中国智能卡在交通和购物方面的应用分析
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摘 要：近两年，中国政府的便民工程和中国人的强劲消费力已经催生了智能购物卡在公交、购物、便民缴费等领域迅速而广泛的应用。全球智能卡支付市场呈稳步增长态势，并存在交易额增长快于用户数增长的情况。为了促进中国智能卡应用在用户中的深入推广，文章立足中国智能卡在交通、购物等具有中国特色的应用场景，探讨了中国智能卡应用的初步实践经验，以供智能卡从业人员交流借鉴。
关键词：智能卡；IC卡；一卡通；手机支付
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：2095-1302(2012)04-0041-04
Analysis of the application of smart cards in transportation and shopping
ZENG Zheng-xi1, WANG Li-se2
(1.Beijing Municipal Administration and Communications Card Co., Ltd., Beijing 100032,China;
2. China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100053, China)
Abstract: Over the past two years, the convenience engineering of the Chinese Government and Chinese people's strong consumer power have spawned rapidly and widespread in the field of public transportation, shopping, and convenient payment application of the smart shopping card. The payment market of global smart card is showing in steady growth, and the volume of transactions grows faster than the number of users. In order to promote in deeply the Chinese smart card applications in transportation, shopping with Chinese characteristics, in this paper, the initial practical experience of China's smart card applications is explored for employees to exchange their own experience.
Keywords: smart card; IC card; card; mobile payment
0 引 言
根据百度百科，智能卡（Smart Card） 即内嵌有微芯片的塑料卡（通常是一张信用卡的大小）的通称。一些智能卡内包含有一个RFID芯片，所以，它们不需要与读写器的任何物理接触就能够识别持卡人。
本文立足中国智能卡在交通、购物等具有中国特色的应用场景，探讨了智能卡在中国的初步应用实践经验，以供智能卡从业人员交流借鉴。
1 智能化和安全性是智能卡发展的内在动力
智能卡是IC卡 （Integrated Circuit，集成电路卡）的一种。“IC卡”和“IC卡应用”是两个不同的概念。IC卡应用是IC卡和终端之间的应用协议和相关的数据集。早期IC卡应用通过接触的方式进行通讯，IC卡应用则全部以卡片形式出现。随着非接触式技术和双界面卡技术的发展，目前，IC卡应用可驻留在钥匙扣、手表、手机、USB Key等各种形式的载体上（称为“异形卡”）。由于IC卡具有高安全性和大容量的特点，IC卡应用在国内得到了极大发展。
按所嵌芯片类型的不同，IC卡可分为存储卡、逻辑加密卡和智能卡（即CPU卡）三类，甚至有更为高级的超级智能卡。从IC发展历史的驱动因素看，在某种程度上可以说，智能化、安全性是当前智能卡迅速演变的主要动力。
图1所示是智能卡及IC卡的演变示意图。事实上，存储器卡仅具备单纯的存储功能，而没有处理能力和加密功能；后来的逻辑加密卡就具备了一定的加密功能；再后来，到智能卡，就具备了较高的安全性和处理能力；而且，目前很少应用的超级智能卡，则在CPU卡基础上增加了键盘、液晶显示器和电源，有的卡上还具有指纹识别装置。
智能卡配备有CPU和RAM，可自行处理数量较多的数据而不会干扰到主机CPU的工作。智能卡还可过滤错误的数据，以减轻主机CPU的负担，可适应于端口数目较多且通信速度需求较快的场合。卡内的集成电路包括中央处理器CPU、可编程只读存储器EEPROM、随机存储器RAM和固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS(Chip Operating System)。卡中数据分为外部读取和内部处理部分。
从外型上来说，智能卡与普通IC卡、射频卡并无差异，但其性能有巨大提升，安全性也比普通IC卡提高了很多。因为通常CPU卡内含有随机数发生器、硬件DES、3DES加密算法等，这样，配合操作系统（即片上的COS）,就可达到金融级别的安全等级。
COS的全称是Chip Operating System(片内操作系统)，它一般是紧紧围绕着它所服务的智能卡的特点而开发的。由于不可避免地受到了智能卡内微处理器芯片的性能及内存容量的影响，因此，COS在很大程度上不同于我们通常所能见到的微机上的操作系统(例如DOS、UNIX等)。COS在本质上更加接近于监控程序，这一点至少在目前看来仍是如此。
2 智能卡的应用场景分析
智能卡适用于金融、保险、交警、政府行业等多个领域，具有用户空间大、读取速度快、支持一卡多用等特点，并已经通过中国人民银行和国家商秘委的认证。智能卡现已逐渐成为现代生活不可或缺的工具，人们在购物、交通、健身、就医、学习等方面都能够体会到它的便利。
2.1 公交和购物是用户期待手机支付的主要场景
交通和零售领域广泛应用智能卡，可为当地居民和各地旅客打开方便之门。目前，旅客可以用同一张智能卡缴付各种交通工具（如公交车、地铁、出租车、大巴、自驾高速公路、自行车租赁等）付费而无须自备零钱。智能卡也可用作购物，如面包店、连锁餐馆、咖啡馆、礼品等，甚至智能卡本身也是很好的礼物之一。图2所示是几个城市的智能卡示意图。
实际上，因为每张智能卡内均内置一枚微型晶片，并载有电子钱包和其他应用程序，可以缴付及准确记录持卡人的交易详情，所以北京市民进入好邻居、京客隆等连锁便利店，就可以在对应终端上购物、缴费等。
图2 城市智能卡示意图
艾瑞咨询调研数据显示，中国手机近端支付的潜在用户使用手机近端支付主要集中在公共交通和超市购物等场景。62.6%的被调研者期待在乘坐公共交通时使用手机近端支付，58.2%的用户选择超市购物。另外，商场购物、便利店购物、自动售货机等也是潜在用户期待使用手机近端支付的主要场景。由于手机近端支付的便捷性较高，明显适用于客流量较大、对便捷性要求较高的支付场景，这为支付企业选择合作商户的类型提供了参考。
2.2 交通领域各大城市跟进过渡到CPU卡
实际上，城市的生活节奏不断加速，人们的出行更需要智能系统的支撑。在北京、上海等大城市的应用场景，除市内公交系统外，高速公路不停车缴费、停车场自动收费系统等，都已经在国内部分城市试点应用。
隧道和收费道路都开始采用电子道路收费（ETC）系统。安装有无线射频识别（RFID）自动收费标签的座驾，在收费道路上无须停车以现金缴付通行费，而只要从安装了标签解读器的专有车道驶过，系统即会自动在预缴账户中扣除通行费。
北京的部分停车场和路边临时停车位，现已设置了智能卡和自动收费系统。这些停车场的出入闸口安装有智能卡读卡器，驾车人士只须在读卡器上轻拍智能卡，即可进出停车场和缴付费用。个别停车场还安装了自动收费系统，部分地区的路边停车位咪表也安装了智能卡收费系统。
北京的日均刷卡量现在已是世界第一。对比国内外的公交卡应用现状，一般电子技术比较发达的欧美国家私家车比较多，因而公共交通刷卡的使用率相对较小，交易量偏少。反而是在中国北京，由于政府支持公共交通的力度非常大，加之对于乘坐公共交通刷卡的用户采用2折、4折的优惠，使得北京的日均刷卡量达到千万数量级，日均交易量居世界第一。
截至目前，在国内使用非接触式公交刷卡的城市有北京、上海、广州、成都、西安、大连等城市，武汉采用的是接触式IC卡。初期开通的非接触式IC卡城市，大多采用的是NXP的Mifare One卡，实践证明，该卡存在安全漏洞，目前国家相关部门明确要求，尽快放弃Mifare One而采用CPU卡。北京正在平稳地从Mifare One卡 往 CPU 卡过渡。 其他城市也在加紧跟进。
2.3 北京市政交通一卡通的应用
北京市政交通一卡通是一张集成电路卡，在北京地区发行使用，每张卡内置高科技芯片，该芯片具有电子钱包及其他功能，可储存多次付款纪录，亦可反复充值使用。在乘坐公交车时可以享受4折优惠。
从2007年9月21日起，北京市民持市政交通一卡通卡也可去部分便利店、超市、西饼屋、餐厅、药店、电影院刷卡消费。卡的外型也尝试了个性化定制的公交卡，比如各种形象可爱的异形卡、企业形象定制的公交卡，其配套材质也开始使用漂亮的水晶材料。图3所示是不同外型的新型异形卡示意图。
现在北京已开通的一卡通商家包括新影联院线 （新东安影院、大华电影院、东环电影城等共22家 ）、 联华快客便利店、金凤成祥蛋糕房、好利来蛋糕房、华润连锁超市、华强连锁超市、和合谷餐厅、鸿毛饺子餐饮、嘉事堂药房、京卫药房、美信药房等。
截至目前，北京市政交通一卡通已累计发卡逾
4 200万张，累计处理交易190亿笔，已在全市范围10多个行业布设了15万台终端，日均交易量超过1 500万次，最高峰值达1 730万次。在交通领域，一卡通刷卡比例占北京市公交客运总量的90%以上，地铁刷卡比例达80%以上，6万余辆出租车开通一卡通刷卡收费系统。
2.4 手机支付卡的应用
国内手机支付业务起步于2000年。随着手机的大量普及及其固有的便利性。手机支付在国内得到了较大发展。
我们平常所说的手机支付分为两种：一种是离线支付，类似于公交IC卡，用户到POS上刷卡消费；一种是在线支付，也就是类似网银的支付模式。两种方式各有其应用场景：第一种适合小额、定点的消费；第二种则不需要POS，对消费金额和使用地点没有限制。中国移动已开始试点进行POS刷卡方式的消费。
手机支付目前主要有四种实现模式，分别为手机银行模式、话费代扣模式、绑定模式和支付应用模式。四种手机支付模式中，手机银行模式和绑定模式通过手机无线通讯进行联机支付。支付应用模式可以通过无线通讯方式进行支付或者非接触式卡方式进行支付。目前，绑定模式仍占主导地位，手机银行模式和支付应用模式会逐步发展。
公交卡和手机结合的方式目前主要有NFC和SimPass两种。NFC手机自带一款非接的CPU芯片，该芯片可以初始化成公交卡，从而使得该手机可以当公交卡使用。不过，目前一卡通卡和手机绑定在一起，用户更换手机困难，而且可供选择的机型有限；SimPass方式是让手机中的SIM卡和一卡通应用共用一个芯片，一卡通卡和SIM卡可以同时更换到其他可以适用的机型上。第三种是SDPass，该方式才刚刚兴起，现在很多手机都支持SD卡，该方式是一卡通应用和手机的SD卡公用一款芯片。
3 智能卡的安全问题
前几年，“无卡克隆”事件对手机用户和运营商的负面影响都引起广泛的震动，说明智能卡的安全性不可小觑。
按照作案人员的说法：“无需原卡，只要报出一个手机号码，他就能复制出一张SIM卡。此卡能窃听原SIM卡用户打进以及打出的电话并能同时接收到其他人发来的短信，也可用该卡拨打电话，费用当然也是由原SIM卡用户支付。”
对于智能卡的安全应对，基于RSA算法的PKI技术是目前金融应用最为广泛的技术。RSA算法数据量大，计算速度比较慢，适用于数据传输较快、计算速度较快的PC机的网络环境，一个公钥证书一般2K字节，一个数据签名128字节，因此，在数据传输速度慢、数据量少的行业，应用起来比较麻烦。
目前，国内正在使用的公交CPU卡都采用的是类似金融IC卡规范PBOC1.0或者PBOC2.0；使用的加密算法都是对称的3DES算法，该算法随着计算机的计算速度越来越快，也已经不是很安全了。目前，国家安全管理中心正在制定新的算法，如国密算法SM1、SM5等，很多国产芯片已经支持该算法，国家将适时推出。
目前，有些城市为了增加公交系统的安全性，都尽量将交易由脱机方式向联机交易方向转换，交易实时联机后，整个系统可以随时对某些可疑的卡片进行停用或追踪。
4 智能卡应用的推广策略
Gartner的最新数据研究发现，2011年，全球移动支付用户规模已经达到1.41亿，较2010年增长38.2%；交易金额也由2010年的489亿美元增长至861亿美元，增长率超过76%。该数据显示，全球移动支付市场已呈现稳步增长态势，而交易金额的增长速度远远超过用户数量的增长速度，这也表明，人们对于移动支付方式的依赖正在逐步加深。
4.1 努力方向
艾瑞咨询认为，消费者对支付方式的多元化、便捷化、安全化需求主导着支付行业未来的发展方向。而对于中国的支付企业，未来则需要在移动电子商务渠道的拓展、近程支付技术设备的普及和说服消费者使用等方面做出更多的努力。
首先，新兴市场对多元化支付方式的需求，无疑将对全球移动支付的高速增长起到巨大推动作用。新兴市场中卡基支付的普及程度远低于欧美等发达市场，消费者对移动支付的用户体验要求偏重于基本功能，推广移动支付的成本相对较低，最终，这些地区的用户可以跳过卡基支付方式而直接进入更为便捷的移动支付时代。
其次，以NFC、RFID为代表的移动近程通讯技术的出现，带动了移动支付的技术创新，更加便捷和安全的手机支付形式正在被逐步推广和实现。而用户对手机支付的使用行为偏好也将对支付企业未来的发展战略起到关键的指导作用。
4.2 降低使用成本
艾瑞咨询调研数据显示，74%的被调研者表示，在更换手机时，是否具有近端支付功能将是其考虑的因素之一，仅有5.1%的被调研者表示不会考虑是否具有该功能。以NFC为代表的近程通信功能为手机近端支付的实现提供了条件，而用户需求也将推动具有近程通讯功能的硬件设备逐步推广和普及，手机近端支付将被更多的消费者所接受，迎来更加广阔的市场空间。图4所示是2011年中国手机近端支付潜在用户意愿分布图。
事实上，中国手机近端支付潜在用户通过更换SIM卡实现近端支付的付费意愿还不强。还有40.5%的被调研者表示
不愿意为更换具有近程支付功能的SIM卡而付费，29.9%的被调研者表示只愿意支付20元以下的费用。可见，用户端成本过高是支付企业进行市场拓展面临的主要问题之一，支付企业可适当采取成本转嫁或者免费增值等方式进行用户端的初期市场拓展。
5 结 语
显而易见，以人口多、密度大为特点的北京、上海、武汉等中国大都市，其发达的公共交通事业已成为全球国际化大都市的一个亮点，而其中公交卡的推行作为一项重要的市政便民工程，在其中发挥了非常独到的作用。除公交领域外，在购物、便民缴费等领域，近两年全球经济低迷，中国人的强劲消费力却催生了智能购物卡迅速而广泛的应用。其实，在中国智能卡的各行各业应用市场中，交通和商业已经走在了前面。
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参 考 文 献
[1]艾瑞.潜在用户购买或更换硬件实现手机近端支付的意愿［R］. 艾瑞咨询，2011.
[2]艾瑞视点.全球移动支付市场成长迅速 交易规模持续扩大［R］.艾瑞咨询，2011.
[3]北京市政交通一卡通[EB/OL].［2011-10-12］. .