Технология NFC в смартфонах и ее практическое использование

Зачем? что нам это даёт?

Помимо уже очевидных сценариев: пропуска, оплата и проездные — есть приложения, которые умеют класть деньги на карту «Тройка» и другие транспортные карты.

Есть приложение — Считыватель банковских карт. Оно например может показать последние транзакции по карте. Не уверен, что это очень этично, но приложение лежит в Play Market.

Кстати, многих интересует, почему Google и Apple Pay не работают с картами Мир? Дело не в технических особенностях. Просто платежная система не договорилась с сервисами. Платить можно через свое приложение под Android — Мир Pay. Правда оно глючное, а под iPhone его вовсе нет!

Кстати, лайфхак. Если у вашего Android нет NFC, но платить очень хочется, что делать? Можно положить карточку под чехол. Обращайтесь. Правда толстые чехлы могут не пропускать волны даже встроенного NFC — так что проверяйте.

Мы уже поговорили про устройства, но есть вторая важная часть — это NFC метки. Они бывают двух видов.

1. Те, на которые можно записывать информацию. Они выглядят как маленькие наклейки. Обычно доступный объем памяти — около 700 байт. Подобные выпускала компания Sony.

Тут можно хранить кучу всего, например:

Такую метку прочитает любой телефон с NFC.

Что делать, если у вас нет NFC меток? Их можно заказать, стоят копейки.

Но можно взять обычную банковскую карту или транспортную, вроде «Тройки». Это закрытые для записи метки. Типичный пример — ваша банковская карта. На них нельзя ничего записать.

Но ваш смартфон можно запрограммировать на любые действия, когда к нему приложат такую штуку.

Если у вас Android, можно поставить приложение например MacroDroid или NFC ReTag. В них можно назначать примерно такие же действия на NFC-теги. Включать/выключать Wi-Fi и звонок, запускать приложения, включать ночной режим. Например, можно сделать так, что когда вы кладете телефон на карту «Тройка», у вас автоматом открывается канал Droider. Рекомендую!

Кстати вот так выглядит содержимое «Тройки».

А еще можете почитать на

Использование смарт-карт и карт лояльности.

Эмуляция банковских карт не самое простой процесс, если быть честным. Потому начну с карт лояльности. Их разновидностей существует достаточное количество: и с магнитной лентой, с QR-кодом, и со штрих-кодом. Добавив карту лояльности в Google Pay, Вы упрощаете свою жизнь, уменьшая количество переносимого пластика.

Но допольнительной функцией является реализация метода для передачи данных о карте лояльности в систему торговой точки (POS) продавца, то есть возможные скидки по карте лояльности будут учитываться прямо во время оплаты заказа, никаких вам «а теперь приложите бонусную карту». (Уточнение: карта лояльности должна содержать в себе NFC. Карты со штрихкодом или QR-кодом необходимо предоставить до оплаты для сканирования их с экрана телефона).

Карты лояльности сохраняются в платежном приложении вместе с привязанной банковской картой и используются в режиме эмуляции карты NFC. Эти данные хранятся в защищенном элементе (Security Element или SE) в телефоне. Вкратце, SE — это защищенная от взлома платформа, как правило, это чип с памятью, которая позволяет безопасно хранить конфиденциальные данные, защищенные криптографическими ключами.

SE может быть интегрирован в SIM-карту, выпущенную мобильной сетью пользователя, или чипом, встроенным в телефон производителем устройства. Эта реализация хранит учетные карт лояльности в том же домене безопасности, что и данные платежной карты, привязанные к платежному приложению.

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).

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.

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.

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.

При этом:

Nfc — техническая составляющая

NFC основан на стандартах ISO/IEC 18092 NFC IP-1, JIS X 6319-4 и ISO/IEC 14443 для бесконтактных смарт-карт. NFC устройство работает на частоте 13,56 МГц и состоит из считывателя (ридера) и антенны, или из метки и антенны.

Ридер генерирует радиочастотное поле, которое может взаимодействовать с меткой или с другим ридером. Ридер – это устройство NFC, работающее в режиме активной коммуникации. Метка – это устройство NFC, которое работает в режиме пассивной коммуникации.

ISO/IEC 14443 — стандарт, описывающий частотный диапазон, метод модуляции и протокол обмена бесконтактных пассивных карт (RFID) ближнего радиуса действия (до 10 см) на магнитосвязанных индуктивностях.

Стандарт предназначен для карт с малой дальностью чтения и большими скоростями обмена данными. В основном это рынок платежных средств и идентификации личности.NFC был одобрен как ISO/IEC стандарт 8 декабря 2003 года. До стандартов NFC существовали другие стандарты, которые позже были взяты в основу стандарта NFC, например, ISO 14443.

Он описывает частотный диапазон, метод модуляции и протокол обмена бесконтактных пассивных карт (RFID) ближнего радиуса действия (до 10 см) на магнитосвязанных индуктивностях.Устройства, имеющие в NFC, могут взаимодействовать с существовайшей раннее инфраструктуро, например, в режиме эмуляции карты должно передать уникальный идентификационный номер существующему считывателю RFID

NFC — технология с открытой платформой, стандартизированная в ECMA-340 и ISO/IEC 18092. Эти стандарты определяют схемы модуляции, кодирование, скорости передачи и радиочастотную структуру интерфейса устройств NFC, а также схемы инициализации и условия, требуемые для контроля над конфликтными ситуациями во время инициализации — и для пассивных, и для активных режимов NFC.

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 

Ещё немного про безопасность

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 апплеты каких-то приложений с конфиденциальными данными, например, апплет платежного приложения, транспортного и т.д.

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.

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.

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.

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.

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.

Как работает nfc?

Вы наверняка знаете, что NFC расшифровывается как Near Field Communication или по-русски — связь ближнего действия.

Но это не обычная передача данных по радиоволне. В отличие от Wi-Fi и Bluetooth NFC устроен хитрее. В основе лежит электромагнитная индукция. Это очень крутая штука из школьной программы, напомню.

Идея в том, что вы берете один проводник, в котором нет электричества. И кладете рядом с ним второй проводник, в котором есть электричество. И знаете, что? В первом проводнике, где электричества не было, начинает течь ток!

Круто, да?

Когда мы впервые про нее узнали, подумали, что такое невозможно! Серьезно? Вы гоните! Пошли играть в Counter Strike, пацаны.

Ну так вот, когда вы подносите смартфон к какой-нибудь NFC метке без питания, этого крошечного электромагнитного поля от смартфона достаточно, чтобы внутри метки побежали электроны, и заработали микросхемы внутри неё.

Ах да. В каждой метке есть крошечная микросхема. Например, в банковских картах микрочип запускает даже простенькую версию Java. Каково?

Может быть вы ещё слышали аббревиатуру RFID. Её разработали лет на 30 раньше. Она расшифровывается как радиочастотная идентификация. И по сути только для идентификации и подходит. Во многих офисных центрах пропуска до сих пор с RFID.

Так вот NFC является продвинутой веткой стандарта RFID и читает часть таких меток. Но главное отличие в том, что NFC умеет еще и передавать данные, в том числе зашифрованные.

NFC работает на частоте 13,56 МГц, что позволяет развить неплохую скорость от 106 до 424 Кбит/с. Так что mp3-файл скачается за пару минут, но только на расстоянии до 10 см.

Физически NFC — это маленькая катушка. Например в Pixel 4 прикреплена к крышке и выглядит вот так.

А так в Xiaomi Mi 10 Pro:

И тут как раз пора поговрить о том, что умеет делать NFC?

Работа этой технологии и смежных, вроде RFID, описаны в стандарте ISO 14443.  Там еще много чего свалено в кучу: например, итальянский протокол Mifare и VME — это в банковских картах.

NFC — это своего рода USB Type-C в мире беспроводных технологий, если вы понимаете, о чем я.

Но главное вот что. NFC может работать в трех режимах:

1. Активный. Когда девайс считывает или записывает данные с метки или карточки. Кстати, да, данные на NFC метки можно и записывать.
2. Передача между равноправными устройствами. Это когда вы подключаете к смартфону беспроводные наушники или используете Android Beam — помните такое. Там по NFC происходило подключение, а сама передача файла шла уже по Bluetooth.
3. Пассивный. Когда наше устройство прикидывается чем-то пассивным: платежной картой или проездным.

Зачем NFC, если есть Bluetooth и Wi-Fi, ведь у них и скорость, и радиус действия больше.

Бонусы NFC вот в чем:

1. Мгновенное подключение — одна десятая секунды.
2. Низкое энергопотребление — 15 мА. У Bluetooth до 40 мА.
3. Теги не требуют собственного питания.
4. И не столь очевидное — малый радиус действия, что необходимо для безопасности и оплаты.

Есть правда еще Bluetooth Low Energy, но это отдельная история.

Спецификации nfc forum

В июне 2006 года, всего через 18 месяцев после своего основания, Форум официально обрисовал архитектуру технологии NFC. На сегодняшний день Форум выпустил 16 спецификаций. Спецификации предоставляют своего рода «дорожную карту», которая позволяет всем заинтересованным сторонам создавать новые продукты.

В дополнение к уже существующим стандартам NFC Forum собрали лучшее из этих стандартов в документы, описывающие работу устройств, которые используют технологию NFC и назвали их спецификациями.В дополнение к уже существующим стандартам NFC Forum собрали лучшее из этих стандартов в документы, описывающие работу устройств, которые используют технологию NFC и назвали их спецификациями.

Например, в спецификации NFC Analog Technical Specification рассматриваются аналоговые радиочастотные характеристики устройства с поддержкой NFC. Эта спецификация включает в себя требования к мощности антенны, требования к передаче, требования к приемнику и формы сигналов (время /частота /характеристики модуляции).

Спецификация NFC Analog 2.0 ввела активный режим связи для обмена данными P2P и технологию NFC-V в режиме опроса. Версия 2.0 обеспечивает полную совместимость с устройствами, соответствующими ISO/IEC 14443 или ISO/IEC 18092.По этим спецификациям существует следующие способы связи для устройств NFC:

NFC-AТип связи NFC-A основан на стандарте ISO/IEC 14443A для бесконтактных карт. Типы связи отличаются используемыми режимами кодирования сигнала и модуляции. NFC-A использует код Миллера и амплитудную модуляцию.

NFC-BТип связи NFC-B основан на стандарте ISO/IEC 14443B для бесконтактных карт. NFC-B использует метод манчестерского кодирования. Двоичные данные также передаются со скоростью около 106 Кбит/с. Здесь вместо 100% используется 10% -ое изменение амплитуды для двоичного 0 (то есть низкого уровня)

NFC-FТип связи NFC-F основан на стандарте FeliCA JIS X6319-4, также известный как просто FeliCa. Стандарт регулируется японской jicsap. Там эта технология, и наиболее популярна. Скорость передачи данных 212 / 424 Кбит/с, используется манчестерское кодирование и амплитудная модуляция.