关于NFC技术标准体系的综述

发表于 2021-08-15 更新于 2026-02-23 阅读次数：本文字数： 6k 阅读时长 ≈ 22 分钟

概述

NFC（Near Field Communication，近场通信），也叫做近距离无线通信技术，用于在两个非常接近的设备之间执行数据传输。

2002年，NFC技术由Philips和Sony两家公司联合推出。
2004年，Nokia、Philips、Sony等公司共同组建了非盈利性组织NFC Forum ，负责制定NFC相关的技术标准，致力于促进 NFC 技术在消费类电子产品、移动设备和 PC 中的应用，并通过NFC认证测试来保证各厂家的NFC产品符合NFC规范以实现互联互通。
2006年，恩智浦半导体公司(NXP Semiconductors)从Philips剥离，总部位于荷兰埃因霍温，在全球20多个国家拥有37000名员工（欧洲37%、亚洲37%、大中华区21%、美洲5%），2007年公布的销售额达63亿美元。

NFC的核心技术优势在于：

无源硬件：采用感应耦合技术，NFC标签可以从其他NFC设备产生的电磁场获得能量，经济实惠且完全无源，特别适合IoE（物联网）应用场景
公开频段：电磁场频率为 13.56 MHz，该频率是射频频谱高频部分中无需执照的波段，有效距离为4cm左右，目前所支持的数据传输速率有106Kbps、212Kbps和424Kbps三种
一触即发：用户无需事先启动APP（特定场景可能要求安全验证），基于硬件支持即可触发NFC，交互时间只有几分之一秒
终端集成：NFC软件协议栈完全集成到Android（v.4.0以上）、iOS（v.11）中，有助于在多个应用程序中使用NFC，而无需安装任何特定软件或应用

需要注意的是，NFC技术演进路线中，多个标准化组织为争夺主导权，互相竞争也互相融合。

NFC Forum是最重要的标准化组织，影响力最大；
ISO/IEC也是重要的标准化组织，但侧重从RF（Radio Frequency，无线频率）和数据交换格式等底层定义，较少涉及业务和应用层面；
此外，还存在ETSI,ECMA,GB,JIS等区域性的国家标准。

下图是简化的协议栈结构，本文将以NFC-Froum为主线，对相关技术标准进行阐述。

NFC的演进历史

NFC是多种技术路线并行发展的综合体，得益于条形码、磁条卡和智能终端三种技术的共同推动。

最左边一条为发源于条形码（Barcodes）的无线射频识别技术，即RFID技术路线，最终出现了NFC中的两个重要组件NFC Tag（标签）和NFC Reader(读卡器)。
最右边一条为磁条卡（Magnetic Strip Cards）技术路线，该路线后来向智能卡（Smart Card）、非接触式智能卡的方向发展。

粗略来看Smart Card和RFID Tag类似，例如二者都只存储一些数据，而且自身都没有电源组件，但Smart Card在安全性上的要求远比RFID Tag严格。另外，Smart Card上还能运行一些小的嵌入式系统（如Java Card OS）或者应用程序（Applets）以完成更为复杂的工作。

Smart Card是NFC技术演进的核心来源，主要包含三个分支：
- Proximity Coupling Smart Card（近场耦合智能卡）：对应规范为ISO/IEC 14443，有效距离在10cm之内，是消费市场上最普及的技术标准。NFC Form为此定义了NFC-A，NFC-B和非ISO标准的NFC-F，区别主要在于调制编码方式的不同。
- Vicinity Coupling Smart Card（疏耦合智能卡）：对应规范为ISO/IEC 15693，有效距离高达1m，NFC Form为此定义了NFC-V。
  
  该技术标准由于读取距离远，使用场景的温度要求远高于消费级产品（通常是-40度到+85度），同时设计简单使得读取器的生产成本低，在物流运输、企业门禁卡等场景中得到广泛应用
- Close Coupling Smart Card：对应的规范是ISO 10536，该标准主要发展于1992到1995年间，由于这种卡的成本高，优点少，因此从未在市场上销售。
中间一条技术路线为移动终端，它演化出了携带NFC功能的终端设备。随着移动终端越来越智能，NFC和这些设备也融合得更加紧密，使得NFC的应用场景得到了较大的拓展。

从协议栈的角度，下图是 NFC 各类标签所涉及的技术标准。

此外，还有几个与NFC密切相关的技术标准：

`ISO/IEC 7816`

一套成熟的接触式智能卡标准，用于读写接触式智能卡，例如PSAM、SAM、手机的SIM卡等皆符合该协议标准，其采用半双工串行通信接口，由VCC, RESET, CLK, IO, VPP（保留接口，不使用）组成。

其中有一部分定义了与应用相关的规范，NFC Forum也参照该标准实现了类似功能。其全部内容包括：

ISO7816-1：接触式卡智能卡的物理特性
ISO7816-2：接触式卡智能卡触点的尺寸与位置
ISO7816-3：接触式卡智能卡的电信号和传输协议
ISO7816-4：接触式卡智能卡与外界交互的介面
ISO7816-5：接触式卡智能卡应用的命名方式与注册系统
ISO7816-6：接触式卡智能卡与外界交互的资料物件
ISO7816-7：接触式卡智能卡的结构化查询语句
ISO7816-8：接触式卡智能卡与安全有关的指令
ISO7816-9：接触式卡智能卡附加指令与安全参数

`S2C接口` = `ISO/IEC 28361`

由飞利浦公司最早提出，用于在手机上实现 NFC 功能，定义了NFC芯片和智能卡芯片的接口方式，并成为ISO 和 ECMA的共同标准。
此后，由于遭到主流运营商的反对，最终飞利浦公司放弃了该技术标准，转而与GEMALTO公司合作支持SWP协议。

`SWP协议` = `ETSI TS-102613`

由GEMALTO公司提出，法国公司 Inside开发了支持 SWP 的产品雏形。
单线连接协议(Single Wire Protocol)，定义了CLF模块和USIM卡内的SE芯片传输信息的物理连接形式和底层信号传输方式。由于商业利益的考虑，最终SWP的架构获得运营商（GSMA）的一致支持，已经成为事实上的行业标准。

该标准已经获得ETSI TS-102613，但尚未成为ISO标准。

SWP 也好、S2C 也好，和 NFC 规范是没有直接联系的，更没有冲突。NFC 规范定义的是 NFC 设备与外界的通讯规范，S2C/SWP 定义的是 NFC 内部实现的不同方式，是 NFC 芯片和智能卡芯片芯片之间的接口方式和通讯协议。NFC（ISO 18902）和SWP， NFC 论坛和 ETSI 也是没有直接联系，更没有直接冲突，这些是组成完整的 NFC 系统和产业环境必不可少的几个部分。

NFC的运行模式

从用户角度（即图中的Applications层之上）来看，NFC有三种运行模式（operation mode），分别是

Reader/Write：简称R/W，和NFC Tag/NFC Reader相关
Card Emulation：简称CE，它能把携带NFC功能的设备模拟成Smart Card，这样就能实现诸如手机支付、门禁卡之类的功能
Peer-to-Peer：简称P2P，它支持两个NFC设备交互

读卡器模式（Reader/Write Mode）

在读写器模式中，NFC读卡器询问标签以执行交互。NFC Forum定义了5种类型的标签，涵盖了广泛的应用。读卡器可以是专用的NFC读写器，也可以是移动设备。NFC读写器能够感测多个标签的存在。

数据在NFC Tag的芯片中，可以简单理解成刷标签，本质上就是通过支持NFC的手机或其它电子设备从带有NFC芯片的标签、贴纸、名片等媒介中读写信息，随后它可能根据读取来自部件的信息执行操作。例如，靠近 NFC 标签的 NFC 手机会检索到一个 URL，并链接到相应的网站，NFC手机可以在无需打字的情况下发送 SMS （短消息服务）文本、获得优惠券、启动配对动作、获得电子名片（Vcard）等。

对于读卡器模式，NFC Forum定义了4种标准类型的 NFC 标签（Type 5还不是正式标准），这四种类型NFC Tag的区别在于存储空间大小，数据传输率以及底层使用的协议上，后面有具体的技术细节。

此外，NFC Forum定义了两个通用的数据结构用于在NFC Device之间（包括R/W模式中的NFC Reader和NFC Tag）传递数据。这两个通用数据结构分别是NFC Data Exchange Format（简写为NDEF）以及NFC Record。

对于“刷标签”场景，NFC 手机工作在主动模式，而NFC标签是不需要外部供电的，依靠NFC手机发送的电磁场获得能量，此时数据传输是不安全的。

卡模拟模式（Card Emulation Mode）

数据在支持NFC的手机中，可以简单理解成刷手机。本质上就是将支持NFC的手机或其它电子设备当成借记卡、公交卡、门禁卡等IC卡使用。

基本原理是将相应IC卡中的信息凭证封装成数据包存储在支持NFC的外设中，在使用时还需要一个NFC射频器（例如Pos终端、闸机等），将手机靠近NFC射频器，手机就会接收到NFC射频器发过来的信号，在通过一系列复杂的验证后，将IC卡的相应信息传入NFC射频器，最后这些IC卡数据会传入NFC射频器连接的电脑，并进行相应的处理（如电子转帐、开门等操作），这让它可以用于已有的非接触式智能卡基础设施，实现访问控制、非接触式支付、固件更换或数据传输等操作。

通常存在于移动设备中的NFC控制器模拟ISO / IEC 14443或FeliCa标准定义的非接触式卡的行为，用于诸如支付、交通等非接触式基础设施中。
在此模式下，NFC控制器仅处理低级别通信，而NFC安全应用程序位于SIM卡、嵌入式安全元件（eSE）、嵌入式SIM卡（eSIM）中或直接位于主应用程序处理器（Android的HCE）中。

该模式下，NFC 手机的工作类似于标准的非接触式IC卡，为此ISO 14443定义了Type A 和 Type B两种数据传输标准（Type F不是正式标准），后续有详细技术分析。

对于“刷手机”场景，NFC 手机工作在被动模式，它只在机具发出的射频场中被动响应，数据传输是安全的。

点对点模式（Peer-to-Peer Mode）

此模式设计用于交换两个NFC设备（如移动电话）之间的联系人信息等数据。每个点轮流作为读卡器（收发器）和标签，以实现双方之间的完整交换。

在点对点（P2P）中，具有 NFC 功能的设备工作在主动模式。其中的一个设备会发起通信链接。一旦链接建立，设备就会交替地与其他设备通信，并遵守 “说前先听(listen-before-talk)” 规则。该通信模式下的数据交换相比其他模式更快，因此可以交换更多的数据。

小结

从协议栈的角度，三种工作模式的分析如下：

NFC的数据传输协议

NFC Forum定义了5种数据传输方式，其中：

NFC-A：对应ISO 14443 Type A
NFC-B：对应ISO 14443 Type B
NFC-F：对应非ISO标准的FeliCa，也称为Type-F
NFC-V：对应ISO 15693
P2P：基于ISO 18092，主要用于Android Beam，实现两台 Android 设备之间进行简单的点对点数据交换

ISO 14443全称为非接触式IC卡标准，它从RF层面定义了如何与不同的非接触式IC卡（其实物可以是NFC Tag、RFID Tag、Smart Cards）交互。

该标准包含四个部分：

ISO/IEC14443-1: 制定了有关非接触卡的物理特性；
ISO/IEC14443-2: 制定了有关射频功率及信号界面的特性；
ISO/IEC14443-3: 则为非接触卡的初始化及防冲突机制；
ISO/IEC14443-4: 位有关的交易协定。

ISO 14443定义了Type A和Type B两种非接触式IC卡。不同TYPE的主要的区别在于信号发送的载波调制深度、二进制数编码方式存在差异。此外，防冲突机制的原理也完全不同，TYPE A是基于 BIT 冲突检测协议，TYPE B则是通过字节、帧及命令完成防冲突。

NFC-A = ISO/IEC 14443-3 Type A

最早由Philips公司制订（其生产的芯片商标名为MIFARE，现在由从Philips独立出来的NXP公司拥有），目前世界上70%左右的非接触式IC卡都使用了MIFARE芯片，例如北京市的公交卡，特点是采用Modified Miller编码。

Android 4.4 支持基于NFC-Forum ISO-DEP规范（基于ISO/IEC 14443-4）的模拟卡，要求仅使用 Nfc-A (ISO/IEC 14443-3 Type A) 技术模拟 ISO-DEP，但也可以支持 Nfc-B (ISO/IEC 14443-4 Type B) 技术。

NFC-B = ISO/IEC 14443-4 Type B

由TI公司制订，主要用在法国市场，特点是采用NRZ编码，二者最终都成为ISO标准。

第二代居民身份证采用的是Type B标准。

NFC-F = FeliCa = JIS X6319-4

FeliCa是Sony为了非接触式IC卡而开发出来的通信技术，与ISO 14443标准的主要区别是采用曼彻斯特编码。
1998年，FeliCa原本被提案为ISO 14443 type C，但悲剧的是未被采纳，只能成为日本工业标准JIS X6319-4。之后，FeliCa和其向后相容方式被标准化为ISO 18092。

目前，Felica也被称为Type F，主要应用于日本市场，境外只有香港的“八达通”仍有继续使用。

NFC-V = ISO/IEC 15693-2

ISO/IEC 15693 标准最初是为访问控制而设计的，符合此标准的标签的读取范围高达 3 英尺（0.9 米）,主要用于公共图书馆 RFID 系统和带 RFID 卡或 RFID 票证的滑雪通行证 RFID 系统.
对比，ISO/IEC 14443 Type A 标签，由于其主要为银行RFID卡、交通RFID卡等金融交易而设计，为防止有人截获从标签发送到读取器的数据，读取距离设计为非常短，安全性要求更高。

NFC的标签类型

NFC 论坛定义了四种类型的 NFC 标签，第五种标签与 NFC-V 技术相关，目前它还不是NFC 论坛规范中的一部分。

项目	Type 1	Type 2	Type 3	Type 4	Type 5
对应规范	ISO 14443 Type A	ISO 14443 Type A	JIS X 6319-4、FELICA	ISO 14443 Type A/B	ISO/IEC 15693
常见芯片	Topaz	MIFARE	Felica	MIFARE-DESFire	NXP的I Code系列，ST的ST25TV系列
存储容量	最大1KB	最大2KB	最大1MB	最大64KB	高达 8 KB
读写速率	106kbps	106kbps	212kbps	106-424kbps	26.48 kbps
价格	低	低	高	中等/高	低
安全性	数字签名保护	不安全	数字签名保护	可选	N/A
说明	Topaz由Innovision公司推出	MIFARE由NXP公司推出	由Sony公司推出，价格比较贵	这类芯片在出厂时就被配置好是否只读或可读写	上海贝岭等

NFC的数据交换格式

NFC Forum定义了两个通用的数据结构用于在NFC Device之间（包括R/W模式中的NFC Reader和NFC Tag）传递数据。这两个通用数据结构分别是NFC Data Exchange Format（简写为NDEF）以及NFC Record。

NFC设备中的数据根据结构化格式整理为记录，称为NFC数据交换格式（NDEF）。记录包含根据记录类型定义（RTD）规范所编码的信息：

“设备信息”，例如固件版本
“文本”字符串
“通用资源标识符”，例如网页URL
“连接切换”，用于配对
“签名”，用于验证
“智能标贴”，类似于SMS消息的文本

NDEF还定义了如何将记录封装到消息中，以便将它们传输到其他设备。所有符合NFC标准的设备都支持NDEF，无论其类型如何。
对于移动设备，NDEF消息由内置软件处理，它将触发设备本身的相应操作，如：

发送电子邮件或SMS
打开网页
拨打电话
打开特定应用程序

NFC Forum定义和维护了完整的操作列表和RTD。

在点对点模式下，交换的数据愈发复杂，数量更庞大。数据交换根据简单NDEF交换协议（SNEP）完成，以确保高效、稳健和快速的交互。
SNEP使用可靠的传输层：逻辑链路控制协议（LLCP）。

NFC标准的最新进展

NFCIP-1 = ISO/IEC 18092 = ECMA 340

ECMA 340是基础版本，被ISO接纳成为ISO/IEC 18092，同时在NFC Forum中被称为NFCIP-1，这三者就是一回事。

ISO/IEC 18092（NFCIP-1 近场通信 - 接口和协议规范）的基本内容包括：

在RF层面，直接继承自ISO 14443 Type A，并且还继承自日本JIS 6319-4（Sony FeliCa也基于该标准）由NFC论坛3型标签标准使用）,结果是NFC设备（读取器/写入器模式）与ISO 14443智能卡兼容。
在应用层面，为实现P2P通讯，定义了Active（主动）和Passive（被动）等两种通信模式，并使用不同的命令协议来代替 ISO/IEC 14443-4
进一步的，定义了R/W、CE、P2P等三种操作模式，从而实现NFC 设备以点对点模式与其他 NFC 设备和 NFC 标签（卡）的互操作

NFC论坛指出，在卡模拟模式下，支持NFC的手机可以支持EMV CCPS v2.0规定的非接触式卡EMV支付应用要求，具体体现在American Express ExpressPay 2.0、MasterCard PayPass 2.0和Visa payWave 2.1.1。

NFCIP-2 = ISO/IEC 21481 = ECMA 352

ECMA 352是ISO 21481的前身，定义了在相同频率13.56Mhz上运行的不同非接触技术之间的选择机制。
最重要的变化是，在支持根据ISO/IEC 18092的基础上，兼容支持ISO 15693。

后续演进

NFC技术的发展方兴未艾，当前还在快速变化中，最新进展包含了几个正在积极申请的新标准。

立此存照，未来可期！！！

附录一：NFC的核心技术标准清单

附录二：NFC主流芯片型号

ISO 14443 Type A

MF1 IC S20：国内常称为MIFARE Mini，原装芯片厂家为荷兰恩智浦(NXP)，在一卡通方面应用普遍。
SLE66R35：德国英飞凌（infineon），兼容MF1 IC S50。
FM11RF08：芯片厂家为上海复旦，兼容MF1 IC S50。
Mifare Std 1k MF1 IC S50及其兼容卡：原装芯片厂家为荷兰恩智浦(NXP)，在一卡通方面应用普遍。
Mifare Std 4k MF1 IC S70及其兼容卡：原装芯片厂家为荷兰恩智浦(NXP)，在一卡通方面应用普遍。
Mifare Ultralight MF0 IC U1X：国内常称为U10,芯片厂家为荷兰恩智浦(NXP)，广深高速火车票为典型应用。
Mifare Ultralight C：原装芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP）。
FM11RF005:芯片厂家为上海复旦,包括FM11RF005SH与FM11RF005M,上海地铁单程票、上海轮渡单程票为典型应用。
FM11RF08:芯片厂家为上海复旦
Mifare DESfire 2k MF3 IC D21：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为MF3 2k。
Mifare DESfire 4k MF3 IC D41：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为MF3。南京地铁卡为典型应用。
Mifare DESfire 8k MF3 IC D81：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为MF3 8k。
Mifare ProX：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP）。不判别容量
SHC1102：芯片厂家为上海华虹，上海一卡通为典型应用。
Advant ATC2048-MP：芯片厂家为瑞士LEGIC。
MF1 PLUS 2k：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为PLUS S。
MF1 PLUS 4k：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为PLUS X。
JEWEL：芯片厂家为英国innovision，国内常称为宝石卡。不读序列号。
IS23SC4456：芯片厂家为美国ISSI，可兼容MF1 IC S50的CPU卡。
CPU卡（兼容MF1）：芯片厂家为上海复旦、上海华虹等，可兼容MF1 IC S50的CPU卡。该类也包含FM1208M1及其它类似的芯片卡。
纯CPU卡：芯片厂家为上海复旦、美国ISSI等，纯CPU卡。该类也包含FM1208、IS23SC4456中的纯CPU卡及其它类似的芯片卡。
X82A：芯片厂家为北京华大，CPU卡。

ISO 14443 Type B

AT88RF020：芯片厂家为美国爱特梅尔（ATMEL），广州地铁卡为典型应用。
SR176：芯片厂家为瑞士意法半导体（ST），主要用于防伪识别等。
SRIX4K：芯片厂家为瑞士意法半导体（ST），主要用于防伪识别等。
SRT512：芯片厂家为瑞士意法半导体（ST），主要用于防伪识别等。
ST23YR18：芯片厂家为瑞士意法半导体（ST），CPU卡。
THR1064：芯片厂家为北京同方，奥运门票为典型应用。
THR2408：芯片厂家为北京同方，纯CPU卡。
第二代居民身份证：芯片厂家为上海华虹、北京同方THR9904、天津大唐和北京华大，第二代身份证为典型应用。

ISO 15693

EM4135：芯片厂家为瑞士EM，主要用于票证管理、防伪识别等。
ICODE SL2 ICS53/ICODE SL2 ICS54：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为ICODE SLI-S，主要用于物流仓储、票证管理等。
ICODE SL2 ICS20：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为I CODE 2，主要用于物流仓储、票证管理等。
ICODE SL2 ICS50/ICODE SL2 ICS51：芯片厂家为荷兰恩智浦（NXP），国内常称为ICODE SLI-L，主要用于物流仓储、票证管理等。
Tag-it HF-1 Plus：芯片厂家为美国德州仪器（TI），国内常称为TI2048，主要用于物流仓储、票证管理等。
Tag-it HF-1 Standard：芯片厂家为美国德州仪器（TI），国内常称为TI256，主要用于物流仓储、票证管理等。
BL75R04：芯片厂家为上海贝岭，兼容TI 2048，主要用于物流仓储、票证管理等。
BL75R05：芯片厂家为上海贝岭，兼容I CODE 2，主要用于物流仓储、票证管理等。
FM1302N：芯片厂家为上海复旦，兼容I CODE 2，主要用于物流仓储、票证管理等。
Advant ATC128-MV：芯片厂家为瑞士LEGIC，主要用于一卡通等。
Advant ATC256-MV：芯片厂家为瑞士LEGIC，主要用于一卡通等。
Advant ATC1024-MV：芯片厂家为瑞士LEGIC，主要用于一卡通等。
LRI2K：芯片厂家为瑞士意法半导体（ST）。

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