NFC: qué es, módulo de comunicación sin contacto y principio de funcionamiento

¿Qué es NFC?

NFC (Near Field Communication) es un estándar de transmisión inalámbrica de datos de corto alcance que funciona a 13,56 MHz. La tecnología se basa en RFID (Identificación por Radiofrecuencia) y es compatible con ISO 14444, el estándar para tarjetas inteligentes sin contacto. La velocidad de transferencia de datos es de 106, 212 o 424 kbps según el modo seleccionado.

A diferencia de Bluetooth, NFC no requiere un procedimiento de emparejamiento: los dispositivos intercambian datos al instante al acercarse entre sí. La distancia máxima de comunicación es de 10 cm, lo que proporciona una protección natural contra la interceptación. Según NFC Forum, la tecnología es compatible con más de 3 mil millones de dispositivos en todo el mundo, y esta cifra crece un 15–20% anual.

El estándar NFC es desarrollado por NFC Forum, un consorcio fundado por Sony, Philips y Nokia en 2004. El primer teléfono con NFC (Nokia 6131) salió en 2006, pero la adopción masiva comenzó después del lanzamiento de Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) en 2011 y el lanzamiento de Apple Pay en 2014. Hoy en día, casi todos los teléfonos inteligentes con precio superior a 150 dólares son compatibles con NFC.

Modos de funcionamiento de NFC en el teléfono

El controlador NFC en un teléfono inteligente admite tres modos de funcionamiento, cada uno diseñado para su propia clase de tareas. El cambio entre modos se produce automáticamente según el tipo de dispositivo que interactúa.

Modo de lectura/escritura (Reader/Writer)

En este modo, el teléfono actúa como un lector activo de etiquetas NFC. Al acercarse a una etiqueta NFC (pegatina, pulsera o cartel), el teléfono lee los datos de la memoria de la etiqueta. Las etiquetas contienen desde 48 bytes hasta 32 KB de memoria y almacenan URL, texto o comandos. Android Beam (reemplazado por Nearby Share) usaba este modo para transferir enlaces y contactos.

Modo peer-to-peer (P2P)

Dos dispositivos NFC intercambian datos directamente. Un dispositivo actúa como iniciador, el segundo como objetivo. El estándar LLCP (Protocolo de Control de Enlace Lógico) gestiona la conexión, y SNEP (Protocolo Simple de Intercambio NDEF) gestiona el formato de datos. El modo P2P se utiliza para la transferencia rápida de contactos, enlaces o para iniciar el emparejamiento Bluetooth. La velocidad en modo P2P alcanza los 424 kbps.

Modo de emulación de tarjeta (Card Emulation)

El teléfono emula una tarjeta inteligente sin contacto: una tarjeta de pago, un pase de transporte o una credencial de acceso. Un dispositivo NFC externo (terminal POS, torniquete) interactúa con el teléfono igual que con una tarjeta de plástico normal. Este modo se utiliza en Apple Pay, Google Pay y Samsung Pay. La seguridad de los pagos se garantiza mediante Secure Element, un chip aislado que almacena los datos de las tarjetas de pago.

NFC contra Bluetooth: Comparación de tecnologías

NFC y Bluetooth LE (Low Energy) son dos tecnologías de comunicación de corto alcance que a menudo se comparan. NFC gana en velocidad de establecimiento de conexión (0,1 s) y no requiere emparejamiento, pero es inferior en velocidad de transferencia de datos y alcance. Bluetooth LE requiere emparejamiento (2–5 segundos), pero ofrece velocidades de hasta 2 Mbps y un alcance de hasta 100 metros.

En la práctica, NFC y Bluetooth no compiten sino que se complementan. NFC se utiliza para la iniciación de conexión (handover): basta con acercar el teléfono al dispositivo para que NFC transmita los parámetros de conexión Bluetooth (NFC Bluetooth Handover). Después, los dispositivos cambian a Bluetooth para la transferencia rápida de archivos o flujo de audio.

Arquitectura de hardware NFC en teléfonos inteligentes

El módulo NFC de un teléfono inteligente consta de tres componentes: controlador NFC, antena NFC y Secure Element (para operaciones seguras). El controlador NFC es un chip separado o parte de un módulo de comunicación combinado (NFC + Bluetooth + Wi-Fi, por ejemplo WCN3990 de Qualcomm). Gestiona la interfaz de radio y los protocolos de intercambio.

La antena NFC es una bobina impresa sobre un sustrato flexible (FPC) o sobre la carcasa de la batería. El tamaño de la antena es de 20×30 mm, el número de vueltas es de 3 a 5. La antena se conecta al controlador a través de un circuito de adaptación sintonizado a la frecuencia de 13,56 MHz. Según NXP Semiconductors, el funcionamiento eficiente de la antena requiere un cálculo preciso de la inductancia y el factor de calidad.

Secure Element (eSE) es un chip criptográfico separado (NXP P71, Samsung S3K) o un área aislada en el SoC (iSE — Secure Element integrado). Almacena los datos de las tarjetas de pago y realiza operaciones criptográficas para HCE (Emulación de Tarjeta Host). Secure Element está aislado de Android/iOS: solo el controlador NFC tiene acceso a él mediante comandos APDU a través del bus SWP (Protocolo de Cable Único).

// Ejemplo de comando APDU para interactuar con Secure Element
const uint8_t SELECT_APDU[] = {
    0x00, 0xA4, 0x04, 0x00,            // CLA, INS, P1, P2
    0x07,                               // longitud de datos (7 bytes)
    0xA0, 0x00, 0x00, 0x00,             // RID — registrado
    0x03, 0x10, 0x10,                   // PIX — identificador de aplicación
    0x00                                // Le — longitud esperada de respuesta
};

// Envío de comando a través del controlador NFC a Secure Element
NfcStatus nfcStatus = sendApdu(SELECT_APDU, sizeof(SELECT_APDU));

Aplicaciones de NFC en dispositivos móviles

NFC en el teléfono se utiliza en cuatro escenarios principales: pago sin contacto, transporte, control de acceso y automatización de tareas. La aplicación más masiva son los sistemas de pago: Apple Pay, Google Pay y Samsung Pay. Utilizan el modo de emulación de tarjeta con HCE (Emulación de Tarjeta Host) o Secure Element para emular una tarjeta bancaria.

Los sistemas de transporte de todo el mundo (Metro de Moscú, London Tube, New York MTA) aceptan pagos NFC a través de carteras móviles. En Japón, la tecnología FeliCa (Sony) basada en NFC se utiliza para transporte, compras y acceso a oficinas desde 2004. Los teléfonos inteligentes con chip FeliCa, como los iPhone para el mercado japonés, son compatibles con Suica y PASMO.

Las etiquetas NFC permiten automatizar escenarios de “asa inteligente”: acerque el teléfono a una etiqueta junto a la cama: se activará la alarma y se desactivarán las notificaciones. En Android esto se implementa mediante Android Beam / NFC Tools, en iOS mediante Shortcuts y activadores NFC. Algunos teléfonos inteligentes también usan NFC para la carga rápida: el estándar Qi usa NFC para identificar el cargador.

Ejemplo de código: Lectura de etiqueta NFC en Android

Android proporciona una API para procesar etiquetas NFC a través del sistema de intents. Cuando se acerca una etiqueta al teléfono, el sistema crea un intent con la etiqueta y la aplicación recibe los datos en formato NDEF (Formato de Intercambio de Datos NFC). A continuación se muestra un ejemplo de una Activity que lee una URL o texto de una etiqueta NFC.

class NfcReaderActivity : AppCompatActivity() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_nfc)
        handleNfcIntent(intent)
    }

    override fun onNewIntent(intent: Intent) {
        super.onNewIntent(intent)
        handleNfcIntent(intent)
    }

    private fun handleNfcIntent(intent: Intent) {
        if (intent.action == NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED) {
            val rawMessages = intent
                .getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES)
            rawMessages?.forEach { rawMsg ->
                val msg = rawMsg as NdefMessage
                msg.records.forEach { record ->
                    val payload = String(record.payload)
                    println("NFC data: $payload")
                }
            }
        }
    }
}

Para trabajar con NFC, es necesario declarar el permiso android.permission.NFC en el manifiesto y configurar un intent-filter para ACTION_NDEF_DISCOVERED, ACTION_TECH_DISCOVERED o ACTION_TAG_DISCOVERED. Android filtra automáticamente las etiquetas NFC por tipo de registro NDEF, lo que permite que la aplicación responda solo a etiquetas con un tipo MIME o prefijo de URL específicos. Tenga en cuenta que la antena NFC suele estar ubicada en la parte superior del panel trasero del teléfono: para leer una etiqueta, acerque la parte superior del teléfono a la etiqueta.