Android 上的 NFC 开发

根据 Android 官方文档所写，支持 NFC 的 Android 设备有以下三种操作模式：

• 读卡器模式：读取和写入 NFC 卡片（公交卡充值）
• 仿真卡模式：将设备模拟成一张 NFC 卡片，可以通过其他 NFC 读卡器访问设备模拟的 NFC 卡（饭卡模拟）
• 点对点模式：与 NFC 设备或其他支持非接触式射频传输的设备交换数据（Android Beam）

不同 NFC 卡片之间的差异也很大，有些只支持一次性写入，有些则可以支持读写操作，还有些 NFC 卡片内部支持加密功能。Android 对 NFC 卡片格式的支持主要为 NFC Forum 定义的 NDEF (NFC Data Exchange Format) 标准。

支持 NFC 的 Android 设备在设置内打开了 NFC 功能开关，设备就会在屏幕解锁后，在可以支持的范围内扫描 NFC 卡片。如果发现了一个可识别的 NFC 卡片，会通过 Intent 打开可以处理 NFC 操作的应用。如果设备中有多个可以处理该 NFC 卡片格式的应用，则会弹出选框由用户选择应使用哪个应用。

0x1 读卡器模式

作为一个 NFC 处理应用，第一步先要在 Manifest 中声明自己可以处理 NFC 操作。

<!-- NFC 硬件支持 -->
 <uses-feature android:name="android.hardware.nfc" android:required="true" />

 <!-- NFC 权限 -->
<uses-permission android:name="android.permission.NFC" />

<!-- singleTop 确保扫描到新卡片时调用 onNewIntent()
        锁定竖屏防止丢失 Intent 信息 -->
<activity
    android:launchMode="singleTop"
    android:screenOrientation="portrait">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.nfc.action.NDEF_DISCOVERED" />
        <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
        <data android:mimeType="text/plain" />
    </intent-filter>
</activity>

根据前文所述，Android 会通过 Intent 打开可以处理 NFC 操作的应用，所以应用也要添加 IntentFilter 来匹配想要过滤的数据类型。

由于对 NDEF 标准的支持最为完善，所以推荐使用 ACTION_NDEF_DISCOVERED；但是 Android 同样也对其他卡片格式有部分支持，可以使用 ACTION_TECH_DISCOVERED，使用此 action 需要在 xml 文件夹下指定 tech-list 来过滤想要使用的 NFC 技术标准；如果前两种 action 都无法匹配，就需要使用到 ACTION_TAG_DISCOVERED，但是此 action 过于笼统，要小心使用。

在 Manifest 中正确声明之后，当扫描到 NFC 卡片时，系统就会打开处理 NFC 操作的 Activity 了：

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)

    mNfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);

    val intent = Intent(this, MainActivity::class.java)
    val requestCode = 0
    val flag = 0
    mPendingIntent = PendingIntent.getActivity(this, requestCode, intent, flag)
}

override fun onResume() {
    super.onResume()
    mNfcAdapter?.enableForegroundDispatch(this, mPendingIntent, null, null);
}

override fun onPause() {
    super.onPause()
    mNfcAdapter?.disableForegroundDispatch(this);
}

需要注意的是，在 onResume() 和 onPause() 中分别调用的 NfcAdapter 的两个方法，会使系统在扫描到新的 NFC 卡片时优先使用当前 Activity 进行处理，不再弹出 Intent 选择，以免降低用户的体验。

---

override fun onNewIntent(intent: Intent?) {
    super.onNewIntent(intent)

    val tag: Tag? = intent?.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG)
    println(tag)
}

在 onNewIntent() 中，即可通过 Intent 来获取卡片的信息了，输出：

I/System.out: TAG: Tech [android.nfc.tech.NfcA, android.nfc.tech.MifareClassic, android.nfc.tech.NdefFormatable]

此处使用的是 Tag 格式的卡片实体类来获取，如果已经确定卡片是 NDEF 格式，则可以使用 NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES，来获取一个 NDEF 格式的卡片实体类。

对于非 NDEF 格式的卡片，就需要使用 Android 提供的其他实体类来进行操作，可以使用 Tag::getTechList() 来查看卡片所支持的标准。

0x2 仿真卡模式

Android 上对 NFC 卡片的模拟的主要是通过 HCE(基于主机的卡模拟) 来实现的 (Android 4.4+)，如果使用安全元件进行卡片模拟，则需要部分安全元件的支持，例如 NFC-SIM 卡。

<!-- HCE 支持 -->
<uses-feature
    android:name="android.hardware.nfc.hce"
    android:required="true" />

<!--仿真卡服务-->
<service
    android:exported="true"
    android:permission="android.permission.BIND_NFC_SERVICE">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.nfc.cardemulation.action.HOST_APDU_SERVICE" />
        <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    </intent-filter>

    <meta-data
        android:name="android.nfc.cardemulation.host_apdu_service"
        android:resource="@xml/apduservice" />
</service>

<host-apdu-service xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:requireDeviceUnlock="false">
    <aid-group android:description="@string/aiddescription"
        android:category="other">
        <aid-filter android:name="F0010203040506"/>
        <aid-filter android:name="F0394148148100"/>
    </aid-group>
</host-apdu-service>

在 Manifest 的 Service 声明中，引用到了一个 xml 文件夹下的 apduservice.xml 文件，其中 android:requireDeviceUnlock=false 可以让设备在亮屏但不解锁的情况下启动 HCE 服务；aid-filter 是必要的，Android 会根据 aid-filter 所定义的 AID 来选择合适的 HCE 服务，具体的 AID 数值参照要模拟的 NFC 卡片为准，须为十六进制格式，并且是偶数位。

class CardService : HostApduService() {
    override fun processCommandApdu(commandApdu: ByteArray, extras: Bundle): ByteArray {
        val aid = "F0010203040506"
        val header = "00A40400"

        val selectApdu = (header + String.format("%02X", aid.length / 2) + aid).toByteArray()
        if (selectApdu.contentEquals(commandApdu)) {
            return aid.toByteArray()
        }
        return byteArrayOf()
    }

    override fun onDeactivated(reason: Int) {}
}

在 HostApduService::processCommandApdu 中，设备将作为一张模拟的 NFC 卡片，Android 系统会将其接收到的 APDU 数据传入进来，此方法运行在 UI 线程，需要返回一个 ByteArray 作为响应数据发送回 NFC 读取设备。

0x3 点对点模式

NFC 卡片有 ID 卡与 IC 卡之分。传统的 ID 卡片只有数据存储功能，能轻易的被读写，卡片本身只是记录一个 ID 数值；IC 卡则不同，内部具有微型 CPU，数据的读写会经过卡片的 CPU 进行处理，支持加密功能，更加安全。

以笔者的卡片为例，卡片所使用的 IC 为 NXP MF1S50，ISO-14443 标准，数据的读写入需要与卡片进行 APDU(应用协议数据单元) 交互，具体的指令可以从 IC 的 datasheet 中获得。

val isoDep: IsoDep = IsoDep.get(tag)
isoDep.connect()

val payload = byteArrayOf(0x93.toByte(), 0x70.toByte())  // SELECT
val result = isoDep.transceive(payload)

这里使用 IsoDep::transceive() 向卡片发送指令，卡片会根据指令返回相应的数据，至于数据如何解析，就要参照不同卡片的技术规范了，可参考《中国金融集成电路 (IC卡) 规范》和《中国银联 IC 卡技术规范》。