NFC: шта је, модул безконтактне комуникације и принцип рада

Шта је NFC?

NFC (Near Field Communication) је стандард бежичног преноса података на кратке удаљености, који ради на фреквенцији 13,56 MHz. Технологија се заснива на RFID (Radio Frequency Identification) и је уназад компатибилна са ISO 14443 — стандардом безконтактних паметних картица. Брзина преноса података износи 106, 212 или 424 kb/s у зависности од изабраног режима.

За разлику од Bluetooth-а, NFC не захтева поступак упаривања — уређаји размењују податке тренутно при приближавању. Максимална удаљеност комуникације је 10 cm, што пружа природну заштиту од пресретања. Према NFC Forum-у, технологију подржава преко 3 милијарде уређаја широм света, а овај број расте 15–20% годишње.

NFC стандард развија NFC Forum — конзорцијум који су основали Sony, Philips и Nokia 2004. године. Први телефон са NFC-ом (Nokia 6131) изашао је 2006. године, али масовно ширење почело је након изласка Android 4.0 (Ice Cream Sandwich) 2011. године и покретања Apple Pay-а 2014. године. Данас NFC подржавају готово сви паметни телефони са ценом изнад 150 долара.

Режими рада NFC-а у телефону

NFC контролер у паметном телефону подржава три режима рада, од којих је сваки намијењен за своју класу задатака. Пребацивање између режима одвија се аутоматски у зависности од типа уређаја са којим се интерагује.

Режим читања/писања (Reader/Writer)

У овом режиму, телефон делује као активни читач NFC ознака. При приближавању NFC ознаци — налјепнице, наруквице или плаката — телефон чита податке из меморије ознаке. Ознаке садрже од 48 бајтова до 32 KB меморије и чувају URL, текст или наредбе. Android Beam (замијењен са Nearby Share) користио је овај режим за пренос линкова и контаката.

Режим peer-to-peer (P2P)

Два NFC уређаја размењују податке директно. Један уређај делује као покретач, други као мета. LLCP (Logical Link Control Protocol) стандард управља везом, а SNEP (Simple NDEF Exchange Protocol) — форматом података. P2P режим се користи за брзи пренос контаката, линкова или покретање Bluetooth упаривања. Брзина у P2P режиму достиже 424 kb/s.

Режим емулације картице (Card Emulation)

Телефон емулује безконтактну паметну картицу — платну картицу, превозну карту или пропусницу. Спољашњи NFC уређај (POS терминал, турникет) интерагује са телефоном исто као са обичном пластичном картицом. Овај режим се користи у Apple Pay-у, Google Pay-у и Samsung Pay-у. Безбедност плаћања осигурава Secure Element — изоловани чип који чува податке платних картица.

NFC против Bluetooth-а: поређење технологија

NFC и Bluetooth LE (Low Energy) су двије технологије блиског домета које се често пореде. NFC побеђује у брзини постављања везе (0,1 s) и не захтева упаривање, али застаје у брзини преноса података и домету. Bluetooth LE захтева упаривање (2–5 секунди), али пружа брзину до 2 Mb/s и домет до 100 метара.

У пракси, NFC и Bluetooth не конкуришу, већ се допуњују. NFC се користи за покретање везе (handover): довољно је приближити телефон уређају да би NFC пренијело параметре Bluetooth везе (NFC Bluetooth Handover). Након тога, уређаји прелазе на Bluetooth за брзи пренос датотека или аудио тока.

Хардверска архитектура NFC-а у паметним телефонима

NFC модул паметног телефона састоји се од три компоненте: NFC контролера (NFC Controller), NFC антене и Secure Element-а (за заштићене операције). NFC контролер је посебан чип или дио комбинованог комуникационог модула (NFC + Bluetooth + Wi-Fi, нпр. WCN3990 од Qualcomm-а). Он управља радио интерфејсом и протоколима размене.

NFC антена је штампана завојница на флексибилној подлози (FPC) или на кућишту батерије. Величина антене је 20×30 mm, број навоја 3–5. Антена се повезује са контролером путем усклађајућег кола подешеног на фреквенцију 13,56 MHz. Према NXP Semiconductors, ефикасан рад антене захтева прецизан прорачун индуктивности и фактора квалитета.

Secure Element (eSE) — посебан криптографски чип (NXP P71, Samsung S3K) или изоловано подручје у SoC-у (iSE — integrated Secure Element). Он чува податке платних картица и обавља криптографске операције за HCE (Host Card Emulation). Secure Element је изолован од Android/iOS-а: приступ му има само NFC контролер путем APDU наредби преко SWP (Single Wire Protocol) магистрале.

// Примјер APDU наредбе за интеракцију са Secure Element-ом
const uint8_t SELECT_APDU[] = {
    0x00, 0xA4, 0x04, 0x00,            // CLA, INS, P1, P2
    0x07,                               // дужина података (7 бајтова)
    0xA0, 0x00, 0x00, 0x00,             // RID — регистрован
    0x03, 0x10, 0x10,                   // PIX — идентификатор апликације
    0x00                                // Le — очекивана дужина одговора
};

// Слање наредбе путем NFC контролера у Secure Element
NfcStatus nfcStatus = sendApdu(SELECT_APDU, sizeof(SELECT_APDU));

Примјена NFC-а у мобилним уређајима

NFC у телефону се користи у четири основна сценарија: безконтактно плаћање, превоз, приступ објектима и аутоматизација задатака. Најмасовнија примјена су платни системи: Apple Pay, Google Pay и Samsung Pay. Они користе Card Emulation режим са HCE (Host Card Emulation) или Secure Element-ом за емулацију банковске картице.

Превозни системи широм света (Московски метро, London Tube, New York MTA) прихватају NFC плаћања путем мобилних новчаника. У Јапану, технологија FeliCa (Sony) заснована на NFC-у користи се за путовање, куповину и приступ канцеларијама од 2004. године. Паметни телефони са FeliCa чипом, као што је iPhone за јапанско тржиште, подржавају Suica и PASMO.

NFC ознаке (NFC Tags) омогућују аутоматизацију сценарија паметне куће: приближите телефон ознаци поред кревета — укључиће се будилник и искључити обавјештења. На Android-у, ово се постиже путем Android Beam / NFC Tools, на iOS-у — путем Shortcuts и NFC окидача. Неки паметни телефони такође користе NFC за брзо пуњење — Qi стандард користи NFC за идентификацију пуњача.

Примјер кода: читање NFC ознаке на Android-у

Android пружа API за обраду NFC ознака путем Intent System-а. Када се ознака приближи телефону, систем креира intent са ознаком, и апликација прима податке у NDEF (NFC Data Exchange Format) формату. Испод је примјер Activity-а која чита URL или текст са NFC ознаке.

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 подаци: $payload")
                }
            }
        }
    }
}

За рад NFC-а, потребно је пријавити дозволу android.permission.NFC у манифесту и подесити intent-filter за ACTION_NDEF_DISCOVERED, ACTION_TECH_DISCOVERED или ACTION_TAG_DISCOVERED. Android аутоматски филтрира NFC ознаке према типу NDEF записа — ово омогућује апликацији да реагује само на ознаке са одређеним MIME типом или URL префиксом. Имајте на уму да се NFC антена обично налази у горњем делу задње стране телефона — за читање ознаке, потребно је приближити горњи део телефона ознаци.