搞懂Nfc刷卡看这篇就够了

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发布时间：2020-11-29

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技术：NFC+Android+Kotlin

运行环境：AdnroidStudio

概述

NFC在我们生活中出现的场景越来越多了，如蓝牙耳机的连接、刷交通卡、智能锁开锁等，相信在未来还会有越来越多的场景会用到NFC，所以作为开发者，掌握NFC的知识及NFC的开发技能、就显得尤为必要。

详细

> NFC在我们生活中出现的场景越来越多了，如蓝牙耳机的连接、刷交通卡、智能锁开锁等，相信在未来还会有越来越多的场景会用到NFC，所以作为开发者，掌握NFC的知识及NFC的开发技能、就显得尤为必要

这里放出Android[__官方文档__](https://developer.android.google.cn/guide/topics/connectivity/nfc)，官方的文档讲的大而全，本文是对官方文档的抽丝剥茧，相对官方文档来说会更容易理解，但是会比官方文档少一些内容，如果本文没有你想了解的，可以自己查阅官方文档。

## 什么是NFC

> **NFC**是Near Field Communication缩写，即近距离无线通讯技术。由飞利浦公司和索尼公司共同开发的NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。

简单的说，**NFC**提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单直观地交换信息、访问内容与服务。

## NFC的工作模式

NFC的工作模式有三种，分别是读卡器模式（Reader/writer mode）、仿真卡模式(Card Emulation Mode)、点对点模式（P2P mode）。

- 读卡器模式

数据在NFC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。通常NFC标签是不需要外部供电的。当支持NFC的外设向NFC读写数据时，它会发送某种磁场，而这个磁场会自动的向NFC标签供电。

- 仿真卡模式

数据在支持NFC的手机或其它电子设备中，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（相当于刷卡器）。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）。

- 点对点模式

该模式与蓝牙、红外差不多，用于不同NFC设备之间进行数据交换，不过这个模式已经没有有“刷”的感觉了。其有效距离一般不能超过4厘米，但传输建立速度要比红外和蓝牙技术快很多，传输速度比红外块得多，如过双方都使用Android4.2，NFC会直接利用蓝牙传输。这种技术被称为Android Beam。所以使用Android Beam传输数据的两部设备不再限于4厘米之内。

点对点模式的典型应用是两部支持NFC的手机或平板电脑实现数据的点对点传输，例如，交换图片或同步设备联系人。因此，通过NFC，多个设备如数字相机，计算机，手机之间，都可以快速连接，并交换资料或者服务。

本文会主要讲解**读卡器模式，**相信理解了这个模式，其他的两种模式你也会触类旁通的。在讲解读卡器模式前，有一些知识是需要提前掌握的。

## 卡片的知识

本文主要讲解的是NFC的读卡器模式，要想读到卡片的内容，我们要对卡片有一些基本的了解，比如卡片的分类，每种卡片内部的数据结构等。

###卡片的分类

现在市面上的卡片分类有IC卡、ID卡、M1卡和CPU卡，简单的了解一下这些卡的区别和用途，

- IC卡

IC卡又称集成电路卡，通常是在塑料卡片内嵌入一个或多个集成电路构成的PVC卡。集成电路芯片可以是存储器或微处理器。带有存储器的IC卡又称为记忆卡或存储卡，带有微处理器的IC卡又称为智能卡或智慧卡。记忆卡可以存储大量信息；智能卡则不仅具有记忆能力，而且还具有处理信息的功能。

IC卡可以十分方便地存汽车费、电话费、地铁乘车费、食堂就餐费、公路付费以及购物旅游、贸易服务等。

- ID卡

ID卡又叫身份识别卡，是一种不可写入的感应式卡，拥有一个固定卡号编号。卡号在封卡前写入后不可再更改，绝对确保卡号的唯一性和安全性。

ID卡可以作为一般的门禁或停车场系统的使用者身份识别，因ID卡无密钥安全认证机制，且不能写卡，很难实现一卡通功能，同时也不合适做消费系统。

- M1卡

M1是菲利浦下属子公司恩智浦出品的芯片缩写，目前该公司的M1芯片与国产芯片相兼容，**其实M1卡也属于非接触式IC卡**。

M1卡，优点是可读可写的多功能卡，缺点是：价格稍贵，感应距离短，适合非定额消费系统、停车场系统、门禁考勤系统等。

- CPU卡

CPU卡芯片是一个微处理器，它的功能相当于一台微型计算机。CPU卡可适用于金融、保险、交警、政府行业等多个领域，CPU卡的优点是存储空间大、读取速度快、支持一卡多用功能等特点，CPU卡从外型上与普通IC卡，射频卡并没有太大差异，但是性能上却有巨大提升，安全性和普通IC卡比，提高很多，通常CPU卡内含有随机数发生器，硬件DES,3DES加密算法等，配合CPU卡芯片上的COS操作系统,可以达到金融级的安全级别。

### M1卡的数据结构

为什么要介绍卡结构呢？因为用NFC读取卡片，获取卡片的内容的时候，你要知道卡片的数据结构，才能拿到自己想要的知识，这里就以M1卡进行讲解。

M1卡有从0到15共16个扇区，每个扇区配备了从0到3共4个段，每个段可以保存16字节的内容。见下图

![M1卡0扇区和1扇区](/contentImages/image/20201128/WWvD53bTdHHpl4cFopS.png "M1卡0扇区和1扇区")
要想读取对应扇区的数据，需要知道对应扇区的秘钥，否则读取不到数据。

## Android的NFC标签调度系统

当手机发现外部NFC的标签（指含有NFC功能的设备）时，Android系统会寻找可以处理这个标签的Activity，那怎么知道哪个Activity能处理这条NFC消息呢？答案是清单文件，我们需要在清单文件中设置`intent-filter`。系统会分发NFC消息到设置`intent-filter`的Activity中，当然，接收NFC消息也有优先级之分，也是通过设置`intent-filter`来设置接收NFC消息的优先级的。

NFC的标签调度系统绑定了3中intent，按优先级的高低列出，如下

1. `ACTION_NDEF_DISCOVERED`：如果扫描到包含此Intent的Activity，并且可识别其类型，则使用此 Intent 启动 Activity。这是优先级最高的 Intent，NFC标签调度系统会尽可能尝试使用此 Intent 启动 Activity，在找不到这个Intent时才会尝试使用其他 Intent。
2. `ACTION_TECH_DISCOVERED`：如果没有登记要处理 `ACTION_NDEF_DISCOVERED` Intent 的 Activity，则标签调度系统会尝试使用此 Intent 来启动应用。此外，如果扫描到的标签包含无法映射到 MIME 类型或 URI 的 NDEF 数据，或者该标签不包含 NDEF 数据，但它使用了已知的标签技术，那么也会直接启动此 Intent（无需先启动 `ACTION_NDEF_DISCOVERED`）。
3. `ACTION_TAG_DISCOVERED`：如果没有处理 `ACTION_NDEF_DISCOVERED` 或者 `ACTION_TECH_DISCOVERED` Intent 的 Activity，则使用此 Intent 启动 Activity。

它们3者关系如下图所示

![NFC标签调度](/contentImages/image/20201128/6upUTcbu7f4sUXc60G4.png "NFC标签调度")

如果想处理所有的NFC标签，上面3个可以在清单文件中都进行设置。

## 实战演练

前文我们已经知道了什么是NFC以及NFC的几种工作模式，也了解了市面上卡片的分类和M1卡的数据结构，基础知识已经掌握了，下面就开始进入实战演练，用Android的NFC来获取M1卡的唯一代码。

### 在 Android 清单中请求 NFC 访问权限

先在 `AndroidManifest.xml` 文件中声明以下内容，然后才能访问设备的 NFC 硬件并正确处理 NFC Intent：

- 设置用于访问 NFC 硬件的 NFC `<uses-permission>`

```xml
    <uses-permission android:name="android.permission.NFC" />
```

- 设置`uses-feature` 元素，以便您的应用仅在那些具备 NFC 硬件的设备的 Google Play 中显示

```xml
      <uses-feature android:name="android.hardware.nfc" android:required="true" />
  ```

如果你的App不是必须要NFC功能，则`uses-feature`可以省略，然后再代码中通过`getDefaultAdapter()` 是否为 `null` 来判断 NFC 的可用性。

### 设置过滤 NFC Intent

以下示例展示了如何过滤 MIME 类型为 `text/plain` 的 `ACTION_NDEF_DISCOVERED` Intent：

```xml
    <intent-filter>
        <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED"/>
        <category android:name="android.intent.category.DEFAULT"/>
        <data android:mimeType="text/plain" />
    </intent-filter>
```

另外两种`intent-filter`的使用，可以查阅[官方文档](https://developer.android.google.cn/guide/topics/connectivity/nfc/nfc#ndef-disc)。

### 使用前台调度系统

前台调度系统的作用就是，在你打开一个可以处理NFC标签的Activity时，NFC的消息会优先发送给当前的Activity，不论当前的Activity设置的是哪一个`intent-filter`。使用前台调度系统的步骤如下

1. 在 Activity 的 `onCreate()` 方法中添加以下代码：

a. 创建一个 `PendingIntent` 对象。

```kotlin
       val intent = Intent(this, javaClass).apply {
           addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP)
       }
       var pendingIntent: PendingIntent = PendingIntent.getActivity(this, 0, intent, 0)
       
   ```

b.声明 Intent 过滤器，用来处理您要拦截的 Intent。前台调度系统会对照设备扫描标签时所获得的 Intent 来检查所指定的 Intent 过滤器。如果匹配，那么应用会处理该 Intent。如果不匹配，那么前台调度系统会回退到 Intent 调度系统。指定 Intent 过滤器和技术过滤器的 `null` 数组，以指明要过滤所有回退到 `TAG_DISCOVERED` Intent 的标签。以下代码段会处理 `NDEF_DISCOVERED` 的所有 MIME 类型。

```kotlin
       val ndef = IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED).apply {
           try {
               addDataType("*/*")    /* 处理所有 MIME 类型的标签 */
           } catch (e: IntentFilter.MalformedMimeTypeException) {
               throw RuntimeException("fail", e)
           }
       }
   
       intentFiltersArray = arrayOf(ndef)
       
   ```

c.设置应用要处理的一组标签技术。调用 `Object.class.getName()` 方法以获取要支持的技术的类。

```kotlin
       techListsArray = arrayOf(arrayOf<String>(NfcF::class.java.name))
   ```

2. 替换以下 Activity 生命周期回调，并添加相应逻辑，以分别在 Activity 失去 (`onPause()`) 焦点和重新获得 (`onResume()`) 焦点时启用和停用前台调度。`enableForegroundDispatch()` 必须从主线程调用，并且只能在 Activity 在前台运行时调用（在 `onResume()` 中调用可确保这一点）。您还需要实现 `onNewIntent` 回调以处理扫描到的 NFC 标签中的数据。

```kotlin
       public override fun onPause() {
           super.onPause()
           adapter.disableForegroundDispatch(this)
       }
   
       public override fun onResume() {
           super.onResume()
           adapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, intentFiltersArray, techListsArray)
       }
   
       public override fun onNewIntent(intent: Intent) {
           val tagFromIntent: Tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG)
           //在这里处理NFC扫描到的内容
       }
       
   ```

### 代码示例

下面展示核心代码，读取M1卡并解析卡号，代码如下

```kotlin
//解析实体卡号
fun resolveCardNumIntent(intent: Intent?): String {
    if (intent == null) {
        return ""
    }
    //拿来装读取出来的数据，key代表扇区数，后面list存放四个块的内容
    //intent就是onNewIntent方法返回的那个intent
    val tag: Tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG)
    val mfc = MifareClassic.get(tag)
    //如果当前IC卡不是这个格式的mfc就会为空
    if (null != mfc) {
        try {
            if (!mfc.isConnected) {
                //链接NFC
                mfc.connect()
            }
            //验证扇区密码，否则会报错（链接失败错误）
            val isOpen = mfc.authenticateSectorWithKeyA(0 , CARD_KEY_15)
            if (isOpen) {
                //获取扇区第一个块对应芯片存储器的位置
                //（我是这样理解的，因为第0扇区的这个值是4而不是0）
                val bIndex = mfc.sectorToBlock(0)
                val data = mfc.readBlock(bIndex)
                val byteArrToInt = DataUtils.byteArrToInt(data, 0, 4)
//                LogUtils.print("卡号： $byteArrToInt")
                return byteArrToInt
            }
        } catch (e: Exception) {
            e.printStackTrace()
            return ""
        } finally {
            try {
                mfc.close()
            } catch (e: IOException) {
                e.printStackTrace()
            }
        }
    }
    return ""
}
```

上面的代码注释很清晰，重点看下这段代码

```kotlin
val tag: Tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG)
val mfc = MifareClassic.get(tag)//用于解析MifareClassic的实例
```

这里的Tag是获取卡片的Tag，NFC支持的Tag如下表

**表 1.** 支持的标签技术

Android 设备还可以选择支持以下标签技术。

**表 2.** 可选择支持的标签技术

| 类               | 说明                                                         |
| :--------------- | :----------------------------------------------------------- |
| MifareClassic    | 提供对 MIFARE Classic 属性和 I/O 操作的访问权限（如果此 Android 设备支持 MIFARE）。 |
| MifareUltralight | 提供对 MIFARE Ultralight 属性和 I/O 操作的访问权限（如果此 Android 设备支持 MIFARE）。 |

## 项目结构
  项目结构如下图
![项目结构](/contentImages/image/20201128/E865r8sdLCIvPrr3xl7.png "项目结构")

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