Технология NFC: что, зачем и когда

Технология nfc: что, зачем и когда

29 мая 2022 Технология NFC: что, зачем и когда

Артём Прилуцкий

Наверное, многие уже слышали про NFC, но еще больше людей уже длительное время регулярно пользуются этой технологией, даже не подозревая об этом. Некоторые из вас, всерьез заинтересовавшись NFC, искали подробную информацию, смотрели видеоролики и читали статьи. Но, к сожалению, многие из них дают лишь поверхностное представление об этой перспективной технологии. Мы предлагаем свою версию, в которой постарались максимально упростить изложение, но в то же время передать самое важное.

С технологией NFC автор знаком не понаслышке. Например, сотрудники его подразделения пару лет назад участвовали в пилотном проекте реализации оплаты проезда в транспорте г. Санкт-Петербург. На основании полученного опыта можно констатировать, что у топ-менеджмента и маркетинговых служб часто нет ясного понимания, что это и зачем. Фактически, то, что делают сейчас мобильные операторы с такими «пилотами» имеет весьма косвенное отношение к NFC, поскольку обычные SIMки с торчащими из них транспондерами — это те же обычные бесконтактные карты.

Технология NFC: что, зачем и когда

За появление NFC мы должны сказать «спасибо» компаниям Nokia, Sony и NXP Semiconductors (до 2006 г. — подразделение Philips), создавших организацию NFC Forum для продвижения данной технологии. Идея была проста: реализовать в телефоне поддержку инфраструктуры бесконтактных карт, соответствующих стандарту ISO 14443 [1], чтение и эмуляцию таких карт.

Технология NFC: что, зачем и когда

Такое решение вписывается в существующие продукты и может получить весьма широкий набор вариантов использования: платежи в магазинах, оплата проезда, персональная идентификация в СКУД (Системы Контроля и Управления Доступом), простая передача персональных данных. Режим peer-to-peer — это лишь бесплатное добавление, которое позволяет решить проблемы при коммуникациях между устройствами (например, помогает им быстро «договориться» при инициализации соединения по Bluetooth).

Технология NFC: что, зачем и когда

Для начала давайте поговорим про бесконтактные карты. Они делятся на два типа: метки, предоставляющие простой доступ к хранящимся в них данным, и смарт-карты.

С метками все просто. Существует несколько стандартов формата записи данных. Карты могут хранить защищенные от стирания (записи) и перезаписываемые данные, иметь базовый механизм контроля доступа. Знакомые жителям мегаполисов простые «бумажные» билеты для прохода в метро и другой общественный транспорт — яркий тому пример.

Технология NFC: что, зачем и когда

Эти карточки поддерживают стандарт Mifare Ultralight (с простейшим вариантом защиты данных). Другой пример бесконтактных карт — «магнитные» пропуска для прохода в офис. Правда, там часто применяются карты HID Global, которые соответствуют старому формату RFID LF.

С бесконтактными смарт-картами (БСК) все интереснее. Такие карты обладают довольно сложным микропроцессором и могут реализовывать весьма серьезный функционал, имея «на борту» достаточно серьезные крипто-алгоритмы. К смарт-картам относятся карты платежных систем MasterCard PayPass и payWave, карта «Тройка», действующая на московском транспорте, абонементы на картах БСК для проезда в электричках РЖД, «Социальная карта москвича», «Универсальная электронная карта россиянина» и даже наши новые биометрические паспорта. Для последних есть специальный стандарт – ePassport [2].

Технология NFC: что, зачем и когда

С точки зрения программного обеспечения (апплетов), размещаемых на смарт-картах, очень часто используются проприетарные решения, закрытость которых, отчасти, гарантирует безопасность предоставления услуги. Тем не менее, многие компании, чей бизнес связан с БСК, объединились в альянс Global Platform [3]. Его целью является унификация платформы и среды выполнения для апплетов. Она позволяет не только снизить затраты при закупках карт (за счет отсутствия привязки к решениям конкретных производителей), но и создает возможность для совмещения апплетов различных организаций на одном носителе.

Вернемся к NFC. Углубляться в физический уровень не станем, поскольку эта сторона технологии уже достаточно хорошо описана в СМИ. Лучше поговорим о режимах работы и о том, как они реализуются, какие возможности при их реализации мы получим. Итак, NFC поддерживает следующие режимы работы:

– Режим peer-to-peer (P2P)

– Режим картридера (считывателя карт и радиометок)

– Режим эмулятора

Режим peer-to-peer предназначен для простого обмена данными между двумя устройствами, поддерживающими NFC. Конкретные варианты применения зависят только от используемых программ. Самая массовая технология на основе NFC peer-to-peer – Android Beam — позволяет мгновенно обмениваться данными между устройствами, работающими под управлением ОС Android. Очень часто этот режим используется в задачах соединения устройств по Bluetooth (не нужно искать устройство по имени, не нужно вводить PIN).

Технология NFC: что, зачем и когда

Возможны и достаточно оригинальные сервисы: например, для услуги перевода денег между мобильными балансами можно реализовать приложение, в котором для перечисления суммы нужно на какое-то время прислонить друг к другу два телефона. Направление перевода определяется тем, какой из телефонов обращен экраном вверх — это напоминает то, как герои фильма «Время» делились друг с другом временем, держась за запястье.

Режим чтения и записи карт также уже известен владельцам смартфонов на платформе Android: наверное, каждый москвич, имеющий телефон на этой платформе с поддержкой NFC, имеет в своем девайсе какое-либо приложение для просмотра количества оставшихся поездок на транспортной карте. Варианты применения режима картридера этим, конечно, не ограничиваются. Хотя пока что официальных решений не существует, в принципе, ничто не мешает, например, правительству Москвы выпустить приложение, с помощью которого можно будет пополнять ту же карту «Тройка» прямо с телефона.

Технология NFC: что, зачем и когда

В режиме эмуляции, как, наверное, понятно из его названия, устройство эмулирует работу бесконтактных карт. В этом случае раскрывается весь потенциал NFC — становятся доступны сервисы оплаты услуг, транспорта и т. п. Для того чтобы оплатить услугу достаточно поднести телефон к обычному, давно существующему, терминалу-считывателю бесконтактных карт.

Технология NFC: что, зачем и когда

Раскрывать информацию о режиме эмуляции участники группы NFC не спешат. Причина этого — потенциальная опасность взлома и мошенничества, если этот режим станет доступен для массового разработчика ПО. Важным моментом для реализации функции является создание доверительного окружения исполнения (trusted execution environment), где оригинальные приложения (аплеты) от поставщика услуги изолированы от платформы.

Перед разработчиками платформ стоит выбор: либо закрывать платформу и тщательно отбирать ПО, как например, это делается в Apple iOS, либо не реализовывать такую функцию на самой платформе. Именно поэтому на большей части платформ возможность эмуляции карт на уровне ОС устройства попросту закрыта (официально API есть только в BlackBerry, а также, возможно, в системе Maemo/MeeGo, пребывающей сейчас в непонятном статусе). Кроме того, могут существовать приложения, использование которых критически важно, даже если батарея устройства села. Мы же помним, что в случае с бесконтактными картами питание осуществляется через индуктивную связь?

Что нам по этому поводу предлагает NFC? Параллельно с основным процессором на плате устройства находятся компоненты trusted execution environment (TEE), которые соединены с контроллером contactless front-end (CLF) напрямую и реализуют через него функцию эмуляции самостоятельно. Операционная система устройства имеет доступ к этому окружению. Поскольку все компоненты TEE опциональны, давайте рассмотрим подробнее, что из себя может представлять TEE в наиболее полном варианте.

Встроенный (build-in) Secure Element (SE) — это отдельный чип на основной плате устройства, который реализует функционал смарт-карты стандарта Global Platform. Чип имеет свой процессор и EPROM, подключается через интерфейс NFC-WI [4]. Есть три режима работы SE: «отключен», «беспроводной» и «проводной». В беспроводном режиме SE скоммутирован через контроллер с транспондером (приёмопередающим устройством) и совершенно факультативно от ОС реализует эмуляцию карт. В проводном режиме SE становится доступным для ОС телефона и недоступным для беспроводных коммуникаций. При этом ОС телефона работает с SE в режиме картридера со всеми вытекающими последствиями (например, несколько раз неправильно передан PIN — прощай чип SE).

Единственный ныне выведенный на рынок массовый продукт, который построен на такой схеме — Google Wallet в США. При установке Google Wallet на телефон программа прописывает в SE апплет карты MasterCard PayPass, превращая телефон в платежную карту с авторизацией платежей в онлайне.

Технология NFC: что, зачем и когда

Помимо проблем с блокировкой, SE имеет еще один существенный недостаток: все апплеты должны уживаться между собой, а это значит, что устанавливать их может только один поставщик. Так, в случае с Android, существует только один массовый пилот-проект — Google Wallet, а другие продукты носят лишь статус закрытого «пилота» (например, совместная разработка Samsung и Clarion Hotel Stockholm).

Технология NFC: что, зачем и когда

Как мы предполагаем, именно такая неопределенность удерживает ряд компаний, например Apple, от активного участия в проектах, связанных с NFC.

SIM-карта. В данном случае, имеется в виду не простая «SIM-ка», а та, что способна поддерживать протокол Single Wire Protocol (SWP) [5]. Протокол SWP создан в институте ETSI (разработчик стандарта GSM). Такая карточка тоже является SE, только не встроенным. Карта взаимодействует с контроллером напрямую через SWP и, таким образом, реализует функции эмуляции самостоятельно. При этом все взаимодействия с ОС телефона осуществляются через стандартный интерфейс STK [6], присутствующий в Baseband телефона (это тоже факультативная самостоятельная система в телефоне, реализующая стек для взаимодействия с мобильным оператором).

Технология NFC: что, зачем и когда

Как изначально предполагали в ETSI, функция эмитента SIM-карт должна перейти от операторов к отдельным организациям. В свою очередь, эти эмитенты должны предоставлять возможность размещения апплета SIM мобильным операторам, а апплета смарт-карт – банкам, транспортным компаниям и т.п. Де-факто никто подобных функций передавать не собирается, а такие продукты могут запускаться лишь на основе ко-брэндинга. Так, все существующие услуги оплаты транспорта при помощи БСК действуют, как совместный продукт оператора и компании.

Сложившийся подход к SIM тормозит продвижение NFC. Возможно, именно поэтому NFC Forum [7] с SD Association [8], следуя тенденции отторжения конечных услуг от мобильных операторов, создали стандарт ASSD, получивший торговую марку smartSD. Идея заключается в том, что на разъем интерфейса microSD выводятся контакты SWP, а на самой карте формата microSD реализуется все тот же Secure Element. Для взаимодействия с ОС уже через стандартную часть microSD вводится новый протокол ASSD, требующий со стороны телефона лишь поддержки в ядре ОС.

Возможно, smartSD станет толчком для развития массовых решений на базе NFC, ведь в такой схеме компаниям, представляющим свои услуги с использованием бесконтактных карт, не нужно будет бежать к сотовым операторам и совместно с ними заставлять абонентов менять свои SIM-карты. Достаточно лишь продавать smartSD с «зашитым» апплетом и предустановленным в разделе флэш-памяти приложением для мобильного телефона. Пока таких решений нет, все будет ограничиваться развитием обычных бесконтактных карт и мобильных приложений для их обслуживания через режим картридера.

Опубликовано на Портале «HARDN SOFT»

Использование готовых меток для управления устройством

Одним из активных участников процесса внедрения NFC является компания Sony. В ее аппаратах предустановленна программа Smart Connect, поддерживающая работу с оригинальными метками Sony. При желании с использованием утилиты SmartTag Maker вы можете создать их самостоятельно из чистых заготовок.

Для работы системы используется формат NDEF URI с кодированием номера/цвета метки в текстовой ссылке. Всего система предусматривает до восьми меток, которые обозначены как «дом», «офис», «машина», «спальня», «слушать», «играть», «активности», «смотреть».

Вариант оригинальных меток Sony SmartTags

Сама программа Smart Connect работает не только с NFC-метками, но и с другими подключаемыми к телефону устройствами, включая гарнитуры, блок питания, устройства Bluetooth. Достаточно удобно, что штатные настройки уже неплохо соответствуют указанным выше сценариям. При этом пользователь может перепрограммировать все схемы; в каждой из них указывается набор из условия и действий.

Настройка работы с метками в Sony Smart Connect

В качестве условия можно использовать опознание метки или подключение устройства, дополнительно можно ограничить время работы схемы. Набор действий достаточно широкий, в него входят запуск приложения, открытие ссылки в браузере, запуск музыки, регулировка громкости и режима, подключение аудиоустройства Bluetooth, отправка SMS, звонок, управление беспроводными интерфейсами, регулировка яркости и другие действия.

Но на самом деле не обязательно использовать фирменные метки Sony — можно найти применение и готовым меткам, не допускающим перезаписи информации. Например, это могут быть использованные транспортные карты. Дело в том, что каждая из них имеет собственный уникальный идентификатор, который можно привязать к определенным действиям специальными программами.

В магазине Play Store есть несколько утилит для этого сценария, упомянем пару из них:

Напомним, что не стоит устанавливать сразу несколько подобных программ. Удобства от такого режима не добавится, поскольку при обнаружении метки на экране телефона будет возникать диалоговое окно с выбором программы для ее обработки.

Во время поиска программ для работы с метками мы также встретились с еще одним классом утилит, которые могут быть интересны в случае наличия записываемых меток. Эти программы используют собственный оригинальный формат записей, работать с которым могут только они сами. При этом набор возможных действий почти не отличается от описанных выше:

  • NFC Actions: возможность работы с облачным сервисом для хранения действий меток, запуск приложений, все традиционные для NDEF действия и несколько дополнительных (включение Wi-Fi, фонарика и т. п.);
  • NFC Profile: изменение некоторых параметров конфигурации устройства, включая состояние беспроводных интерфейсов, будильник, а также запуск программ;
  • NFC Smart Q: опции по настройке режимов телефона, запуску приложений, можно использовать несколько записей на одной метке, дополнительно создается короткая web-ссылка стандартного формата NDEF, которая позволяет на новом устройстве загрузить данную программу и использовать некоторые из опций;
  • NFC Task Launcher: кроме меток NFC может активировать настройки по подключению к Bluetooth или Wi-Fi, среди действий есть переключение режимов, интерфейсов, громкости и настроек экрана, публикации в социальных сетях, отправка e-mail и SMS, запуск приложений, открытие страниц в браузере, управление медиаплеером, настройка будильника, телефонный звонок.

Напомним, что в настоящий момент чтение метки осуществляется только при разблокированном аппарате. Так что сценарий «пришел домой, положил телефон на тумбочку — автоматически переключил профиль, отключил звонок и Bluetooth, настроил будильник» потребует от пользователя некоторых действий. Такое поведение все-таки немного ограничивает возможности программ.

Лед тронулся!


В заключении хотелось бы сказать пару слов о реализации технологии NFC в мире и России, в частности.

Следует признать, что тема перспектив развития NFC муссируется уже не первый год, и попытки использования ее на практике предпринимались неоднократно. Но, в большинстве случаев, дальше образцово-показательных тестовых систем дело не заходило. Хотя есть и приятные исключения из правил.

Так, например, Япония еще в далеком 2007 году начала внедрять NFC на местных автозаправочных станциях и в сети ресторанов быстрого питания McDonald’s. В Штатах очень популярны купоны скидок и акции для постоянных покупателей. Несмотря на такие «оазисы высоких технологий», еще недавно казалось, что до широкого распространения технологии еще далеко.

Тем не менее, уже очевидно, что на мировом рынке NFC в ближайшее время грядут серьезные перемены. Поддержка NFC уже включена в Android 2.3, а в новых телефонах от Google, Samsung, LG стоят чипы NFC, которые еще не разблокированы. Microsoft также планирует добавить в телефоны на базе Windows Phone 7 датчик ближней радиосвязи, а компания RIM сообщила о планах выпуска телефонов BlackBerry с NFC в течение года.

Многие ожидают, что в этом или в 2022 году появится iPhone с поддержкой NFC, в этом убеждают, в частности, патентные заявки Apple. Однако, яблочная компания пока еще осторожничает, присматриваясь к потенциалу новой технологии и прикидывая возможности ее интеграции в свою экосистему.

Аналогично поступили и в HTC: первое устройство от них с поддержкой NFC появится лишь в третьем квартале этого года. В компании считают, что за это время увеличится и количество мест, где можно будет воспользоваться преимуществами NFC, и улучшится поддержка этой технологии в ОС от Android.

Область применения NFC-модулей не ограничится одними мобильными телефонами. Технология будет уместна в ноутбуках, планшетах и стационарных бытовых устройствах. Так, компания Lenovo уже объявила о намерении встраивать NFC-адаптеры во все лэптопы своей бизнес-серии ThinkPad.

Не так давно Samsung и платёжная система Visa объявили о совместном проекте с целью оснастить Лондон достаточным количеством NFC-терминалов к 2022 году, когда в Великобритании откроются Олимпийские игры. Всего в Лондоне будет введено в эксплуатацию свыше 60 тыс. терминалов, с помощью которых можно будет осуществлять различные платёжи.

В России за раскрутку технологии NFC, среди прочих компаний, отвечает i-Free – один из лидеров рынка дополнительных мобильных услуг и контента России и стран СНГ – также член NFC форума. Вы, наверное, знаете о планах введения универсальной карты для жителей России – она будет поддерживать NFC.

Уже сейчас, благодаря реализации проекта компании «Аэроэкспресс», билеты на электропоезда от вокзалов до аэропортов Москвы можно приобрести с помощью мобильного телефона, обладающего NFC функциональностью. NFC сервис внедряется как надстройка к существующей автоматизированной системе продажи и контроля билетов «Аэроэкспресс».

Российский оператор сотовой связи «МТС» еще осенью прошлого года предоставил возможность обладателям 300 специальных SIM-карт (в их число входят сотрудники компании и работники метро) опробовать систему оплаты проезда в московском метрополитене, используя технологию NFC.

В Санкт-Петербурге тоже не сидят без дела: в июне «Билайн» совместно с Петербургским метрополитеном развернули свой проект – оплата проезда с помощью мобильного телефона по технологии NFC.

По оценке аналитиков IMS Research, в 2022 году будет выпущено 1,8 миллиарда сотовых телефонов. Каждый четвертый из них будет поддерживать NFC.

Видео-демонстрация технологии NFC в действии:

Чтение и запись меток

Описанный Android Beam использует возможность передачи и обработки коротких информационных сообщений. Однако в реальности их можно не только передавать с телефона, но и считывать с пассивных меток. В некотором смысле эта технология аналогична известным QR-кодам, которые считываются фотокамерой телефона.

При этом полезная информация (например, ссылка на страницу сайта) занимает буквально несколько десятков байт. Метки могут использоваться компаниями, например, для продвижения своих товаров или услуг. Учитывая компактный размер пассивной метки (точнее, сравнимую с листом бумаги толщину — из-за антенны площадь будет все-таки значительной, не менее пятирублевой монеты), она может быть размещена практически в любом месте: на коробке с товаром, в журнале, на информационной стойке и других местах.

Пассивные метки NFC могут быть изготовлены в виде брелков

Если же говорить про собственноручное изготовление меток, то и это вполне осуществимый сценарий. Для этого нужно приобрести чистые заготовки и с использованием специальной программы для телефона записать на них требуемую информацию. Для примера мы купили несколько разных вариантов: наклейку минимальной толщины, защищенный кружочек из пластика и брелки.

Все они имели совсем небольшой объем памяти — всего 144 байта (на рынке присутствуют варианты и на 4 КБ). Число циклов перезаписи указано не было, но для большинства сценариев применения этот параметр не критичен. Для работы с метками можно рекомендовать программы NXP Semiconductors — TagInfo и TagWriter.

Чтение меток в NXP Semiconductors TagInfo

Первая позволит вам считать данные с метки и расшифровать информацию по стандарту NDEF, а вторая поможет создать собственные метки. При этом поддерживаются несколько подвариантов NDEF: контакт, ссылка, текст, SMS, почтовое сообщение, телефонный номер, соединение по Bluetooth, географическое расположение, ссылка на локальный файл, запуск приложения, URI.

Обратите внимание, что при создании записи нужно учитывать объем хранимых данных. Например, фотография контакта может занимать несколько килобайт, сообщения или текст также легко могут выйти за 144 байта. Кстати, программа NFC TagInfo компании NFC Research Lab со специальным плагином может прочитать и показать вам цветную фотографию из биометрического паспорта.

Запись меток в NXP Semiconductors TagWriter

Отметим, что автоматическая обработка считанных меток зависит от контента. В частности, иногда требуются дополнительные подтверждение для осуществления самого действия. Например, в случае SMS открывается заполненная форма сообщения, но собственно отправку должен подтвердить пользователь.

А вот записанная web-ссылка может сразу открываться в браузере. Любая автоматизация связана с потерей контроля, так что и описанные возможности стоит применять осторожно, поскольку простой заменой или перепрограммированием меток злоумышленники могут перенаправить вас на подставной сайт вместо оригинального. Штатных настроек ОС для ограничения подобного автозапуска мы не обнаружили (если только не отключить сам NFC).

Еще один важный момент при использовании меток в публичных местах — защита от перезаписи. При записи метки вы можете поставить флаг защиты, который будет блокировать все попытки изменения информации, но снять его будет уже невозможно. Так что метка будет в дальнейшем использоваться в режиме «только для чтения». Для домашнего применения это в большинстве случаев не очень критично.

Упомянем еще несколько программ для записи меток:

Заключение

По состоянию на весну 2022 года можно сказать, что технология NFC уже уверенно занимает место в современных смартфонах топового и среднего уровня. Косвенно интерес к ней можно оценить по количеству программ в Play Store: одних только бесплатных проектов есть уже несколько сотен.

Учитывая доминирование на рынке (особенно по числу моделей) платформы Android, именно она является сегодня наиболее популярной для NFC-устройств. В iOS штатных средств для NFC не предусмотрено, а Windows Phone 8 имеет существенно ограниченные возможности работы с NFC для сторонних приложений.

Сама по себе технология NFC имеет несколько особенностей, позволяющих ей занять уникальное положение:

  • бесконтактная передача данных;
  • работа только на небольших расстояниях;
  • возможность обмена информацией с другими устройствами или пассивными метками;
  • низкая стоимость решения;
  • низкое энергопотребление;
  • низкая скорость передачи данных.

В настоящий момент для смартфонов и планшетов можно отметить три наиболее актуальных варианта использования NFC: обмен данными между устройствами (контакты, приложения, ссылки, фотографии и другие файлы), чтение меток со специальной информацией и изменение режимов/настроек/профилей устройства, быстрое сопряжение с периферийными устройствами (например, гарнитурами).

В первом случае можно попробовать работать со стандартной программой Android Beam или установить альтернативные варианты. Они могут быть полезны при необходимости высокой скорости обмена (по Wi-Fi), но требуют наличия одинаковой программы на каждом устройстве.

Пассивные метки могут использоваться практически везде — от плакатов до журналов и бирок на товарах. В них можно записать информацию о продукте, ссылку на сайт, настройки Wi-Fi, контактные данные, географические координаты или другой небольшой объем данных.

Распространение такого способа обмена информацией напрямую зависит от числа совместимых устройств у пользователей. Этот сценарий можно сравнить с распространенными кодами QR, которые сегодня, пожалуй, все-таки проще с точки зрения реализации и более популярны.

Для изменения системных настроек можно использовать с некоторыми программами даже метки без возможности записи, так что попробовать в деле такой сценарий смогут многие пользователи. Правда, надо отметить, что в таком случае набор опций будет записан в конкретном устройстве, и с переносом его на другой аппарат могут быть сложности.

Большинство утилит подобного назначения все-таки требуют собственных записанных меток, что позволяет им хранить всю требуемую информацию в закодированном виде непосредственно в метке (или облаке), так что для использования данных настроек на другом аппарате достаточно будет иметь на нем такую же программу.

Мы не рассматривали в этой статье такие сценарии использования NFC, как платежные системы, электронные кошельки и микроплатежи, билеты и купоны, транспортные карты и пропуска. Эти темы, особенно первая, заслуживают отдельного рассмотрения. Мы постараемся вернуться к ним при наличии читательского интереса и распространении подобных решений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector