NFC近场支付为用户带来了安全便捷的支付体验。传统的NFC卡模拟是基于硬件的虚拟卡模拟(Virtual Card Emulation),通过在手机中内置安全芯片(Secure Element,简称SE)为交易过程中的敏感信息存储以及运算操作提供可靠环境。SE芯片的引入增强了支付的安全性,却也延长了产业链,使得NFC卡模拟发展十分缓慢。主机卡模拟(Host based Card Emulation,简称HCE)是近年来兴起的新技术,HCE产生的目的在于降低移动终端接入NFC支付的实现门槛,通过移动终端中的APP或者是远程的云服务器来模拟实现安全元素,缩短产业链,也减少了服务供应商的成本,但是安全性却比传统NFC低。主流的HCE安全解决方案包括主机方案、TEE方案和云存储方案。为了兼顾移动支付安全性和实现成本,探究HCE安全解决方案的可行性,课题主要工作为:第一,对比分析传统的基于硬件的NFC移动支付和基于软件实现的HCE。分析传统NFC支付的安全优势以及不足,分析主机卡模拟技术相比于传统卡模拟的优势,并对三种HCE安全解决方案进行对比。第二,基于云存储安全解决方案,提出云安全元素管理系统的概念,将敏感信息的存储和安全运算从本地转移到云端实现。对云安全元素管理系统进行分模块设计,详细描述每一个模块的功能以及设计方案。第三,基于模块设计方案进行具体的编程实现。系统分为四个模块:NFC读卡器模块、HCE卡模拟模块、通信协议栈设计模块以及云服务器模块。通过Android NFC编程对NFC读卡器模块、HCE卡模拟模块进行实现,使用nginx+PHP+Mysql组合对云服务器模块进行实现,使用PKI公钥密码体制以及网络请求协议相关的知识对通信协议栈进行分层设计实现。第四,借鉴Apple Pay使用的令牌化技术,为系统设计卡号的随机映射算法,再结合应用场景设计高效的PKI签名算法,从算法优化的角度提升系统的效率和安全性。第五,对整个云安全元素管理系统进行功能性测试,模拟智能卡刷卡消费流程,并测试系统的响应延时,证明云安全元素管理系统的安全性和可行性。