Nfc обмена

Сфера применения NFC

ехнология связи на малых расстояниях NFC (Near Field Communication) —
совместная  разработка компаний NXP Semiconductor и Sony — представляет
собой комбинацию нескольких существующих бесконтактных технологий
радиочастотной (РЧ) идентификации и связи.Технология NFC предназначена для обмена различной информацией, например,
номерами телефонов, картинками, музыкальными файлами или ключами цифровой
авторизации между двумя расположенными близко друг к другу устройствами с
поддержкой NFC.

Это могут быть любые портативные устройства, а также
смарт-карты или считывающие устройства RFID. Данная технология может
использоваться в качестве ключа доступа к данным или сервисам, таким как
безналичная оплата или электронный замок.Центральная частота NFC равна 13,56 МГц. Скорость передачи данных достигает 424
кбит/с на расстоянии примерно 10 см.

https://www.youtube.com/watch?v=85oWPy-vsz4

В отличие от существующих технологий
бесконтактной связи на данном диапазоне частот, которые позволяют передавать
информацию только от активного устройства пассивному, NFC обеспечивает обмен
между двумя активными (равноправными) устройствами. Таким образом, NFC можно
использовать для доступа к устройствам радиочастотной идентификации RFID.

Технология обратно совместима с широко используемым стандартом Smart Card на
основе ISO/IEC 14443 А (например, Mifare) и ISO/IEC 14443 В, а также JIS X
6319-4 (FeliCa). Для обмена между двумя устройствами разработан новый протокол
ECMA-340 и ISO/IEC 18092. В 2004 г. был создан союз NFC Forum, в который вошли
Sony, NXP и Nokia.

Алгоритм работы NFC

У NFC, как и у RFID, при обмене есть инициатор и цель, но новая технология позволяет куда больше, чем простой обмен идентификатором и чтение или запись информации цели. Наиболее значимым различием между этими двумя технологиями является то, что у NFC целями часто являются программируемые устройства, такие как смартфоны. Это означает, что можно обмениваться не только статичными данными, но и каждый раз генерировать ответ на запрашиваемую инициатором информацию.

У NFC устройств есть два режима взаимодействия. Если инициатор излучает радиочастотные волны, а цель за счёт инициатора получает питание, то такой режим взаимодействия называют пассивным. При активном режиме у инициатора и цели свои собственные источники питания, и они независимы друг от друга. Данные режимы совпадают с режимами RFID.

NFC устройства также имеют три способа работы. Они могут работать в режиме чтения информации с цели или записи на неё. Они могут эмулировать карты, ведя себя как RFID-метки, когда они в поле другого NFC или RFID устройства. Или они могут работать в режиме peer-to-peer (P2P), в котором они обмениваются данными сразу в обоих направлениях.

Первым главным отличием NFC от RFID является способ взаимодействия peer-to-peer, который реализован с помощью ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092. Обмен данными P2P реализуется двумя протоколами — протоколом подуровня управления логической связью (LLCP — logical link control protocol) и простым протоколом обмена данными NDEF (SNEP — simple NDEF exchange format).

Расшифровка аббревиатуры NFC дословно переводится на русский язык как «ближняя бесконтактная связь». Из названия можно сразу сделать вывод об одной из главных особенностей NFC — передача данных производится на очень близком расстоянии, до 10 см. Конечно, ничего не мешает обмениваться информацией на расстоянии в несколько сантиметров через Bluetooth или Wi-Fi, однако здесь стоит разобраться в деталях.

Принцип работы NFC основывается на явлении индукции магнитного поля, посредством которой реализована ближняя высокочастотная передача данных между двумя устройствами на частоте 13,56 МГц.

Примеры использования чипа NFC:

1. Передача медиафайлов, контактов или настроек между смартфонами.
2. Безналичная оплата. Пожалуй, самый популярный вариант использования системы, который широко применяется и в России. Также существуют различные варианты: оплата проезда, предоставление личных данных по касанию и др.
3. Считывание информации. NFC-теги в смарткартах и других объектах позволяют мгновенно заносить в смартфон информацию, к примеру, с визитной карточки. NFC-чипы достаточно малы, чтобы их можно было встроить почти в любой предмет.
4. Некоторые телевизоры Sony имеют функцию One Touch Mirroring, которая позволяет выводить на экран телевизора видео из памяти телефона.
5. Контроль доступа к различным сервисам или объектам, где вместо ключа используется устройство с NFC-чипом.

Первый телефон, оснащённый NFC, появился ещё в 2006 году (Nokia 6131), однако массовость подобные устройства получили лишь в последние годы, и теперь NFC можно встретить не только в флагманах, но и в моделях среднего ценового сегмента, и даже бюджетных смартфонах.

Преимущества NFC

• Моментальная установка соединения. NFC даёт возможность устройствам соединяться без дополнительных манипуляций, ввода настроек и прочего, достаточно поднести два гаджета с NFC-чипами друг к другу.
• Безопасность. Как уже говорилось, малый радиус действия значительно усложняет процесс взлома, однако это не значит, что у NFC нет других средств защиты. Кроме того, потеряв банковскую карту риск лишиться денег на ней гораздо выше, чем в случае потери телефона, где средства защищены не только паролем, но и необходимостью подтверждения доступа к самому гаджету.
• Удобство использования. В память смартфона можно добавить сразу несколько банковских карт и расплачиваться ними с одного устройства, кроме того NFC работает не только с банковскими, но и с транспортными и скидочными картами.

Большинство современных смартфонов имеет поддержку данной технологии, однако старые или совсем бюджетные решения могут быть ее лишены. Некоторые производители наносят название технологии на поверхность корпуса устройства, однако есть и более действенный способ проверить, есть ли она в вашем смартфоне:

1. Откройте меню настроек устройства.
2. Перейдите в «Беспроводные сети» или «Подключенные устройства».
3. Откройте «Ещё».
4. Найдите пункт NFC.

Ну и конечно всегда можно просто загуглить название вашего смартфона дописав рядом NFC, и все станет понятно.

Архитектура NFC

В архитектуре NFC есть несколько уровней. Самый низкий из них — физический, который реализован ЦПУ и другим аппаратным комплексом, через который происходит взаимодействие. В середине находятся данные о пакетах и транспортный уровень, затем формат данных уровней, и в конце программное обеспечение.

На физическом уровне NFC работает по алгоритму, описанному в ГОСТ для RFID (ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443-2-2014), где говорится о маломощных радиосигналах частотой 13,56 МГц. Затем идёт уровень, который описывает разбивку потока данных на фреймы (ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443-3-2014). Любые радиоконтроллеры, которые используются в телефоне, планшете или подсоединяются к компьютеру или микроконтроллеру, являются отдельными аппаратными компонентами.

Они взаимодействуют с главным процессором посредством одного или нескольких стандартных последовательных протоколов между устройствами: универсальный асинхронный приёмопередатчик (UART), последовательный периферийный интерфейс (SPI), последовательная шина данных для связи интегральных схем (I2C) или универсальная последовательная шина (USB).

Над этим находится несколько протоколов команд RFID, базирующихся на двух спецификациях. NFC чтение и запись меток базируется на оригинальном RFID ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A. Протоколы Philips/NXP Semiconductors Mifare Classic и Mifare Ultralight и NXP DESFire совместимы с ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A. Обмен данными P2P NFC базируется на ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092.

Они изображены на рисунке выше на уровне с другими управляющими протоколами, так как они используют одинаковый стандарт.

Читаем NDEF-сообщение

NDEF используется для форматирования данных обмена между устройствами и метками. Данный формат типизирует все сообщения, которые используются в NFC, причём не важно для карты это или для устройства. Каждое NDEF-сообщение содержит одну или несколько NDEF-записей. Каждая из них содержит уникальный тип записи, идентификатор, длину и поле для информации, которую нужно сообщить.

Есть несколько распространённых типов NDEF-записей:

1. Обычные текстовые записи. В них можно отправить любую строку, они не содержат инструкций для цели, но содержат метаданные об языке текста и кодировке.
2. URI. Такие записи содержат данные об интернет-ссылках. Цель, получившая такую запись, откроет её в том приложении, которое сможет её отобразить. Например, веб-браузере.
3. Умная запись. Содержит не только веб-ссылки, но и текстовое описание к ним, чтобы было понятно, что находится по этой ссылке. В зависимости от данных записи телефон может открыть информацию в нужном приложении, будь то SMS или e-mail, либо сменить настройки телефона (громкость звука, яркость экрана и т.д.).
4. Подпись. Она позволяет доказать, что информация, которая была передана или передаётся, достоверна.

Можно использовать несколько видов записей в одном NDEF-сообщении.

Можно представить сообщение как параграф, а записи — как предложения. Параграф — определённая единица информации, которая содержит одно или несколько предложений. Тогда как предложение — меньшая единица информации, которая содержит всего одну идею. Например, можно в виде абзаца сделать приглашения на день рождения и написать в отдельных предложениях данные о дате, времени и месте проведения, а с помощью NDEF-сообщений передать друзьям напоминание об этом событии, где будет текстовое сообщение с описанием события, умную запись с местом и веб-ссылку с тем, как добраться до этого места.

Второе главное различие между NFC и RFID — формат обмена данными NFC (NDEF — NFC data exchange format). NDEF определяет формат данных в сообщениях, которые в свою очередь состоят из NDEF записей. Есть несколько видов записей, о которых будет рассказано более подробно чуть ниже. NDEF делает возможным с помощью программного кода управлять процессом чтения и записи NFC-меток, обмена данными при помощи peer-to-peer и эмулирования карт.

NDEF содержит информацию о байтовом представлении сообщений, которые могут содержать несколько записей. У каждой записи есть заголовок, в котором находятся метаданные (тип, длина и т.д.), и информацию для отправки. Если вернуться к аналогии с параграфом, то параграф формируется из предложений, относящихся к одной теме, так и в NDEF-сообщениях — хорошо, когда все записи относятся к одной тематике.

NDEF-сообщения в основном короткие, каждый обмен состоит из одного сообщения, каждая метка также содержит одно сообщение. Так как обмен NFC данными происходит при касании одного устройства другим или меткой, то будет неудобно передавать в одном сообщении текст целой книги, поэтому длина NDEF-сообщения сопоставима с длиной абзаца, но не целой книги.

NDEF-запись содержит информацию для пересылки и метаданные, как эту информацию интерпретировать. Каждая запись может быть разного типа, о чем объявляется в заголовке этой записи. Также в заголовке описывается какое место занимает запись в сообщении, после заголовка следует информация. На рисунке ниже представлена полная информация о расположении бит и байт информации в NDEF-записи.

Место на информацию в NDEF-записи ограниченно по размерам 2^32-1 байтами, однако можно делать цепочки записей внутри сообщения, чтобы переслать информацию большего размера. В теории нет ограничений на NDEF-сообщения, но на практике размер сообщения ограничивается возможностями устройств или меток, участвующих в обмене информацией.

Если в обмене участвуют только устройства, то длина сообщения будет ограничена вычислительной мощностью самого слабого из устройств, но стоит учесть, что устройства придётся долго держать рядом для пересылки всех данных. При взаимодействии смартфона и карты длина сообщения будет ограничена размером памяти карты.

В общем, обмен данными через NFC достаточно быстрый. Человек подносит мобильное устройство к метке, происходит краткий обмен информацией, и человек идёт дальше. Данная технология не была спроектирована для длительных обменов информацией, потому что устройства в буквальном смысле должны находится в паре сантиметров друг от друга.

Для того чтобы передать большой объем информации, устройства придётся держать друг рядом с другом длительное время, это может быть неудобным. Если нужно длительное взаимодействие между устройствами, то можно воспользоваться NFC для быстрого обмена данными о возможностях устройств и последующего включения одного из более подходящих способов передачи данных (Bluetooth, Wi-Fi и т.д.).

Когда телефон на Android считывает NFC-метку, он сначала её обрабатывает и распознает, а затем передаёт данные о ней в соответствующее приложение для последующего создания intent. Если с NFC может работать больше одного приложения, то появится меню выбора приложения. Система распознавания определяется тремя intent, которые перечислены в порядке важности от самой высокой до низкой:

1. ACTION_NDEF_DISCOVERED: Этот intent используется для запуска аctivity, если в метке содержится NDEF-сообщение. Он имеет самый высокий приоритет, и система будет запускать его в первую очередь.
2. ACTION_TECH_DISCOVERED: Если никаких activity для intent ACTION_NDEF_DISCOVERED не зарегистрировано, то система распознавания попробует запустить приложение с этим intent. Также этот intent будет сразу запущен, если найденное NDEF-сообщение не подходит под MIME-тип или URI, или метка совсем не содержит сообщения.
3. ACTION_TAG_DISCOVERED: Этот intent будет запущен, если два предыдущих intent не сработали.

В общем случае система распознавания работает, как представлено на рисунке ниже.

Когда это возможно, запускается intent ACTION_NDEF_DISCOVERED, потому что он наиболее специфичный из трёх. Более того, с его помощью можно будет запустить ваше приложение.

Если activity запускается из-за NFC intent, то можно получить информацию с отсканированной NFC-метки из этого intent. Intent может содержать следующие дополнительные поля (зависит от типа отсканированной метки):

• EXTRA_TAG (обязательное): объект Tag, описывающий отсканированную метку.
• EXTRA_NDEF_MESSAGES (опциональное): Массив NDEF-сообщений, просчитанный с метки. Это дополнительное поле присуще только intent ACTION_NDEF_DISCOVERED.
• EXTRA_ID (опциональное): Низкоуровневый идентификатор метки.

Ниже представлен пример, проверяющий intent ACTION_NDEF_DISCOVERED и получающий NDEF-сообщения из дополнительного поля.

Kotlin

override fun onNewIntent(intent: Intent) {
    super.onNewIntent(intent)
    ...
    if (NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED == intent.action) {
        intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES)?.also { rawMessages -{amp}gt;
            val messages: List = rawMessages.map { it as NdefMessage }
            // Обработка массива сообщений.
            ...
        }
    }
}

@Override
protected void onNewIntent(Intent intent) {
    super.onNewIntent(intent);
    ...
    if (NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED.equals(intent.getAction())) {
        Parcelable[] rawMessages =
            intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES);
        if (rawMessages != null) {
            NdefMessage[] messages = new NdefMessage[rawMessages.length];
            for (int i = 0; i {amp}lt; rawMessages.length; i  ) {
                messages[i] = (NdefMessage) rawMessages[i];
            }
            // Обработка массива сообщений.
            ...
        }
    }
}

Kotlin

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

Tag tag = intent.getParcelableExtra(NfcAdapter.EXTRA_TAG);

Существует несколько методов для создания NDEF-записи: createUri(), createExternal() и createMime(). Лучше использовать один из них во избежание ошибок, которые могут возникнуть при создании записи вручную. Все примеры, представленные ниже, следует отправлять первым сообщением при записи метки, либо сопряжением с другим устройством.

Kotlin

Как понять есть ли на смартфоне функция NFC?

Дело в том, что не каждый современный смартфон имеет встроенный NFC адаптер. Однако некоторые даже не предполагают о наличии такой функции на своем гаджете.

Некоторые устройства размещают на батарее или корпусе телефона надпись Near Field Communication или просто логотип NFC.

Наличие функции NFC

Активация функции NFC

После того как определились с поддержкой функции NFC гаджетом, необходимо разрешить использование адаптера, что позволит обмениваться данными с другими устройствами, поддерживающими NFC.

Отключение функции Android Beam ограничивает возможности NFC при сопряжении и передаче данных между устройствами.

Включение NFC

Рис. 1. Принцип обмена по технологии NFC

После активации функции NFC её можно использовать для передачи данных (при платежах также происходит передача данных).

Обмен данными

Передача данных

Дело в том, что вне зависимости от тех данных, которые должны быть переданы способ использования функции Android Beam неизменен.

Передача данных при помощи NFC

Передача приложений

Большой плюс NFC в том, что он предоставляет возможность передавать файлы APK. Однако всё не так просто.

Для записи данных будем использовать NFC TagWriter. Пользоваться приложением довольно просто. Запускаем, тапаем по пункту Create, write and store, выбираем New, далее выбираем тип записываемых данных. Наиболее полезные типы: контакт, простой текст, телефонный номер, данные для Bluetooth-соединения, URI и приложение. В списке есть даже закладка веб-браузера и email-сообщение, но для чего они нужны, не совсем понятно.

Далее заполняем необходимые поля (например, адрес веб-сайта в случае с URI), нажимаем Next и попадаем на экран опций (скриншот «NFC TagWriter: опции сообщения»). Здесь можно указать приложение, которое будет запущено после прочтения метки (Add launch application) и установить защиту на перезапись сторонним устройством (Apply Soft Protection).

Вновь нажимаем Next и подносим смартфон к тегу. Вуаля, наши данные в нем. Теперь их можно прочитать любым смартфоном с поддержкой NFC. Но что это в конечном итоге дает?

Заключение

Так как большинство смартфонов давно оснащены модулем NFC, сегодня формируется основание для изменения системы электронных платежей. И несмотря на довольно высокую популярность NFC в качестве способа оплаты, востребованность этой технологии (относительно её потенциала) весьма невелика. В будущем NFC может стать неотъемлемой частью нашей жизни, как когда-то стали сами смартфоны, так как платить с помощью телефона действительно удобно.

Технология NFC добавляет многообещающую функциональность к технологии RFID. Наиболее значимое нововведение — формат обмена данными NFC (NDEF), который предоставляет возможность форматировать обычные данные в одну из четырёх технологий меток NFC. NDEF может быть использован как для обмена данными между устройством и меткой, так и для обмена между устройствами. Это делает NFC пригодным не только как способ идентификации, но и как средство обмена короткими блоками данных.

Более подробно об NFC или NDEF можно почитать в книге Tom Igoe, Don Coleman, and Brian Jepson «Beginning NFC. Near Field Communication with Arduino, Android, and PhoneGap».

Устройства, поддерживающие NFC

Первым устройством, поддерживающим функцию NFC, стал телефон Nokia 6131, который был выпущен в 2006 году. Однако в то время данная функция была абсолютно не востребована и бесполезна из-за отсутствия инфраструктуры.

Однако в данное время функцией NFC обладает всё больше устройств. Одним из них является Sony Xperia S с двухъядерным процессором и экраном HD.

Данный телефон работает на базе андроид и имеет две метки NFC которые называются XPERIA SmartTags.

Они позволяют запрограммировать выполнение и запуск определенных действий, когда телефон находится в радиусе работы NFC.

Всё больше компаний встраивают чипы NFC в свои или же выпускают определенные устройства (не всегда смартфоны) с модулями. Так, например, Intel планирует и уже внедряет производство ультрабуков с чипами NFC.

Самсунг также всё чаще добавляет функцию NFC в свои устройства.

Учитывая, что такие крупные компании всё чаще заботятся о наличии устройств NFC у пользователей, можно предположить, что в скором времени такая функция появится во всех смартфонах, что позволит её массовое использование.

Устройства с NFC

Нет никакого смысла перечислять банки и финансовые организации, позволяющие оплачивать покупки без использования «пластика». Список огромен и в него входят не только флагманы банковского сектора, вроде Сбербанка, но и региональные учреждения, например Ак Барс. Поэтому тем, кто надеяться избавиться от карточки, рекомендуется позвонить в контактный центр нужного им заведения и уточнить требуемую информацию у операторов поддержки.

Важные моменты NFC

Если говорить о том, что такое NFC на смартфоне и как им пользоваться стоит понимать и узнать ряд определенных моментов, а также «обратную сторону» применения данной функции.

Функция NFС позволяет значительно облегчить некоторые сферы и применение ряда повседневных предметов, которые порой не удобно носить с собой.

Однако стоит понимать, что также эта технология в некотором плане усложняет некоторые вещи, в том числе и вопрос безопасности.

И хотя, по сравнению с тем же блютузом, функция NFC является более безопасной, однако стоит понимать, что не всё так просто.

Поскольку технология работает только на близком расстоянии, то и отключение её бесполезно, однако постоянно включать-выключать функцию тоже не очень удобно.

Вот и получается, что полную безопасность своих данных мы можем обеспечить только после отключения функции, однако в таком случае её удобство значительно снижается и функция становится практически бесполезной.

Дело в том, что при использовании функции NFC как мобильного кошелька, пароль, пин-код и другие подобные средства защиты не всегда окажут полную безопасность данных.

Так, например, потеря/кража телефона грозит тем, что злоумышленники могут воспользоваться другим устройством с NFC, получить ваши данные, снять деньги с мобильного кошелька или расплатится им где-нибудь.

Хотя стоит понимать, что приблизительно к таким же последствиям может привести и потеря бумажника. То есть функция относительно безопасна. Всё зависит от внимательности и случая.

Моменты NFC

Вывод

Многие устройства на базе Андроид уже имеют встроенные чипы NFC. Однако применение данной функции, всё ещё, значительно ограниченно и имеет не особо широкое распространение.

Сейчас эта функция используется как возможность бесконтактной оплаты услуг, однако и это применение возможно не всегда и не везде.

Стоит знать, что своим появлением технология NFC обязана таким известным компаниям как Sony и Philips.

Две корпорации объединились для того, чтоб создать новейший стандарт радиосвязи. Спустя время он получил название Near Field Communication (NFC).

Однако до этого обеими компаниями принимались попытки создания подобного рода технологии. Так до 2002 году у обеих компаний были разработки с названиями MIFARE (у Филипс) и FeliCa (у Сони).

И хотя технологии были схожими, однако их совместимость не была возможна из-за ряда причин.

Спустя время обе корпорации поняли свои недочеты и пришли к общему мнению, что объединение знаний и ресурсов поможет добиться желаемого, в итоге так и оказалось.

Они соединили все преимущества предыдущих разработок и максимально постарались снизить недочеты. К тому же главой целью разработки была возможность её применения на практике.

NFC всегда была ориентирована на сопряжение и передачу разного рода данных между устройствами, которые не сопряжены между собой.

Однако изначально такими устройствами должны были стать только электронные носители, а уже позже стало понятно, что применение NFC возможно и в различных других устройствах и предметах.

Также технология позволяет моментально сообщаться устройствам, находящимся в непосредственной близости, что привело к ряду различных применений данной технологии.

К тому же передача данных происходит сразу после подключения (лишь в отдельных случаях требуются дополнительные действия).

Данная технология реализована в самом простом и удобном виде- чип. Он работает как в активном, так и в пассивном режимах.

То есть, как активное, устройство работает как пропуск или ключ, а как пассивное – передатчик записанной/запрограммированной информации.

И хотя на данный момент технология NFC используется крайне пассивно и в очень ограниченных сферах, однако можно предположить, что пройдет не так много времени и она получит крайне широкую популяризацию во всем мире.

Уже сейчас можно понять, что её использование возможно в достаточно обширных областях.

А значит, скорее всего, технология проникнет в самые различные сферы жизни человека, возможно даже в те которые, и представить не возможно.

Именно поэтому смартфоны с NFC скоро будут на каждом углу, а их ценность значительно возрастет.

Многие корпорации понимают, что реализация такого проекта принесет значительные плоды в будущем.

А это значит, что можно ожидать распространения технологии в нашей жизни как чего-то повседневного и привычного.

Технология NFC имеет массу применений, и я уверен, что уже через пять лет NFC-метки и терминалы оплаты будут повсюду, от рекламных плакатов до супермаркетов. И я надеюсь, что хоть в этот раз Россия не отстанет от всего мира на пятьдесят лет.