Технология NFC – обзор от «М.Видео»

Типы NFC-меток

Существует четыре типа меток, описанных NFC-форумом, все они базируются на RFID-протоколах. Это делает NFC метки частично совместимыми со многими уже существующими RFID системами (например, Mifare и FeliCa). Хотя эти более старые системы не поддерживают NDEF, они, однако, могут опознавать NFC метки, которые совместимы с ними.

Например, считыватель RFID, который предназначен для работы с метками Mifare Ultralight, может считать идентификационный номер метки NFC 2 типа, хоть и не может прочитать закодированную NDEF информацию. Есть также пятый тип, который совместим с технологией, но при этом не является частью NFC-спецификации.

Типы 1, 2 и 4 основаны на ГОСТ Р ИСО/МЭК 14443A (состоит из четырёх частей: 1, 2, 3, 4), тип 3 — на ГОСТ Р ИСО/МЭК 18092. Более подробно про каждый из типов можно прочитать под спойлером.

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).

Насколько NFC безопасна

Устройства с NFC могут одновременно и получать, и передавать данные, что позволяет им обнаруживать противоречия, если полученный сигнал не соответствует переданному.

Риск перехвата ваших данных крайне мал, особенно учитывая минимальный радиус действия технологии. Тот же Bluetooth, работающий в пределах десятков метров, куда более уязвим для внешнего вмешательства.

Касается это и платёжных реквизитов: сгенерированный для бесконтактной оплаты токен не позволит злоумышленникам получить доступ к вашей карте. Да и сам факт перехвата зашифрованного идентификатора выглядит нереалистичным.

Кроме того, при бесконтактной оплате требуется подтверждение через считывание отпечатка пальца, пароль или сканирование лица. Без всего этого покупку не осуществить. А значит, даже если смартфон будет украден, воспользоваться им как платёжным инструментом никто не сможет.

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.

Что такое NFC в смартфоне?

Технология NFC (с англ. near field communication — ближняя бесконтактная связь) предполагает бесконтактную передачу информации между устройствами (на расстоянии до 10 см). В последнее время производители электроники стали все чаще помещать в смартфоны модуль NFC. Таким образом гаджет можно использовать для платежей в магазинах наравне с бесконтактной банковской картой — для этого нужно просто разблокировать и приложить смартфон к POS-терминалу. Передача платежной информации происходит буквально по воздуху.

Какой длины может быть 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

Использование NFC меток

Есть множество возможностей использования NFC:

• Режим эмуляции карты позволяет использовать данную технологию для бесконтактных платежей, например Google Wallet, или для оплаты или получения билетов в общественном транспорте.
• Есть несколько мобильных приложений, которые позволяют сохранить настройки для мобильного устройства на метках и в дальнейшем использовать их для быстрого изменения каких-либо настроек мобильного устройства (переход в режим виброзвонка, включения или выключения Wi-Fi на мобильном устройстве).
• На рынке постепенно появляются устройства, поддерживающие NFC, — стереосистемы, телевизоры, которые позволяют создавать пару с телефоном или планшетом для удалённого управления.
• NFC используется в системе здравоохранения для хранения идентификатора пациента и личных записей.
• В сфере управления материально-техническими ресурсами можно использовать NDEF записи для хранения информации о месте отправления товаров, об их прохождении различных промежуточных пунктов и тому подобном.

Приведем пример, как применять самодельные NFC метки, чтобы автоматизировать составление списка покупок с Android:

• установить приложение NFC ReTAG;
• сделать своими руками метку из чипа со старой, неиспользуемой карты оплаты (например, проездного);
• запустить приложение, отсканировать метку и дать ей имя (например, producty);
• с помощью кнопки « Действие» добавить действие для считывания метки – открыть приложение Купи Батон либо Google Keep;
• прикрепить метку на холодильник или рядом с ним.

Теперь приложение для создания списка покупок будет открываться гораздо быстрее.

Аналогичным способом можно с помощью NFC меткизапрограммировать автомобиль на автоматическое включение навигатора и Bluetooth, когда владелец с телефоном или планшетом при себе садится за руль.

Например, садясь в машину, вы обычно повышаете яркость экрана до максимума и запускаете «Google Карты» для навигации. Чтобы проделать это, потребуется немало действий. Если же у вас есть NFC-метка, запрограммированная на эти действия, то достаточно прикоснуться к ней смартфоном – и всё произойдёт само собой.

Вернувшись же домой, вы ложитесь в постель и хотите почитать. Вам нужно изменить цветовую температуру экрана, понизить яркость, открыть приложение-читалку с книгой и, конечно же, не забыть установить будильник. Чтобы сделать это за долю секунды, достаточно иметь под рукой заранее запрограммированную на эти действия метку и приложить к ней смартфон. Раз-два – и готово!

Впрочем, будем объективны. Для подавляющего числа пользователей удобство NFC-меток покажется несколько надуманным, ведь в ежедневных поездках из дома на работу и обратно навигатор не нужен, а запрограммировать будильник на смартфоне нужно лишь раз – и всё.

Заключение

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».

Читайте на сайте

В этом заключается одно из важных отличий NFC от Bluetooth. Именно малое расстояние, на котором устройство доступно для обмена данными, делает использование новой технологии безопасным. Например, платежи – защищенными от перехвата данных.

Второе преимущество перед Bluetooth в том, что соединение происходит гораздо быстрее – достаточно десятой доли секунды.

И только третье отличие не в пользу Near Field Communication: средняя скорость передачи данных у него ниже – 424 Кбит/с.

Особенности технологии

Технология NFC основана на радиочастотной идентификации RFID (Radio Frequency IDentification), позволяющей принимать информацию посредством радиосигналов частотой в 13,56 МГц не только с активных, но и пассивных устройств.

Важная особенность: данные для считывания NFC устройствами записываются и хранятся в специальных транспондерах, называемых метками.

Несомненное достоинство технологии – любой пользователь может применять NFC метки, созданные самостоятельно. О том, как это работает, расскажем ниже.

Любопытный факт: первый мобильный телефон со встроенным NFC-чипом появился на свет еще в 2006 году. Им оказалась «раскладушка» Nokia 6131. Однако в то время из-за отсутствия инфраструктуры – терминалов бесконтактной оплаты, ценников и табличек с метками и пр. – технология осталась невостребованной.

Где же и как используется Near Field Communication сегодня?

Сфера применения

Технология NFC применяется при изготовлении и использовании бесконтактных пластиковых карт. Например, банковские карты Visa PayWave и MasterCard PayPass оснащены NFC-чипами с микроантеннами.

Самый распространенный вариант использования Near Field Communication в мобильных телефонах как раз и называется «эмуляция карт». С помощью мобильника, «притворившегося» прямоугольником пластика, можно:

• оплачивать покупки в супермаркетах, чеки ресторанов и кафе, бензин или дизтопливо на АЗС и др., оставляя MasterCard или Visa дома под замком и никогда не теряя;
• получать скидки и рассчитываться бонусами, не нося с собой, соответственно, дисконтных и бонусных карт;
• ездить на метро и в другом городском транспорте по электронному проездному, забытому дома;
• проходить в учреждение со смартфоном или планшетом вместо электронного пропуска;
• пользоваться электронными ключами.

Второй вариант использования технологии – передача-прием данных между двумя мобильными устройствами (P2P).

Бесконтактные системы оплаты

NFC оплата отличается надежной защитой платежных данных. При этом применение сервисов Apple Pay и Samsung Pay гарантирует еще большую безопасность, чем использование бесконтактных карт.

Во-первых, каждая транзакция проводится через создание уникального цифрового ключа (кода) без передачи данных карты платежному терминалу (продавцу).

Во-вторых, операция требует подтверждения отпечатком пальца владельца устройства. Это означает, что даже в случае утери смартфона посторонние лица не смогут воспользоваться деньгами, тогда как с банковской карты их можно увести без PIN-кода.

Разберемся, обладая телефоном с NFC как пользоваться двумя популярными сервисами бесконтактной оплаты, которые в 2016 году пришли в Россию.

Чтобы делать покупки с Apple Pay, требуется айфон не старше шестого либо часы Apple Watch с новейшей версией watchOS и пятый айфон (или моложе).

Необходимо:

1. убедиться, что на устройстве установлено приложение Wallet;
2. открыть его на айфоне и добавить банковскую карту;
3. проверить настройки Touch ID, а для часов – включить «Распознавание запястья» и настроить пароль;
4. делая платеж с iPhone, дважды нажать на Home, с Apple Watch –также дважды на боковую кнопку часов, после чего поднести устройство к терминалу бесконтактной оплаты;
5. если кассир попросит ввести PIN-код, использовать PIN-код пластиковой карты.

Покупать с Samsung Pay можно не только через терминалы, поддерживающие бесконтактную оплату. Дело в том, что компания Samsung изобрела собственную технологию MST (Magnetic Secure Transmission – «магнитная безопасная передача»). Смартфоны с поддержкой MST при оплате создают возле терминала магнитное поле, как от сигнала магнитной полосы пластиковой карты.

Таким образом, Samsung Pay не работает только с терминалами, требующими вставить чипованную карту. Он также не передает данные устройствам взломанным и зараженным вирусным ПО.

Недостаток сервиса в том, что он доступен на ограниченном количестве моделей Samsung Galaxy.

Чтобы стать пользователем Samsung Pay, следует:

1. зарегистрировать и добавить аккаунт Samsung;
2. обновить прошивку смартфона;
3. после обновления нажать на значок сервиса в меню;
4. зарегистрировать в приложении свой отпечаток пальца;
5. добавить карту.

Процедура добавления карты в Samsung Pay несколько сложнее, чем в Apple Pay. Кроме ввода карты вручную или через камеру смартфона и ввода SMS-подтверждения, требуется принять условия пользовательских соглашений с банком-эмитентом и сервисом, создать цифровую подпись стилусом либо тем же отпечатком пальца. По окончании всей процедуры надо подождать завершения регистрации карты 10 минут.

Принцип оплаты через Samsung Pay:

• приложить палец к соответствующему значку, подтверждая транзакцию;
• поднести свой Samsung к терминалу;
• ввести PIN банковской карты, если требуется.

В Apple Pay один пользователь может добавить не более 8 карт, в Samsung Pay – максимум 10.

В настоящее время оба сервиса поддерживаются небольшим количеством банков-партнеров. Кроме того, большинство эмитентов поддерживают карты MasterCard, а доступность Visa отстает. Но со временем эта ситуация выровняется, а перечень банков-партнеров будет расширяться.

Технология бесконтактных платежей – самая очевидная польза от NFC. Традиционная пластиковая карта с магнитной полосой – это небезопасно и долго. Ваши деньги зависят от цифр на фронтальной стороне карты, устаревшего и уязвимого интерфейса с магнитной полосой и от трёхзначного кода безопасности. Карту легко потерять, а её данные вы регулярно «светите» перед кассиром, когда даёте ему карту для оплаты.

С приходом технологий бесконтактной оплаты Visa payWave и MasterCard PayPass процесс транзакции стал проходить быстрее, однако уровень безопасности не повысился. По-настоящему правила игры изменились с появлением NFC в смартфонах и технологии эмуляции пластиковой карты с возможностью оплаты. Вы просто подносите смартфон к терминалу, как обычную карту, и всё – покупка оплачена.