Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

Научно-исследовательский ядерный университет

Московский инженерно-физический институт

Факультет «Автоматики и электроники»

Кафедра «Микро- и наноэлектроники»

Курс «Сети»

Беспроводная технология связи “NFC”

Преподаватель: доцент В.А. Лапшинский

Подготовил студент А9-09
Варцабюк Н.В.

Москва 2012 (24.10)

Оглавление

NFC (Near Field Communication, «Коммуникация ближнего поля» или «связь ближнего действия») — это технология беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия, обеспечивающая обмен данными между устройствами на расстоянии нескольких сантиметров. Она объединяет интерфейс смарт-карты и считывателя в единое устройство.

NFC, прежде всего, нацелена на использование в мобильных телефонах. С таким чипом (и с соответствующим программным обеспечением) смартфон уже сейчас может заменить банковские карты, транспортные билеты, скидочные карты и смарт-карты доступа, билеты в кино и парковочные карты. При распространении технологии NFC в ход пойдут и интерактивные рекламные доски (так называемые смарт-плакаты), при взаимодействии с которыми смартфоны смогут считывать с них информацию.



Поднеся к телевизору смартфон, точно так же можно будет быстро установить соединение для стриминга видеозаписей или фотографий на большой экран. Забегая вперёд можно сказать, что с широким распространением NFC смартфоны смогут заменить вам ключи от дома и автомобиля. К слову, некоторые производители автомобилей (например, BMW) уже сейчас занимаются разработкой ключей по технологии NFC. ^[4]

Рисунок 2 — Использование устройств с чипом NFC

Технология NFC является логическим продолжением технологии RFID (Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация), и её основное отличие от последней — ограниченный радиус действия. В то время, как дистанция считывания активных RFID-меток может достигать нескольких сотен метров, метки NFC доступны лишь в пределах 5-10 сантиметров. Рабочая частота NFC-чипов находится в не лицензируемом радиочастотном диапазоне ISM band, использующимся для промышленных, медицинских и научных целей, и составляет 13,56 МГц, а скорость передачи информации может быть равна 106, 212 или 424 кбод/сек.

NFC поддерживает RFID стандарты ISO 14443/Mifare, FeliCa и ISO/IEC 18092. [2] Карты, выполненные по стандарту ISO 14443, — именно они используются в нашем метро; для мобильных платежей и оплаты билетов в общественном транспорте Китая и Японии используется технология FeliCa. Как и в стандарте ISO 14443/Mifare в NFC связь поддерживается посредством взаимной индукции рамочных антенн. Технология полностью подходит под ранее сложившуюся инфраструктуру транспортных карт и мобильных платежей.



Существует три коммуникационных режима работы NFC-чипов:

• Режим peer-to-peer. В данном случае два устройства связываются друг с другом для обмена информации между собой. С помощью p2p передаются контакты между смартфонами с NFC-чипами, происходит мгновенная передача настроек с WiFi-роутера на мобильное устройство. В этом режиме можно будет объединять смартфоны для создания мультиплеерных игр.
  
• Режим считывателя. В этом режиме ваш смартфон выступает в роли сканера современных аналогов штрих-кодам — NFC-меткам, содержащим различную дополнительную информацию. К слову, NFC-метки в последнее время всё чаще вытесняют штрих-коды: их можно встретить на продуктах питания в супермаркетах (чтобы быстро узнать срок годности и состав), а также рекламных щитах с целью быстро передать рекламную информацию.
  
• Режим эмуляции карт. Именно этот режим чаще всего ассоциируется с технологией NFC. Благодаря режиму эмуляции карт ваш смартфон может «прикинуться» вашей банковской картой или проездным билетом на метро. ^[4]
  

Рисунок 4 — Использование NFC-чипа для безналичных платежей

NFC и Bluetooth — технологии связи малого радиуса действия, которые были недавно интегрированы в мобильные телефоны. Существенное преимущество NFC над Bluetooth — более короткое время установки соединения. Вместо выполнения инструкций по согласованию для идентифицирования устройства Bluetooth, связь между двумя устройствами NFC устанавливается сразу (менее чем за одну десятую секунды). Чтобы избежать сложного процесса согласования, NFC может использоваться для установки соединений в беспроводных технологиях, таких как Bluetooth. Максимальная скорость передачи данных NFC (424 кбит/сек) меньше, чем Bluetooth (24Мбит/сек). У NFC меньший радиус действия (менее 20 см), который обеспечивает бо́льшую степень безопасности и делает NFC подходящей для переполненных пространств, где установление соответствия между сигналом и передавшим его физическим устройством (и как следствие, его пользователем) могло бы иначе оказаться невозможным. В отличие от Bluetooth, NFC совместима с существующим RFID-структурами. NFC может также работать, когда одно из устройств не снабжено источником питания (например, телефон, который может быть выключен, бесконтактная кредитная смарт-карта, smart poster и т. д.). ^[1]

NFC Forum является некоммерческой ассоциацией, основанной 18 марта, 2004 компаниями NXP Semiconductors, Sony и Nokia, чтобы продвинуть использование NFC в бытовой электронике, мобильных устройствах и персональных компьютерах. NFC Forum будет содействовать реализации и стандартизации технологии NFC, чтобы гарантировать способность к взаимодействию между устройствами и услугами. В сентябре 2007, насчитывается более чем 130 членов NFC Forum.

В октябре 2010 г. Компания i-Free присоединилась к международной организации NFC Forum. i-Free стала первой российской компанией, вступившей в NFC Forum. Среди проектов на базе NFC, реализованных i-Free – построение опытной зоны NFC-решений. Тестовые испытания этого проекта успешно прошли в Санкт-Петербурге.

В марте 2011 к NFC Forum в качестве ведущего участника (Principal Member) присоединился Google. Это вторая по старшинству роль в NFC Forum. Она позволяет проводить тестирование оборудования на соответствие стандартов NFC Forum в собственных лабораториях, не раскрывая коммерческую тайну производимого оборудования.

GSM Association (GSMA) является глобальной торговой ассоциацией, представляющей 700 операторов мобильной связи в 218 странах мира.
Они подали две инициативы:

• Mobile NFC initiative: четырнадцать операторов мобильных сетей, которые вместе представляют 40 % глобального рынка мобильной связи поддерживающих NFC и сотрудничают, чтобы развивать приложения для NFC.
  13 Февраля 2007, они издали техническое описание NFC, чтобы дать точку зрения операторов мобильной связи на экосистему NFC.
  
• Pay buy mobile initiative, стремится определить общий глобальный подход к использованию технологии Near Field Communications (NFC), чтобы связать мобильные устройства с платежными и бесконтактными системами. До настоящего времени, 30 операторов мобильной связи присоединились к этой инициативе.
  Пример использования в смартфоне стандарта передачи NFC - Windows Phone 8
  

StoLPaN (‘Store Logistics and Payment with NFC’) является европейским консорциумом, поддерживаемым программой European Commission’s и Information Society Technologies. StoLPaN будет исследовать пока еще неиспользованный потенциал с целью согласования новых видов локальных беспроводных интерфейсов, NFC и мобильной связи.

Другие стандарты, которые вовлечены в NFC, включают:

• ETSI/ SCP (Платформа Смарт-карт), чтобы установить связь между SIM-картой и набором микросхем NFC.
  
• Single Wire Protocol — стандарт ETSI на протокол обмена SIM-карты и микросхемы физического уровня NFC.
  
• GlobalPlatform, чтобы определить многоприкладную архитектуру защищенной микросхемы.
  
• EMVCo для воздействий на платежные приложения EMV. ^[1]

Вариантов интеграции NFC-модулей в устройства несколько.

• Первый, самый очевидный, – встраивание чипа и антенны в сам телефон. Так сделано в Google Nexus S и в Nokia C7, где данный модуль, пока никак не задействованный, недавно был обнаружен энтузиастами.
  
• Второй способ, разработанный специально для операторов мобильной связи, предполагает встраивание NFC-чипа в SIM — карту, что дает возможность осуществлять мобильные платежи не только с банковских карт, но и прямо с баланса абонента, а также блокировать функции чипа по звонку оператору при утере аппарата. Пример такой реализации – Nokia 6216.
  
• Третий метод предложила малоизвестная компания Tyfone, встроившая NFC-модуль в обычную карту microSD. Подобный подход позволяет приобщить к новой технологии как владельцев топовых смартфонов и абонентов определенных операторов, так и практически всех обладателей телефонов среднего уровня, имеющих слот microSD.^[5]

Рисунок 5 — NFC-модуль в microSD карте

На конференции EuSecWest по вопросам безопасности, прошедшей 19-20 сентября 2012 года, компанией MWR Labs был представлен эксплойт 0day, показавший уязвимость технологии NFC в мобильных устройствах. Специалистам по безопасности удалось передать через NFC-соединение вредоносный файл и получить полный контроль над принимающим устройством. Таким образом конфиденциальные данные и денежные средства «жертвы» оказались под угрозой. Для предотвращения захвата контроля необходимо внесение доработок разработчиками устройств с целью ограничения активности данных, принятых посредством NFC.

Хотя радиус связи NFC ограничен несколькими сантиметрами, NFC сама по себе не гарантирует безопасности соединений. В 2006, Ernst Haselsteiner и Klemens Breitfuß описали различные возможные типы атак.

Радиочастотный сигнал беспроводной передачи данных может быть перехвачен антеннами. Расстояние, с которого атакующий в состоянии подслушать радиочастотный сигнал, зависит от многочисленных параметров, но в любом случае — это всего несколько метров. Кроме того, на подслушивание чрезвычайно влияет режим связи. Пассивное устройство, которое не производит собственное радиочастотное поле, намного тяжелее подслушать чем активное устройство.

Стандарт NFC сам по себе не предлагает защиты против подслушивания. По идее, стек протоколов должен использовать криптоалгоритмы поверх NFC для защиты данных.

Разрушение данных относительно легко осуществить средствами радиоэлектронной борьбы (РЭБ), то есть глушилками RFID. Нет способа предотвратить такое нападение, однако единственным его результатом будет невозможность установить связь.

Несанкционированная модификация данных внутри сообщения атакующим устройством нереализуема на практике в связи с невозможностью предсказать амплитуду и сдвиг фазы наведенного сигнала на приемном устройстве. RFID приемник чувствителен к внезапной смене амплитуды и фазы несущего сигнала.

Поскольку NFC устройства обычно также обеспечивают функциональность ISO 14443, описанная Relay attack также выполнима и для NFC. Для этого нападения злоумышленник должен отправить жертве запрос считывателя и её ответ в режиме реального времени передать дальше на считывающее устройство. Это делается для того, чтобы выполнить задачу, симулирующую владение смарт-картой жертвы.
Однако на практике такая атака довольно затруднительна в связи с жёсткими ограничениями по времени на ответ запрашиваемого устройства. В некоторых случаях речь может идти о микросекундных допусках (например, при выполнении обязательной процедуры антиколлизии). ^[1]

Тема перспектив развития NFC муссируется уже не первый год, и попытки использование ее на практике также предпринимаются не в первый раз. Но в большинстве случае дальше образцово-показательных тестовых систем дело не заходит. В чем же причина столь неспешного развития событий? Если обобщить, то основным поводом для проволочек и нежелания потенциальных лидеров зарождающегося сегмента рынка форсировать развитие сервиса служит вполне естественное желание банка и мобильного оператора контролировать платежи, причем каждый стремится перетянуть одеяло на свою сторону. Кроме того, сдерживающим фактором является развитая карточная инфраструктура, на создание и отшлифовку работы которой в свое время было затрачено немало средств и времени. Поэтому, учитывая эти и некоторые другие причины, нет ничего удивительного в том, что еще до недавних пор далеко не все крупные игроки были готовы безотлагательно принимать активное участие в разработке системы NFC-платежей, требующей дополнительных капиталовложений.

Но похоже на то, что для былых противоречий постепенно находятся пути решения и все больше крупных компаний начинают вплотную работать над перспективной технологией. Так, LG планирует в 2012 году ввести в эксплуатацию в Европе свою систему, нацеленную на использование в сфере услуг и розничной торговли. Google тоже решила не отставать от остальных и разрабатывает собственную платформу. К тому же, поддержка NFC относительно недавно была добавлена в Android OS.

Представители международных платежных систем также изъявили желание принять участие в потенциально прибыльном бизнесе. В их числе замечены такие «гиганты», как Master Card и VISA, а последняя уже приступила к тестированию данного сервиса на территории Европы. Замечен прогресс в этой сфере и у нашего ближайшего соседа. Российский оператор сотовой связи «МТС» еще осенью прошлого года предоставил возможность обладателям 300 специальных SIM-карт (в их число входят сотрудники компании и работники метро) опробовать систему оплаты проезда в московском метрополитене, используя технологию NFC. Производители телефонов тоже не сидят сложа руки и едва ли не каждую неделю в новостных лентах можно прочитать сообщения о том, что очередной крупный производитель анонсировал либо начал продажи смартфона с NFC-чипом. По слухам, сама Apple во втором поколении iPad может встроить в планшет соответствующий модуль.

Возросший интерес к перспективной технологии со стороны всех вышеперечисленных и многих других компаний вполне очевиден. Каждый старается застолбить за собой место на непаханом поле мобильного банкинга, капитал оборот которого, согласно прогнозам аналитиков Frost&Sullivan, к 2015 году составит десятки, если не сотни миллиардов долларов (а это миллиардный доход для обслуживающих систему организаций). Очень заманчивые перспективы, особенно если учесть, что к этому времени почти каждый второй смартфон грозится быть оборудованным чипом NFC. ^[3]