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近场通信(Near Field Communication,NFC)是一项近期发展迅速的近距离无线通讯技术,最常见的是将NFC技术应用于移动支付和门禁访问控制等领域。从技术上讲,NFC模拟卡模式可以使NFC设备变成银行卡或门禁卡,实现移动支付和身份认证。本文对NFC通信模式、调制编码、协议标准等关键技术进行了研究,设计并实现了移动支付NFC智能水表和NFC智能门禁系统,具体研究内容和工作如下:1、分析了NFC技术所采用的通信协议标准,研究了NFC通信的通信模式、调制编码、协议标准等多个关键问题。其中,针对NFC三种不同的通信模式讨论了适用的标准、协议架构以及数据交换格式。2、针对传统的预付费水表缺乏便利性和实时性等缺陷,设计并实现了移动支付NFC智能水表系统。首先,根据水表的预付费业务需求,设计了系统的整体架构和系统功能,主要分为支付、退费、查询等用户功能和测试、信息更改和数据转移等管理功能。其次,完成了系统软硬件设计,包括MCU主控电路、NFC模块电路、天线设计以及流量监测等,软件实现包括模块初始化和传输协议。最后,利用MCU的低功耗性能和NFC模块的通信唤醒机制,设计了系统的低功耗方案。经测试,该水表系统支持用户利用NFC设备动态唤醒,并实现了移动支付和数据查询功能。3、设计并实现了NFC门禁系统,其中系统硬件设计分为MCU主控电路和系统外围模块,主要包括显示、门锁控制、NFC通信、存储模块等。系统软件设计包括系统协议架构和应用层用户数据管理。软件架构主要包括μC/OS-III操作系统、libnfc函数库、GUI界面的移植、优化和应用功能实现。软件系统中主要创建了四个用户任务,用于实现显示交互和门禁控制等。另外,还提出了一种快速验证的用户数据管理方法。4、针对NFC智能水表系统和NFC门禁系统设计了安全认证方案。分析了现有的NFC认证系统和安全方案以及系统安全需求和潜在的安全风险,采用Hash、AES和口令Key动态更新机制,设计了一种适合NFC移动设备的双向安全认证方案和自同步机制。并采用经典的形式化方法GNY逻辑对设计的认证方案进行详细的逻辑化分析和证明,从五个方面对方案的安全性能进行了分析,该方案能有效的抵抗伪造、重放、窃听、篡改和异步攻击。