Изучение NFC технологии беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Обозначения и сокращения

Введение

1. Архитектура runtime комплекса программно-аппаратных включать средств

1.1 NFC-интерфейс

1.2 Элемент безопасности происходит

1.3 Режимы ожидается работы NFC-контроллера позволяет

2. Стандарты и считыватели протоколы NFC получения

2.1 Высокоуровневые NFC стандарты

Заключение

Обозначения и сокращения

Введение

NFC (Near field communication, или коммуникация ближнего поля) -- это интерфейс беспроводной связи, одной из главных характеристик которого, как видно из названия, является небольшой радиус действия (до 10 см). Среди особенностей технологии можно также выделить:

ѕ Возможность обмена с другими устройствами и пассивными метками;

ѕ Компактные размеры;

ѕ Низкое энергопотребление;

ѕ Невысокую скорость передачи данных;

ѕ Время установки соединения -- 0,1 секунды;

ѕ Бюджетную стоимость.

Благодаря небольшим размерам и низкому потреблению энергии NFC можно использовать в небольших устройствах. В смартфонах антенна обычно крепится на крышке батарейного отсека или внутренней стороне задней панели, в случае если аккумулятор съемный. Чтобы у пользователей не возникало вопроса, как именно прикладывать гаджет для передачи данных (особенно такая проблема характерна для планшетов из-за их большого размера и маленького радиуса действия технологии), местонахождение чипа часто помечается специальной наклейкой на корпусе. Так как интерфейс NFC -- это только база, которая не дает четкого решения для использования, то мобильным производителям и разработчикам приложений приходится самостоятельно вырабатывать сценарии работы. Из-за этого могут возникать проблемы при взаимодействии приложений и устройств от различных изготовителей.

Целью курсовой работы является изучение NFC технологии беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия (до 10 см), позволяющая осуществлять бесконтактный обмен данными между устройствами, расположенными на небольших расстояния.

Для достижения цели необходимо рассмотреть метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках, то есть технологии передачи информации по радиоканалу, которая поддерживает как активные, так и пассивные устройства.

1. Архитектура runtime комплекса программно-аппаратных включать средств

Технология рисунке NFC -- расширение ее стандарта бесконтактных независимым карт (ISO14443). состоянии В настоящее генерируется время технология ecma уже активно таком используется в хост общественном транспорте установлено и платежных параметры системах. В основное последнее время элементу началось активное канал развитие использования от технологии в мобильный мобильных устройствах. uТехнология представляет находятся собой совокупность wi аппаратных и встроен программных средств. желательно Конечно, эти non средства среде для различных ближнего устройств смартфоны, apdu пассивные теги, мало POS-терминалы, считыватели мобильный в транспорте высокоуровневые имеют, различны рисунок е особенности защищены . Но все аналогично устройства, поддерживающие момент технологию NFC, микросхемам объединены общими передаются стандартами, которых организацией должны придерживаться ограничено разработчики аппаратной встроен и программной же части. Основные fi компоненты, задействованные действия в обмене пул данными по различные технологии NFC-- использующие это NFC-совместимые использование устройства и карт NFC-теги.

NFC-тег, означает называемый также работает смарт-тег, как бесконтактной правило, пассивное либо устройство (без скорость источника питания), нем которое хранит кошелек данные и владельца может быть сокращенно прочитано NFC-совместимым рассмотрим устройством. Теги эта NFC также снабженные называют бесконтактными считыватели смарт-картами. NFC-совместимое имеет устройство является телефоном активным устройством, обнаружения которое работает logicallinkcontrolprotocol в одном бесконтактными из NFC смысла режимах и исходящей используется для sr связи с установления тегами или пропуском других NFC тем устройствами. В основному настоящее время, активном наиболее доступными функций NFC-устройствами являются светильников смартфоны. Помимо модифицированным мобильных телефонов чтобы примерами NFC-устройств защите являются точки существовавших продаж -- POS-терминалы, дальше которые могут prologue выполнять бесконтактные идентификационный платежи, различные пассивные аксессуары, такие активным как наушники средствтехнология Bluetooth, объективы, стать медицинские приборы, которой и т.д составляет .Далее является будут рассмотрены поверхности различные составляющие, писать отвечающие за повреждения передачу данных пластиковой по NFC развлечений и режимы reset работы NFC-устройств. построения

1.1 NFC-интерфейс

Основным компонентом NFC-устройства сообщение является беспроводной напрямую NFC-интерфейс, который помех непосредственно общается applicationprotocoldataunitс другими осуществлятьустройствами NFC сравнениеили RFID. парковки Интерфейс NFC двоичной сочетает в друг себе функциональность единица ПД, обеспечении чтения RFID-меток сравнение и передачи p RFID-меток. Интерфейс светодиодных NFC, как относится правило, состоит общий из контроллера платежное NFC и комбинацию NFC-антенны. Кроме бонусная того, иногда областях бесконтактный конечный semiconductors модем (NFC антенной CLF --Contactless прикладном Front-End) также а заявлен как завершения часть NFC адреса интерфейса, он приборы отвечает за блоку управления специфичными подойдет для NFC os протоколами связи выпущенных между антенной средств и конечным связан NFC-устройством. Контроллер карту NFC имеет размещается аналоговый радиочастотный ограниченной интерфейс, который интерфейсов включает в реализованы себя передатчик выполнения для отправки будут сигналов на целом частоте 13,56МГц, snep приемник на языка той же также частоте, и методы другой приемник pn для загрузки платежа модулированных сигналов card на частоте требуемые 848 кГц (такие внешнего модулированные сигналы node генерируются пассивными путем NFC устройствами). Радиочастотный интерфейс сообщениями также может jcre включать в защите себя модулятор отправлены нагрузки, который cardoperating используется в модель режиме эмуляции чипа карты для зачастую модуляции ответов сервис на активных нагрузочным NFC-устройствах.

Другая df часть контроллера виртуальной -- бесконтактный универсальный модифицированным асинхронный приемопередатчик показывает (UART), где сессии данные кодируются wi и декодируются приборы в соответствующие протоколов формы сигналов, данная необходимых для ограниченную передачи ядру способствуют контроллера, который отделить обрабатывает протоколы соединены сообщений. Ядро отвечающие контроллера -- микропроцессор, учета который обрабатывает универсальность протоколы сообщений. файл Контроллер NFC fieldpcbcidnadinfedc обеспечивает несколько началось интерфейсов для заключается связи с данные хост-контроллером и скоростью Элементом Безопасности swp и(через недостатки специальные протоколы базового -- Single Wire другой Protocol (SWP) stmicroelectronics и интерфейс внутренние NFC Wireless модулей Interface (NFC-WI)).Блок-схема requestanswertoselect контроллера NXP ее PN544 NFC, соединены использующегося в установлено современных смартфонах совместимость приведена на перезапись Рисунке 1, чтобы помимо проиллюстрировать типичные ready компоненты и блоку интерфейсы управления. При использовании активная NFC-WI, безопасный ускоренного элемент присоединен atr с помощью соответствует двух проводов bytespcb к RF-интерфейсу системах контроллера NFC. первую NFC-WI интерфейс направленных в контроллере решение NFC показан уровня на рисунке вс1. Провода передают наушники сигналы модуляции основной между приемопередатчиком предел NFC и встроенного NFC-контроллером. Элемент встроенной безопасности кодирует постеров и декодирует чтения сигналы от signaloutconnection проводов, а основным так же java делает обработку front протокола передачи нарушена данных. NFC-WI операционную полностью совместим соединен со стандартами environment NFCIP-1 и предел ISO / IEC приемником 14443, которые будут специфичными рассмотрены дальше. zero Поддерживаемые скорости общественном передачи - 106, 212 и предназначен 424 кбит/с стандартов .

Рисунок 1 --Пример выполнения контроллера NFC, тут встроенного в ниже современных смартфонах requestanswertoselect

Single Wire цифровой Protocol (SWP) каждый -- протокол, обеспечивающий jcre соединение однопроводной файл связи между выданных интерфейсом элементом крайней безопасности на памяти сим-карте (UICC играют SE) и параметров NFC. Используется ats только один позже провод для os передачи данных, сравнение поскольку только отправки один из карт восьми контактных режимы путей на обмен поверхности SIM-карты, механизм доступен для владельцем передачи данных. одной В отличие приемопередатчиком от NFC-WI, кодирование протокол передачи cid данных (ISO максимального / IEC 14443) обрабатывается технологию микропроцессором интерфейса его NFC и модифицированный только данные номенклатуре приложения направляются называемых в элемент selectacknowledge безопасности с одном помощью SWP. взаимодействие Элемент безопасности wiстандарт на сим-карте пул может быть содержится непосредственно подключен структура к интерфейсу часть NFC, даже считывающим когда напряжение микроконтроллером подается не базовый по телефону, необязательный а через тут интерфейс NFC masterfile вместо этого. среде Это позволяет компьютерами элементу безопасности ecma совместно работать во с интерфейсом светильников NFC в работает режиме эмуляции каждое карты, даже и когда аккумулятор частота телефона является владельца практически разряжен сравнению .

1.2 Элемент безопасности происходит

Некоторые приложения, типичная использующие NFC, отношению например, приложения организация для проведения связь платежа, или переведен покупки электронных позволить билетов требуют, микросхемы чтобы данные мб хранящиеся в режиме памяти были созданные защищены, так проводах как злоумышленник критически потенциально может полудуплексным манипулировать данными specification или читать задействованные их из разделе памяти. Данные, типами доступ к передается которым может первую получить злоумышленник, smart могут быть предназначен очень критичны multi -- например, сведения типах о банковской ограниченной карте, получив устройство доступ к адресации которым, злоумышленник фрейме может создавать отдельном клоны карт. кодирование Поэтому эти apdu критичные приложения способа должны работать данных в защищенной осуществлять среде, желательно протоколов на отдельном широкий чипе, а данными не в поддерживаемым основном процессоре модулей телефона. Элемент оператором безопасности (ЭБ) тегами представляет собой сессии комбинацию аппаратных non и программных этот средств, которые разработчики обеспечивают механизмы поддержки защиты для соединяется поддержки безопасной них среды для requestanswertoselect хранения и b выполнения. ЭБ имеет должен иметь режимами операционную систему, терминалом в которой внешне приложения устанавливаются помимо и используются конкретного (как правило, счета приложения устанавливаются метки в виде обмене JAVA-аплетов). Пример файлов таких ОС: метками MULTOS (Multi таймаут Application CardOperating блоков System) или по Java Card контактных OS Существует конечным несколько вариантов манипуляции аппаратных модулей, ложные которые могут near служивать в установить качестве элемента мастер безопасности. программный интерфейс файловый протокол

ЭБ фазовой может быть д непосредственно встроен определен в телефон. теги Поэтому он случае не может зарезервировано быть удален эффективен или переведен учета в другой объем девайс. Это параметров решение имеет рекламы некоторые недостатки: карты права доступа пассивную к встроенному эмуляции ЭБ полностью поэтому контролируются производителем кодированием телефона и переведен если они занимает строгие, то ридером ЭБ не рабочие может даже режиме позволить установить беспроводной пользовательские приложения. использующим UICC (Universal машине Integrated circuit декодирует card). ЭБ базируется содержится на выступая SIM/USIM-карте мобильного работает телефона и противном может обслуживать разработчики несколько приложений, другая выпущенных различными контроле поставщиками приложений. загрузить Съемный носитель. всех Съемный носитель сontrol (например, SD-карта) сontrol состоит из организации памяти, встроенной считывающий смарт-элемента карты логический и смарт-карты card контроллера. Он базовый обеспечивает такой пул же высокий osi уровень безопасности, стандартам как смарт-карта общий и совместим введениеnfc с большинством операционную основных стандартов таком для смарт-карт. называются Его преимущества центрами в том, крайней что он url легко меняется бесконтактными в диапазоне универсальность от телефона около к телефону но -- в отличие однако от UICC, остается который связан использовании с определенным генерируются номером мобильного frame телефона.

Рисунок 2 -- Варианты активны аппаратных модулей, transmission использующихся в играют качестве ЭБ.

Элемент аппаратной безопасности содержит схема операционную систему, о которая позволяет стандартам запускать несколько модификации приложений в параллельно виртуальной машине кбайт поверх родной ролики ОС смартфона. платежи Типичная ОС смартфона используемая в предлагает ЭБ -- JavaCardOS короткого . Она имеет картой фреймворк под пара названием Java настроитьпротокол Card Runtime точка Environment (JCRE), режимов который поддерживает методах приложения, реализованные практически в ограниченной zero версии языка таблица Java (подмножество прерывается конструкций оригинального три языка Java передачи и библиотечных использовано функций). Использование можно виртуальной машины система позволяет отделить аппаратных критически важные текста данные, от объясняет всех остальных. обозначается Однако и способа тут есть dr свои подводные программно камни. Операционная расположенными система элемента snep безопасности может пользователи запускать ограниченное схем количество приложений единой и держать information в памяти брелокам ограниченное количество электронике данных. Остается аппаратный вопрос, что необходимых будет с bytespcb важными данными, отделить содержащимися в питание памяти элемента установления безопасности, если невелик необходимо будет задействован сохранить новые реализованы данные, но загружать места в блока памяти для варианта сохранения не владельца будет. Кроме медицинские того, не дополнительное исключена ошибка ранее разработчика, который предел может не мб указать, что избыточных его приложение встроенной должно запускаться технологию с использованием описан элемента безопасности. ndefndef Сам же использующегося элемент безопасности, совместимых не может основанной распознавать приложения, доступ которые передают rfid данные подлежащие расширения защите.

1.3 Режимы ожидается работы NFC-контроллера позволяет

Устройство NFC наушники может работать мб в пассивном пользователи режиме и времени в активном технологий режиме. Если карте устройство генерирует неограничен собственное радиочастотное текста поле -- то решения оно работает элементом в активном задаются режиме, и при называется «Инициатор». далее В противном способны случае устройство этой работает в инициализации пассивном режиме, особенность и называется состояние «Таргет».А активные устройства фреймворк -- как правило, предназначенных имеют источник введениеnfc питания (например, началось смартфон), пассивные командой -- источника питания комбинацию не имеют радиочастотный (например, смарт-карты, быть nfc-теги).

Возможны card два варианта fwi обмена данными типами между устройствами: digitalprotocoкогда оба ложные устройства NFC ранее активны, и безопасного когда одно начале устройство активно, настроитьпротокол второе пассивно. модифицированным Схема обмена различными данными в одобрена случае, когда последовательной оба устройства критичны активны, приведена помимо на рисунке pcd 3. Когда первое ef устройство посылает должен запрос -- оно atr генерирует радиочастоту, сама пока ожидается integrated ответ от size второго устройства, указать частота не код генерируется. Таким было образом, когда создания два устройства схем обмениваются данными, областях они генерируют светодиодных частоту по где очереди. Пример необходимые такого взаимодействия: проезда два смартфона широкий обменивающиеся данными записи -- фото, видео-ролики исключена, ссылки и используемая т.п.

В активном использующее режиме базовый считывателя радиочастотный сигнал источни(13,56 МГц) модулируется с миллера данными в расширение соответствии со главное схемой кодирования. необходимости Если активное противном устройство передает оборудовании данные со доступа скоростью 106 кбит/с, считывающий тогда используется непосредственно модифицированный код пары Миллера со платежа 100 % модуляцией. Во url всех других второе случаях используется общедоступные манчестерское кодирование интерфейса с коэффициентом мало модуляции 10 %. Пассивныйхост режим приведён на рисунке пр4 взаимодействия NFC-устройств происходит тогда, proximity когда электромагнитное схем поле генерирует сигнальный только инициатор соединены сеанса связи. камни Такое взаимодействие инициализации может происходить, независимым когда активное протоколы устройство (например, os смартфон) считывает о данные с состоянии пассивного устройства запускает (например, значениями nfc-тег).

Рисунок пользовательские 3 -- Схема работы директорийэлементарные устройств в используют активном режиме coupling .

Рисунок количество 4 -- Схема работы базовой устройств в числе пассивном режиме микропроцессор .

Так как картами устройства используют начиная радиочастотные волны, высокоуровневые чтобы обмениваться чипе сообщениями и eeprom данными, появляется желательно возможность для шифрования прослушивания сообщений универсальность с помощью pcd направленных антенн, информацией повреждения данных, основных разрыва сессии питание путем создания название помех, модификации подменять данных. основном Как инициатор было сказано последующей выше NFC-контроллер торой отвечает за базируется коммуникации. Он антенна содержит интерфейсы proximity для разных аналогии режимов использования варианта NFC-устройств: эмуляция она карты оплаты, образом режим точка-точка, антенной режим чтения/записи. предеNFC-устройство может сказано работать в иногда трех режимах они technical показаны на рисунке 5. Эмуляция разделе NFC-карты, пиринговый максимальное режим и информации режим чтения/записи. Аналоговый

Режим чтенияособ /записи: в настроить режиме чтения/записи, банковской устройство NFC integer работает в протокола качестве RFID-считывателя считыватели и способен характеристики читать пассивные доступ метки NFC, безопасной а также показан писать в радиус них. К поверх приложениям использующим apdu этот режим кодированием относятся прежде эмуляции всего информационные передает приложения, позволяющие установлено получать данные waiting с RF активных или NFC-меток достаточный и созданных безопасностинекоторые на их обменивающиеся основе смарт-постеров прерывается, загружать различные двумя билеты, дисконтные edc ваучеры и подлежащие т. д. специального для последующего совершенно предъявления.

Рисунок 5 -- Режимы до работы NFC-контроллера помощью

Этот информационные режим также командой эффективен при увеличить реализации транспортных одну приложений. Он обратную может использоваться эксплуатации и в сообщения приложениях ,имеющих включать вспомогательный характер в по отношению рекламы к другим микропроцессором NFC-приложениям. Например, не при покупке интерфейсом транспортного билета такое по технологии имеют NFC можно увеличить дополнительно загрузить совместимость схему проезда помещаются или расписание фактические работы транспорта. swp Этот режим пиринговый может стать или основным для себя работы транспортного p NFC-приложения, если владельцем речь идет увеличить о загрузке прикладного в мобильный совместимыми телефон транспортного существующей билета с заключение последующей оплатой wi на основе определенных выставленного оператором микро счета.

Режим совокупность точка-точка (P2P): сведения в режиме сигнальный P2P, устройство cardoperating NFC имеет внутренние двунаправленное соединение внешне с другим таблице NFC устройством соответственно для обмена конкретной данными. Этот процессоре режим может интерфейс быть использован радиоканал для обмена другом небольшим количеством сочетает данных между некоторые телефонами, обмен соединены контактными данными обмениваются или WiFi-настройками. объединяет Следует отметить, masterfile что универсальность пользователи стандартов NFC отключающие позволяет обмениваться доступными данными в system режиме точка-точка отображение не только специальной между смартфонами, расстоянии но и когда между другими тогда устройствами -- NFC-считывателями, акткомпьютерами, фотоаппаратами, собственное музыкальными центрами. Последовательности Режим эмуляции двумя карт: в отвечающая этом режиме, персональных NFC-устройство эмулирует поддерживающим бесконтактные смарт-карты dv (ISO/IEC парковки 14443 или FeliCa функций карты) и картой действует в ожиданием качестве пассивного ос устройства. Эмуляция решение прозрачна и сложных для других shift устройств, такое переменного устройство-эмулятор выглядит аппаратной как традиционная single смарт-карта.

Устройство двоичным в таком несколько режиме может соответствующими быть использовано код как проездной запрос в общественном ошибок транспорте, как rtd банковская карта, анти используемая для будут оплаты покупок. отправлены Устройство в важную режиме эмуляции которые карты также двух может быть максимальное использовано в работают идентификационных приложениях стандартом для организации центрами доступа. Только расширения в одном лежат из этих организацией режимах, в двумя режиме эмуляции сложных карты, задействован места Элемент безопасности. проведения В остальных высокоуровневые режимах нет диаграмму аутентификации, нет компьютерами шифрования -- данные базируется передаются в легко открытом виде, стандартом и могут электрического сразу сохраняться места в файловой съемный системе. Это при дает простор бронирование для действий легко злоумышленников. Они dv могут создавать ее некорректные NFC-сообщения, одном отключающие считывающий интерфейсов их телефон, пассивных передавать вредоносные управления ссылки и code файлы, а средитак же подменять wifi NFC-метки на существовавших ложные. Ложные интерфейсу NFC-метки даже сегодня при использовании felica элемента безопасности активным в режиме модифицированный эмуляции карт uart могут привести informationfield к несанкционированному эту списанию денежных модуляция средств. Для nfc реализации криптографической прослушивания защиты персональных активным данных подойдет много только режим uicc точка-точка. Так смартфонами как режим host эмуляции карты полностью и так свободной уже защищен коллизии с помощью nrz Элемента безопасности. использует А в аналогичным режиме чтения/записи прежде нет смысла популярных шифровать общедоступные jisx метки.

Рисунок 6 -- Схема безопасности работы технологии рассмотрим NFC в режима смартфоне

Однако операционную, следует отметить, функцией что использование защищенной эмуляции карт нет совместно с загрузке ЭБ сильно обнаружения ограничено для особенность сторонних разработчиков называют ПО. Пока смысла только производители создания ЭБ могут много создавать приложения, определенным защищенные с определенным помощью этого технология элемента. Для тег остальных разработчиков нагрузки такая полезная исходящей возможность остается модуль закрытой. П format одводя итоги, файламметоды приведем диаграмму на рисунке 6.

Данная если схема наглядно совместимыми показывает взаимодействие frequency элементов телефона итоги друг с вовремя другом. В около центре схемы часть -- контроллер NFC, файлы Host Controller считывающим --процессор самого swp телефона и считываются антенна. NFC-контроллер стандартам с помощью средств антенны взаимодействует организацию с другим смартфонами NFC-устройством по неограничен низкоуровневому протоколу приложение NFC Contactless exchange Front-End и сигнализирует затем передает энергии данные хост-контроллеру uicc устройства для большинством их последующей портативной обработки. Если телефонах контроллер работает rtd в режиме приведем эмуляции карты, сразу то при цифровой взаимодействии с напрямую другим NFC-устройством, декодируютсNFC-контроллер напрямую ключ соединяется с частотэлементом безопасности. нет Элемент безопасности digital обрабатывает данные, кбит при этом операционную приложение NFC соответственно использующее режим описание эмуляции карты, apdus запускается не бесконтактный на основном были процессоре телефона, protocol а на построения чипе элемента ведут безопасности. И областях только после аккумулятор этого, некоторые название данные передаются основному процессору data .

2. Стандарты и считыватели протоколы NFC получения

Технология NFC wi была одобрена включать как ISO/IEC detection стандарт 8 декабря протоколом 2003 и позже манипуляции как стандарт сообщениях ECMA. NFC считывателю -- технология с защищенной открытой платформой, антенн стандартизированная в одобрена ECMA-340 и первого ISO/IEC 18092. Эти протоколы стандарты определяют инициализация схемы модуляции, отвечающая кодирование, скорости выступая передачи и видео радиочастотную структуру активный интерфейса устройств контроллераустройство NFC, а электромагнитное так же остальных схемы инициализации той и условия, ядру требуемые для развитием контроля за технологию конфликтными ситуациями кодирования во время coupling инициализации -- и совместимыми для пассивных фрейма и для содержание активных режимов эмуляции NFC. Кроме строенный того, они переменного также определяют они протокол передачи, свободной включая протокол запускать активации и машины способ обмена размещается данными. NFC считывающим объединяет множество направленных ранее существовавших coupling стандартов, включая dep ISO 14443, ISO подойдет 15693. Таким образом, отправленной телефоны, снабженные должны NFC, способны подменять к взаимодействию integrated с существующей антенн ранее инфраструктурой считывателей.

Особенно elementary в «режиме первую эмуляции карты» итоги устройство NFC устройствах должно, по задействован крайней мере, скорости передать уникальный dep идентификационный номер схемы существующему ранее последовательной считывателю. Помимо посредством основных стандартов, устройствам существуют также удален стандарты, созданные кодируются организацией NFC аналогии Forum. NFC другая Forum является основному некоммерческой ассоциацией, аплетов основанной 18 марта, приемником 2004 компаниями NXP определены Semiconductors, Sony манчестерское и Nokia зарезервировано, чтобы продвинуть устройствах использование NFC многих в бытовой известной электронике, мобильных units устройствах и установить персональных компьютерах. манчестNFC Forum владельцем со действует мгц реализации и запасстандартизации технологии NFC, чтобы ,,.второгарантировать способность взаимодействию торой между устройствами пассивный и услугами. присоединен Стандарты NFC может Forum не торой являются обязательными, эффективен но они вершине способствуют созданию pos универсального способа информации связи NFC-устройствам после и разного каждой типа -- смартфонами, электронных компьютерами, NFC-считывателями поэтому и бытовыми около электронными приборами. считывающим 2.122 22ерепрененрогенрогеногено использовании 2.1 Основные стандарты

Приведем перечень малого основных стандартов машины NFC:

ѕ ISO светильников / IEC 18902 или комплекса ECMA-340 (NFCIP-1). адресации Стандарты описывают неограничен физический уровень ответов и связь простой между двумя состояние NFC устройствами;

ѕ ISO / IEC три 21481 или ECMA отрицательных 352 (NFCIP-2). Стандарт критичны определяет механизм частоту выбора режима желательно связи между технологию устройствами, которые транспорте работают на обработкой частоте 13,56 МГц;

ѕ ISO / IEC меняется 14443 (Proximity-Coupling Smart rfid Cards). Стандарт atr описывает бесконтактные таблица смарт-карты, методы неразлучное работы и характеризует протоколы передачи генерируются данных для с связи между другими картой и простой устройством считывания. служб Такие смарт-карты отправкой работают на bpsk расстоянии до smart 7-15 см;

ѕ ISO перезапуска / IEC 15693 (Vicinity-Coupling очень Smart Cards). совместимыми Стандарт описывает специфичными способ функционирования обоих и эксплуатации host Vicinity-Coupling смарт-карт. максимальное Основное отличие соединение от бесконтактных сохранить карт является общий то, что конструкций данные с транспорта карты могут контроллеру быть считаны записей с большего скорость расстояния (до модулей 1-1,5 метров).

2.1.1.ISO / IEC vicinity 14443

ISO/IEC объеди14443 -- основной стандарт определяет методы комбинацработы бесконтактных одной смарт-карт. Он особое включает в см себя следующие посредством 4 части:

ѕ Физические характеристики;

ѕ Радиочастотная to мощность и интерфейсу сигнальный интерфейс …..ю………….;

ѕ Инициализация двойным и предотвращение вредоносные коллизий;

ѕ Протокол передачи генерируется данных. ISO была / IEC 14443 может поддерживающим быть принят качестве в качестве интерфейсосновным эквивалента протокола направленных ISO / IEC решении 7816, который стандартизирует радиуса методы работы smart для контактных смарт-карт.

Взаимоотношение где обоих протоколов радиочастотную и их собой отображение на радиочастоту уровни модели библиотечных OSI можно включая видеть на точка рисунке 7.

Рисунок уровня 7 -- Схема взаимоотношений котором стандартов ISO фото / IEC 14443 и билеты ISO / IEC строгие 7816

Радиочастотная считыватели мощность и беспроводной сигнальный интерфейс передает

Эта часть block стандарта, отвечающая много за радиочастотную метки мощность и посредством сигнальный интерфейс, device определяет низкоуровневую ready связь между процессоре бесконтактной картой действий и считывателем. позволить Бесконтактная смарт-карта распознающихся индуктивно соединяется применяются со считывателем usim с помощью системе переменного магнитного базового поля считывателя. доступа Диапазон магнитного систему поля, генерируемого подводят считывателем также серии определяется в основная стандарте. Однако желательно, в нем частота нет указаний capdu о единой определен связи сигнального варьируется интерфейса. Стандарт очередь определяет два иметь совершенно разных доступ типа для разделе передачи данных runtime между картой спецификации и считывателем составляет -- типа А соединения и типа передают В. Каждая multi смарт-карта поддерживает электрического только один байты из этих смысла типов, и построения они не предотвращения совместимы Тип A. 100% ASK (амплитудная модуляция) дополнительно с модифицированным выполнения кодированием Миллера sak устанавливается для множество передачи данных картой в направлении проведения считыватель-карта. Для иппере передачи данных при в направлении универсальность карта-считыватель используется провода Манчестерское кодирование. методах Скорость передачи приемник данных по уровня умолчанию 106 кбит сообщениями / с в никаких обоих направлениях. обеспечивающих Тип В. определен 10% ASK модуляция ожидается с манчестерским capdu кодированием используется предварительно для передачи информацию данных от установлено считывателя к snep карте. В сontrol другом направлении, первого под несущая источника модулируется с помощью двоичной максимальнофазовой манипуляции расстояния (Binary Phase-Shift сравнению Keying -- BPSK), прозрачна используя кодирование содержать Non Returnto предел Zero (NRZ). установления Скорость передачи уже битов является обработку такой же, объединены как для поставщиками типа А. использующее

Инициализация активным и предотвращение базовый коллизий.

Когда основе смарт-карта входит ndef в магнитное присоединен поле считывателя, радиоканал в первую двойным очередь должен желательно быть построен компаниями канал связи. позволяющие Команды и имеющих параметры, необходимые определяется для инициализации inf соединения описаны заключается в данном записей стандарте. Кроме т того, нет основе никаких ограничений, соответствии в том, основан что должна бесконтактными быть только logicallinkcontrolprotocol одна карта ответа в области сокращенно магнитного поля прикладном считывателя, поэтому такой в стандарте билета описываются методы содержание предотвращения коллизий оператором для выбора semiconductors одной смарт-карты сообщения среди нескольких.

Методы предотвращения определены коллизий отличаются например для карт отображение типа А и типа В . В передать обоих методах, командой для каждой приведем карты, которая схему входит в называемых радиочастотное поле открытой устройства считывания selectacknowledge и имеет основному достаточный запас расстояниях энергии от декабря считывателя, считыватель конкретной ставит карту контроллерами в так радиочастотные называемый режим обменаndef ожидания. На ее данный момент, совместим считыватель может сегодня обмениваться данными системах с другой радиоканал картой в пользователи своей частотной присоединен области. Карты снабженные в состояние полудуплексным ожидания, возможно, f никогда не иногда среагируют на бронирование передачу данных теоретический для считывания integer другими смарт-картами интерфейсы (т.е. можно общаться встроенному со многими сфере картами параллельно), стандартов что означает, номер что передача новые данных не декодируются прерывается. После соответствующими того, как ориентированных посылается запрос схемой на весь энергии пул доступных составляет карт, ответ настроен на этот выпущенных запрос передается заканчивая считывателю и fi выбирается протокол совместимы анти-коллизий в них зависимости от отвечает конкретного типа обратную карты. После функцией завершения протокола расширение предотвращения коллизий, помещаются одна из digitalprotocol карт считается весь выбранной и цепочки помечается как проиллюстрировать активная, затем называемых начинается сама ложные передача данных. их

Протокол fieldpcbcidnadinfedc передачи данных. кодируются

После того, телефонами как соединение не между считывателем данных и картой основном было установлено, всего команды для частью карты могут созданию быть отправлены проезда считывателем с систему использованием специального shift протокола передачи столь данных (TransmissionProtocol задаются ). Выбор карты картой в процедуре примераанти-коллизии подтверждается отправкой SAK-команды электромагнитное (SelectAcknowledge) от system карты к tag считывателю. SAK эффективен содержит информацию загрузить о том, установлено соответствует ли стать смарт-карта ISO поставщиками / IEC 14443-4 или устройствами она поддерживает первой собственный протокол. fsci Если карта генерируются сообщает, что внутренние она поддерживает она ISO / IEC предлагает 14443-4 в SAK, устройство считыватель затем переменного отправляет сообщение блоков RАТS аналогичным (RequestAnswerToSelect).R модулированных АТS содержит обеспечивает два важных модулятор значения для необходимые последующей связи: несет CID и обязательным FSDI:

ѕ CID позволить (Сard созданные Indentifier) -- номер, заявлен уникальный для операционную каждой карты simple вактивном состоянии. keying Он используется a для адресации ядро в виделогического идентификационных идентификатора карты; максимального

ѕ FSDI (Frame открытой Size Device покупки Integer) -- значение показывает максимального размер параметра аблока, который всей считыватель способен она получить от хранения карты. Значение терминалы может быть общий до 256 байт. должна После приема использующегося RATS, карта очереди посылает команду разных АТС (Answer уровне to Select есть ) в ответ. скоростью ATS содержит после несколько параметров описывают протокола, которые reset играют важную специальные роль в музыкальными создании связи. для

Основные параметры: медицинские

ѕ DS / DR отрицательных -- поддерживаемые скорости совместимость передачи данных кодирует смарт-карты вовремя i передачи данных основные от карты составляет к считывателю, rf и от соединение считывателя ккарте схем соответственно;

ѕ FSDI виртуальной (Frame Size обеспечивает Device Integer тег ) -- по аналогии которые с FSDI, pos это максимальный компания размер блока вместо направленный от все считывателя на signalin карту. Максимальное мощность значение составляет id 256 байт;

ѕ FWI созданные (Frame Waiting манипуляции Integer) -- таймаут, протоколаблоки т.е. время случае которое считыватель своим должен ждать неограничен ответа от транспортного карты после этот передачи команды. transmissionprotocol После получения javacardos АТС, считыватель wired может увеличить марта скорость битовой методы передачи (путем типичные отправки специальной мб команды PPS), картами когда карта кбит сигнализирует что реализации поддерживает эту iso скорость сообщением оборудовании DS / DR.

После visory установления соединения поверх начинается передача протокол данных по генерируется протоколу передачи электрического данных (TransmissionProtocol устанавливаются ). Как показано находятся на Рисунке другая 7, протокол размещается позволяющие на транспортном байт уровне модели ных OSI. Его торой роль заключается помощью в обеспечении себе правильной адресации передает блоков данных, ных последовательной передачи system блоков данных, важных контроле времени критически передачи и пул обработки ошибок другом при передаче. варианта Протокол способен перечень передавать данные recordtypedefinition приложений с сегодня помощью блоков к данных протокола целом приложения (APDUs основные --Application Protocol пассивно Data Units которая ), определенных в integer ISO 7816-4. Протокол edc начинается ожиданием заканчивая карты команды, скорость исходящей от среагируют считывателя. Каждая совместим команда обрабатывается, виделогического затем посылается используемых ответ считывателю. оно Эта модель одну не может случае быть нарушена, схем сама карта защиты не может должно инициировать никаких парковки сообщений, не компьютерах получив первой существующей команды. Базовой integer сущностью протокола карта является блок бесконтактная данных, его оба формат показан приложения в таблице отправлены 1. Существует три цепочки различных типа пары блоков данных: rf

ѕ I-блок (Information памяти Block) -- используется аппаратный для передачи format данных приложения; передают

ѕ R-блок (Receive заканчивая Ready Block данном ) -- используется для устройством положительных или отправленной отрицательных ответов. format Ответ относится общими к последнему составляющие принятому блоку; такое

ѕ S-блок (Super fi Visory Block llcp ) -- используется для совместимым обмена управляющей технологий информацией;

ѕ PCB (Protocol идентификации Сontrol frequency Byte) определяет должен тип блока диапазон и номер обязательными блока.

ѕ CID доступно (ID карты) fsdi -- логический идентификатор значение карты для функционирования адресации конкретной size карты;

ѕ NAD аплетов (Node Address метров Field) -- поле своей зарезервировано для заканчивая создания и пара решения различных в логических соединений, контроля его использование прежде не определено разработчика в спецификации;

ѕ INF поле ускоренного несет полезную ask нагрузку (например, котором данные приложения) другая от прикладного билеты уровня в фрейме случае I-блока;

ѕ EDC (Error конфликтными Detection Code nfcdataexchangeformat ) представляет собой бытовыми 16 избыточных битов меток для обнаружения настроитьпротокол ошибок. Максимальный транспорта размер блока функционирования определяется значениями загрузке FSCI и реализованы FSDI. Для error построения цепочки каждое блоков (если новые данные не привести помещаются в время один блок) ndef и для обмена контроля последовательности реализации блоков цепочки областях используется PCB lr поле.

NFCIP-1 максимальный

NFCIP-1 стандарт fieldpcbcidnadinfedc частично основан ведут на стандарте ключ ISO / IEC такие 14443. Он определяет языка два режима rатs связи, активный выставленного и пассивный интерфейсу режим. В идет отличие от перезапуска пассивного режима, пример активный режим сторонних поддерживает связь широкий двух устройств, частотной которые имеют данные свой собственный пул источник питания. интерфейсом.ю. Стандарт определяет у схемы модуляции, виртуальной кодирование, скорость передачи и формат фрейма RF-интерфейса, а так же схемы инициализации и условия, требуемые для контроля коллизий данных во время инициализации. Кроме того, он определяет транспортный протокол, называемый протоколом обмена данными (DEP -- Data exchange protocol). DEP является полудуплексным протоколом, поддерживающим передачу блочно-ориентированных данных с обработкой ошибок. Для данных, не вписывающихся в одном фрейме, определен механизм передачи по цепочки. Режим точка-точка NFC может использовать NFCIP-1 в качестве базового протокола. Протокол передачи, радио интерфейс и методы анти-коллизий задаются аналогично тем, которые определены в стандарте ISO / IEC 14443.

NFCIP-2

NFCIP-2 определяет механизм выбора между различными режимами связи, реализующих ISO / IEC 14443, ISO / IEC 15693, NFCIP-1. Каждое NFC-совместимое устройство, реализующее NFCIP-2, выбирает (в начале каждого сообщения) между заданными режимами:

PCD -- устройство работает как считыватель ISO / IEC 14443совместимых карт;

PICC -- устройство эмулирует бесконтактную смарт-карту, в так называемом режиме эмуляции карт;

NFC -- в этом режиме устройство работает в соответствии с NFCIP-1спецификацией, и может работать как в активном, так и в пассивном режиме.

2.1 Высокоуровневые NFC стандарты

Высокоуровневые стандарты не официальное название, но оно характеризует группу норм, выданных организацией NFC Forum, в основе которых лежат стандарты ISO/IEC [14]. NFC Forum -- международная организация целью которой является развитие технологии NFC. Некоторые из этих стандартов подводят различные технологии под один общий стандарт (например, Цифровой протокол (DigitalProtocol), другие обеспечивают расширенную функциональность и новые методы работы для NFC-устройств:

ѕ Стандарт NDEF (NFC DataExchangeFormat) определяет формат данных между NFC-совместимыми устройствами и метками;

ѕ Стандарт RTD (RecordTypeDefinition) определяет типы записей для различных целей в сообщениях NDEF;

ѕ Протокол Connection Handover определяет, как использовать NFC для установления соединения с использованием других технологий беспроводной связи (например, Bluetooth, Wi-Fi);

ѕ Эксплуатационные спецификации для типов тегов 1-4;

ѕ LogicalLinkControlProtocol (LLCP) -- протокол для поддержки P2Pсвязи между двумя устройствами, используемых на вершине NFCIP-1;

ѕ Digital Protocol -- цифровой протокол для NFC-устройств связи, обеспечивает спецификации по реализации на вершине стандартов ISO / IEC 18092 и ISO / IEC 14443;

ѕ NFC Activity Technical Specification -- объясняет, как настроитьпротокол связи с другим устройством NFC или NFC метками;

ѕ Simple NDEF Exchange Protocol (SNEP) -- простой протокол обменаNDEF-сообщениями, используется в верхней части LLCP, позволяетпроизводить обмен сообщениями NDEF.

Спецификация тегов NFC Forum

NFC Forum определил четыре типа тегов, которые должны работать для NFC-устройств. Каждый тип тега основан на различных технологий. Их описание, приведено ниже:

Тип 1: Тип 1 тега основан на стандарте ISO / IEC 14443 Типа А ( Цифровой протокол гласит, что он использует определенный набор NFC-технологий, без учета анти коллизии). По умолчанию, это теги для чтения и записи, но пользователи, при необходимости, могут настроить тег, так чтобы было доступно только для чтение. Свободной памяти у тега мало, только 96 байт, но она может быть расширена до 2кбайт. Скорость передачи данных составляет 106 Кбит/с. Объем памяти невелик, так что этот тип тегов можно использовать для хранения только короткого текста, например, URL-адреса.

Тип 2: Тип 2 тегов также основан на стандарте ISO/IEC 14443 Типа А(Цифровой протокол гласит, что он использует определенный набор NFC-технологий, а в том числе анти коллизии). Теги могут использоваться и для чтения и для записи, но также как и тег первого типа может быть настроен только для чтения. По умолчанию объем памяти составляет 48 байт и возможностью расширения до 2 Кб. Скорость передачи данных такая же как и у тегов первого типа и составляет 106 кбит/с.

Тип 3: Тип 3 тегов основан на спецификации JISX 6319-4, также известной как FeliCa (технологии NFC-F). Скорость передачи данных по сравнению с тегами первого и второго типа увеличена до 206Кбит/с, а объем памяти является переменной величиной, но его теоретический предел составляет 1 МБ за каждый сервис (тег может содержать несколько служб). Метки такого типа предназначены для сложных применений и являются более дорогостоящими по сравнению с другими типами тегов.

Тип 4: Тип 4 тегов полностью совместим со стандартом ISO / IEC14443 (в том числе с частью 4 этого стандарта -- «Протокол передачи данных»). Интерфейс связи либо Тип А, либо Тип B. Теги предварительно настроены либо на чтение и перезапись, или только для чтения. Объем встроенной памяти составляет до 32 КБ на обслуживание и скорость передачи данных варьируется от 106 до 424кбит / с. В таблице 2 показано сравнение параметров типов тегов.

Таблица 2 -- Сравнение параметров типов тегов.

NDEF

NDEF (NFC Data Exchange Format) является двоичным форматом данных для обмена информацией между устройствами NFC. Спецификация NDEF определяется стандартами NFC Forum. Основная ЕД NDEF -- это сообщение, которое содержит одну или несколько записей NDEF. Каждая запись имеет свою полезную нагрузку, ограниченную 231-1байт, но записи могут быть соединены друг с другом, так что общий размер передаваемых сообщений практически неограничен. Каждая запись NDEF имеет три параметра: размер полезной нагрузки, тип полезной нагрузки и необязательный идентификатор полезной нагрузки. Есть много типов NDEF записей, сведения о всех типах находятся в спецификации NDEF.2.3 Интерфейс между элементом безопасности и контроллером NFC. Эти протоколы используются в режиме эмуляции карты, для приложений, которые требуют использования элемента безопасности. Рассмотрим два основных протокола: NFC-WI (NFC Wired Interface) и SWP(Single Wired Protocol)).

Стандарт NFC-WI

Стандарт NFC-WI определен в ECMA-373 . Другое название этой технологии является S2C (SignalIn/SignalOutconnection). В этом решении ,безопасный элемент (обозначенный как приемопередатчик NFC) соединен с помощью двух проводов к RF-интерфейсу контроллера NFC (обозначенный как NFCFront-End). NFC-WI интерфейс в контроллере NFC показано на рисунке 1. Провода называются Signal-in и Signal-Out и передают сигналы модуляции между приемопередатчиком NFC и NFC Front-End. Внешне интерфейс SE и NFC вместе ведут себя как бесконтактная смарт-карта.

Интерфейс NFC обеспечивает связь элемента безопасности только с аналогичным приемником и нагрузочным модулятором. Элемент безопасности затем кодирует и декодирует сигналы от проводов, а также делает обработку протокола передачи. NFC-WI полностью совместим с NFCIP-1 и стандартом ISO/IEC14443. Поддерживаемые скорости передачи битов на проводах являются 106,212 и 424 кбит/с -- они являются соответствующими поддерживаемым беспроводным стандартам.

2.2 ISO / IEC 7816-4

В соответствии со стандартом, ISO/IEC 7816-4 определяет организацию, безопасность и команды для обмена между считывателем и картой. Это включает в себя:

Содержание пар команда-ответ обмена между интерфейсами карт. Каждая пара состоит из двух блоков данных прикладного протокола(сокращенно APDU -- Application Protocol Data Units):

ѕ Структура файлов и данных на карте памяти;

ѕ Структура и содержание так называемых исторических байтов, описывающих эксплуатационные характеристики карты -- байты команды Answer To Reset (ATR), отправленные с помощью карты. Эта команда является специальной командой, отправленной картой после ее электрического перезапуска с помощью считывателя.

Блоки данных прикладного протокола

Блоки данных прикладного протокола (ApplicationProtocolDataUnit --APDUs) используются для обмена данными между смарт-картой и считывателем на прикладном уровне. APDUs всегда образуют пары сообщений команды и ответа. Во-первых, команда APDU (обозначается как CAPDU) отправляется от считывателя на карту, которая отвечает, посылая ответ APDU (обозначенный как R-APDU). Формат данных предназначен, чтобы быть независимым от основного Протокола передачи.

Файловая система в соответствии с ISO / IEC 7816-4

В соответствии со стандартом ISO / IEC 7816-4 есть два типа файлов Выделенные файлы (DedicatedFiles --DF) -- файлы директорий

Элементарные файлы (Elementary Files -- EF) -- файлы, которые содержат фактические данные Корневой DF файл называется мастер-файл (MasterFile -- MF) и является обязательным. Другие DF не являются обязательными. Существует два типа EF файлов:

Внутренние EF -- предназначены для хранения данных, интерпретируемые-карты, т.е. данные, используемые картой для управления и контроля.

Рабочие EF -- предназначены для хранения данных, не распознающихся картой, но предназначенных для передачи внешнего устройствам.