Wireless - NFC

Introdução

Conceitos básicos

Near Field Communication (NFC) é uma padronização para smartphones e dispositivos similares para radiocomunicação.
Permite transações simplificadas, tocas de dados e conexões sem fio entre dispositivos próximos um ao outro, geralmente alguns centímetros.
Aplicações para a tecnologia incluem transações sem fio, trocas de dados e configuração simplificada de redes mais complexas, como Wi-Fi e Bluetooth.
A comunicação também é possível entre um dispositivo NFC e um dispositivo passivo, sem fonte de energia, denominado "etiqueta".
Os padrões NFC envolvem protocolos de comunicação e formatos de trocas de dados, e são baseados nos padrões de radio-frequency identification (RFID).

Fornecedores/desenvolvedores

O padrão NFC é definido por uma instituição, o NFC Forum, criado em 2004 pela Nokia, Philips e Sony e tem agora mais de 160 membros.

Os membros do NFC Forum incluem LG, Nokia, Huawei, HTC, Motorola, NEC, RIM, Samsung, Sony Ericsson, Toshiba, AT&T, Sprint, SK, Google, Microsoft, PayPal, Visa, MasterCard, American Express, Intel, Qualcomm, NXP.

Cronologia

As raízes do NFC foram plantadas pela tecnologia RFID, que permite a um leitor enviar ondas de rádio a uma etiqueta eletrônica passiva para identificação, autenticação e localização.

• 1983 - A primeira patente associada à abreviação RFID foi concedida a Charles Walton;
• 2004 - Nokia, Philips e Sony estabelecem o NFC Forum;
• 2006 - Especificações iniciais para etiquetas NFC;

Nokia 6131 foi o primeiro telefone NFC;

• 2009 - Em janeiro, o Forum NFC disponibilizou padrões Peer-to-Peer para transferir contatos, URL, iniciar Bluetooth, etc;
• 2010 - Samsung Nexus S: Primeiro Telefone Android com NFC apresentado;
• 2011 - Google I/O "How to NFC" demonstra como iniciar um jogo e compartilhar contatos, URL, vídeo, etc;

RIM é a primeira companhia a ter seus dispositivos certificados pela MasterCard Worldwide, com a funcionalidade PayPass;

• 2012 - Surgem estabelecimentos que utilizam o SmartPoster e também pagamentos sem fio;

Sony introduz "Smart Tags", que utiliza a tecnologia NFC para modificar o modo e perfis em um smartphone Sony em uma distância curta.

Pontos relevantes

Operando a 13.56 MHz e com uma velocidade de transferência de dados de 424 Kbits/segundo, NFC provê um canal de comunicação simples e seguro entre dispositivos eletrônicos.
É uma tecnologia de "leitura" e "escrita" bastando uma aproximação entre dispositivos NFC compatíveis menor que 4 cm para disparar o processo de comunicação entre eles.
NFC segue os padrões implementados universalmente (ISO, ECMA, ETSI) e é compatível com outras tecnologias como Bluetooth e Wi-Fi.
A melhor aplicação encontrada até agora é a implementação da NFC em aparelhos celulares.
O sistema de metrô no Japão permite que passagens sejam compradas com a aproximação do aparelho de telefone às catracas.
Muitos acreditam que o NFC deve substituir os códigos de barras e até mesmo os cartões de crédito.

Funcionamento

NFC oferece uma conexão de baixa velocidade e de configuração extremamente simples, e pode ser utilizado como "partida" para conexões sem fio mais capazes.
Requer uma distância entre os dispositivos de 4cm ou menos.
Sempre há um iniciador e um alvo. O iniciador gera ativamente uma RF que pode energizar o alvo passivo.
Isso permite os alvos NFC serem de formas variadas como etiquetas, chaves, cartões entre outros.
Se ambos os dispositivos estão energizados, é possível realizar conexões P2P.
Há dois modos de comunicação:

• Comunicação passiva: O dispositivo iniciador fornece um campo e o dispositivo alvo responde modulando o campo existente. Nesse modo, o alvo pode absorver potência do campo criado pelo iniciador, tornando o alvo um transponder;
• Comunicação ativa: Iniciador e alvo se comunicam alternando a geração de seus próprios campos. Um dispositivo desativa seu campo RF enquanto espera por dados. Nesse modo, ambos os dispositivos possuem fontes de potência.

Etiquetas

Etiquetas NFC contêm dados e são geralmente somente leitura, mas podem ser regravadas.
Podem ser codificadas de acordo com os fabricantes ou podem utilizar especificações do Forum NFC.
As etiquetas podem armazenar com segurança dados pessoais, como informações de cartões de crédito e débito, PINs e contatos pessoais, entre outras informações.

O NFC Forum define 4 tipos de etiquetas que fornecem diferentes velocidades e capacidades de comunicação como configurabilidade, memória, segurança, retenção de dados e resistência à gravação.
As etiquetas oferecem entre 96 e 4096 bytes de memória.

Características Técnicas

O NFC Opera a 13,56MHz em uma interface aérea ISO/IEC 18000-3 e atinge taxas de dados de 106kbps a 424kbps.
Assim como a tecnologia de cartões de proximidade, o NFC utiliza indução magnética entre duas bobinas localizadas no campo próximo, formando efetivamente um transformador de núcleo de ar.

Opera na frequência de rádio disponível globalmente e não licenciada de 13,56 MHz.
A maioria da energia está concentrada em uma largura de banda de 7KHz, mas o espectro completo pode ter a largura de 1,8MHz quando utilizando a modulação ASK.
A distância de funcionamento teórica é de 20cm, mas na prática a distância é de aprox. 4cm.
Taxas de dados suportadas: 106, 212 ou 424kbps (a taxa de 848kbps não está de acordo com o padrão ISO/IEC 18092).
São empregados dois tipos de codificação na transferência de dados. Se um dispositivo ativo transfere dados a 106kbps, uma codificação Miller modificada com modulação de 100% é utilizada. Nos outros casos é utilizada a codificação Manchester com um índice de modulação de 10%.

Estágio atual

Padronização

Os padrões ECMA-340 e ISO/IEC 18092 especificam os esquemas de modulação, codificação, velocidades de transmissão e formato de quadro para a interface RF dos dispositivos NFC. Além disso define também o protocolo de transporte, incluindo a ativação de protocolo e métodos de trocas de dados.
A interface aérea para NFC é padronizada em:

• ISO/IEC 18092 / ECMA-340

Near Field Communication Interface and Protocol-1 (NFCIP-1)

• ISO/IEC 21481 / ECMA-352

Near Field Communication Interface and Protocol-2 (NFCIP-2)

O NFC incorpora uma variedade de padrões existentes incluindo o ISO/IEC 14443 tipos A e B, e FeliCa.
O NFC Forum definiu ainda um formato de dados comum chamado NFC Data Exchange Format (NDEF) que pode armazenar e transportar vários tipos de itens, desde um objeto MIME até documentos RTD muito pequenos, como URLs.
Foi adicionado também o Simple NDEF Exchange Protocol para especificar a permissão de enviar e receber mensagens entre dispositivos.

Serviços

As aplicações de NFC tem ganhado foco na utilização com telefones celulares. As aplicações mais comuns, bem como os trials em andamento hoje, tem a tecnologia acoplada aos celulares e smartphones.
No Brasil já existem aplicações testando a tecnologia NFC, como o Oi Paggo, Gemalto's Upteq N-Flex, PagSeguro, Cielo, Redecard.
Dentro do padrão definido pelo NFC Forum, existem 3 possíveis casos de uso para os dispositivos habilitados com NFC:

• emulando um cartão (tag passiva);
• como leitor de tags;
• modo Peer to Peer (2 dispositivos trocando informações);

Alguns exemplos de aplicações são:

• bilhete eletrônico (mobile ticketing);
• dinheiro eletrônico (e-wallet, mobile payment);
• publicidade (smart poster);
• cartões de viagem eletrônico (travel cards);
• identificação de documentos;
• chave eletrônica;
• configuração de redes (bluetooth pairing);
• etc;

Aspectos de Segurança

Apesar da distância de comunicação do NFC ser limitada a poucos centímetros, o NFC por si só não garante comunicação segura.
Aplicações podem utilizar protocolos de criptografia de camadas superiores para estabelecer um canal seguro.
A garantia de segurança para NFC requer a cooperação de diversas partes: fabricantes de dispositivos, consumidores, e desenvolvedores de aplicações.
Espionagem: O sinal RF de uma transmissão sem fio pode ser captado por antenas. A distância da qual o espião consegue captar o sinal depende de vários parâmetros, mas é geralmente poucos de metros.
Um dispositivo passivo que não gera o próprio campo magnético é muito mais difícil de ser espionado que um dispositivo ativo. Um dispositivo open source que é capaz de espionar um dispositivo passivo de NFC é o instrumento Proxmark.

Terminologia

• Peer-to-Peer mode - um dos modos de comunicação NFC definido como o modo de enlace entre dispositivos para troca de dados;
• Read/Write mode - um dos modos de comunicação NFC que permite às aplicações trocarem mensagens (mensagens padronizadas pelo Fórum NFC);
• NFC Card Emulation - um dos modos de comunicacão NFC que permite que dispositivos NFC atuem como um Smartcard padrão;
• NDEF - NFC Data Exchange Format - formato padrão de troca de dados para URI, Smart Posters, etc;
• RTD - Record Type Definition - Tipo de registro padrão usado em mensagens entre dispositivos/tags que podem ser incorporados aos NDEF records:
• Smart Poster RTD - RTD para posters com tags com texto, áudio ou outro dado;
• Text RTD - RTD para registros contendo plain text;
• Uniform Resource Identifier (URI) RTD - RTD para registros que fazem referência a um recurso da Internet;
• Generic Control Record Type Definition (RTD) - RTD para requisitar uma ação;
• NDEF message - mensagem NFC básica ( podendo conter um ou mais NDEF Records);
• NDEF record - registro cujo conteúdo é descrito por um tipo, um tamanho e um identificador opcional;
• NDEF payload - o dado da aplicação (conteúdo) inserido em um NDEF record;