NFC метки: как использовать в технологии «умный дом»?

Не работает nfc и google pay на xiaomi (redmi), что делать?

Банковские карты

Чипы NFC используются не только в мобильных устройствах в режиме эмуляции карты, но и в самих пластиковых картах, для возможности бесконтактной оплаты, и еще в других распространенных устройствах с возможностью эмуляции вашей карты, типа кольца или браслета со встроенным чипом NFC.
Рис. 15. Этапы прохождения платжной транзакции.

В случае использования контактной карты, в ее чип зашивается платежное приложение банка-эмитента, которое через платежную систему взаимодействует с банком-эквайером продавца при проведении платежной транзакции, и персональные платежные данные клиента банка, на чье имя выпущена карта. Данные хранятся в зашифрованном криптоключами виде и защищены от перезаписи или изменения.

В работе бесконтактной карты добавляется NFC модуль, который обеспечивает бесконтактное соединение со считывателем банковских карт.

Что же происходит в случае эмулирования карты мобильным телефоном. Чтобы не записывать на чип SE в мобильном устройстве платежные приложения всех банковских карт, которыми пользуется владелец устройства, которые к тому же надо персонализировать, т.е. передать данные о выпущенных картах и хранить их в защищенном виде, была сформулирована роль TSM (Trusted Service Manager), который объединяет с одной стороны поставщиков услуг (Service Provider TSM), а с другой стороны чипы Secure Element (Secure Element Issuer TSM).

TSM — Trusted Service Manager — уникальный посредник, который владеет ключами. Это аппаратно-программный комплекс, предоставляющий технологические отношения между операторами связи и поставщиками услуг.

Рис. 16. Trusted Service Manager или TSM – доверенный поставщик услуг. Выполняет защищенную загрузку и менеджмент контента защищенного элемента (SE) для транспортных приложений, магазинов, мобильных операторов, банковских приложений, конфиденциальные данные держателя карты.Ключевые услуги доверенной третьей стороны включают защищенную загрузку и менеджмент контента элемента безопасности, выполняемый при взаимодействии с провайдерами мобильных сервисов. Это могут быть банки, транспортные компании, поставщики и агрегаторы услуг. Удаленное управление приложениями, обычно выполняемое с использованием технологий беспроводной сотовой связи (over-the-air, OTA), включает установку и персонализацию приложений в элементе безопасности мобильного телефона, а также дальнейшее обслуживание установленных приложений на всем протяжении их жизненного цикла, равно как и сервисную поддержку. Подробнее о TSM здесь. Однако эта технология платежей все равно требовала присутствия физического защищенного элемента на мобильном устройстве. Что давало определенные ограничения, например, если производитель мобильного устройства не включил SE в свою платформу, в этом случае, требовалось менять SIM-карту на карту с поддержкой SE у мобильного оператора.

В 2021 году Дугом Йегером и Тедом Фифельски, основателями SimplyTapp, Inc. был придуман термин «эмуляция хост-карты» (Host Card Emulation ), который описывал возможность открытия канала связи между терминалом бесконтактных платежей и удаленным размещенным защищенным элементом, содержащим финансовые данные, данные платежной карты, позволяющие проводить финансовые операции в терминале торговой точки. Они внедрили эту новую технологию в операционной системе Android, начиная с версии 4.4. HCE требует, чтобы протокол NFC направлялся в основную операционную систему мобильного устройства, а не в локальную микросхему защищенного аппаратного элемента (SE). Итак, начиная с версии Android 4.4 KitKat управление платежными операциями взял на себя не физический элемент, а API, точнее Google Pay API. Эмуляция карты неотделима от понятия «токенизация», потому что это следующая ступень защиты платежных данных в виртуальном мире после TSM, который выдавал ключи. Токен — это ссылка (то есть идентификатор), которая сопоставляется с конфиденциальными данными через систему токенизации. Сопоставление исходных данных с токеном использует методы, которые делают невозможным обратное преобразование токенов в исходные данные вне системы токенизации, например, с использованием токенов, созданных при помощи случайных чисел. Т.е. вместо номера вашей карты API хранит токен, полученный от банка-эмитента, который бесполезен в том виде, в котором он хранится. Даже если его узнают третьи лица, воспользоваться им будет невозможно.

Рис. 17. Токенизация.Когда вы вводите номер карты в мобильное приложение, обеспечивающее возможность мобльных платежей, например, номер карты 4111 1111 1111 1234, удаленный поставщик токенов (remote token service server) возвращает вместо номера карты токен вида 4281 **** **** 2819, который хранится в мобильном устройстве.

Токенизация при использовании Google Pay:

1. Когда пользователь добавляет в Google Pay свою кредитную или дебетовую карту, приложение запрашивает у банка-эмитента токен. Затем Google Pay шифрует токенизированную карту, и она становится доступна для оплаты.
2. При оплате клиент прикладывает свое мобильное устройство к терминалу или нажимает соответствующую кнопку в приложении. Google Pay отправляет токен и криптограмму, которая действует как одноразовый код. Платежная система проверяет криптограмму и соотносит токен с номером карты клиента.
3. Для завершения транзакции ваш банк-эквайер и банк-эмитент покупателя используют данные клиента и расшифрованную информацию о его платеже

При этом:

Безопасное хранение данных

Использование защищенного элементаКонечно, об этом уже упоминалось в предыдущих разделах. Одним из вариантов хранения учетных данных карты и конфиденциальной информации на смартфоне является Security Element. Мы помним, что SE это физический чип, на который установлены каких-то приложений с конфиденциальными данными, например, апплет платежного приложения, транспортного и т.д. Этот чип может быть частью аппаратной платформы мобильного устройства, или SIM-карты, или даже SD-карты.Также мы помним, что апплетами и данными на SE управляет TSM, доверенный менеджер услуг.
Рис. 21. Апплеты в защищенном элементе.Любые конфиденциальные данные, например, данные, связанные с виртуальной картой, которые хранятся в SE, защищены так же, как и на физической бесконтактной карте. Однако есть одно важное отличие. SE постоянно подключен к смартфону и через смартфон к Интернету. Потенциал для атак намного выше, чем для реальной карты. К данным на обычной карте можно получить доступ, только если она оказывается рядом с бесконтактным считывателем, и только в том случае если бесконтактный считыватель был взломан. Из этого следует необходимость ограничить доступ к апплетам на SE.

И вот, еще одна некоммерческая организация, которая занимается разработкой спецификаций для безопасных цифровых экосистем в США, Global Platform выпустили спецификацию доверенной среды исполнения, или TEE. Эта среда, такой слой между ОС мобильного устройства и SE, в котором обмен данными и командами защищен. Вот тут спецификации Global Platform по криптографическим алгоритмам, системной архитектуре TEE и т.д.


Рис. 22 Trusted Execution Environment – доверенная среда исполнения.
GlobalPlatform TEE Internal API – внутренний API доверенной среды исполнения. Trusted Core Environment – доверенная среда ядра. Trusted Functions – доверенные функции. TEE Kernel – ядро доверенной среды исполнения. HardWare secure resources – аппаратные ресурсы безопасности. Hardware Platform – аппаратная платформа. Rich OS – операционная система. GlobalPlatform TEE client API – клиентские API доверенной среды исполнения. Rich OS application environment – основная среда исполнения приложений в операционной системе.

Вот тут серия семинаров SmartCardAlliance по основам безопасности NFC.

Использование технологии HCEПоследние версии операционной системы Android поддерживают Host Card Emulation или HCE. Использование HCE означает, что команды NFC можно направлять прямо в API, работающее в операционной системе мобильного устройства.

Сама технология HCE не предъявляет требований, к хранению и обработке учетных или конфиденциальных данных, также HCE не предоставляет какие-либо методы обеспечения безопасности. Любая необходимая защита должна быть реализована поверх реализации HCE.Приложение может пересылать команды NFC в любое место, доступное для смартфона.

Это делает варианты реализации виртуальной карты практически безграничными – от полностью облачной карты до хранения (части) виртуальной карты в SE. Поскольку HCE не обеспечивает безопасность, эта технология используется совместно с уже известными TEE и токенизацией.

TEE предоставляет сервисы безопасности и изолирует доступ к своим аппаратным и программным ресурсам безопасности от многофункциональной ОС и связанных приложений. Алгоритм токенизации подменяет конфиденциальные данные токеном, таким же по виду, но бесполезным для злоумышленника.

Беспроводные метки nfc

Технический прогресс не стоит на месте, появляющиеся новые технологии со временем дешевеют и становятся доступны практически всем желающим. Как пример можно привести мобильные телефоны. Середина 80-ых — начало 90-ых были переносные таксофоны с ручками или кирпичи стоимостью несколько тысяч $, конец 90-ых — большого размера трубки, с торчащими антеннами со стоимостью от 100$ Такую же аналогию можно провести с NFC метками, используемыми в учетных целях.

В идеальном варианте и оборудование и расходники (метки) могут ничего не стоить при условии, что у работника имеется смартфон с поддержкой NFC и сам работник не против его использования. Ну и, конечно же, удалось раздобыть необходимое количество использованных билетов. На Ali стоимость от 6 рублей с лишним за метку.

Основные затраты по внедрению описанной технологии это только время программиста.
В задачи программиста входит реализовать в мобильном приложении требуемую вашим учетом логику инвентаризации и или складского учета, а также реализовать обмен данными с основной учетной базой данных.

Для обмена можно использовать http или web сервисы, ботов телеграмм или иное месенджероподобное решение.

Описанное нигде не подглядывал, видел когда-то статью про запись пароля wifi на билет, а также имел опыт работы с ТСД (штрих.кодами rdp на винмобайл), огромным и дорогим, на мой взгляд неудобным. С тех пор было желание повторить что-то подобное на более удобном смартфоне.

Группы из 4 байтов называются страницами. Первые несколько страниц, как правило заняты служебной информацией, на одном из скриншотов можно увидеть ID метки NFC на первых двух страницах.

Кроме ID также может содержаться информация о заблокированных readonly байтах. А также масса другой информации все зависит от типа метки и поддерживаемых возможностей. Также служебная информация может быть записана в конце метки на последних страницах. Более подробно описанное можно увидеть программе для чтения меток, например TagInfo.

Рекомендуется записывать данные с 8 страницы для пустых — купленных меток.

Для билетов рекомендуется записывать с 16 страницы. Длина имени справочника не должна превышать 60 символов, в случае использования билета.

Некоторые билеты, как правило проездные на много поездок, имеют всего 20 страниц, с учетом блокированных служебных записать на такой билет не получиться.

Данная разработка позволит быстро интегрировать в ваше мобильное приложение функционал чтения записи NFC.a меток.

Возможные варианты использования:
Складской учет номенклатуры, упаковок, ячеек, мест хранения.
Учет ОС, МБП: шкафов, столов, компьютеров.
Мобильный пропускной пункт.
И так далее.

Исходники приложения доступны по ссылке https://github.com/PloAl/RfIdTool

Приложение является «служебным» и не имеет основной activity, также нет в меню приложений android. Запуск происходит из других приложений, туда же передаются считанные данные или передаются данные для записи в метку.

Ниже на картинке видна, полупрозрачная область «Запись метки NFC» это единственная activity приложения.

Пример использование в android приложении:

protected void nfcStart(boolean read, String readedId) {
    
    if (read)) {
        Intent intent = new Intent("com.ploal.rfidtool.NFCREAD");
        intent.putExtra("IdLabel", readedId); //множественное чтение, предыдущий id метки 
    }
    else{
        Intent intent = new Intent("com.ploal.rfidtool.NFCWRITE");
        intent.putExtra("PageNumber", PageNumber); //глоб. переменная номер страницы 
        intent.putExtra("WriteString", WriteString); //глоб. переменная текст для записи
    }
    startActivityForResult(intent, 1);
}
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
    if (null != data) {
        String event = data.getStringExtra("event");
        String uid = data.getStringExtra("uid");
        String result = data.getStringExtra("result");
        String text = data.getStringExtra("text");
        String[] techArr = data.getStringArrayExtra("tech");
        //обработка полученных данных ...
    }
}

Пример использование в мобильном приложении(клиенте) 1с:

&НаКлиенте
Процедура ЗапускПриложенияNFC(Чтение=Истина,ПрочитанныйID="")
    ЗПМУ = Новый ЗапускПриложенияМобильногоУстройства();
        
    Если Чтение Тогда
        ЗПМУ.Действие = "com.ploal.rfidtool.NFCREAD";
        ЗПМУ.ДополнительныеДанные.Добавить("IdLabel",ПрочитанныйID);
    Иначе
        ЗПМУ.Действие = "com.ploal.rfidtool.NFCWRITE";
        ЗПМУ.ДополнительныеДанные.Добавить("PageNumber","" НомерСтраницы);
        ЗПМУ.ДополнительныеДанные.Добавить("WriteString",ТекстЗаписи);
    КонецЕсли;
    
    Если ЗПМУ.ПоддерживаетсяЗапуск() Тогда
        ЗПМУ.Запустить(Истина);	
        Событие = "";
        Для Каждого Стр Из ЗПМУ.ДополнительныеДанные Цикл
            Если Стр.Ключ = "event" Тогда
                Событие = Стр.Значение;
            ИначеЕсли Стр.Ключ = "uid" Тогда
                УИД = Стр.Значение;	
            ИначеЕсли Стр.Ключ = "result" Тогда
                Результат = Стр.Значение; //HEX строка
            ИначеЕсли Стр.Ключ = "text" Тогда
                Текст = Стр.Значение;	
            ИначеЕсли Стр.Ключ = "tech" Тогда
                Техлист = Стр.Значение;	
            КонецЕсли;
        КонецЦикла;
        //обработка полученных данных ...
    КонецЕсли;	
КонецПроцедуры 

Обходные пути

Первое, что приходит в голову — а можно ли добавить в info.plist не AID платежного апплета, а AID Card Manager’а (Card Manager — это группа сервисов внутри операционной системы чипа, управляющих картой, которые отвечают за администрирование и безопасность), чтобы потом вручную послать ему команду SELECT с AID нужного апплета?

Здесь мы споткнулись о первый подводный камень — Core NFC не позволяет отправлять команду SELECT, содержащую AID, который не прописан в info.plist.

Хорошо, добавили A0000000041010, но и тут неудача — Core NFC не позволяет отправлять команду SELECT, содержащую платежный AID, вне зависимости от того, есть он в info.plist или нет.

Разберемся, как именно работает ограничение по идентификаторам.

В info.plist мы указали следующие AID’ы:

1. A000000001510000                        	- GlobalPlatform Card Manager AID
2. 325041592E5359532E444446303101      - Proximity Payment System Environment (PPSE) 
3. A0000000041010                             	- Mastercard Credit/Debit (Global)
4. A00000000401                                 	- Mastercard PayPass
5. A00000000410101213                    	- Mastercard Credit
6. A00000000410101215                    	- Mastercard Credit
7. A00000000410101214                    	- Придуманный платежный AID                 
8. A00000000410101216                    	- Придуманный платежный AID 
9. A0000000041010121F                    	- Придуманный платежный AID 
10. A0000000041010BB5445535401 	        - Придуманный платежный Long AID
11. A0000000041010BB5445535405 	        - Придуманный платежный Long AID
12. A000000004101FBB5445535401 	        - Придуманный не платежный AID                
13. A000000004101F1213                    	- Придуманный не платежный AID                 
14. A00000000F1010                             	- Придуманный не платежный AID
15. A0000000040F                                     - Придуманный не платежный AID

Мы установили 14 платежных апплетов с разными AID (пп. 2-11 — платежные AID-ы), и попробовали отправить Card Manager команды SELECT с каждым из этих AID.

Ответили номера 12-15.  

Получается, что ограничение накладывается именно на некий префикс AID, наличие которого и определяет, платежный это идентификатор или нет.

Жаль, но этот способ отпадает.

Второй способ персонализации, предусмотренный GlobalPlatform, это команда INSTALL [for personalization].

Она отправляется в Card Manager и содержит AID апплета, который нужно персонализировать.

После этого можно отправлять команды STORE DATA в Card Manager, а он будет пересылать их в целевое приложение.

Но есть одно ограничение. Для того, чтобы апплет поддерживал такой способ персонализации, он должен реализовывать интерфейс org.globalplatform.Application.

Card Manager, на команду INSTALL [for personalization] с Mastercard Credit/Debit (Global) AID, который был присвоен апплету M/Chip Advance от NXP, отвечал ошибкой «6985» (Conditions of use not satisfied),

а значит надо проверить, реализует ли он интерфейс Application.

Для этого мы написали простое приложение-пустышку, реализующее этот интерфейс. Как и ожидалось, на INSTALL [for personalization] оно ответило «9000».

Но когда Application был убран из интерфейсов, реализуемых приложением, оно стало отвечать на эту команду «6985», как и в случае с апплетом M/Chip Advance.

Следовательно, проблема именно в том, что приложение NXP не реализует необходимый для такого способа персонализации интерфейс. Этот способ тоже отпадает.

Транспортная инфраструктура

Рис. 11. Эволюция транспортных билетов.Legacy media – устаревшие билеты. New media – новые билеты (технологии). Paper tickets – бумажные билеты. Light interface – оптический интерфейс. Contactless cards – бесконтактные карты. Contactless interface – бесконтактный интерфейс. Mobile tickets – мобильные билеты. NFC interface – интерфейс NFC.

У всего есть эволюция, например, на этом рисунке показана эволюция транспортных билетов. Ручной труд давно канул в Лету, жетоны и бумажные билеты тоже. Потом, за ними и билеты с магнитной полосой и билеты со штрих-кодами. Сейчас эволюция транспортных билетов остановилась на бесконтактных транспортных картах. Расцвет эры NFC в транспортной инфраструктуре.

Вот тут NFC Forum white paper о применении NFC на транспорте. Очевидные преимущества от внедрения: простота использования, мультикарта, которая действует на несколько видов транспорта, можно пополнить баланс через приложение, а не стоять в очереди, экологичность и прочее.

Сейчас бесконтактные транспортные карты на базе меток NFC прочно вошли в транспортную инфраструктуру. Причем, такие карты работают не только в транспортной инфраструктуре городов, на горнолыжных курортах система подъемников тоже использует карты на базе NFC меток.

РеализацияМосметро анонсировали  услугу «Мобильный билет», в процессе предоставления сервиса участвуют операторы сотовой связи (ОАО «МТС», ПАО «Мегафон», ОАО «ВымпелКом») ООО «Бриз Технологии», ГУП «Московский метрополитен» (Метрополитен)

, ГУП «Мосгортранс». Операторы сотовой связи предоставляют потребителю SIM-карту со встроенным чипом NFC, SE и подключаемой услугой мобильного билета. В этом случае оплата за транспортный тариф происходит через NFC SIM-карты со счета мобильного номера в транспортное приложение.

Оплата проезда осуществляется одним касанием телефона к валидатору транспортного оператора, т.е. для пользователя все просто.Можно ли сделать так же, но без замены сим-карты? В первую очередь, мобильное устройство должно поддерживать NFC и SE.

Во вторую очередь, платежное приложение должно напрямую работать с приложением транспортного оператора. Иными словами, если транспортную карту можно будет интегрировать в Google Pay. И Google Pay добавили такую возможность, но она пока что в каком-то полуживом режиме, по крайней мере транспортные карты действующие в России Google не понимает. Поэтому, нет.А вот для Apple есть такая услуга.

Apple Pay с Mastercard: простой и удобный способ оплаты. Оплатить проезд в метро и на МЦК с помощью Apple Pay можно в кассах, автоматах по продаже билетов, а также прямо на турникетах. Опять же, если у вас не мастеркард, то не забывайте транспортную карту.Есть приложения для мобильных устройств, которые позволяют оплачивать проездной электронным платежом, инициализируя карту через NFC, например, «мой проездной». Подробности о работе тут.

ПроблемыПервая и очевидная проблема внедрения услуги электронного билета это в единообразии. В необходимости выбора единого стандарта и единого технического решения для всех транспортных операторов, моделей телефонов и т.д.

Физический контроль доступа

Индустрия систем контроля и управления доступом (СКУД) разрабатывает решения для различных сегментов рынка, для которых в качестве идентификаторов исторически использовались низкочастотные RFID-метки, используемые с приложениями, которые позволяют подключенным в систему точкам доступа считывать метки и проверять сервер (или управляющий контроллер) в режиме реального времени для подтверждения доступа.

В течение последних нескольких лет индустрией были предприняты серьезные усилия по обновлению этой инфраструктуры и переходу от поддержки только RFID оборудования низкочастотного диапазона к более функциональным высокочастотным устройствам, совместимым с ISO / IEC 14443.

Это дает возможность выполнять дополнительные функции, кроме обычного контроля доступа, такие как оплата проживания, создание пропуска, проверка личности и предоставление других разрешений.Наиболее известной реализацией стандарта стало семейство смарт карт Mifare.

Если мы говорим про СКУД не нужно забывать что основным устройством, будет контроллер, который тоже должен поддерживать соответствующий функционал. Основной требуемый от контроллера функционал это — бесшовно работать с криптозащищенными секторами смарт-карт.

Современные облачные сервисы позволяют поставщикам продуктов и услуг доступа просто и безопасно портировать свои приложения для смарт-карт на смартфоны. Все права и функции, связанные с бесконтактной картой контроля доступа, могут обрабатываться смартфоном.Смартфоны, поддерживающие NFC, могут хранить и предоставлять учетные данные доступа считывателям, которые поддерживают карты бесконтактного доступа, соответствующие ISO / IEC 14443. Учетные данные могут быть сгенерированы в режиме реального времени  и храниться в SE или в приложении с поддержкой HCE.Смартфон, среди прочих функций, становится устройством открывания дверей, электронным билетом или системой отслеживания пользователей и посещаемости.Контроль доступа на основе NFC катастрофически удобен для управления физическим доступом для большого количества территориально распределенных объектов.

Например поставщики коммунальных услуг регулярно сталкиваются с проблемой одновременного управления многочисленными объектами и огромным количеством персонала. Это традиционно означает, что необходимо поддерживать огромное количество замков, а ключи от которых находятся в постоянном обращении.

В том числе огромным преимуществом использования смартфона с NFC в качестве ключа, является возможность использования замков, для которых источником питания будет выступать смартфон в момент идентификаций передающий на замок достаточно питания для его разблокировки.РеализацияЧастично реализация физического контроля доступа описана в пункте «Гостиничный бизнес».

Самым, наверное, распространенным примером использования технологии NFC в контроле физического доступа будут обычные домофоны, где в брелок зашивается метка с ключом, а в устройстве на двери стоит считыватель NFC меток.

ПроблемыКроме проблем, описанных в разделе «Гостиничный бизнес», есть еще несколько.Поддержка NFC производителями смартфонов до сих пор относится к аппаратам премиум-сегмента. Кроме того, некоторые телефоны имеют неоптимальное расположение и дизайн антенны, что дает в результате низкое качество считывания.

Поэтому технология NFC используется в связке с Bluetooth в качестве бесконтактного протокола. Bluetooth доступен практически на всех смартфонах, у этого протокола больший радиус действия. И производители оборудования систем контроля доступа включают поддержку Bluetooth в дополнение к стандарту ISO / IEC 14443 и NFC.