CN204442376U - 近场通讯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种近场通讯装置，在上述装置中，接口模块，用于与移动终端进行连接，从移动终端接收第一通信数据和/或向移动终端发送第二通信数据；安全模块，用于对第一通信数据和/或第二通信数据进行安全认证以及安全性保护；微控模块，与接口模块和安全模块相连接，用于对接口模块和安全模块进行控制；NFC模块，与微控模块相连接，用于与移动终端进行近场通讯。根据本实用新型提供的技术方案，进而可以使得NFC设备之间的访问更直接、更安全、更清楚，确保数据交换的安全性，防止数据泄密。

Description

近场通讯装置

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种近场通讯装置。

背景技术

目前，近场通讯技术（Near Field Communication，简称为NFC）是在无线射频识别（RFID）和互联技术的基础上融合演变而来的新技术，其为一种短距离无线通信技术标准。它在单一芯片上集成了非接触式读卡器、非接触式智能卡和点对点的功能，运行在13.56MHz的频率范围内，能够在大约10cm的范围内建立设备之间的连接，传输速率可以为以下之一：106kbit/s、212kbit/s、424kbit/s。

NFC技术符合国际标准化组织的ISO/IEC18092、ISO/IEC21481标准，兼容无线智能卡ISO/IEC14443标准，符合欧洲计算机协会的EMCA-340、352和356标准。NFC技术充分具备了未来近距离无线互连设备所应有的低功率、低价格、兼容性强等特点，是近距离无线互连领域一种极富竞争力的技术。

相关技术中，NFC技术在门禁、公交、移动终端支付等领域内发挥着巨大的作用，但是这些NFC设备不具备设备之间的相互认证，存在数据通信的安全性问题。虽然近几年NFC在移动终端（例如：手机）上广泛应用，可以通过硬件和软件解决相互认证以及数据的安全问题，但是并不是所有的移动终端都具备NFC功能。

由此可见，相关技术中的NFC设备不具备在设备之间进行相互认证，存在数据通信的安全性问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种近场通讯装置，以至少解决相关技术中的NFC设备不具备在设备之间进行相互认证，存在数据通信的安全性问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种近场通讯装置。

根据本实用新型实施例的近场通讯装置包括：接口模块，用于与移动终端进行连接，从移动终端接收第一通信数据和/或向移动终端发送第二通信数据；安全模块，用于对第一通信数据和/或第二通信数据进行安全认证以及安全性保护；微控模块，与接口模块和安全模块相连接，用于对接口模块和安全模块进行控制；近场通讯（NFC）模块，与微控模块相连接，用于与移动终端进行近场通讯。

优选地，接口模块包括以下至少之一：通用串行总线（USB）、通用异步收发传输器（UART）、蓝牙（Bluetooth）。

优选地，微控模块包括：通信接口处理单元，用于识别接口模块的通信模式；数据处理单元，与通信接口处理单元相连接，用于对第一通信数据进行数字签名认证并对第一通信数据进行解密以及容错处理，和/或，对第二通信数据进行数字签名认证并对第二通信数据进行加密处理；控制单元，与数据处理单元相连接，用于对接口模块所采用的数据通信方式进行控制。

优选地，微控模块还包括：存储单元，与控制单元相连接，用于存储装置的配置参数和/或移动终端的性能参数。

优选地，安全模块包括以下至少之一：安全芯片，其中，安全芯片中携带有数字证书和数字签名；接触式集成电路（IC）卡，其中，在接触式IC卡中设置有微处理器；非接触式IC卡，其中，非接触式IC卡包括：IC芯片和感应天线。

优选地，IC芯片为符合ISO/IEC14443协议的基站芯片。

优选地，NFC模块采用的工作模式为以下之一：卡模式、点对点模式、读卡器模式。

优选地，NFC模块采用的通信模式为以下之一：主动模式、被动模式。

优选地，NFC模块包括：NFC天线，其中，NFC天线为近场耦合天线，由绕线、印刷或蚀刻工艺制作的电路线圈与抗干扰能力的铁氧体材料组成。

通过本实用新型实施例，采用接口模块，用于与移动终端进行连接，从移动终端接收第一通信数据和/或向移动终端发送第二通信数据；安全模块，用于对第一通信数据和/或第二通信数据进行安全认证以及安全性保护；微控模块，与接口模块和安全模块相连接，用于对接口模块和安全模块进行控制；NFC模块，与微控模块相连接，用于与移动终端进行近场通讯，解决了相关技术中的NFC设备不具备在设备之间进行相互认证，存在数据通信的安全性问题，进而可以使得NFC设备之间的访问更直接、更安全、更清楚，确保数据交换的安全性，防止数据泄密。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的近场通讯装置的结构框图；

图2是根据本实用新型优选实施例的近场通讯装置的结构框图。

以上附图中的标记如下所示：10、接口模块；20、安全模块；30、微控模块；40、NFC模块；300、通信接口处理单元；302、数据处理单元；304、控制单元；306、存储单元。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本实用新型实施例的近场通讯装置的结构框图。如图1所示，该近场通讯装置可以包括：接口模块10，用于与移动终端进行连接，从移动终端接收第一通信数据和/或向移动终端发送第二通信数据；安全模块20，用于对第一通信数据和/或第二通信数据进行安全认证以及安全性保护；微控模块30，与接口模块10和安全模块20相连接，用于对接口模块和安全模块进行控制；NFC模块40，与微控模块30相连接，用于与移动终端进行近场通讯。

相关技术中，NFC装置不具备在设备之间进行相互认证，存在数据通信的安全性问题。采用如图1所示的装置，通过安全模块对接收和/或发送的通信数据进行安全认证以及安全性保护，由此解决了相关技术中的NFC设备不具备在设备之间进行相互认证，存在数据通信的安全性问题，进而可以使得NFC设备之间的访问更直接、更安全、更清楚，确保数据交换的安全性，防止数据泄密。

在优选实施例中，微控模块，具有数据处理、控制和存储能力的微控制器，微控制器具备与接口模块、安全模块和NFC模块的电气连接和控制能力；接口模块，与微控模块电气连接，具有与移动终端接口的连接能力，移动终端接口的类型可以包括但不限于：通用串行总线（USB）、通用异步收发传输器（UART）和蓝牙（Bluetooth）；安全模块，与微控模块电气连接，可以包括：具有电子设备之间数字签名认证的数字安全单元以及具有密钥存储、数据加密等功能的智能卡单元；NFC模块，与微控模块连接。

优选地，如图2所示，微控模块30可以包括：通信接口处理单元300，用于识别接口模块的通信模式；数据处理单元302，与通信接口处理单元300相连接，用于对第一通信数据进行数字签名认证并对第一通信数据进行解密以及容错处理，和/或，对第二通信数据进行数字签名认证并对第二通信数据进行加密处理；控制单元304，与数据处理单元302相连接，用于对接口模块所采用的数据通信方式进行控制。

优选地，如图2所示，微控模块还可以包括：存储单元306，与控制单元304相连接，用于存储装置的配置参数和/或移动终端的性能参数。

在优选实施例中，微控模块可以包括：通信接口处理单元，用于识别接口模块的通信模式，并将首次识别后的通信模式作为数据签名认证之后的数据通信模式；数据处理单元，用于依照协议对数据进行协议解析，依照数字认证流程对NFC装置与接口移动终端进行数字签名认证，以及按照预设算法对数据进行加密、解密和数据容错处理；控制单元，用于按照数据通信模式对接口模块数据通信方式进行控制，依照国际标准规范对安全模块接口和通信方式进行控制，以及依照NFC规范对NFC模块的RF天线、接口和通信方式进行控制；存储单元，用于依照系统要求对系统参数进行配置和存储，依照NFC装置需求对移动终端的关键数据进行存储。

上述通信接口处理单元可以具备但不限于以下处理能力：

（1）处理USB协议数据；

（2）处理UART数据；

（3）匹配各种UART通信速率；

（4）处理Bluetooth协议数据；

（5）识别移动终端的通信模式。

上述数据处理单元可以具备但不限于以下处理能力：

（1）按照预设的协议格式对上行数据进行打包处理；

（2）对下行数据进行解包处理；

（3）与移动终端进行数字签名认证；

（4）对数据进行加密和解密；

（5）对数据进行纠错。

上述控制单元可以具备但不限于以下处理能力：

（1）独立的MCU处理器，能够快速处理系统中的各种数据；

（2）独立系统自动休眠与唤醒；

（3）独立USB、UART和Bluetooth控制接口、电器连接；

（4）独立的与安全模块的数字认证单元接口、电器连接；

（5）独立的与安全模块的智能卡单元接口、电器连接；

（6）独立的与NFC模块的NFC基站芯片接口、电器连接。

上述存储单元可以由MCU处理器内置的Flash空间和/或外接的Flash组成。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述接口模块可以包括但不限于以下至少之一：

（1）USB，能够兼容USB1.0、USB1.1和USB2.0协议，具有控制传输、等时传输、中断传输以及数据块传输的能力，同时还能够满足移动终端接口的特点；

（2）UART，双向数据通信，具有异步收发数据的能力；数据采用串行发送和/或接收，由起始位、数据位、奇偶检验位和停止位组成，同时由波特率来控制每一位传输的速度，波特率具有自动匹配的能力；

（3）Bluetooth，能够有效地简化NFC装置与移动终端之间的通信交互，仅需要向NFC装置供电，启动Bluetooth可以使得数据传输更加迅速、高效，而且功耗较低。

在优选实施例中，上述安全模块可以包括但不限于以下至少之一：

（1）数字证书的安全芯片，具有数字证书和数字签名；

（2）接触式IC卡，符合ISO/IEC7816协议，带有CPU处理功能的IC卡，卡内的集成电路中设置有微处理器、存储单元（可以包括：随机存储器RAM、程序存储器ROM（FLASH）、用户数据存储器EEPROM）以及芯片操作系统COS；

其中，装有COS的CPU卡可以相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时还具有命令处理和数据安全保护等功能；

（3）非接触式IC卡，符合ISO/IEC14443协议的射频卡，由IC芯片、感应天线组成，非接触性IC卡本身是无源卡，当读写器对非接触性IC卡进行读写操作时，读写器发出的信号由以下两部分叠加组成：

其中一部分是电源信号，该电源信号由非接触式IC卡接收后，与本身的L/C产生一个瞬间能量来供给芯片工作；

另一部分则是指令和数据信号，控制芯片完成数据的读取、修改、储存等操作，并向读写器返回信号，以完成一次读写操作；

在该优选实施例中，安全NFC便携装置可以由接触式IC卡和/或非接触式IC卡组成，其被封装为一颗小芯片嵌入到安全NFC便携装置中。

此外，上述非接触式IC卡可以具备但不限于以下特征至少之一：

（1）符合ISO/IEC14443协议，主要包括：ISO/IEC14443A、ISO/IEC14443B、ISO/IEC15693等卡；

（2）内嵌ISO/IEC14443协议的基站芯片；

（3）外部可自行搭建的13.56MHz的LC谐振天线的接口，可以增加功放、EMC滤波等电路；

（4）可靠性高，操作方便快捷，在有效范围内（0-10CM）即可对卡片操作，无方向性；

（5）防冲突机制，防止卡片之间出现数据干扰，具备防冲突功能；

（6）应用范围广，根据存储器结构特点使其做到可一卡应用于不同的系统，根据不同的应用可以设定不同的密码和访问条件；

（7）内部双重安全机制，其一是芯片本身集成的加密算法模块，例如：RSA、3-DES等安全算法以及SSF33、SCB2、SM2、SM3等国密算法来加强芯片的安全性；其二是保护非接触式IC卡芯片COS系统。

上述防冲突机制可以具备但不限于以下特征：根据ISO/IEC14443协议，防冲突机制可以分为TypeA的防冲突机制和TypeB的防冲突机制；TypeA的防冲突机制基于BIT冲突检测协议，TypeA的防冲突流程为NXP一家制定，因此标准规则比较明确，各厂商出品的TypeA类型卡指标和性能的一致性比较高，产品的互操作性和兼容性均比较好；而TypeB的防冲突机制是通过字节、帧及命令来完成防冲突的，由于TypeB的标准由多家制定，各家的产品也可能有所不同，因此相对而言，其兼容性相对较差。

作为本实用新型的另一个优选实施例，上述NFC模块可以具备但不限于以下特征：

（1）采用13.56MHz频带的近距离无线通信技术，通信距离通常为1-10cm；

（2）双向通信，即可读出或写入数据；

（3）支持106kbit/秒、212kbit/秒、424kbit/秒以及848kbit/秒四种速度；

（4）NFC天线，是13.56MHz频段的近场耦合天线，具有信号放大、干扰滤波等功能；

（5）卡操作模式，支持ISO14443A/机制，FeliCa机制；

（6）点对点模式，支持ISO/IEC18092；

（7）读写器模式，支持ISO/IEC14443A/机制，支持FeliCa机制，支持ISO/IEC14443B机制。

在优选实施过程中，上述NFC天线可以具备但不限于以下特征：

（1）NFC天线是一种近场耦合天线，由于13.56Mhz波长很长，且读写距离很短，合适的耦合方式是磁场耦合；

（2）NFC天线是以RFID射频识别技术为基础，采用变压器耦合匹配，并通过处理器的通讯指令完成数据传送过程的校验；

（3）NFC天线通常由绕线、印刷、蚀刻等工艺制作的电路线圈与抗干扰能力的铁氧体材料组成。

在优选实施例中，上述NFC模块可以包括但不限于以下几种工作模式：

（1）卡模式（Card emulation）：该模式其实就相当于一张采用RFID技术的非接触式IC卡，在该模式下可以替代大量使用非接触式IC卡（包括信用卡）的场合，商场刷卡、公交卡、门禁、车、门票等应用。在此种模式下，卡片通过非接触读卡器的RF域来供电，即便是在移动终端电量不足的情况下也可以持续工作；

（2）点对点模式（P2P mode）：该模式和红外线差不多，可用于数据交换，但是点对点模式传输距离较短，传输创建速度较快，传输速度也相对较快，功耗相对较低；能够将两个安全NFC便携装置连接，能够实现数据点对点传输，例如：下载音乐、交换图片或者同步设备地址薄等功能。因此，通过安全NFC便携装置可以与数码相机、PDA、计算机和手机之间都可以交换资料或者服务等；

（3）读卡器模式（Reader/writer mode）：作为非接触读卡器使用，可以读取符合ISO/IEC14443协议的非接触CPU卡片，也可以从海报或者展览信息电子标签上读取相关信息；读卡器模式可以实现安全NFC便携装置与非接触CPU卡片、电子标签等进行数据通信或数据应用。

在优选实施例中，上述NFC模块可以包括但不限于以下几种通信模式：

（1）主动模式，发起设备和目标设备均需要产生自身的射频场，以便进行通信，此为对等网络通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置；

（2）被动模式，发起设备发出无线射频场，而目标设备则回应发起设备所发出的命令；安全NFC便携装置主要以被动模式操作，可以大幅降低功耗。在每次进行应用会话的过程中，安全NFC便携装置可以在发起设备和目标设备之间切换自身的角色，利用此项功能，电池电量较低的移动终端可以选择采用被动模式充当目标设备，而不成为发起设备。

从以上的描述中，可以看出，上述实施例实现了如下技术效果（需要说明的是这些效果是某些优选实施例可以达到的效果）：采用本实用新型实施例提供的技术方案，可以满足移动终端上NFC技术的使用需求。通过安全模块的数字认证芯片来保证装置与移动终端的双向安全验证、数字签名，其中，NFC技术可以进行近距离交互，使得设备之间的访问更直接、更安全、更清楚。安全模块的智能卡单元可以对接口模块的数据进行加密和解密，以确保数据交换的安全性，防止数据泄密。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种近场通讯装置，其特征在于，所述装置包括：

接口模块，用于与移动终端进行连接，从所述移动终端接收第一通信数据和/或向所述移动终端发送第二通信数据；

安全模块，用于对所述第一通信数据和/或所述第二通信数据进行安全认证以及安全性保护；

微控模块，与所述接口模块和所述安全模块相连接，用于对所述接口模块和所述安全模块进行控制；

近场通讯NFC模块，与所述微控模块相连接，用于与所述移动终端进行近场通讯。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接口模块包括以下至少之一：

通用串行总线USB、通用异步收发传输器UART、蓝牙Bluetooth。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微控模块包括：

通信接口处理单元，用于识别所述接口模块的通信模式；

数据处理单元，与所述通信接口处理单元相连接，用于对所述第一通信数据进行数字签名认证并对所述第一通信数据进行解密以及容错处理，和/或，对所述第二通信数据进行所述数字签名认证并对所述第二通信数据进行加密处理；

控制单元，与所述数据处理单元相连接，用于对所述接口模块所采用的数据通信方式进行控制。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微控模块还包括：

存储单元，与所述控制单元相连接，用于存储所述装置的配置参数和/或所述移动终端的性能参数。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安全模块包括以下至少之一：

安全芯片，其中，所述安全芯片中携带有数字证书和数字签名；

接触式集成电路IC卡，其中，在所述接触式IC卡中设置有微处理器；

非接触式IC卡，其中，所述非接触式IC卡包括：IC芯片和感应天线。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述IC芯片为符合ISO/IEC14443协议的基站芯片。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述NFC模块采用的工作模式为以下之一：

卡模式、点对点模式、读卡器模式。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述NFC模块采用的通信模式为以下之一：

主动模式、被动模式。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述NFC模块包括：NFC天线，其中，所述NFC天线为近场耦合天线，由绕线、印刷或蚀刻工艺制作的电路线圈与抗干扰能力的铁氧体材料组成。