近年来，O2O电子商务在国内萌芽，发展迅速，其核心理念是整合线上和线下的资源，实现线上引流线下消费。O2O电子商务的快速发展也带动了电子支付模式的创新，我国一些互联网巨头以及商业银行也开始探索O2O电子商务的支付领域，推出了自己的O2O支付产品。O2O电子商务作为电子商务未来的一个重要发展趋势，研究其支付机制具有重要而深远的意义。本文以O2O电子商务的支付机制为研究对象，从支付模型的体系架构、交易流程、支付协议的设计需求与实现流程和支付协议的验证等方面进行了系统的研究与设计，本文所做的工作如下：首先，对O2O电子商务常见支付模式的支付流程进行研究，总结分析当前支付模式存在的不足以及O2O电子商务支付在交易凭证安全、线上到线下的支付体系、支付信息安全和担保支付等方面的需求，设计了基于二维码的O2O电子商务支付模型，给出其模型架构和线上线下支付流程，实现安全可靠的线上担保支付线下确认支付。其次，对支付模型的线上支付协议和线下确认支付协议开展研究和设计。给出了支付协议设计的需求和假设，并结合支付模型的交易流程以消息发送和响应的形式设计了线上支付协议和线下确认支付协议，给出了其具体的实现过程，并对该协议的关键性能进行分析。最后，采用着色Petri网和CPNtools分别对线上支付协议和线下确认支付协议进行建模仿真，通过对其CPN模型和CPNtools生成的状态空间报告进行分析得出线上支付协议和线下确认支付协议的流程不存在活锁、死锁和非预期死标识，验证了支付模型及其协议的可达性和可行性。