Nfc and rfid with android

Близкий контакт: на что ваш смартфон способен с NFC

Привет, Geektimes! Хотя технологии активно шагают в массы, зачастую по-прежнему можно заметить широкие глаза продавца на кассе, если вы решили оплатить свою покупку смартфоном, или озадаченного коллегу, который увидел, как вы пополнили свой билет для проезда в метро без использования специального терминала.

Имя этому объекту удивления — NFC, и сегодня мы с вами разберемся, как же работает эта технология, и нужна ли она в вашем смартфоне. Всех желающих по традиции милости просим под кат.

Что такое NFC?

Как многие наверняка знают, NFC — технология высокочастотной беспроводной связи с малым (несколько сантиметров, но не больше 10 см) радиусом действия. В основе Near Field Communication (обмена на ближнем расстоянии) лежит радиочастотная идентификация (RFID) — данные, которые хранятся в транспондерах, считываются и записываются при помощи радиосигналов. Активные и пассивные объекты, в свою очередь, идентифицируются автоматически.

Но стандартного определения здесь явно недостаточно. История NFC довольно интересная: технология берет свое начало более 12 лет назад — именно тогда три технологических гиганта (Nokia, Sony и NXP Semiconductor) решили создать форум NFC для развития интерфейса касательного взаимодействия между устройствами. Несмотря на то, что сам интерфейс был далеко не быстрым (и остается таким по сей день), идея передачи небольших данных с низким энергопотреблением все же взяла свое. RFID заработала по-новому и получила массовое признание. В результате многие производители смартфонов, аксессуаров и других устройств сейчас не обделяют NFC ни один свой новый продукт.

Рабочей частотой для NFC является 13,56 МГц, максимальная скорость обмена данными едва превышает 400 Кбит/с. Однако в данном случае огромную роль играет время установления соединения: чтобы подключить два устройства при помощи этой технологии, понадобится менее десятой доли секунды.

Принцип работы NFC основан на электромагнитной индукции. Суть в том, что при помощи антенны передатчик считывателя постоянно излучает сигнал в форме синусоиды на вышеупомянутой чистоте.

Датчик (или Listening Device) также оснащен рамочной антенной. Когда датчик и считыватель (Polling Device) оказываются на расстоянии, достаточном для работы NFC, и та, и другая катушка образуют воздушный трансформатор. Магнитное поле порождается переменным током в катушке считывателя, после этого ток создается во второй катушке — датчика. Этой энергии запросто хватает для работы последнего, поэтому NFC способна работать с пассивными устройствами.

В это время происходит шунтирование антенны одним из транзисторов устройства-передатчика, откуда возникает модуляция высокочастотного сигнала. Этот сигнал и «ловит» считыватель. В основном для NFC используется Манчестерское кодирование (с коэффициентом амплитудной модуляции 10 %). Также используется модифицированный код Миллера, правда в этом случае скорость едва будет превышать 100 Кбит/с.

В пассивном режиме считыватель создает электромагнитное поле, NFC-метка модулирует его и формирует ответ. Иными словами, метке вовсе не обязательно быть подключенной к источнику питания или иметь встроенный аккумулятор, поэтому ее размеры можно сократить до минимума. Если же мы имеем два устройства с двумя активными сигналами, здесь все проще — они работают, грубо говоря, «по очереди».

Пассивная NFC-метка выглядит примерно так:

В смартфонах антенну NFC, как правило, закрепляют под задней крышкой для более устойчивого сигнала.

После этого ваш смартфон готов выступать сразу в нескольких ипостасях. Он может стать не только платежным средством и ключом, но и также средством идентификации владельца, проездным билетом или просто бонусной картой. Вот основные режимы работы смартфона с NFC на борту.

Пиринг — два активных устройства связываются между собой и обмениваются данными. Это могут быть как два смартфона, так и смартфон и сторонний аксессуар. Например, можно быстро установить соединение между телефоном и внешней колонкой или наушниками. Главное, чтобы у девайса была заявлена поддержка NFC: среди таких устройств KR — 8100, Dacom Athlete, Bluedio R + Legend и другие.

Чтение и запись — смартфон как считывает коды с NFC-метки, так и записывает информацию в ее память.

Эмуляция карты — смартфон становится полноценной банковской картой. Достаточно поднести его к терминалу, чтобы совершить оплату, причем в качестве карты могут также выступать, например, умные часы.

Для чего оно нужно?

Еще в Android версии 4.0 появилась технология Beam, с помощью которой устройства могут обмениваться файлами и папками: сам обмен происходит при помощи Bluetooth или Wi-Fi Direct, однако для идентификации смартфонов используется именно NFC. Это позволяет сократить время, затрачиваемое на подключение устройств.

Кейсов применения NFC великое множество. Среди пользователей метро большой популярностью пользуется возможность считывания информации с билета при помощи смартфона. Установив специальные приложения, можно не только узнавать количество оставшихся поездок и срок годности билета, но и даже пополнять карту «Тройка» без использования терминалов в метрополитене.

Примечательно, что для этих целей можно использовать практически любой смартфон с NFC — от Xiaomi Mi5s Plus до Lenovo X3 Lite.

Смартфон как способ оплаты

NFC совместима со стандартом ISO 14443 и объединяет множество бесконтактных карт, в том числе банковские карты, поддерживающее MasterCard PayPass или VISA PayWave. Пластиковая карта содержит микропроцессор с ОС и платежным приложением для взаимодействия с данными конкретного клиента. Как только карту вставляют в терминал или проводят по нему, она получает энергию для запуска операционной системы. В случае с бесконтактными картами питание, как мы уже говорили, получается при помощи электромагнитного поля считывателя.

С появлением бесконтактных карт платежным инструментом по сути может выступать не обязательно карта, а смартфон, часы, брелок и так далее — важна не форма, а наличие необходимого набора функций. Ведь в смартфонах с поддержкой NFC так же, как и в пластиковых картах, есть микропроцессор. Начиная с Android 4.4 платежные приложения можно использовать без Secure Element (с Host Card Emulation). Записывать платежные карты можно удаленно, и это действительно удобно.

Чтобы управлять бесконтактными приложениями удаленно, производители смартфонов и поставщики услуг подключаются к TSM — службе, которая обеспечивает доступ к защищенным данным на терминалах с поддержкой NFC. Она удаленно управляет чипами Secure Element в смартфонах, сам смартфон при этом является своего рода модемом, работающим через безопасный канал связи. Пользователю достаточно подключить возможность оплаты по NFC у своего оператора, а затем при помощи мобильных приложений (как правило, банковских) оплачивать покупки в магазинах.

При совершении покупок свыше 1000 рублей вас могут попросить ввести PIN-код или поставить подпись на чеке — здесь уже все зависит от банка.

Метки NFC

Это еще один распространенный способ применения NFC в смартфоне. Метки NFC получили большую популярность в торговых и рекламных зонах: их встраивают в афиши, рекламные щиты, помещают на товары в магазинах. Обычно это небольшие стикеры, стоимость которых не превышает 50 рублей. Затраты минимальные, зато какой эффект! От получения более подробной информации о концерте или товаре до ссылки на трейлер нового фильма.

Вы можете создавать собственные NFC-метки, модернизировать их и затем использовать в повседневной жизни. Как правило, для этого используется сторонний софт вроде NFC TagWriter. Приложение довольно простое и позволяет записать на метку множество типов данных — от контакта и телефонного номера до закладки веб-браузера. Можно даже записать на метку свои контактные данные, а потом наклеить ее на визитку — чем не оригинальное решение? Сэкономите на бумаге, правда если у собеседника смартфон без NFC, может получиться неловко.

На самом деле NFC-метки — настоящий подарок, когда речь заходит об автоматизации. Например, можно наклеить метку на ноутбук и при помощи приложения Trigger настроить включение точки доступа, выбрав в качестве действия «Беспроводные и локальные сети». Решение попроще — записать пароль от Wi-Fi на метку, наклеить ее на роутер, и потом всякий раз, когда гости спросят пароль, отправлять их к NFC-метке. Или еще: установить метку около кровати и сделать так, чтобы при прикосновении на смартфоне включался авиарежим (опять же с помощью Trigger).

Полезно будет и автомобилистам — записали на метку алгоритм запуска навигатора, наклеили ее на держатель для смартфона, и всякий раз, когда вы будете устанавливать устройство на это место, навигатор будет запускаться автоматически.

И таких примеров применения NFC-меток еще очень и очень много. Зачастую появление новых кейсов ограничивается вовсе не технологией, а фантазией пользователя.

Открываем все двери

Кто-то реализовывает подобное и в домашних условиях, но в основном использование NFC для идентификации и контроля пользователя характерно для предприятий и организаций. Турникеты и замки настраиваются таким образом, что при помощи метки, которая является пропуском, решают, стоит давать ее обладателю разрешение на вход или нет.

С NFC в смартфоне действительно открываются все двери — если не в буквальном смысле, то в переносном точно. Фактически пользователь получает универсальный инструмент, который, несмотря на скоростные ограничения, находит себе применение в самых разных ситуациях. Здесь мы сталкиваемся с другой проблемой — степенью распространенности технологии среди поставщиков услуг. Единственное, что в данном случае может сделать обычный пользователь — как можно чаще задействовать NFC, чтобы показать ее востребованность.

Вместо заключения

Пожалуй, самое приятное в NFC — то, что эта технология доступна широкому кругу пользователей. Все больше производителей не оставляют свои смартфоны без NFC, поэтому она есть как в устройствах типа Xiaomi Mi5 (за $321.99 по коду Mi5SGBS до 31.12) и Nubia Z7 MAX, так и во флагманах вроде Xiaomi Mi Note 2. Радует также разнообразие аксессуаров с поддержкой NFC.

Что с Apple и ее iPhone 7, спросите вы? Увы, но компания-производитель ограничивает работу чипа NFC в своем смартфоне, и его можно использовать только для платежной системы Apple Pay. Осенью, впрочем, она запустилась в России, так что хоть какой-то плюс.

А как вы используете NFC в повседневной жизни? Поделитесь с нами своим опытом в комментариях.

Источник

Как я имплантировала RFID себе в руку, а потом еще NFC. Часть 2

Прошло более четырех лет с момента публикации первой части про EM4100 и я решила все же написать вторую часть — про имплантируемый NFC.

Преимущества первой 125 кГц метки были ощутимы сразу — ключ к домофонам и внутренним замкам, но хотелось большего — разблокировать телефон, ноутбук, хранить данные в защищенном месте. Все это позволяет сделать метка NFC стандарта.

Подробнее про процесс имплантации без помощи посторонних, использование и недостатки — под катом.

ВНИМАНИЕ! Данная публикация не является инструкцией, рекомендацией, руководством к действию и предназначена только для ознакомления. Повторение нижеизложенного может быть смертельно опасно или привести к осложнениям и травмам. Автор не рекомендует производить описанные действия на себе и не несет ответственности за любые последствия, вызванные прочтением публикации.

NFC, ISO14443 и Mifare

Стандартов ближней радиосвязи и беспроводных меток в частности, существует великое множество. Чаще всего используются частоты 125 кГц (LF-диапазон, см. первую часть, самые частые представители — EM-Marin, HID Proximity), 13,56 МГц (HF-диапазон, представители — семейство Mifare, семейство HID iClass) и 860-960 МГц (UHF-диапазон).

Вообще в пределах каждого диапазона существует такая легкая мешанина из стандартов ISO, расширений стандартов ISO другими, но совместимыми, коммерческих названий семейств и продуктов, частично или полностью реализующих один из стандартов. Это может добавить сложностей и неожиданных проблем, когда вы ожидаете, что ваша метка будет открывать вот эту дверь, а стандарт на самом деле не совсем тот — и ничего не работает.

Давайте кратко пробежимся по основным стандартам:

ISO 14443 — один из базовых стандартов для карт беспроводного доступа, определяет рабочую частоту (13,56 МГц), предельное расстояние (10 см), прочие физические параметры интерфейса, скорости (до 106 кбод\с в изначальном стандарте) и протоколы передачи данных между считывателем и картой, определение коллизий, если в поле считывателя более одной карты и т.д. Стандарт не оговаривает применяемого шифрования, а также точного формата данных на карте.

ISO 15693 — менее распространенный стандарт, несовместимый с предыдущим. Предполагает ту же рабочую частоту, но меньшую скорость обмена данных (до 26 кбод\с) в обмен на большую дальность считывания.

NFC — Near Field Communication — довольно большой набор стандартов, частично совместимый с ISO 14443, описывающий как физический уровень интерфейса (в целом основанный на ISO 14443), так и многое другое, формат хранения данных NDEF (стандартизирующий способы кодирования URL, контактных данных и т.д.), режим совместимости с ISO 14443. Благодаря последнему, каждое NFC-устройство (и радиометка, и смартфон) может как минимум вернуть свой идентификационный номер в понятном считывателю, рассчитанному на более старые карты, формате. Ну и обычно NFC-считыватель способен читать и другие RFID-карты, не являющиеся NFC, но тоже основанные на ISO 14443.

MIFARE — большое семейство стандартов, также основанное на ISO 14443, отличающееся объемом памяти (от сотен байт до десятков килобайт), шифрованием (от отсутствия или проприетарного алгоритма до AES\DES), часто используемое в качества карт доступа, платежных карт.

xNT Glass NFC Tag

На КДПВ именно он. Гладкий 2×12 мм стеклянный цилиндр, содержащий стандартный чип NXP NTAG216 и компактную антенну, поставляется сразу в стерилизованном виде внутри специального шприца.

Метку в таком исполнении сделали ребята из Dangerous Things в ходе кампании на Indiegogo, собравшей более 30 тысяч долл. при необходимых 8 тыс.

В 2014 году, уже после имплантации EM4100, нашелся этот чип, был заказан и успешно приехал Почтой России ко мне. Стоил он тогда $99 (столько же стоит и сейчас) плюс $28 доставка.

Процесс имплантации

А вот и нет — на самом деле, ничего этого не понадобится! Это фотография инструментов из первой части статьи.

Так как метка приходит уже стерилизованной и в шприце, ее имплантация существенно более проста, без проблем выполняется самостоятельно без чьей-либо помощи. В общих чертах, процесс выглядит примерно так:

• Выбор места размещения метки. Как уже было сказано в первой части, чаще всего выбирают пространство между большим и указательным пальцами руки, так как это место обычно не испытывает давления при повседневной жизни. Если меток больше одной, как у меня, нежелательно располагать их совсем близко, лучше отступить 1-2 см друг от друга.
• Анестезия новокаином — вводим раствор новокаина 20 мг/мл подкожно в предполагаемое место разреза, попутно раздвигая ткани и упрощая дальнейшее размещение метки, ждем в течение 5-10 минут для проникновения в окружающие ткани. Осторожнее с новокаином — при наличии у вас аллергии и\или кривых рук может вызвать множество самых неприятных последствий, вплоть до смертельного исхода! Не делайте этого самостоятельно, если вы не врач. Также не делайте этого в одиночестве и будьте готовы звонить в «скорую», если что.

В принципе, обезболивание можно пропустить, пережить укол толстой иглы в руку не так уж сложно. В таком случае желательно, чтобы введение метки все же выполняли не вы сами, а другой человек — чтобы другой рукой сделать кожную складку.
Имплантация — дважды протираем кожу спиртом, прокалываем кожную складку или «пузырь» с новокаином, держа иглу почти горизонтально к коже, вводим иглу на 15-20 мм, затем, нажимая на поршень шприца, выдавливаем метку через иглу под кожу. Аккуратно извлекаем иглу.

Вот видео (не мое) о том, как это выглядит:

Как это было у меня

Я, имея некоторые познания в медицине, решила все сделать самостоятельно. Собственно, никаких проблем не возникло 🙂 Желающим повторить — в третий раз предложу перечитать предупреждение в начале статьи.

Надеваем перчатку на одну руку…

Вкалываем новокаин, ждем, вводим метку, убираем излишнюю кровь, попутно разбрасывая всё вокруг из-за того, что руки всего две.

Смартфоны и ноутбуки

Дальше — как это применять? Мне больше всего была интересна возможность использования метки для быстрой разблокировки техники — датчики отпечатков пальцев в 2014-м году были не везде, не было их и в моих смартфоне и ноутбуке.

Тех программ, которые были в 2014 году, уже нет в активном состоянии, поэтому просто опишу в общих чертах.

NFC на Android — xNT — обычная и вполне полноценная метка, поэтому все программы, которые вы можете найти в маркете по запросу NFC — работают. Можно хранить в вашей метке какую-нибудь информацию (например, приватный ключ от чего-нибудь, хотя это может быть и не очень безопасно), можно автоматизировать действия при поднесении метки к телефону.

Разблокировка Android по NFC — в маркете по запросу «nfc unlock» или «nfc logic» программы, которые вполне выполняют эту функцию, и какое-то время я ее использовала на своем HTC.

Разблокировка Windows по NFC — тут две особенности. Во-первых, NFC-метки не считаются полноценными смарт-картами, и требуется сторонний «провайдер» для их работы. Во-вторых, Windows не позволяет использовать смарт-карту для локального входа, без домена. Поэтому требуется стороннее ПО. Я использовала связку из NFC Connector и EIDAuthenticate , а в качестве считывателя — ACR-122U.

Недостатки и проблемы

Метку EM4100 я использую и сейчас. А xNT Glass NFC Tag — нет, и вот почему:

• Очень маленький радиус действия — фактически, приходилось некоторое время двигать рукой по считывателю или задней поверхности смартфона, пока метка наконец не окажется в нужном положении. Моя первая 125 кГц метка работала гораздо стабильнее.
• Отсутствие поддержки в штатном ПО — и для Android и для Windows требовалось стороннее ПО, которое в первом случае было довольно «колхозным» и тормозным, а во втором — платным.
• Распространение считывателей отпечатка пальца — пусть они и менее защищенные (попробуйте с усилием катать смартфоном по руке спящего человека, ища ту самую точку!), зато есть «из коробки» и для меня обеспечиваемая ими безопасность была достаточной.

В целом про пять лет вместе с метками

Про относительную бесполезность NFC-метки написано выше. В остальном — никаких особенных проблем. Почти за пять лет ни с метками, ни с самой рукой ничего не случилось, шрамы давно исчезли, каких-то особых подводных камней тоже не обнаружилось. Да, открывать двери «рукой» всё еще удобнее, чем отдельной таблеткой. Да, их можно использовать даже в организациях в качестве пропуска, предлагая прописать в СКУД «свою карточку» и вызывая этим легкое удивление — но не более.

Если у вас есть вопросы — задавайте, постараюсь ответить 🙂

Источник