תקשורת טווח אפס

תקשורת טווח אפס (מאנגלית: Near Field Communication, ובראשי תיבות NFC) הוא תקן המכיל קבוצה של פרוטוקולי תקשורת לקשר רדיו, המשמשים בעיקר טלפונים חכמים וכרטיסי אשראי בעת שאלו נמצאים בטווח נגיעה (או סנטימטרים ספורים). כיום התקן משמש לביצוע תשלומים, העברת נתונים  (כגון קבצים, אנשי קשר, ותיאום הגדרות טכניות) בין מכשירים קרובים.

אין לבלבל או לקשור בין NFC לבין טכנולוגיית Wi-Fi השונה ממנה לחלוטין ומשמשת להעברת נתונים אלחוטית. הבלבול הנפוץ נובע מהדמיון בין הצלמית המסמלת כרטיסי חיוב עם תקן EMV ללא מגע, לבין הצלמית המייצגת שימוש ב-Wi-Fi.

היסטוריה
בסיס הטכנולוגיה של NFC מגיע מטכנולוגיית RFID שמאפשרת להתקן לשלוח גלי רדיו אל התקן אלקטרוני פסיבי (תג) למטרת זיהוי, אימות (אותנטיקציה) ומעקב.

 1983 - צ'ארלס וולטון קיבל את הפטנט הראשון שנוגע לטכנולוגיית RFID
 2004 - החברות נוקיה, סוני ופיליפס הקימו את פורום תקשורת טווח אפס.
 2006 - מפרטים ראשוניים לתגיות NFC.
 2006 - הפצת מפרטים ל"פוסטרים חכמים"
 2006 - נוקיה 6131 הוא הטלפון הסלולרי הראשון שתומך ב-NFC
 2009 - בחודש ינואר, פורום תקשורת טווח אפס הפיץ את הפרוטוקולים להעברת מידע מנקודה לנקודה, בכללם העברת פרטי איש קשר, העברת URL, אתחול תקשורת בלוטות' וכיוצא בזה.
 2010 - הושק Samsung Nexus S, הטלפון החכם הראשון אשר משתמש במערכת ההפעלה אנדרואיד ותומך ב-NFC.
 2011 - בכנס המפתחים של גוגל, מוצג שימוש ב-NFC על מנת לדמות תחילת משחק משותף, העברת פרטי איש קשר וכדומה. טכנולוגיה זאת נקראת בשם Android Beam.
 2011 - מערכת ההפעלה סימביאן יוצאת בגרסת Symbian Anna ותומכת ב-NFC.
 2011 - חברת RIM, יצרנית הטלפון החכם Blackberry, הופכת לחברה הראשונה שמכשיריה מאושרים על ידי מסטרקארד לביצוע תשלומים באמצעות שירות MasterCard PayPass.
 2012 - בחודש מרץ, רשת מסעדות בריטית בשם EAT יוצאת בשיתוף פעולה עם ספקית הסלולר אורנג' בקמפיין שימוש בפוסטרים חכמים. אפליקציה מיוחדת נכתבה על מנת לאפשר לטלפונים תומכי ה-NFC לתקשר עם הפוסטר.
 2012 - סוני מציגה את ה"תגיות החכמות", שמשתמשות בטכנולוגיית NFC על מנת לשנות את מצבו הפנימי של הטלפון החכם של סוני. טכנולוגיה זו כלולה במרבית הטלפונים החכמים שהוציאה סוני ב-2012.
 2014 - אפל (Apple) מכריזה על Apple Pay, שיטת התשלומים של אפל העושה שימוש ב-NFC ומכריזה על שני מכשירים חדשים הכוללים את השבב: iPhone 6 ו-iPhone 6+.
 2015 - גוגל (Google) משיקה את Android Pay, שיטת תשלומים העובדת על מערכת ההפעלה אנדרואיד ומשמשת לתשלום בעזרת NFC.
2016- לגו (Lego) משיקה את לגו ממדים (Lego Dimension), משחק מחשב משולב חומרת לגו, שמשתמש ב-NFC.

שימושים

תקשורת טווח אפס נבנית על בסיס התקני RFID ומאפשרת תקשורת דו-כיוונית בין שני התקנים, זאת לעומת תקנים ישנים יותר כמו כרטיסים חכמים שאפשרו תקשורת חד-כיוונית בלבד. העובדה שתגיות NFC, הפועלות ללא חיבור חשמלי, יכולות להיקרא על ידי התקני NFC מאפשרת גם תקשורת חד-כיוונית באמצעות תקשורת טווח אפס.

השימושים העיקריים בטכנולוגיה הם:
 תשלומים ללא מזומן
 ניהול הרשאות כניסה לאתרים.
 כרטיסים לאירועים ולתחבורה ציבורית.
 שידור וידאו והורדת קבצים.
 ניהול טלפונים חכמים (טכנולוגיית ה"תגיות החכמות" של סוני אריקסון).

שימושים נוספים

 חיבור בלוטות' ואינטרנט אלחוטיתקשורת טווח אפס מאפשרת תקשורת במהירות נמוכה בעזרת חיבור פשוט ביותר, ניתן להשתמש בה על מנת לאתחל חיבורי תקשורת מורכבים יותר. לדוגמה, ניתן להחליף את שלב הצימוד באתחול תקשורת בלוטות', או את תצורת חיבור האינטרנט האלחוטי לדוגמה מצלמה של קנון שתומכת ב-Wi-Fi במידה ולא כיביתם את ה-NFC.

 רשתות חברתיות  ניתן להשתמש בתקשורת טווח אפס ברבדים שונים של אינטראקציה ברשתות חברתיות. לדוגמה, שיתוף אנשי קשר, תמונות, סרטי וידאו וקבצים. כמו כן ניתן להשתמש בטכנולוגיה על מנת להתחיל משחק רב משתתפים באמצעות טלפונים חכמים.

 זיהוי מסמכים  פורום תקשורת טווח אפס מקדם את היכולת של התקנים תומכי NFC בזיהוי מסמכים אשר משתמשים בתגיות כמזהה אלקטרוני. התקשורת תומכת בהצפנה ולכן היא מתאימה במידה מרובה לשימוש זה.

מסחר  התקני NFC ניתנים לשימוש כאמצעי תשלום מיידי, בדומה לשימוש שקיים היום בכרטיסי אשראי ובכרטיסים חכמים. צפוי כי התקני NFC יחליפו את אמצעי התשלום הללו בעתיד הקרוב. כדוגמה ניתן לראות את Google Wallet, אשר מאפשר למשתמשים לאחסן את פרטי כרטיסי האשראי ב"ארנק וירטואלי" ולהשתמש בו בעסקים אשר תומכים בעסקאות על בסיס שירות MasterCard PayPass. דוגמה נוספת היא ניסוי שמבצעות מספר מדינות אירופה לשימוש בהתקני NFC בתחבורה ציבורית. בישראל כיום הטכנולוגיה בשימוש בכרטיס לתחבורה ציבורית משולבת של רב-קו (בשימוש בחלק מחברות האוטובוסים השונות ורכבת ישראל) ובכרטיסי אשראי של Visa PayPass (מקלטים לביצוע פעולות חיוב נמצאים במספר רשתות שיווק).

תקן
NFC הוא סט של טכנולוגיות אלחוטיות קצרות טווח, אשר לרוב דורשות קרבה של 10 ס"מ או פחות. NFC פועל בתדר של 13.56 מגהרץ לפי תקן ISO/IEC 18000-3 על פני מרווחי אוויר, בקצבים של 106, 212 או 424 קילוביט לשנייה, לפי תקן ISO/IEC 18092. 

NFC תמיד כולל יוזם ומטרה. היוזם משדר שדה RF (תדר רדיו) אשר יכול להפעיל מטרה פסיבית. המטרה הפסיבית הופכת למשיבה (transponder): היא קולטת אות מסוים ומשיבה עליו באות אחר על ידי אפנון של השדה המשודר. זה מאפשר למטרות NFC להיות קטנות מאוד וללא מקור מתח, כיוון שמקור המתח מגיע מן היוזם. כך, מטרות NFC יכולות להיות תגיות, מדבקות, כרטיסים ומחוללי מפתחות (key fobs).

בתגיות NFC יש מידע והן לרוב לקריאה בלבד, אבל ניתן גם לכתוב עליהן. ניתן לקודד אותן אצל היצרן או באמצעות ספציפיקציות של פורום NFC. התגיות יכולות לאחסן באופן מאובטח מידע אישי, למשל מידע של כרטיסי אשראי וחיוב, מועדוני לקוחות, קודים סודיים. פורום NFC מגדיר ארבעה סוגי תגיות שמספקים מהירויות תקשורת שונות ויכולות שונות במונחים של יכולת קונפיגורציה, זיכרון, אבטחה, עמידות לכתיבה ומדיניות טיפול במידע. בתגיות יש כיום בין 96 ל 8,192 בתים של זיכרון.

כמו בטכנולוגיה של תגי קרבה, NFC משתמש בצימוד הולכה (inductive coupling) בין שני סלילים אלקטרומגנטיים, אשר יוצרים שנאי בעל ליבת אוויר. כיוון שהמרחקים במערכת זניחים בהשוואה לאורך הגל של קרינה אלקטרומגנטית של גלי רדיו בתדר זה (כ-22 מטר), האינטראקציה מתוארת כאינטראקציית שדה קרוב. גלי רדיו הם גלים אלקטרומגנטיים, ויש בהם גם גל חשמלי תונד, אבל בתהליך משתנה רק השדה המגנטי, אז כמעט שלא מוקרן הספק בצורת גלי רדיו. כך נמנעת כמעט לחלוטין התאבכות בין מתקן NFC לבין תקשורות רדיו באותו תדר, או לבין מתקני NFC אחרים מעבר לטווח הפעולה המיועד. 
רוב האנרגיה של תקשורת NFC מרוכזת ברצועה של ±7 קילוהרץ סביב 13.56 מגהרץ, טווח תדרים זמין גלובלית שאינו מצריך רישיון. אבל פליטת האנרגיה יכולה להגיע בפועל עד כדי רוחב רצועה של 1.8 מגהרץ,  כאשר מועברים קצבי מידע גבוהים.

טווח הפעולה עם אנטנה קומפקטית סטנדרטית והספקים סבירים יכול להגיע עד כדי 20 ס"מ, אבל במציאות טווחי הפעולה אינם עולים על 10 ס"מ. האנטנה הקולטת עלולה לסבול מזרמי מערבולת בגלל משטחים מתכתיים סמוכים. ייתכן שיהיה צורך להרחיק את האנטנה הקולטת ממשטחים כאלה כדי לשפר את הקליטה.

שני סוגי קידוד משמשים להעברת מידע בתקשורת NFC. אם התקן פעיל מעביר מידע ב-106 קילוביט לשנייה, נעשה שימוש בקידוד מילר מותאם עם 100% אפנון. בכל המקרים האחרים נעשה שימוש בקידוד מנצ'סטר בקצב קידוד של 10%.

תכונות
התקשורת יכולה להתבצע באופן פאסיבי, באמצעות שימוש בתגיות RFID על פי התקנים ISO 14443 או ISO 15693, ובאופן אקטיבי, על ידי שימוש בשני גורמים משדרים.
NFC מאפשר העברה של מידע מסוגים שונים, כגון מספרי טלפון, תמונות, קובצי MP3 או הרשאות דיגיטליות בין שני התקנים קרובים ללא התערבות של אפליקציה אשר מותקנת בשני ההתקנים וללא שגיאות בחיבור של שני ההתקנים.

היבטי אבטחה
למרות שטווח תקשורת טווח אפס הוא סנטימטרים ספורים, תקני ה-NFC אינם מאפשרים בעצמם תקשורת מאובטחת. בשנת 2006, חוקרים אוסטרים ממעבדות פיליפס תיארו מספר סוגים של מתקפות, ואת עמידות ה-NFC בפניהן. בנוסף על כך, הם הציעו דרך לשפר את עמידות הפרוטוקול בפני התקפות אדם בתווך. הטכניקה שהציעו איננה חלק מתקני ה-ISO של NFC. תקשורת טווח אפס איננה מספקת הגנה מפני ציתותים ושינוי מידע, עם זאת, אפליקציות יכולות לאפשר חיבור מאובטח (לדוגמה באמצעות SSL). הוספת אבטחה לתקשורת טווח אפס תדרוש שיתוף פעולה בין כל הגורמים המעורבים: יצרני ההתקנים, שיצטרכו להצפין את ההתקנים ולספק להם יכולת אימות מתקדמת; הלקוחות שיצטרכו להצפין את המידע שלהם באמצעות סיסמאות; עסקים שמשתמשים ב-NFC, שיצטרכו להשתמש בפתרונות אבטחה על מנת להגן על המערכות שלהם. 
 ציתות  ניתן להאזין למידע שעובר בין שני מכשירים על ידי אנטנה המאזינה לגלי ה-RF המשודרים במהלך "שיחה" בין שני המכשירים. לצורך כך המאזין צריך לדעת איך להשיג את המידע מתוך גלי ה-RF ואיך "להבין" את השיחה מתוך הפרוטוקול. האזנה למקור אקטיבי (שמחובר ישירות למקור מתח) אפשרית בטווח של עד 10 מטר. לעומת האזנה למקור פסיבי (שאינו מחובר למקור מתח, ומקבל את המתח מהמקור האקטיבי) אפשרית בטווח של עד מטר אחד בלבד - ולכן קשה יותר. ההתמודדות הטובה ביותר עם ציתותים היא תקשורת מעל פרוטוקול מאובטח.

 שיבוש מידע  קל ביותר לשבש שיחה בין שני מכשירים בפרוטוקול RFID, על ידי משבש תדרים פשוט. בנוסף אין שום דרך להתגונן בפני שיבוש זה, כמו ששני אנשים לא יוכלו לדבר בשני קצוות של מועדון רועש. אך, לעומת זאת, קל לזהות התקפה מסוג זה אם הצד המשדר בודק את שדה ה-RF בזמן השידור.

 שינוי מידע  ישנם שלושה סוגים של שינוי מידע: הוספת מידע (חוקי) לשידור, שינוי בתים בודדים במידע המועבר והתקפת אדם בתווך בה תוקף עונה בשם הצד השני. שלושת סוגי ההתקפות הנ"ל מסובכים ביותר ודורשים ידע פנימי על הפרוטוקול הספציפי, זמני השידור המדויקים ובנוסף, תוקף חייב להיות מהיר תגובה על מנת להקדים את הצד העונה בפרוטוקול. התקפות אלה נחשבות לבלתי אפשריות.

 אובדן התקן  יצרני NFC חייבים להתמודד עם מצבים בהם אדם מאבד את ההתקן האישי שלו, שכן כל מוצא (או גונב) יוכל להשתמש בו כארנק או לצורך גנבת זהות. לצורך כך מומלץ להוסיף להתקן זה אבטחת זיהוי אישי, למשל קוד שיהפוך את ההתקן לחסר תועלת לאחר שנעלם. עוד פתרון יהיה אפשרות חסימה של התקנים (אבודים או גנובים) על ידי הוספת המזהה שלהם לרשימה שחורה.

היבטים טכניים
התקן מאפשר תקשורת דו-כיוונית בקצב נתונים של 106Kb/s עד 848Kb/s, פועל בתדר 13.56 מה"צ (תחום תדרים ללא רישוי), כאשר רוב האנרגיה מרוכזת ברוחב סרט של ±7 קה"צ.

פרוטוקולי התקשורת הכלולים בתקן מכסים היבטים מגוונים, החל מאופן קידוד וייצוג הנתונים וכלה בשכבה הפיזית של התקשורת, והם מתבססים על פרוטוקולי RFID קיימים כגון ISO/IEC 14443, FeliCa, ו-ISO/IEC 18092. התקן מוגדר על ידי הפורום ה-NFC, אשר הוקם בשנת 2004 על ידי נוקיה, פיליפס וסוני, ומכיל יותר מ-160 גופים חברים.

קישורים חיצוניים 

 פורום ה-NFC

הערות שוליים 

תקנים בתקשורת מחשבים