Near Field Communication

Near field communication(NFC) (českyBlízkopolní komunikace) je modulární technologie rádiovébezdrátové komunikacemezi elektronickými zařízeními na velmi krátkou vzdálenost (do 4 cm) s přiblížením přístrojů. Tuto architekturu definuje sada standardů ISO. Současné a předpokládané využití této technologie je především ve výměně klíčových dat při bezkontaktních finančníchtransakcícha ve zjednodušené konfiguraci spojení rádiových zařízení, jako např.Wi-Fi.S využitím této technologie se počítá ve vzájemné komunikaci jak dvou aktivních přístrojů (např. příslušně vybavených mobilních telefonů), tak aktivních zařízení s pasivními zařízeními (s tzv. tagem/štítkem, pasivním nenapájeným NFC zařízením) jako čtečka s bezkontaktní platební kartou.
Technologie NFC je popisována standardy, které zahrnují několik komunikačních protokolů a formátů popisujících přenášená data. Je založena na standardechRFIDzahrnujícíISO/IEC 14443aFeliCa.Tyto standardy jsou součástí normyISO/IEC 18092definovaném neziskovou organizacíNFC Forum, jež byla založena v roce 2004 firmamiNokia,PhilipsaSony. Tato organizace čítá přes 170 členů, prosazuje NFC a certifikuje zařízení na shodu s uvedenou normou.
Technologie NFC umožňuje také oboucestnou komunikaci mezi koncovými zařízeními. Předchozí systémy postavené na pouhém čtení bezkontaktních čipůRFIDumožňovaly pouze jednocestnou komunikaci.Nenapájené NFC „tagy“ (bezkontaktní platební karty a identifikační prvky, zvané "čipy", např. pro kontrolu vstupu) mohou být čtené i aktivními NFC zařízeními, takže systém NFC může postupně nahradit tyto jednostranné systémy a také souběžný provoz.
Hlavní výhoda oproti dosavadní bezkontaktní identifikaci, zejména pomocíRFID(platební karty, kontroly vstupu, ochrana navázání komunikace) spočívá v
Pro platební systémy využívající debetní či kreditní karty ačipové karty(tzv. Smartcards) může znamenat použití technologie NFC alternativu či kompletní náhradu. Pro příklad můžeme uvéstGoogle Wallet, který umožňuje zákazníkům uložit si informace oplatební kartěresp. perspektivně o více platebních kartách. Poté při jakékoli platbě u termináluMasterCard PayPassmohou využít svůj mobilní telefon podporující NFC pro platební transakce.Německo,RakouskoaItáliejiž vyzkoušely a zavedly NFC jako způsob prodeje jízdenek pro veřejnou dopravu.Čínajiž běžně využívá NFC v autobusech veřejné dopravy aIndiezavádí pokladny podporující NFC transakce.
Další možností využití technologie NFC jsou situace, při níž se setkávají skupiny lidí. V těchto situacích může technologie NFC zjednodušit sdílení kontaktů, fotografií, videí nebo souborů.
Díky velmi jednoduché a rychlé konfiguraci NFC, byť o nízkých přenosových rychlostech, může být využito k navázání a konfiguraci ostatních, složitějších bezdrátových připojení, jako je párování zařízení pro připojeníBluetooth, kdy se pro párování užije technologie NFC, zatímco pro přenos dat bude následně použita technologie Bluetooth. Podobně lze nakonfigurovat připojeníWi-Fi, ačkoliv pro tyto případy existuje technologieWi-Fi Protected Setup, která rovněž umožňuje velmi jednoduchou konfiguraci Wi-Fi připojení.
NFC Forum má zájem o to, aby se potenciální NFC zařízení užívala jako elektronické identifikační karty a klíčenky, běžně nazývané „čip“, dosud používané pro kontrolu vstupu.Vzhledem k tomu, že NFC podporuje šifrování, je její použití výhodnější než méně zabezpečené systémy RFID.
Počátky technologie NFC se datují do doby vzniku technologieRFID. RFID umožňuje čtečce, aby vysílala rádiové vlny k pasivnímu, elektronickému tagu, pro identifikaci, autentizaci a sledování.
NFC je sada bezdrátových technologií krátkého dosahu, pracující obvykle na vzdálenostech do 4 cm. Na nejnižší vrstvě je NFC definováno skupinou standardů bezkontaktních karet, mezi které patří standardy bezkontaktních čipových karet ISO/IEC 14443, JIS X 6319 pod názvem FeliCa a ISO/IEC 15693. První dva zmíněné standardy (ISO/IEC 14443 a JIS X 6319) operují na frekvenci 13,56 MHz na ISO/IEC rádiovém rozhraní a s obvyklými přenosovými rychlostmi od 106 kbit/s do 424 kbit/s. Výjimkou je standard ISO/IEC 15693, jehož použitelná vzdálenost dosahuje oproti dvěma předchozím standardům vzdálenostem výrazně větším, a to až do vzdálenosti 1,5 metru. S touto vzdáleností však musíme počítat s razantním poklesem přenosových rychlostí, jedná se o rychlosti do 26 kbit/s. Rozšíření standardu pro potřeby technologie NFC je specifikováno pomocí standardů NFCIP, které rozšiřují standard ISO/IEC 14443 o další technické specifikace, jenž definuje komunikaci mezi dvěma NFC zařízeními, a je znám jako ISO/IEC 18092.
Bezkontaktní čipové karty, na nichž je založena technologie NFC, jsou popsány standardem ISO/IEC 14443. Veškeré NFC transakce, jako jsou libovolné přenosy dat mezi účastníky přenosu, jsou realizovány pomocí přenosu energie skrze elektromagnetickou indukci mezi dvěma smyčkovými anténami čipové karty a NFC čtečky (mezi stěžejní komponenty NFC čtečky patřímikrokontroléra magnetická smyčková anténa pracující na frekvenci 13,56 MHz). V rámci tohoto standardu se běžně užívají pojmy PICC (Proximity Integrated Circuit Card) a PCD (Proximity Coupling Device), které představují zmíněné komponenty v rámci NFC transakce, a to PICC ve formě čipové karty (obsahující čip a smyčkovou anténu) a PCD ve formě NFC čtečky. Společně se standardem ISO/IEC 14443 existují i některé vzájemně kompatibilní standardy, z nichž nejznámější jsouMIFARE,CalypsoaFeliCa.
Čipové karty, které se pro tyto podmínky používají, mohou nabývat rozměrů definovanými standardem pro rozměry identifikačních karet a jejich fyzickým vlastnostem, standardem ISO/IEC 7810, jehož nejpoužívanějším rozměrem je formát ID-1. Rozměry tohoto formátu používá většina identifikačních a platebních karet.
Standard ISO/IEC 14443, na němž staví bezkontaktní karty, definuje především základní elementy v komunikaci, základní požadavky, fyzické vlastnosti, maximální vysílací výkony a protokoly pro iniciaci komunikace, antikolizní protokoly a přenosové protokoly. Základní shrnutí tohoto standardu je v níže uvedené tabulce, která popisuje jednotlivé části tohoto standardu.
Standard ISO/IEC 14443 definuje dva typy komunikačních rozhraní, a to typ A a typ B. Jako dodatek k nim existuje rozhraní typu F z Japonského standardu JIS X 6319.
Rozhraní typu A používá ve směru čtečky (PCD) ke kartě (PICC) ASK modulaci se 100% hloubkou, jehož data jsou zakódována pomocí modifikovaného Millerova kódování. V opačném směru komunikace se používá OOK modulace s daty zakódovanými pomocí Manchester kódování. V tomto typu rozhraní se pole vypíná po dobu krátkých intervalů, kdy čtečka přenáší data.
Rozhraní typu B používá ve směru čtečky (PCD) ke kartě (PICC) ASK modulaci s 10% hloubkou, jehož data jsou zakódována pomocí kódování NRZ-L. Komunikace v opačném směru používá BPSK modulaci s daty zakódovanými pomocí NRZ-L.
Rozšířením standardu ISO/IEC 14443 je standard NFCIP-1, který z něj vychází, ale rovněž jej rozšiřuje o komunikační režimy zařízení, transportní protokoly a protokoly pro přenos dat. Komunikační režimy jsou rozděleny na pasivní a aktivní režim. Tento standard je podmnožinou skupiny standardů NFCIP, do kterého rovněž patří i standard NFCIP-2.
V pasivním komunikačním režimu zařízení iniciující komunikaci poskytuje nosné pole, které je cílovým zařízením modulováno (čímž tímto odpovídá iniciátorovi komunikace). V tomto režimu může cílové zařízení získat energii z elektromagnetického pole iniciujícího zařízení, což pak činí z cílového zařízení, tzv.transpondér. V aktivním komunikačním režimu iniciátor a cílové zařízení komunikují alternativně mezi sebou generováním vlastních magnetických polí. Zařízení deaktivuje své pole zatímco čeká na data. V tomto režimu jsou obě zařízení napájena vlastními zdroji.
Komunikace skrze radiofrekvenční rozhraní v aktivním a pasivním režimu musí definovat modulační schémata a přenosové rychlosti. Dodatečně lze také zahrnout počátek komunikace, její konec, bitovou reprezentaci, detekci rámců a detekci chyb, detekci zařízení, výběr parametrů a protokolů, výměnu dat a deselekci NFCIP-1 zařízení.
Všechna zařízení podporující NFCIP-1 musí operovat na přenosových rychlostech 106, 212 nebo 424 kbit/s. Mezi těmito rychlostmi se zařízení mohou přepínat či si stávající rychlost ponechat. V rámci jedné transakce od iniciátora akce k cíli není zapotřebí, aby přenosová rychlost byla fixní. Změna rychlosti v rámci jedné transakce je jednoduše realizovatelná pomocí změny parametru procedury. Na rozdíl od rychlosti však nelze měnit režim v rámci jedné transakce (z aktivního na pasivní nebo naopak).
NFCIP-2 je rozšířením standardu NFCIP-1, který je specifikován ve standardech ISO/IEC 21481, ECMA 352 a ETSI TS 102 312. Tento standard specifikuje mechanismy výběru správného komunikačního režimu a je navržen tak, aby nenarušoval jakoukoliv implementaci komunikace na frekvenci 13,56 MHz, tj. je navržen s ohledem na existující bezkontaktní implementace postavené na RFID. Zařízení, které implementuje tento standard, musí rovněž implementovat funkce zařízení definovaných ve všech zmíněných standardech - a to funkce všech druhů zařízení blízkých a z blízkého okolí (standardy ISO/IEC 14443 a ISO/IEC 15936). Tímto se zaručízpětná kompatibilitavšech zařízení s již existujícími bezkontaktními systémy.
Vzhledem k široké škále standardů definujících technologii NFC je nutné rozlišit zařízení v závislosti na klíčových parametrech.
Prvním parametrem, na jehož základě dělíme typy zařízení, jsou napájecí požadavky:
Druhým parametrem, na jehož základě dělíme typy zařízení, je rozlišení účastníků komunikace na:
Specifickými režimy pro čtení či zápis dat NFC čteček z tagů jsou režimy reader/writer. Tyto režimy vyhovují rádiovému rozhraní standardů ISO/IEC 14443 typu A, B a schémat FeliCa. V tomto režimu není vyžadována vysoká bezpečnost vzhledem k povaze komunikace, tj. není zde zapotřebí mít bezpečné, zašifrované úložiště dat, tzv.Secure element. Celý proces komunikace spočívá pouze v zápisu nebo čtení dat z/do pasivního čipu, tzv. NFC tagu. NFC tag je v obou případech napájen elektromagnetickým polem iniciátora. Maximální přenosová rychlost v režimu pro zápis je 106 kbit/s.
Příkazy a instrukce k řízení tagů NFC zařízeními jsou realizovány pomocí datového formátuNDEFa parametrůRTDk definici obsahuNDEFzáznamů. Použití datového formátuNDEFvšak není pro aplikace vyžadováno.
Rozhraní komunikačního peer-to-peer režimu, který umožňuje obousměrnou komunikaci mezi NFC zařízeními, je definováno v rámci standardu NFCIP-1. Tento režim je určen především pro vzájemnou výměnu dat, kontaktů či textových zpráv. U tohoto režimu se předpokládá, že veškerá zařízení budou v aktivním režimu během komunikace. Maximální přenosové rychlosti dosahují 424 kbit/s, komunikace mezi zařízeními probíhá v half-duplexním kanálu.
Standard NFCIP-1 poskytuje na základní funkce linkové vrstvy, jako opravy chyb, potvrzování rámců, jejich řazení a další vlastnosti. LLCP protokol rozšiřuje základní funkcionalitu standardu NFCIP-1 o další důležité služby - spojově orientovaný transport rámců, nespojově orientovaný transport (nepotvrzovaný), řízení stavu linky, asynchronní vyvažovanou komunikaci a multiplexaci protokolů.
Režim card emulation umožňuje mobilním telefonům (nebo jiným NFC zařízením) chovat se jako NFC čipová karta. Mobilní telefon (nebo jiné NFC aktivní zařízení) se v tomto případě chová jako pasivní NFC čip standardu ISO/IEC 14443. Jakmile dojde ke kontaktu NFC čtečky s tímto čipem v telefonu, tak komunikaci iniciuje NFC čtečka. Jako běžný případ užití je v tomto případě chování telefonu jako sms jízdenka, vstupenka nebo libovolná forma autentizačního faktoru ve formě pasivního čipu.
NFC tagy obsahují data a jsou typicky pouze pro čtení, mohou být ale i přepisovatelnými. Jejich výrobci je mohou šifrovat, nebo používat specifikace poskytnuté NFC fórem. Tagy mohou být bezpečným úložištěm soukromých dat, jako jsou informace o debetních a kreditních kartách, PIN kódy, kontakty a další typy důvěrných dat. Vhodným použitím NFC tagů je také NFC smartposters. NFC forum definuje 4 typy tagů, které poskytují různé přenosové rychlosti a schopnosti ve vztahu k jejich konfigurovatelnosti, bezpečnosti, velikosti paměti a kvalitě čipu proti zápisům.
Níže uvedená tabulka uvádí obecný přehled jednotlivých typů tagů.
Paměťové kapacity běžně dostupných bezkontaktních čipů.
NFC a Bluetooth jsou rádiové technologie krátkého dosahu. Podle technických detailů uvedených níže NFC operuje na nižších přenosových rychlostech, nicméně potřebuje ke svému provozu výrazně méně energie a nepotřebuje párování.
Konfigurace NFC je výrazně rychlejší ve srovnání se standardním Bluetooth, ale nikoliv ve srovnání sBluetooth Low Energy. Namísto manuální konfigurace pro identifikace zařízení je spojení mezi dvěma zařízeními provedeno automaticky, a to za méně než 1/10 sekundy. Maximální přenosové rychlosti NFC (424 kbit/s) jsou nižší, než u standardu Bluetooth V2.1 (2.1 Mbit/s). Maximální dosah menší než 20 cm u této technologie výrazně redukuje možnosti okolních zařízení zachytávat provoz, jelikož musí být ve velmi blízkém dosahu zařízení, u nějž chcete odchytávat provoz.
Ve srovnání s Bluetooth, je NFC kompatibilní s existující pasivní RFID infrastrukturou (13.56 MHz, ISO/IEC 18000-3). Požadavky na napájení jsou výrazně nižší, nebo podobné sBluetooth Low Energyv4.0 protokolem. V některých případech mohou být ale požadavky na napájení zařízení vyšší, než u Bluetooth V4.0 Low Energy protokolu, a to v případech komunikace s pasivním, nenapájeným zařízením (vypnutý telefon, bezkontaktní čipové karty, smart postery), které je potřeba napájet ze zařízení iniciujícího komunikaci.
NFC bylo schváleno jako normaISO/IEC8. prosince roku 2003 a později jako normaECMA.
NFC je otevřená platforma technologií standardizovaná v ECMA-340 a ISO/IEC 18092. Tyto normy specifikují modulační schémata, kódování, přenosové rychlosti, formáty rámců na rozhraní NFC zařízení, ale také i inicializační schémata a podmínky vyžadované pro řízení kolizí během inicializace během obou, pasivních a aktivních režimů. Mimoto také definujetransportní protokol, který zahrnuje aktivaci protokolu a metody pro přenos dat.
Rádiové rozhraní pro NFC je definováno ve dvou normách:
Asociace světového systému pro mobilní komunikaci (Global System for Mobile Communications, GSMA) je globální oborovou organizací zahrnující téměř 800 mobilních operátorů a přes 200 firem poskytujících produkty a služby ve 219 zemích. Mnoho členů této asociace vyzkoušelo technologii NFC po celém světě. Tyto zkušenosti jim umožnily komerční spuštění služeb založených na NFC.GSMA je zapojeno v několika iniciativách souvisejících s NFC:
StoLPaN ('Store Logistics and Payment with NFC') je celoevropské konsorcium podporované Evropskou komisí, a to konkrétně programem Technika informační společnosti IST (Information Society Technologies) nadnárodního projektu FP6 a zkoumá dosud nevyužitý potenciál této technologie ve vztahu k mobilní komunikaci.
NFC Forumje nezisková organizace, která byla založena za účelem zkonsolidovat rádiové technologie krátkého dosahu do jednoho funkčního celku, NFC, se záměrem protlačit tuto technologii na veškeré možné trhy. Jedná se o uskupení, které specifikuje NFC standardy postavené na ISO/IEC standardech.V tomto uskupení jsou zahrnuty firmy, jež udávají směr vývoje v mobilních, informačních a platebních technologiích. Bylo založeno v roce 2004 firmami, mezi nimiž byla firma Nokia, Philips a Sony. S postupem času počet členů NFC fóra roste a nyní již čítá přes 170 členů. Jedná se o výrobce hardwaru, softwaru a finanční instituce.
Mezi hlavní záměry organizace NFC Forum patří:
Java Community Process(JCP) je proces, program či mechanismus, který zaštituje vývoj standardů, specifikací a novýchAPIpro platformu jazyka Java. Účastnit se vývoje a poskytování zpětné vazby pro požadavky na změnu Java specifikací (Java Specification Requests, zkratkaJSR) může kdokoliv. JCP tímto způsobem přijalo dvě důležitá API specifikace pro mobilní telefony podporující NFC technologii, a to konkrétně Contactless Communications API (JSR257) a Secure and Trust Service API (JSR177).
Absence vestavěných NFC čipů v mobilních telefonech nebrání ve využití NFC technologie. Pro tyto případy byly vyvinuty kartymicroSDaUICC SIM, které obsahují bezkontaktní smartcard čipy s rozhraním podle normy ISO14443 s vestavěnou anténou nebo bez ní. Tyto implementace v podobě SIM karet a karet microSD umožňují nasazení této technologie na současná zařízení, což umožňuje realizaci NFC služeb i na přístrojích, u nichž s tímto využitím nebylo počítáno. Výhodou tohoto přístupu je jak zlevnění, tak i zkrácení doby globálního nasazení bezkontaktních služeb na stávající trh.
Ostatní standardizační subjekty a projekty zainteresované ve vývoji NFC zahrnují:
Ačkoliv může být krátký dosah NFC technologie brán za jeden z bezpečnostních aspektů, tak NFC samotné nezabezpečuje komunikaci. V roce 2006 Ernst Haselsteiner a Klemens Breitfuß popsali různé typy útoků a ukázali, jak využít odolnost NFC vůči útokům typu Man-in-the-middle k získání specifického klíče.Tato technika není součástí ISO standardu, NFC nenabízí nějakou ochranu proti odposlechu a může být proto zranitelné vůči modifikaci dat.Zranitelnostmůže trvat roky.
Aplikace využívající NFC proto musí použít kryptografické protokoly vyšších vrstev (např.SSL) k vytvoření zabezpečeného kanálu. Zajištění bezpečnosti přenášených dat pomocí technologie NFC proto vyžaduje spolupráci na více úrovních:
Útoky mohou být různého typu:
V tomto článku byl použitpřekladtextu z článkuNear_Field_Communicationna anglické Wikipedii.