Ein Managementsystem für Over-The-Air Administration von NFC-Services : Analyse und Architekturentwurf auf Basis von Microservices

Abstract

Während kontaktloses Bezahlen mit Hilfe von Near-Field-Communication (NFC)-fähigen Bankomatkarten in Österreich inzwischen weit verbreitet ist, sind mobile Zahlungslösungen, die NFC-fähige Smartphones als Client und SIM-Karten als Secure-Element verwenden, wenig verbreitet. Technisch betrachtet sind bereits alle nötigen Voraussetzungen für diese Lösungen vorhanden. Die Herausforderung besteht jedoch darin, alle Stakeholder eines NFC-Ökosystems zusammenzuschalten, um Over-The-Air (OTA)-Administrationsprozesse an zentraler Stelle steuern zu können. Diese Arbeit liefert einen Architekturentwurf für ein Managementsystem für OTA-Administration von NFC-Services, am Beispiel einer mobilen Zahlungslösung für den österreichischen Markt. Der präsentierte Architekturentwurf orientiert sich an einem Microservice-orientierten Architekturstil, welcher hochverfügbare, wartbare und flexible Systeme ermöglicht. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen und technischen Grundlagen und Konzepten, die als Basis und Referenz für technische Entscheidungen in späteren Kapiteln dienen. Es werden Grundlagen zu Microservice-Architekturen, verschiedene Kommunikationsstile für Intraprozess-Kommunikation, bewährte Entwurfsmuster in Microservice-Architekturen sowie Konzepte des Domain-Driven Design Entwicklungsprozesses diskutiert. Abschließend wird in diesem Teil ein Überblick über das NFC-Ökosystem gegeben. Der praktische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anforderungsanalyse, der Identifikation von zentralen Administrationsprozessen und sicherheitsrelevanten Betrachtungen des zu entwickelnden Systems. Diese dienen als Grundlage für den Architekturentwurf sowie die funktionale Beschreibung der im Architekturentwurf enthaltenen Microservices. Abschließend werden anhand einer prototypischen Implementierung eines ausgewählten Microservices der Architektur Implementierungsdetails zu State-of-the-Art Technologien des Java-Universums präsentiert.

As contactless payment using Near-Field-Communication (NFC)-enabled debit cards is already widely spread in Austria, contactless mobile payment solutions, harnessing the NFC-capabilities of smartphones and using the SIM card of a mobile phone as a Secure Element (SE), are still on the rise. From a technical point of view, all necessary requirements to proceed in this field of work are already in place, however there are still some challenges left to be solved from a management point of view. Putting all necessary players in a NFC-ecosystem in place and enabling their cooperation, in order to centrally manage NFC-services in a SE using Over-The-Air (OTA) communication, is one of the biggest challenges to be solved. The contribution of this thesis is twofold. Firstly, a microservice based reference architecture of a management system for OTA-administration of NFC-services is proposed, which tackles the aforementioned issue and enables all stakeholders to cooperate by using a central management system. Secondly, selected implementation details for state-of-the-art Java frameworks, built to tackle microservice specific requirements, are discussed based on a prototypical implementation. Part one of this thesis discusses theoretical and technical basics of microservice architectures, service communication, architectural design patterns and the Domain-Driven-Design process. Furthermore an overview of the NFC-ecosystem is given. Part two provides an analysis of the management system to be built and outlines a microservice-based architecture proposal. Finally, in the last part a prototypical implementation of one selected microservice is provided and microservice specific implementation details are discussed.