一种基于NFC的电费移动支付终端的制作方法

本发明属于智能化抄表设备技术领域，尤其涉及一种基于NFC的电费移动支付终端。

背景技术：

近距离无线通讯技术(NFC)由非接触式射频识别(RFID)演变而来，由飞利浦半导体(现恩智浦半导体公司)、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID和互联互通技术，采用主动和被动两种读取模式，NFC是一种短距高频的无线电技术，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内，其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒和424Kbit/秒三种，NFC已通过ISO/IEC IS 18092国际标准、

CMA-340标准与ETSITS 102190标准；电可擦可编程只读存储器(EEPROM)是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，能在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程。一般用在即插即用，EEPROM是用户可更改的只读存储器(ROM)，不必从计算机中取出即可修改，能通过高于普通电压的作用来擦除和重编程(重写)，在一个EEPROM中，当计算机在使用的时候可频繁地反复编程，EEPROM是一种特殊形式的闪存，一般用于即插即用，常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据，也常用在防止软件非法拷贝的“硬件锁”上。

电费付费是人们日常生活中不可缺少的一部分。电费付费分为两个步骤：抄表和支付。目前抄表方式主要有人工抄表和载波远程抄表。人工抄表需要电力公司派专人到用户家去抄表非常费时费力，而载波远程抄表信号不稳定，且并不适合用户分布稀疏的偏远地区。目前的电费支付方式主要包括用户到电力公司或营业厅付费和支付宝付费，这些支付方式不是需要用户排队，耗费时间精力，就是用户所获信息不全面，用户体验差。随着网络技术的发展和应用普及，用电客户和电力公司都迫切需要一种方便快捷的电费付费方式。

现阶段将NFC应用在电费支付上的是很少的，一般都将系统植入了带有NFC功能的手机上，很明显，极大的降低了NFC电费支付的推广性，又由于使用密码支付，又有大大降低了电费支付的安全性。

技术实现要素：

本发明针对上述的问题，提供了一种基于NFC的电费移动支付终端。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于NFC的电费移动支付终端，包括壳体，所述壳体的正面设置有触摸显示屏，所述触摸显示屏的下方设置有主按键，所述壳体的后面设置有指纹识别键，所述壳体的底部设置有USB接口，所述壳体内部设置有锂电池和控制面板，所述控制面板的中部设置有中心处理模块，所述中心处理模块的一侧设置有NFC模块，另一侧设置有支付模块，所述中心处理器的上方设置有储存模块，所述中心处理器的下方设置有信号处理模块和指纹识别模块，所述指纹识别的一侧设置有USB识别模块，所述控制面板上设置有电源模块；所述支付模块的形式化支付算法为：

①命题假设及前置条件集

设a0～3、b0～3、c0～3、d0～3∈0～FF的二进制整数；

a(x)、b(x)、c(x)、d(x)∈GF(28)上次数小于4的多项式

a(x)＝a3x3+a2x2+a1x+a0；b(x)＝b3x3+b2x2+b1x+b0；

②主计算框架

加密多项式a(x)为多项式b(x)的运算：

解密多项式b(x)为多项式a(x)的运算：

说明：表示多项式在GF(28)上的模乘运算。

作为优选，所述中心处理模块与NFC模块、支付模块、储存模块、信号处理模块、指纹识别模块和USB识别模块之间的连接方式为电连接。

作为优选，所述USB识别模块与USB接口之间的连接方式为电连接。

作为优选，所述电源模块与锂电池之间的连接方式为电连接。

作为优选，所述指纹识别建与指纹识别模块之间的连接方式为电连接。

作为优选，所述壳体的上部设置有挂环，所述挂环以螺纹的形式设置在壳体上。

作为优选，所述壳体的两侧设置有防滑纹。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

本发明整体结构简单，操作方便，针对性强，安全系数高；其支付模块中的支付算法，既保证数据信息在传输过程中的安全、完整，最少做到能及时发现信息被篡改，还保证身份合法，同时还兼顾效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的一种基于NFC的电费移动支付终端的立体结构示意图；

图2为实施例1提供的一种基于NFC的电费移动支付终端(另一个角度)的立体结构示意图；

图3为实施例1提供的一种基于NFC的电费移动支付终端(另一个角度，并将挂环与壳体分离)的立体结构示意图；

图4为实施例1提供的控制面板上各模块的工作原理框图；

图5为实施例1支付加密算法的示意图；

以上各图中，1、壳体；2、显示触摸屏；3、主按键；4、USB接口；5、防滑纹；6、挂环；7、指纹识别键。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明提供了一种基于NFC的电费移动支付终端，包括壳体1，为了使其具有终端的作用，故在壳体上设置了触摸显示屏2、主按键3、指纹识别键7、USB接口4、锂电池和控制面板，本发明整体的设计主要在于指纹识别键的设计，中心思想就是为了提高该电费移动支付终端的安全性、高效性；下面具体说一下控制面板上所包括的模块以及各模块在该终端中起到的作用，控制面板上设置了中心处理模块、NFC模块、支付模块、储存模块、信号处理模块、指纹识别模块、USB识别模块以及电源模块。NFC模块的作用则在于其本身的作用效果，近场通信(Near Field Communication,NFC)是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，能在大约0～20cm范围内建立设备之间的连接，因此，NFC面向近距离交易，用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据，将NFC模块设计在本发明的电费移动支付系统中，无意是非常正确的选择；储存模块则具有记忆储存的功能，即将该电费移动支付系统所储存的信息进行短时间记忆并将其进行储存，为了使使用者的查阅和满足整个终端正常工作所必须的动作；电源模块其主要作用则是为了和锂电池配合，使得锂电池能够合理的电量分配，使锂电池在该终端中的作用最大化，除此之外，电源模块还可以和USB识别模块进行配合，快速高效的对锂电池进行充电使用；USB识别模块则是和USB接口相配合使用的，该终端中的USB的设计，应该是本发明和外部进行线连接的唯一的一个途径，采用单一的连接途径也是有原因的，因为该终端的作用比较单一，为了确保该终端本职工作的高效和快捷性，在很多情况下，是不可以将该终端随意的与外部一些终端或者其他设备进行连接使用的，即USB识别模块除了配合电源模块对锂电池进行充电外，还可以与储存模块进行配合，将该终端所储存的信息进行传输到其他的设备上进行保存或者永久保存；信号处理模块的作用则是收发信号的，对于该信号处理模块的设置，发明人给出了几种，信号收发的动力源头，即信号处理模块在什么样的环境下才能实现远距离的信号发送和传输，众所周知，如果在没有信号或者信号非常弱的情况下，是非常容易发不出信号的，为了解决这样一个问题，发明人给出了该终端对信号处理模块的设计，现阶段还没有设计出，在没有信号的前提下将信号发出的东西，在具体操作的时候，信号处理模块首先检测周围环境的信号强弱和有无，信号强，毋庸置疑的是，信号处理模块则会将该信号发出，如果信号弱或者没有信号，信号处理模块则会复制该信号，并将该信号储存到储存模块中，储存完成后，信号处理模块则实时检测周围信号，如果信号的强弱满足发出信号的条件，该信号处理模块则会从储存模块中调出该信号，并将该信号及时发送，这样可以大大提高该终端的工作效率，避免了人工繁忙导致该信号没有后期处理的情况；指纹识别模块在本终端中是发明人为了提高付费的安全性而设计的，如果光说但动作过程的话，指纹识别模块是和指纹识别键配合使用的，该组合是为了解决付费安全性低的问题，还需要和支付模块进行使用，即在电费付费的过程中需要指纹验证，在电费支付的整个过程中，快速、高效、安全是主要核心点，对于付费的过程会牵扯到第三方，即银行等，怎样实现支付者、电力公司和银行三方的信任和安全，才是该终端支付环节的中点,；中心处理模块则是一个微处理器，如图4所示，其作用就是为了协同各模块工作，使整个终端的工作过程更加高效。

其支付模块不仅要求保证数据信息在传输过程中的安全、完整，最少做到能及时发现信息被篡改，还要保证身份合法，同时兼顾效率。具体如下：

(1)信息不公开的要求。作为一个安全的电费移动支付系统，将各参与方之间交流的信息同互联网上开放的各种信息隔离开来，加以保护，这是确保该系统安全的最低要求。

(2)信息有选择性公开的要求。单独从系统内部来说，并非所有的信息都需要对所有的实体进行保密，而是指定某个实体具备权限来获知。例如客户的卡号等银行帐户信息，并不能让商家直接得到，以防范欺诈；同时也没有必要让收单行获知，仅仅发卡行明白该客户的卡号等帐户信息是真实有效，允许交易活动继续进行即可。

(3)信息有选择性保密的要求。在交易过程中，存在一个特殊的情况，即既需要向对方证明自己已经正确掌握某个信息，同时也不能将这个信息直接公开发送出去。这就需要经过一定的处理。

(4)信息保密效率的要求。对于一个应用的电费移动支付系统来说，既要考虑理论上的防范攻击能力，更要考虑实际的速度问题。对于三域电子支付系统来说，同其他系统一样，如果消息交换或者认证的过程太慢，需要参与方长久地等待，则很有可能在等待中失去用户。同样，如果一个电子交易系统的抗攻击能力低下的话，将很难赢得交易各方的信任，客户甚至对往交易系统中输入帐户、密码等敏感信息都提心吊胆，商家对交易的真实有效性心存疑虑，又怎么可能继续使用该系统进行交易呢？

对于支付模块，发明人给出了自主设计的一套高效、快捷、安全的算法，使支付者、电力公司和银行三方得到最大的平衡。

本发明中提供的支付算法，基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将一个数据单元替换为另一个。使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。即是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位(16字节)分组加密和解密数据。与公共密钥加密使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据，即图5。

本支付算法的形式化描述：

①命题假设及前置条件集

设a0～3、b0～3、c0～3、d0～3∈0～FF的二进制整数；

a(x)、b(x)、c(x)、d(x)∈GF(28)上次数小于4的多项式

a(x)＝a3x3+a2x2+a1x+a0；b(x)＝b3x3+b2x2+b1x+b0；

②主计算框架

加密多项式a(x)为多项式b(x)的运算：

解密多项式b(x)为多项式a(x)的运算：

说明：表示多项式在GF(28)上的模乘运算。

虽然数学模型在数学理论上来说是成立的，但要到达应用的程度，尚有一段距离。比如，数学模型中的输入和输出都是数字，准确说是二进制整数，而实际应用中，待处理的明文都是字符数组。如何将算法的输入范围扩大到任意长度和内容的字符串或字符数组，是一个亟待解决的问题。而且，如何有序地组织列混合、行移位等计算步骤，也不是数学模型所关心的内容，虽然这些对于最终的实现非常有必要。下面，发明人给出了该支付算法的应用模型。

①命题假设及前置条件集

设X＝[x1，x2，x3，…，xi]；xi∈单字节字符集；xi＝ci0ci1ci2ci3ci4ci5ci6ci7，ci0…ci7∈{0，1}；

设State，Key,Data∈整数数组；State＝[s1，s2，s3，…，s Nb]；且Key＝[k1，k2，k3，…，kNk]；n＝*Nb；Data＝[t1，t2，…，tn]；Nb，Nk∈{16，24，32}；

②主计算框架

参数说明及约束集：

输出结果字节数组信息为Y＝[y1,y2,y3,…,yn]

Nr为迭代轮数，与State和Key的长度有关。

Round和Final Round的伪代码如下：

其中，Byte Sub()、Shift Row()、Mix Column()，Add Round Key()、Expand Key()为轮过程中4个不同的计算部件字节代换、行移位、列混合、密钥加和一个密钥扩展部件。而Nr为迭代轮数，与State和Key的长度有关。Round Key取以Key为参数生成的Exp Key中一部分。对于其算法的具体步骤，发明人就不做详细的说明了，大概可以分为：字节/整数转化子过程集、字节代换子过程、行移位子过程、列混合子过程、密钥加子过程和扩展密钥子过程集，最后实例和验证，经逆运算解密可得到原字符串“这是待加密的信息！”。

即本发明采用上述支付算法，可以保证数据信息在传输过程中的安全、完整，最少做到能及时发现信息被篡改，还保证身份合法，同时还兼顾效率。

对于该终端上控制面板上的控制模块均是采用了电连接的连接方式。

除此之外，发明人为了使整个终端使用更方便，故在壳体的上部设置了挂环5，并使挂环以螺纹的形式设置在壳体上，还在壳体的两侧设置了防滑纹6。

如图4所示，简单的说一下本发明的工作原理，

利用该终端配合带有NFC功能的电表使用时，首先利用NFC模块对电表进行信号传输，其NFC模块将相关信息收集之后，并将该信息传递给中心处理模块，通过对显示触摸屏进行操作，利用信号处理模块将相关信号发送至电力总公司，其中心处理模块也可以放置在储存模块内进行储存，如需要支付电费或者预存电费，中心处理模块则会给支付模块下发命令，支付模块则会启动该模块的程序，除其算法外，关键的一步则是指纹识别，该指纹则是提前录入的，电费缴纳者则需要通过指纹识别键录入指纹，指纹识别模块识别成功，并将该信号传输至中心处理模块，支付模块则启动，最终支付模块完成后，中心处理模块将信息传递给电力公司接受处，进行保存，这里需要注意的是，则支付的过程中，指纹识别模块和支付模块是交互工作的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。