NFC: mi ez, az érintés nélküli kommunikációs modul és működési elv

Mi az NFC?

NFC (Near Field Communication) egy rövid távolságú vezeték nélküli adatátviteli szabvány, amely 13,56 MHz frekvencián működik. A technológia az RFID-n (Radio Frequency Identification) alapul és visszafelé kompatibilis az ISO 14443 — érintés nélküli intelligens kártyák szabványával. Az adatátviteli sebesség 106, 212 vagy 424 kb/s a választott módtól függően.

Ellentétben a Bluetooth-tal, az NFC nem igényel párosítási eljárást — az eszközök azonnal adatot cserélnek, amikor közelítik egymáshoz. A maximális kommunikációs távolság 10 cm, ami természetes védelmet nyújt a lehallgatás ellen. A NFC Forum szerint a technológiát több mint 3 milliárd eszköz támogatja világszerte, és ez a szám évente 15–20%-kal nő.

Az NFC szabványt az NFC Forum fejleszti — egy konzorcium, amelyet a Sony, a Philips és a Nokia alapított 2004-ben. Az első NFC-s telefon (Nokia 6131) 2006-ban jelent meg, de a tömeges elterjedés az Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) 2011-es és az Apple Pay 2014-es bevezetése után kezdődött. Ma már szinte minden 150 dollárnál többe kerülő okostelefon támogatja az NFC-t.

Az NFC működési módjai a telefonban

Az NFC vezérlő az okostelefonban három működési módot támogat, amelyek mindegyike a saját feladatkörére szolgál. A módok közötti váltás automatikusan történik a kölcsönhatásba lépő eszköz típusától függően.

Olvasás/írás mód (Reader/Writer)

Ebben a módban a telefon aktív NFC címkeolvasóként működik. Amikor NFC címkéhez — matricalhoz, karkötőhöz vagy plakáthoz — közelítik, a telefon beolvassa az adatokat a címke memóriájából. A címkék 48 bájttól 32 KB-ig terjedő memóriával rendelkeznek, és URL-eket, szöveget vagy parancsokat tárolnak. Az Android Beam (amelyet a Nearby Share váltott fel) ezt a módot használta a linkek és névjegykártyák átvitelére.

Peer-to-peer (P2P) mód

Két NFC eszköz közvetlenül cserél adatot. Az egyik eszköz kezdeményezőként, a másik célként működik. Az LLCP (Logical Link Control Protocol) szabvány kezeli a kapcsolatot, az SNEP (Simple NDEF Exchange Protocol) pedig az adatformátumot. A P2P módot gyors névjegy-, linkátvitelre vagy Bluetooth párosítás kezdeményezésére használják. A sebesség P2P módban eléri a 424 kb/s-t.

Kártyaemulációs mód (Card Emulation)

A telefon érintés nélküli intelligens kártyát — fizetőkártyát, tömegközlekedési jegyet vagy belépőkártyát — emulál. Egy külső NFC eszköz (POS-terminál, forgókapu) ugyanúgy kommunikál a telefonnal, mint egy szokásos műanyag kártyával. Ezt a módot használják az Apple Pay-ben, a Google Pay-ben és a Samsung Pay-ben. A fizetések biztonságát a Secure Element biztosítja — egy elkülönített chip, amely tárolja a fizetőkártyák adatait.

NFC vs Bluetooth: technológiák összehasonlítása

Az NFC és a Bluetooth LE (Low Energy) két gyakran összehasonlított közeltávolságú technológia. NFC a kapcsolat létrehozásának sebességében (0,1 másodperc) nyer és nem igényel párosítást, de hátrányban van az adatátviteli sebesség és hatótávolság terén. Bluetooth LE párosítást igényel (2–5 másodperc), de akár 2 Mb/s sebességet és 100 méteres hatótávolságot kínál.

A gyakorlatban az NFC és a Bluetooth nem versenyez, hanem kiegészítik egymást. Az NFC a kapcsolat kezdeményezésére (handover) szolgál: elég a telefont az eszközhöz közelíteni, hogy az NFC átadja a Bluetooth kapcsolat paramétereit (NFC Bluetooth Handover). Ezt követően az eszközök átkapcsolnak Bluetooth-ra gyors fájlátvitelhez vagy audiostreaminghez.

Az NFC hardverarchitektúrája okostelefonokban

Az okostelefon NFC modulja három összetevőből áll: NFC vezérlő (NFC Controller), NFC antenna és Secure Element (biztonságos műveletekhez). Az NFC vezérlő egy különálló chip vagy egy kombinált kommunikációs modul része (NFC + Bluetooth + Wi-Fi, pl. WCN3990 a Qualcommtól). Ez kezeli a rádióinterfészt és a csereprotokollokat.

Az NFC antenna egy nyomtatott tekercs rugalmas hordozón (FPC) vagy az akkumulátor házán. Az antenna mérete 20×30 mm, a menetszám 3–5. Az antenna egy 13,56 MHz-re hangolt illesztő áramkörön keresztül csatlakozik a vezérlőhöz. Az NXP Semiconductors szerint az antenna hatékony működése megköveteli az induktivitás és a jósági tényező pontos kiszámítását.

Secure Element (eSE) — különálló kriptográfiai chip (NXP P71, Samsung S3K) vagy elkülönített terület a SoC-ben (iSE — integrated Secure Element). Tárolja a fizetőkártyák adatait és kriptográfiai műveleteket végez a HCE (Host Card Emulation) számára. A Secure Element elkülönített az Android/iOS rendszertől: csak az NFC vezérlő férhet hozzá APDU parancsokkal az SWP (Single Wire Protocol) buszon keresztül.

// Példa APDU parancsra a Secure Element-tel való interakcióhoz
const uint8_t SELECT_APDU[] = {
    0x00, 0xA4, 0x04, 0x00,            // CLA, INS, P1, P2
    0x07,                               // az adatok hossza (7 bájt)
    0xA0, 0x00, 0x00, 0x00,             // RID — regisztrált
    0x03, 0x10, 0x10,                   // PIX — alkalmazásazonosító
    0x00                                // Le — várható válaszhossz
};

// Parancs küldése az NFC vezérlőn keresztül a Secure Elementbe
NfcStatus nfcStatus = sendApdu(SELECT_APDU, sizeof(SELECT_APDU));

Az NFC alkalmazása mobil eszközökön

Az NFC a telefonban négy fő forgatókönyvben használatos: érintés nélküli fizetés, közlekedés, objektumokhoz való hozzáférés és feladatok automatizálása. A legelterjedtebb alkalmazás a fizetőrendszerek: Apple Pay, Google Pay és Samsung Pay. Ezek a Card Emulation módot használják HCE-vel (Host Card Emulation) vagy Secure Elementtel a bankkártya emulálásához.

Világszerte a közlekedési rendszerek (Moszkvai Metró, London Tube, New York MTA) elfogadják az NFC fizetéseket mobiltárcákon keresztül. Japánban az NFC-alapú FeliCa (Sony) technológiát 2004 óta használják utazásra, vásárlásra és irodai hozzáférésre. A FeliCa chippel rendelkező okostelefonok, mint a japán piacra szánt iPhone, támogatják a Suica és PASMO rendszereket.

Az NFC címkék (NFC Tags) lehetővé teszik az „okos otthon” forgatókönyvek automatizálását: közelítse a telefont az ágy melletti címkéhez — az ébresztő bekapcsol és az értesítések kikapcsolnak. Androidon ez az Android Beam / NFC Tools segítségével, iOS-en a Shortcuts és NFC triggerekkel valósítható meg. Egyes okostelefonok az NFC-t gyorstöltéshez is használják — a Qi szabvány az NFC-t használja a töltő azonosításához.

Kódpélda: NFC címke olvasása Androidon

Az Android API-t biztosít az NFC címkék feldolgozásához az Intent Systemen keresztül. Amikor a címkét a telefonhoz közelítik, a rendszer létrehoz egy intentet a címkével, és az alkalmazás NDEF (NFC Data Exchange Format) formátumban kapja meg az adatokat. Alább egy példa Activity, amely URL-t vagy szöveget olvas be egy NFC címkéről.

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 adatok: $payload")
                }
            }
        }
    }
}

Az NFC működéséhez deklarálni kell az android.permission.NFC engedélyt a manifestben és be kell állítani egy intent-filter-t ACTION_NDEF_DISCOVERED, ACTION_TECH_DISCOVERED vagy ACTION_TAG_DISCOVERED számára. Az Android automatikusan szűri az NFC címkéket az NDEF-rekord típusa alapján — ez lehetővé teszi az alkalmazás számára, hogy csak bizonyos MIME típusú vagy URL előtagú címkékre reagáljon. Vegye figyelembe, hogy az NFC antenna általában a telefon hátsó paneljének felső részében található — a címke olvasásához a telefon felső részét kell a címkéhez közelíteni.