搞懂Nfc刷卡看这篇就够了

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，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

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

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>

    <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

      <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：

    <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。

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。

       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。

       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。

       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。

       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

//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

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

类	说明
TagTechnology	这是所有标签技术类都必须实现的接口。
NfcA	提供对 NFC-A (ISO 14443-3A) 属性和 I/O 操作的访问权限。
NfcB	提供对 NFC-B (ISO 14443-3B) 属性和 I/O 操作的访问权限。
NfcF	提供对 NFC-F (JIS 6319-4) 属性和 I/O 操作的访问权限。
NfcV	提供对 NFC-V (ISO 15693) 属性和 I/O 操作的访问权限。
IsoDep	提供对 ISO-DEP (ISO 14443-4) 属性和 I/O 操作的访问权限。
Ndef	提供对 NDEF 格式的 NFC 标签上的 NDEF 数据和操作的访问权限。
NdefFormatable	为可设置为 NDEF 格式的标签提供格式化操作。

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）。

总结

  本文首先介绍了NFC是什么以及它的几种工作模式，然后让大家认识了一下市面上卡片的分类，也介绍了M1卡的数据结构，最后，演示了一下怎在Android中使用NFC来读取M1卡的卡号。 虽然文章没有把NFC的所有使用模式都进行讲解，但是挑了一个模式进行详细的讲解，相信阅读这篇文章后，你对Android的NFC不会那么的陌生了，其他的NFC的工作模式就由大家自行了解学习，这样才能加深印象和理解。

  最后放出本文的demo，大家可以点击这里下载

本文已由公众号“爱码者说”首发