NFC: ano ito, modyul ng contactless communication at prinsipyo ng paggana

Ano ang NFC?

NFC (Near Field Communication) ay isang pamantayan ng wireless na pagpapadala ng data sa maikling distansya na gumagana sa frequency na 13.56 MHz. Ang teknolohiya ay batay sa RFID (Radio Frequency Identification) at backward compatible sa ISO 14443 — pamantayan ng contactless smart card. Ang bilis ng pagpapadala ng data ay 106, 212, o 424 kb/s depende sa napiling mode.

Hindi tulad ng Bluetooth, ang NFC ay hindi nangangailangan ng proseso ng pagpapares — ang mga device ay nagpapalitan ng data agad kapag inilapit sa isa’t isa. Ang maximum na distansya ng komunikasyon ay 10 cm, na nagbibigay ng natural na proteksyon laban sa panghihimasok. Ayon sa NFC Forum, ang teknolohiya ay sinusuportahan ng mahigit 3 bilyong device sa buong mundo, at ang bilang na ito ay lumalaki ng 15–20% taun-taon.

Ang pamantayang NFC ay binuo ng NFC Forum — isang consortium na itinatag ng Sony, Philips at Nokia noong 2004. Ang unang teleponong may NFC (Nokia 6131) ay lumabas noong 2006, ngunit nagsimula ang malawakang paggamit pagkatapos ilabas ang Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) noong 2011 at paglunsad ng Apple Pay noong 2014. Ngayon, halos lahat ng smartphone na may presyong higit sa 150 dolyar ay sumusuporta sa NFC.

Mga mode ng operasyon ng NFC sa telepono

Ang NFC controller sa smartphone ay sumusuporta sa tatlong mode ng operasyon, bawat isa ay para sa sarili nitong klase ng mga gawain. Ang paglipat sa pagitan ng mga mode ay awtomatikong nagaganap depende sa uri ng device na nakikipag-ugnayan.

Mode ng basa/sulat (Reader/Writer)

Sa mode na ito, ang telepono ay gumaganap bilang isang aktibong mambabasa ng mga NFC tag. Kapag inilapit sa isang NFC tag — sticker, bracelet, o poster — binabasa ng telepono ang data mula sa memorya ng tag. Ang mga tag ay naglalaman ng 48 bytes hanggang 32 KB ng memorya at nag-iimbak ng URL, teksto, o mga utos. Android Beam (pinalitan ng Nearby Share) ay gumamit ng mode na ito para sa paglilipat ng mga link at contact.

Mode ng peer-to-peer (P2P)

Dalawang NFC device ang direktang nagpapalitan ng data. Ang isang device ay kumikilos bilang initiator, ang isa bilang target. Ang pamantayang LLCP (Logical Link Control Protocol) ay namamahala sa koneksyon, at ang SNEP (Simple NDEF Exchange Protocol) ay namamahala sa format ng data. Ang P2P mode ay ginagamit para sa mabilis na paglipat ng mga contact, link, o pagsisimula ng Bluetooth pairing. Ang bilis sa P2P mode ay umaabot sa 424 kb/s.

Mode ng emulasyon ng card (Card Emulation)

Ang telepono ay gumagaya ng contactless smart card — payment card, transport ticket, o pass. Isang panlabas na NFC device (POS terminal, turnstile) ang nakikipag-ugnayan sa telepono tulad ng sa isang ordinaryong plastic card. Ang mode na ito ay ginagamit sa Apple Pay, Google Pay, at Samsung Pay. Ang seguridad ng mga pagbabayad ay ginagarantiyahan ng Secure Element — isang isolated chip na nag-iimbak ng data ng payment card.

NFC vs Bluetooth: paghahambing ng teknolohiya

Ang NFC at Bluetooth LE (Low Energy) ay dalawang teknolohiya ng malapitang distansya na madalas ikumpara. NFC ay nananalo sa bilis ng pagtatatag ng koneksyon (0.1 s) at hindi nangangailangan ng pagpapares, ngunit natatalo sa bilis ng pagpapadala ng data at saklaw. Bluetooth LE ay nangangailangan ng pagpapares (2–5 segundo), ngunit nag-aalok ng bilis hanggang 2 Mb/s at saklaw hanggang 100 metro.

Sa praktika, ang NFC at Bluetooth ay hindi nagkukumpitensya, bagkus ay nagpupuno sa isa’t isa. Ang NFC ay ginagamit para sa pagsisimula ng koneksyon (handover): sapat na ilapit ang telepono sa device para maipadala ng NFC ang mga parameter ng Bluetooth connection (NFC Bluetooth Handover). Pagkatapos nito, lumilipat ang mga device sa Bluetooth para sa mabilis na paglipat ng file o audio streaming.

Arkitekturang hardware ng NFC sa mga smartphone

Ang NFC module ng smartphone ay binubuo ng tatlong bahagi: NFC controller (NFC Controller), NFC antenna, at Secure Element (para sa mga secure na operasyon). Ang NFC controller ay isang hiwalay na chip o bahagi ng pinagsamang communication module (NFC + Bluetooth + Wi-Fi, hal. WCN3990 mula sa Qualcomm). Ito ay namamahala sa radio interface at mga protocol ng pagpapalitan.

Ang NFC antenna ay isang printed coil sa isang flexible substrate (FPC) o sa housing ng baterya. Ang laki ng antenna ay 20×30 mm, ang bilang ng mga winding ay 3–5. Ang antenna ay kumokonekta sa controller sa pamamagitan ng isang matching circuit na nakatutok sa frequency na 13.56 MHz. Ayon sa NXP Semiconductors, ang epektibong paggana ng antenna ay nangangailangan ng tumpak na pagkalkula ng inductance at quality factor.

Secure Element (eSE) — isang hiwalay na cryptographic chip (NXP P71, Samsung S3K) o isolated area sa SoC (iSE — integrated Secure Element). Ito ay nag-iimbak ng data ng payment card at nagsasagawa ng cryptographic operations para sa HCE (Host Card Emulation). Ang Secure Element ay isolated mula sa Android/iOS: tanging ang NFC controller ang may access dito sa pamamagitan ng APDU commands sa pamamagitan ng SWP (Single Wire Protocol) bus.

// Halimbawa ng APDU command para sa pakikipag-ugnayan sa Secure Element
const uint8_t SELECT_APDU[] = {
    0x00, 0xA4, 0x04, 0x00,            // CLA, INS, P1, P2
    0x07,                               // haba ng data (7 bytes)
    0xA0, 0x00, 0x00, 0x00,             // RID — rehistrado
    0x03, 0x10, 0x10,                   // PIX — identifier ng aplikasyon
    0x00                                // Le — inaasahang haba ng tugon
};

// Pagpapadala ng command sa pamamagitan ng NFC controller papunta sa Secure Element
NfcStatus nfcStatus = sendApdu(SELECT_APDU, sizeof(SELECT_APDU));

Paggamit ng NFC sa mga mobile device

NFC sa telepono ay ginagamit sa apat na pangunahing senaryo: contactless payment, transportasyon, access sa mga bagay, at automation ng mga gawain. Ang pinakamalawak na aplikasyon ay ang mga payment system: Apple Pay, Google Pay, at Samsung Pay. Ginagamit nila ang Card Emulation mode na may HCE (Host Card Emulation) o Secure Element para sa paggaya ng bank card.

Ang mga sistema ng transportasyon sa buong mundo (Moscow Metro, London Tube, New York MTA) ay tumatanggap ng NFC payments sa pamamagitan ng mobile wallets. Sa Japan, ang FeliCa (Sony) na teknolohiya batay sa NFC ay ginagamit para sa paglalakbay, pamimili, at access sa opisina mula pa noong 2004. Ang mga smartphone na may FeliCa chip, tulad ng iPhone para sa Japanese market, ay sumusuporta sa Suica at PASMO.

Ang NFC tags (NFC Tags) ay nagpapahintulot ng automation ng mga ‘smart home’ senaryo: ilapit ang telepono sa tag sa tabi ng kama — mag-a-activate ang alarm at mag-o-off ang mga notification. Sa Android, ito ay ginagawa sa pamamagitan ng Android Beam / NFC Tools, sa iOS — sa pamamagitan ng Shortcuts at NFC triggers. Ang ilang smartphone ay gumagamit din ng NFC para sa fast charging — ang Qi standard ay gumagamit ng NFC para sa pag-identify ng charger.

Halimbawa ng code: pagbabasa ng NFC tag sa Android

Ang Android ay nagbibigay ng API para sa pagproseso ng NFC tags sa pamamagitan ng Intent System. Kapag inilapit ang tag sa telepono, ang sistema ay gumagawa ng intent na may tag, at ang aplikasyon ay tumatanggap ng data sa NDEF format (NFC Data Exchange Format). Sa ibaba ay isang halimbawa ng Activity na nagbabasa ng URL o text mula sa NFC tag.

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("Data ng NFC: $payload")
                }
            }
        }
    }
}

Para sa paggana ng NFC, kailangang ideklara ang permiso na android.permission.NFC sa manifest at i-configure ang intent-filter para sa ACTION_NDEF_DISCOVERED, ACTION_TECH_DISCOVERED, o ACTION_TAG_DISCOVERED. Ang Android ay awtomatikong nagfi-filter ng NFC tags ayon sa uri ng NDEF record — ito ay nagpapahintulot sa aplikasyon na tumugon lamang sa mga tag na may partikular na MIME type o URL prefix. Tandaan na ang NFC antenna ay karaniwang matatagpuan sa itaas na bahagi ng likod ng telepono — para basahin ang tag, ilapit ang itaas na bahagi ng telepono sa tag.