電子マネーの原理

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電子マネーの原理
電子マネーは、クレジットカードとの一体型や専用カード型等で使われています。
どれも非接触型を採用しているので、リーダ/ライタにタッチするだけ。現在、この電子マネーに多く使われているのが、ソニーが開発したFeliCaという技術。

クレジットカードだけでなく、身近なものでは、携帯電話にも採用されています。 (FeliCaマークの有る機種。)

この非接触型電子マネーの原理は、どうなっているのでしょうか?


非接触型ICカードの構成イメージ

 非接触型ICカードの構成図
電源発生部
アンテナに発生している電流からICチップ内部で使用する電源を供給します。
不揮発性メモリ
非接触型ICカードに電源が無くなっても消えないメモリ。
容量は、チップによっても異なる。例 4Kbyte(ユーザ領域2.4Kbyte)
揮発性メモリ
電源が無くなると書き込んだ内容が消えるメモリ。演算や制御等での一時的なデータを保存する作業領域として使う。
受信復調部
無線通信でアンテナから受信した信号をコントローラで扱えるデジタルデータに変換。
送信変調部
受信復調部の反対を行います。
コントローラで書き込まれたデジタルデータを無線通信の信号に変換。そして アンテナから送信される。
クロック発生部
コントローラのCPUクロック等に使う。
アンテナ
リーダ/ライタから無線信号を受信したり、反対に送信に使う。形状は、電子マネーの種類によっても異なっている。


原理

1.
タッチするとリーダ/ライタから電磁誘導でICチップに電源が供給されます。
ところで、この電磁誘導とは、どのようなものなのでしょうか?
一次側に流れる電流の変化に応じて、これによって発生する磁界の強度も変化します。この磁界の強度が変化する事で、二次側に電流が流れようとする。二次側の電流が流れる方向は、一次側と反対方向。

 電磁誘導の図
磁界の強度が変化する事で電流が流れようとする現象が電磁誘導です。
タッチした最初の状態では、この一次側がリーダ/ライタのアンテナ、2時側がICカードのアンテナに相当。
この現象は、身近なところでは、電子部品のトランスや発電機にも応用されています。

2.
ICチップに電力が供給されると内部の部品は、初期化されます。そしてリーダ/ライタから無線通信によるコマンドが受信されるのを待ちます。(相互認証待ち)
このコマンドを受信すると、これに対する応答を返して、更に必要な場合、無線通信を行い不揮発性メモリの読み書きを行う。
不揮発性メモリの書き込みは、万一通信が中断されたり、失敗したりすると、書込みデータを破棄して、書込み開始前の状態に戻ります。

FeliCaチップが搭載されたICカードの場合、ICカードの検出、相互認証、読み書き迄の一連の処理を0.1秒以内で完了しています。


FeliCaの無線通信

.暗号化
通信は、コマンドの種類によって暗号化を実施する、しないが決められていて、コマンドの暗号化には、標準化されているDESやAESといった方式を使っているのでセキュリティが高くなっています。

・通信可能距離
リーダ/ライタとの通信可能距離は、十数センチ以内。

・変調
周波数が13.56MHzの電波(搬送波)を使用し、通信速度は、212kbps、又は424kbps。(理論的には、更に高速通信も可)
変調方法:ASK10%変調 符号化:マンチェスタ


接触型と比較した非接触型の長所

  • お財布やバック等に入れたままタッチしても使える。
  • 非接触なので、摩擦による擦り減りや接触不良を考える必要が無い。
  • ICチップを組み込む対象物のデザインの自由度が高い。 どの部分にも印刷が出来る。


アンチコリジョン対応のFeliCa

FeliCaICカードを複数枚重ねて、リーダ/ライタにタッチした時の対応処理をアンチコリジョンという。
リーダ/ライタは、Pollingコマンドと呼ばれるデータを定期的に送信して、タッチされたかどうかを監視しています。ICカードは、これを受信すると、リーダライタに応答を送信する。
ICカードが2枚以上重ねられていて、もし同時に応答してしまうと、混信が発生してリーダ/ライタは受信できません。 そこで、同時に応答しない様な工夫が施されているのです。それは、乱数によって待ち時間を決定、この待ち時間を過ぎてから応答する。これによって同時に応答する機会が少なくなります。これをタイムスロット方式といっています。

タイムスロット数は、Pollingコマンドの中で指定されていて、例えば、このタイムスロット数を4個に指定の場合、この4個のどれかを乱数を使って選ぶ。乱数を使っているので少ないですが、偶然、同じタイムスロットを選んでしまう事も有りえます。もし、ダメだったら、もう一度タッチするか、重ねる枚数をもっと少なくしてみましょう。

実際に複数枚を重ねて使用出来るには、ハード面で、いくつかのハードルが有ります。
●ICカード内部のアンテナ形状
これが同一形状のICカードを重ねると、このアンテナ間で干渉しやすくなる。この干渉が起こると電力を十分に供給出来なかったり、通信し難くなる事が有る。
同じ種類の電子マネーどうしは、アンテナ形状も同一の可能性が有る。
●リーダ/ライタの供給電力容量
重ねる枚数が多い程、リーダ/ライタは、その分、多くの電力を供給する必要が有る。もし十分に供給出来ない様な枚数だと動作しない。

お財布の中には、電子マネー対応のクレジットカードが沢山入っている方もいると思います。重ねて使用できる枚数は、この様な条件が関係しますので、変わってきます。多くても2枚位、場合によっては1枚となる事も有ります。



FeliCaは、ソニー株式会社の登録商標です。

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