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前半：NFC 概論
NFC とは何でしょうか。NFC は Near Field Communication の略でこれを日本語にすると、近距離無線通信と訳せます。身近なところでは Suica、PASMO などの交通乗車券やEdy、nanaco などの電子マネーに使われているいわゆる FeliCa や、TASPO や IC カード免許証など（これらは FeliCa ではありませんが……）で使われている通信技術が NFC であると言えます。ひとまずは「ピッとかざして何かできるもの」が NFC と認識されて間違いありません。
NFC と聞いて FeliCa や Type A（= ISO/IEC 14443 Type A：TASPO で使われている規格。
通称 MIFARE）、Type B（= ISO/IEC 14443 Type B ： IC カード免許証で使われている）の用語を思い浮かべる方もあるかもしれません。
これらは非接触 IC カードの規格であり、厳密にいえば NFC とはフォーカスをあてている部分が違うようです（被っている部分もあります）。このあたりは関連技術の歴史を学べば容易に理解できるのですが、まずは誤解しないように注意が必要です（かくいう私自身もつい最近まで勘違いしておりました）。
ただし、広義の NFC としてはこれら関連技術まで含んでいることが多く、実際に、国際標準の NFC（ISO/IEC 18092、ISO/IEC 21481）を推進・普及するために立ち上げられた NFC Forum では単純な通信規格のみならず、データフォーマットやアプリケーションの部分まで協議されています。ここまでを分かりやすくまとめたものが次の図です。

図：各種規格の関係図

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また、NFC とよくニュアンスの言葉として RFID という言葉で表されていたように記憶されている方もいらっしゃるかもしれません。FeliCa もかつては RFID の一例として知られていました。RFID や NFC といった類義語の関係を知るためにはその成り立ちを学ぶのが一番です。次にそれらの歴史を追ってみましょう。

RFID の歴史 ～バーコードから RFID へ～
RFID は、Radio Frequency IDentification の略で、無線通信で個体識別することを表します。そもそも、RFID は次世代バーコードと呼ばれることがあるようにバーコードの後継技術として捉えられていました。
1972 年、スイスのスーパーマーケットで POS（Point of Sales）システムが導入されました。このシステムで使われたのがバーコードです。バーコードは 1973 年にアメリカでUPC（Universal Product Code）として、1977 年にヨーロッパで EAN（European ArticleNumber）として規格化されました。ちなみに日本では 1978 年に JAN コードとして規格が制定されています。
その後、IT システムの普及とともに管理する情報量が飛躍的に増加し、商品に含めるデータを増やすためにもバーコードを拡張する必要が出てきました。そのうちの一つの施策が RFID だったのです。
RFID 技術そのものは第二次世界大戦において既に利用されていたといいます。具体的には 1948 年、イギリスは自国の飛行機と敵のそれを区別するために初めて RFID を用いたとされています。
その後、1978 年には牛に RFID を埋め込む実験がシカゴ大学で行われ、体温など牛の健康管理に用いられました。その他の例では車の盗難防止を目的としたイモビライザがあります。これは RFID チップを埋め込んだ鍵を車の方のリーダで認識し、あらかじめ登録された ID と一致したときのみエンジンをかけるというものです。また、RKE（RemoteKeyless Entry）と呼ばれる遠くから車のドアを開けたり、エンジンをかけたりする仕組みも RFID が用いられています。
RFID の原型は図書館や CD ショップの盗難防止用に用いられている EAS（ElectronicArticle Surveillance）ですが、初期の EAS は ID を持っていないため厳密にいうと RFID ではありません。当初はタグがあるかないかだけを判断していたようです。これが発展して ID が付与され、書き込み機能が付加されたものがパッシブ RFID タグです。パッシブ
RFID タグはその名の通り、タグ自身に電源を持っていません。電源や搬送波の源振などはリーダから供給されます。主な給電方法は電磁誘導方式と電波反射方式の 2 種類です。
電磁誘導方式は 13.56MHz 以下の低周波帯で使われ、電波反射方式はそれより高い周波数帯で使われます。ちなみに NFC 技術では 13.56MHz 帯の周波数帯域を使用しています。

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反面、パッシブ RFID タグはタグ側にも電池を搭載したもので、パッシブ RFID タグより通信距離を長くできます。通信に関して、パッシブタグでは、電源と搬送波の源振がリーダから供給されるために双方向の通信が必須ですが、アクティブタグではそれらをタグ自身に持っているため必ずしも双方向通信である必要はありません。

RFID 技術を使った非接触 IC カード
FeliCa や MIFARE などの非接触 IC カードも技術原理的には RFID と同じです。しかし、他の RFID 技術が主に家畜や物流などのモノに使われるのに対して非接触 IC カードはヒトの識別に使用されるために国際標準内で RFID タグとは別のサブコミッティ（ISO/IEC
JTC 1/SC 17：カードと個人識別に関する標準化）で審議されています。
非接触 IC カードはその交信距離により、以下のように分類されています。
表：非接触 IC カードの規格
国際標準
ISO/IEC 10536 密着型 (Close coupled)
ISO/IEC 14443 近接型 (Proximity)
ISO/IEC 15693 近傍型 (Vincinity)

通信距離2mm 以下100mm 以下
700mm 以下

周波数
4.91MHz13.56MHz
13.56MHz

この中で、FeliCa や MIFARE など一般的な非接触 IC カードの範疇となるのは主に ISO/IEC 14443 の近接型の規格です。実は FeliCa も Type C として ISO/IEC 14443 の規格化を目指していましたが、審議の時間切れで実現することはありませんでした。それが2000 年ごろの話です。

モバイルを視野に入れた NFC と NFC Forum
ISO/IEC 14443 のカード使用では、RF 回路とアナログ回路、デジタル・プロトコルやアプリケーションのファイル・アクセスの一部までを盛り込み、全体を包括する仕様になっていました。しかし、このような包括的なカード仕様ではなく通信部分だけを切り出して規格にすれば、モバイルに搭載できるなどのもっと面白い応用ができるのではないかと考えられました。そこから生まれたのが NFC の規格、ISO/IEC 18092（NFCIP-1）です。そのような背景があるため ISO/IEC 18092 は、非接触 IC カードの ISO/IEC JTC 1/SC 17 ではなく、通信とシステム間の情報交換の標準化を担当する ISO/IEC JTC 1/SC 6 で検討されました。
なお、NFCIP-1 の規格は MIFARE こと ISO/IEC 14443 Type A と FeliCa のインタフェースがベースとなっています。RFID が無線通信による個体識別で、NFC が近距離無線通信ならば、両者は概念としてよく似ています。しかし、RFID では数 m 単位で通信できるものもある一方で NFC はかざすことで読める程度の電力しか使わないように決められています。また、RFID はもともと物流用に使われていたこともあって、そのリーダ／ライタ

4は高価でシステムの導入費用もかかります。しかし、NFC では、そのような専用システ
ムがなくとも、モバイル端末で書き換え可能になります。ざっくり区別すると、RFID は産業用で、NFC は民生用となります。
NFC はかなり上位の概念であるため実装規格がないと各社がバラバラの実装をしてしまい、互換性のない機器やカードができてしまいます。そこで NFCIP-1 が制定された翌
年 2004 年に、NFC 規格の細部を決定すべく、フィリップス（現 NXP）やノキア、ソニーが共同して NFC Forum を立ち上げました。

なぜ今 NFC なのか
NFC Forum では、NFC の規格を何に使うのか、ユーザ・メリットは何かということから議論され始めました。そうして初めに決まったのが後述する NFC の三つのモードです。議論の中で重要とされたのが既存の非接触 IC カードとの互換性です。NFC の実装規格は既存のカードでも動くようなものにする必要があったのです。それゆえか、基本方針を決めてから具体的な規格に落とし込むのに 6 ～ 7 年の年月を要し、2010 年の後半になってようやく第 1 世代の実装規格が決まりました。そして、2011 年ころからチップ・メーカーから NFC 実装規格に沿った半導体が登場し始めたのです。これが昨今、NFC が注目を集めている理由です。

NFC の三つのモード
前述した NFC Forum で最初に決められたのが以下に示す NFC の三つのモードです。
・カード・エミュレーションモード
・P2P モード・リーダ／ライタモード
カード・エミュレーションモードは、NFC デバイスで Suica や PASMO などの NFC カード機能を実現するモードです。本機能は、必須ではなくオプションとなっていますが、選択する場合は、Type3 Tag か Type4 Tag の仕様に基づく Tag Platform 仕様に準拠する必要があります。
P2P モードは、2 台の NFC デバイス同士間で双方向のデータ通信を行う機能です。
NFCIP-1 の DEP を用いて行うことから NFC-DEP と呼称しています。NFC Forum の規定
では、NFCIP-1 の 3 種類のビットレート（106/212/424kbps）のうち、イニシエータ・デバイスはいずれか 1 種類が、ターゲット・デバイスは全てのサポートが必須とされています。

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リーダ／ライタモードは、NFC デバイスをリーダ／ライタとして使用し、既存の非接触 IC カードを想定した 4 種類の NFC Forum Tag に対するアクセス機能をサポートします。

図：NFC の三つのモード

NFC の展望2012 年初頭現在、NFC フォーラムでは、ハンドオーバ技術の標準化の検討を始めているといいます。ハンドオーバ技術とは通信経路を NFC から Bluetooth や Wi-Fi に切り替えるための技術のことを言います。NFC の操作は直感的ですが、その通信速度は106Kbps ～ 424Kbps と比較的低速です。そこで高速な通信手段にハンドオーバすることで、大きなデータを送れるようになるのです。その際、利用者はタッチするだけで良く、Bluetooth や Wi-Fi の面倒な初期設定が不要となります。

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後半：NFC カードの規格
前半で述べたように、NFC という用語は ISO 規格（ISO/IEC 18092：NFCIP-1、ISO/IEC 21481：NFCIP-2）に由来しています。NFCIP-1 では、前述の非接触 IC カードのインタフェース・プロトコルのうち MIFARE（TypeA）と FeliCa のインタフェースをベースとしており、既存の非接触 IC カードとの相互接続性を維持しつつ、機器間の双方向通信を可能とする機能を拡張しています。
ここでは非接触 IC カード（NFC カード）の具体的な仕様を見てみましょう。（個人）開発者が容易に利用できる NFC カードとしては、主に FeliCa Lite と MIFARE Ultralight があります。これらはそれぞれ FeliCa シリーズと MIFARE シリーズの廉価版にあたるもので、どちらのカードも数百円あれば入手することができます。

NFC カードの基本動作原理
NFC カードの通信は、下記の流れで行われます。
(1) リーダ／ライタのアンテナを使って微弱電波を発生させる。
(2) カードのアンテナを介し、発生した微弱電波から電磁誘導によって電力を取得し、取得電力が規定値を上回った時点でカード内の IC チップを起動させる。
(3) リーダ／ライタは微弱電波に変調をかけて、カードにリクエストデータを送信する。
(4) リーダ／ライタからのデータを受信したカードは、リクエスト・データを処理し、カード IC 内の負荷を切り替えることによってリーダ／ライタにレスポンス・データを返信する。
(5) リーダ／ライタはカード IC 内の負荷変動を、リーダ／ライタのアンテナの負荷変動として検出し、レスポンス・データを受信する。
世界で広く普及し利用されている NFC カードとしては、TypeA 方式、TypeB 方式、FeliCa 方式の 3 種類があります。これらは 13.56MHz の搬送波を用いているところで共通ですが、それぞれ符号化方式や変調方式、アンチ・コリジョン（衝突防止）方式などが違います。それらを次ページの表にまとめます。

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表：NFC カードの各方式の比較表
ISO/IEC 14443
Type A
衝突防止方式

通信方式

アンチ・コリジョン

ビット・コリジョン、タイム・スロット

ISO/IEC 14443
Type B

FeliCa(ISO/IEC 18092
受動通信モード )スロット・マーカタイム・スロット

ビット・（リーダ／ライタ）→（カード） Modified Miller
NRZ
コーディング （カード）→（リーダ／ライタ）
Manchester
NRZ（リーダ／ライタ）→（カード）ASK 100%
ASK 10%変調方式（カード）→（リーダ／ライタ）
OOK
BPSK
fc = 13.56 MHz
搬送波
サブキャリア fc /16 = 847kHz
通信速度
106kbps(fc /128) ～
非対称形
通信形

Manchester
Manchester
ASK 10%ASK
fc = 13.56 MHz
サブキャリア なし
212kbps(fc /64) ～対象形（カード）→（リーダ／ライタ）にサブキャリア利用

代表的な応用例

taspo

住民基本台帳カード
自動車運転免許証

Suica,PASMO,Edy

MIFARE Ultralight の概要
MIFARE Ultralight（MF0ICU1）の大まかな特徴を以下に示します。
・リーダライタから 100mm までの距離で通信可能
・データ転送速度は 106kbps
・7 バイトのシリアル番号・発行処理速度は 35 ミリ秒以下
・高速計算処理は 10 ミリ秒以下
・EEPROM は 512 ビット
・4 バイトひとまとめページ単位で扱われる（つまり、全部で 16 ページ）・ページ毎にリードオンリーの指定可能
・EEPROM のうち 32 ビットは OTP エリア（一度のみ書き込めるエリア）として確保
・ユーザー領域は全部で 384 ビット（12 ページ）・データ保持期限は 5 年間・書き込み耐久回数は 10000 回

MIFARE Ultralight のメモリ構成
MIFARE Ultralight のメモリ構成を次の表に示します。全部で 512 ビットあるのがわかります。

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表：MIFARE Ultralight のメモリ構成
Byte Number

0x00

0x01

0x020x03

Page

Serial Number
Serial Number
Internal / Lock
OTP
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/WriteData Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write
Data Read/Write

SN0
SN3
BCC1
OTP0
Data0
Data4
Data8
Data12
Data16
Data20
Data24
Data28
Data32
Data36
Data40
Data44SN1
SN4Internal
OTP1
Data1
Data5
Data9
Data13
Data17
Data21
Data25
Data29
Data33
Data37
Data41
Data45

SN2
SN5
Lock0
OTP2
Data2
Data6
Data10
Data14
Data18
Data22
Data26
Data30
Data34
Data38
Data42
Data46

BCC0
SN6
Lock1
OTP3
Data3
Data7
Data11
Data15
Data19Data23
Data27
Data31
Data35
Data39
Data43
Data47

0x00
0x01
0x02
0x03
0x04
0x05
0x06
0x070x080x09
0x0A
0x0B
0x0C
0x0D
0x0E
0x0F

FeliCa Lite の主な仕様
FeliCa Lite の主な仕様は以下の通りです。
・FeliCa Lite の IDm は 8 バイトのユニーク値
・対応コマンド：Polling、Read Without Encryption、Write Without Encryption
・アンチ・ブロークン・トランザクション（アンチ・ティアリング）対応
・ファイルフォーマット固定
・各ユーザーブロックを独立に読み出し専用または読み出し・書き込み可能に設定可能
・読み出すブロックデータに MAC を付加して改ざんの検知が可能
・通信路暗号化は非対応

FeliCa Lite のファイルシステム
FeliCa Lite のファイルシステムには、サービスと呼ばれる基本概念が導入されています。
ユーザーは、リード／ライトアクセス用とリードオンリーアクセス用の 2 つのサービスを用いてブロックにアクセスします。
ファイルシステムでは、不揮発性メモリ領域を 16 バイトの最小記録単位で管理しています。これをブロックとよびます。
ユーザーのデータはすべてブロックに格納されます。ただし、ユーザーからのアクセス単位もブロックとなるため、16 バイトを超えるデータを格納するには、複数のブロックに分割して格納する必要があります。

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図：FeliCa Lite ファイルシステムの概念図

以下に、ユーザーが使用できるブロックの一覧を示します。
表：FeliCa Lite のブロック一覧
ブロック番号名称

有効バイト数00h01h02h
03h
04h
05h
06h
07h
08h
09h
0ah
0bh
0ch0dh
0eh
80h
81h
82h
83h
84h
85h
86h
87h
88h

S_PAD0
S_PAD1
S_PAD2
S_PAD3
S_PAD4
S_PAD5
S_PAD6
S_PAD7
S_PAD8
S_PAD9
S_PAD10
S_PAD11
S_PAD12
S_PAD13
REG
RC
MAC
ID
D_ID
SER_C
SYS_C
CKV
CK
MC161616161616161616161616161616168161622216
5

各発行状態でのアクセス権限
0 次発行
1 次発行
2 次発行

RW

RW / RO

RW / RO

RW
RO
RW
RW
RW
RO
RW
RW
RW

RW
RO
RO
RO
RO
RO
RO
RO
RW

RW
RO
RO
RO
RO
RO
RO
RO
RO

備考

ユーザーブロック

認証機能用ブロック

システムブロック

情報の入手先この本に記載した情報は、全て Web で入手することができます。参考文献、もしくは、有志による情報収集ページ、NFC Labo（https://sites.google.com/site/nfclabo/）を参照されてください。