用程序借助所述HCE命令堆栈接收所述命令APDU，所述用户应用程序计算对所述命令APDU的所述响应，所述响应从上到下遍历所述HCE命令堆栈，以被提供给所述NFC控制器，所述用户应用程序预测下一个被所述NFC控制器接收的命令且计算对所述预测的命令的响应，其中，所述预测的下一个命令和对所述计算的响应存储在HCE命令堆栈底部处的预测队列中，
响应于确定所述预测的下一个命令匹配于所述接收的下一个命令，所述计算出的响应被直接提供到所述NFC读取器而不用遍历所述HCE命令堆栈。
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