Stačí přiložit: NFC a jeho využití v praxi

Technologie NFC (Near Field Communication) slouží k bezdrátové komunikaci mezi elektronickými zařízeními na krátkou vzdálenost – většinou několik milimetrů až centimetrů. NFC není nic nového, prvopočátky sahají až do roku 2004, kdy společnosti Nokia, Sony a Philips založily neziskovou organizaci NFC Forum. V roce 2006 vznikly počáteční specifikace pro NFC tagy a přišel první telefon s podporou NFC – Nokia 6131.

 
Z NFC se stává masová záležitost.

Technologie se pak dále vyvíjela a rozšiřovala: v roce 2009 byly NFC fórem vytvořeny standardy pro přenos kontaktů, URL nebo iniciaci Bluetooth a v roce 2011 se NFC dostala do platebních karet MasterCard. Možnosti NFC jsou nepřeberné, od mikrotransakcí přes rychlé spárování Bluetooth či konfiguraci Wi-Fi a snadný přenos kontaktů až po přepínání profilů v telefonu nebo načtení menu v restauraci. Vše závisí jen na kapacitě a konfiguracích NFC tagů a mobilních aplikacích, které mohou informace získané z NFC tagu využít k prakticky čemukoliv.

RFID versus NFC

Princip NFC je podobný dříve nasazené technologii RFID, která se dnes používá především pro identifikaci osob, označování zboží a ochranu proti jeho krádeži. RFID tag je tvořen velkou cívkou, kondenzátorem a obvodem, ve kterém je zaznamenáno unikátní číslo (tzv. EPC). Při přiložení ke čtečce, která vysílá pulzy, se indukovaným napětím na cívce kondenzátor nabije a poslouží pak k napájení RFID obvodu pro odeslání čísla EPC. RFID čipy mohou být i programovatelné, ty se ale v praxi kvůli vyšší ceně prakticky nevyužívají. Hlavním omezením RFID je ovšem pouze jednocestná komunikace. NFC již umožňuje komunikaci oboucestnou mezi koncovými zařízeními. Jelikož mohou být nenapájené NFC tagy čteny aktivními NFC zařízeními, jsou schopné starší RFID systémy plně nahradit. Díky podpoře standardu ISO/IEC 14443 je NFC s RFID zpětně kompatibilní.

Už jste na zboží (v ceně už od několika stokorun) našli podobnou nálepku? Jde o (většinout RFID) ochranu proti odcizení, kterou buď obsluha pokladny deaktivuje, nebo mezi snímacími oblouky u východu spustí alarm.

Zajímavé je porovnání s rozhraním Bluetooth, které podporuje jen aktivní režim. Zatímco Bluetooth 4.0 potřebuje k navázání spojení méně než jednu sekundu (verze 2.1 dokonce šest sekund), NFC stačí méně než 100 ms. Nízkopříkonové Bluetooth 4.0 má dosah až 100 m (v2.1 má 10 m), zatímco NFC jen do 20 cm. A rychlost BT 4.0 je 200 kb/s (v2.1 až 2,1 Mb/s), u NFC 424 kb/s. U NFC není díky krátkému dosahu nutná identifikace zařízení, což přináší automatické extrémně rychlé připojení, navíc nehrozí možnost zachytávání provozu.

Tři možné režimy přenosu

Přenos u technologie NFC může probíhat ve třech základních režimech – reader/writer, peer-to-peer a card emulation. Pro čtení a zápis NFC tagů se používá režim reader/writer, ve kterém není vyžadována vzhledem k povaze komunikace vysoká bezpečnost. V případě bankovních karet tomu ale tak samozřejmě není, tam jsou data šifrována. Celý proces komunikace spočívá pouze v zápisu nebo čtení dat z/do pasivního čipu, tzv. NFC tagu. NFC tag je v obou případech napájen elektromagnetickým polem iniciátora a maximální přenosová rychlost v režimu pro zápis je 106 kb/s. K řízení tagů NFC zařízeními jsou instrukce a příkazy realizovány pomocí datového formátu NDEF a parametrů RTD k definici obsahu NDEF záznamů. Použití datového formátu NDEF však není pro aplikace vyžadováno.

Režim peer-to-peer se používá mezi dvěma aktivním NFC zařízeními pro vzájemnou výměnu dat, kontaktů či textových zpráv – zkrátka pro obousměrnou komunikaci. Maximální přenosové rychlosti u tohoto režimu dosahují 424 kb/s a komunikace probíhá v half-duplexním módu. Obě strany tedy mohou přijímat i vysílat, avšak nikoli současně, v každý jednotlivý okamžik probíhá komunikace pouze jedním směrem.

Posledním režimem je card emulation, který umožňuje to, aby se aktivní NFC zařízení chovalo jako pasivní čip (NFC tag). Jakmile dojde ke kontaktu NFC čtečky a tohoto zařízení v režimu card emulation, iniciuje komunikaci NFC čtečka. Příkladem je chování telefonu jako SMS jízdenky, vstupenky nebo libovolné formy autentizačního faktoru ve formě pasivního čipu.

Různé typy NFC tagů

Velké uplatnění NFC technologie skýtají nejen přenosy mezi aktivními NFC zařízeními, ale především mezi aktivním NFC zařízením (čtečkou) a pasivním zařízením neboli NFC tagem. NFC tagy v sobě obsahují data, která lze nejen přečíst, ale také (pokud nejsou zamčená) přepsat, čímž lze NFC tag libovolně naprogramovat. Výrobci mohou NFC tagy libovolně šifrovat (typicky bezkontaktní platební karta) nebo jen chránit proti zápisu (např. informační NFC tag o firmě). Zašifrovat si do NFC tagu data jako PIN kódy, hesla nebo důvěrné informace můžete i vy. Jestli je to možné, záleží jen na typu použitého čipu v NFC tagu, od něhož se také odvíjí i jiné vlastnosti, jako je rychlost přenosu, dosah nebo velikost paměti. Výrobců NFC tagů je celá řada, samotné čipy však vyrábí jen hrstka společností, mezi které patří především nizozemská NXP s čipy Mifare a NTAG. Mezi další výrobce pak patří Sony se standardem FeliCa, který však již do normy ISO/IEC 14443 přijat nebyl. Jde o technologii používanou především v Japonsku, nás to tedy nijak trápit nemusí.

NFC Forum definovalo čtyři formáty tagů určených přímo pro NFC. Tři z nich jsou postaveny na normě ISO/IEC 14443, jeden pak na FeliCa. Všechny tagy lze uzamknout, což oceníte v případě, kdy má být tag umístěn na veřejně přístupné místo. Každý typ tagu poskytuje různé přenosové rychlosti a velikosti paměti, možnosti konfigurace, zabezpečení, různou ochranu čipu proti zápisům a tagy jsou k dispozici také za různou cenu. Typ 1 je postaven na normě ISO/IEC 14443 A a lze používat jak v režimu čtení/zápis, tak jej uzamknout jen pro čtení. Jeho kapacita se pohybuje od 96 B do 2 048 kB a přenosová rychlost je 106 kb/s. Jeho nespornou výhodou je velmi nízká cena. Typ 2 je prakticky stejný jako Typ 1, spodní hranice kapacity je u něj ale snížena na 48 B.

NFC tagy jsou k dostání v rozličných podobách – od plastových kartiček, náramků a klíčenek až po samolepky různých tvarů a velikostí. Malé velikosti se mohou jevit jako praktičtější, ve skutečnosti se ale s velkými tagy díky lepší citlivosti pracuje lépe (na fotce tagy od www.NFCmall.com)

Když je zapotřebí kapacita

Typ 3 už pracuje v normě FeliCa, má variabilní kapacitu s teoretickým limitem až 1 MB a rychlost 212 nebo 424 kb/s. Od prvních dvou typů se liší také v tom, že se možnost čtení/zápisu nebo jen čtení stanovuje již při výrobě. Cena takového tagu už je ovšem vyšší. Poslední Typ 4 je kompatibilní se standardem ISO/IEC 14443 A i B a stejně jako u Typu 3 se je možnost čtení/zápisu nebo pouze čtení nastavuje již při výrobě. Kapacity jsou již oproti prvním dvěma typům větší, pohybují se v kilobajtech. Maximální velikost je pak stanovena na 32 kB a rychlost komunikace je 106 nebo 424 kb/s. Záleží tedy na konkrétním použití NFC tagu, pro které si vyberete nejvhodnější typ. Jedním typem tagu nelze pokrýt všechny možné situace.

NFC je zajímavá technologie, kterou čeká slibná budoucnost. Svědčí o tom to, jak rychle se rozšířily bezkontaktní platby. NFC tagy jdou bez problému sehnat za pár korun, v praxi se výborně osvědčují tagy s čipem NTAG203. Jsou velmi levné, mají dostatečnou kapacitu pro domácí i marketingové účely, zaručenou kompatibilitu s telefony a vynikající výkon. NFC tagy včetně služeb s nimi souvisejícími u nás poskytují například společnosti Inmedity a CALL. Problémem už jen zůstává vcelku malý počet telefonů s NFC. I to by se však mělo do budoucna rychle změnit.

Z čeho se skládá NFC tag

NFC tagy, nebo chcete-li štítky, jsou tzv. pasivní čipy, což znamená, že neobsahují přímé napájení (baterii). Bez energie by samozřejmě nepracovaly, napájeny jsou nepřímo samotnou NFC čtečkou prostřednictvím elektromagnetické indukce. Jelikož vyžadují jen velmi málo energie (desítky mikrowattů), vystačí si jen s tímto napájením. Každý NFC tag se skládá ze dvou částí – maličkého čipu a vcelku rozměrné antény, přes kterou probíhá přenos energie i dat, komunikační frekvencí je 13,56 MHz. NFC tag tedy musí být už z principu dostatečně velký na to, aby byla komunikace možná. Tenký může být jen desetiny milimetru, i ty nejmenší tagy ale mají průměr aspoň 15 mm. Čip pak obsahuje kromě paměti, kde jsou uložena data i řídicí jednotku a kondenzátor, který akumuluje energii naindukovanou na anténě.

Tvary a podoby NFC tagů mohou být velmi rozličné – od hranatých či kulatých samolepek, přívěsků, klíčenek a karet až po fólie, náramky, nebo dokonce propisky. Je zde kromě minimální velikosti, od které se odvíjí i citlivost příjmu, také omezení v tom, že nemůže být NFC tag umístěn na kov, ten by jeho dosah tlumil. Existují ale i speciální odstíněné NFC samolepky, které na kov umístit můžete.

 
Samotný čip NFC tagu je velmi malý (viz černý čtvereček), většina plochy připadá na anténu

Datový formát NDEF

Aby si mezi sebou NFC zařízení napříč platformami rozuměla, byl organizaci NFC Forum vytvořen datový formát NDEF (NFC Data Exchange Format). Jde o definici obecného formátu tagu, spadá pod ni ovšem několik konkrétních šablon pro data. Patří zde text a webová adresa (URI) nebo formát Smart Poster, který má využití především v marketingu. Návrh NDEF počítá i se zapouzdření libovolných objemnějších dat, jako jsou dokumenty, šifrovaná data, XML data nebo obrazová data jako GIF, JPEG.

Pokud v datovém formátu (v některé z jeho šablon) zapíšete informaci do NFC tagu, je zaručeno, že bude správně interpretována i na jiném telefonu s jiným operačním systémem. Existují však i speciální tagy, jako má například Sony u Xperia SmartTags, které v sobě mají unikátní ID a formát NDEF zde nehraje žádnou roli. Obecně platí, že tagy určené přímo pro NFC již dostanete přeformátované do NDEF formátu, zatímco ty zaměřené spíše obecně na technologii RFID (např. Mifare Classic) si musíte naformátovat sami. Hlavním důvodem takového řešení je úspora drahocenného místa v čipu.

Sony vydalo levné klíčenky Xperia Smart Tag, které ve spolupráci s widgetem pro Android poslouží jako spouštěče předem definovaných profilů

Vzdálená správa NFC tagů

NFC tagy mohou obsahovat informace, se kterými počítá aplikace v mobilním telefonu a na jejich základě pak spustí určitou akci či makro. Mezi takové aplikace patří například NFC Actions nebo NFC Task Launcher v obchodu Play. Typickým využitím takového makra je NFC tag umístěný v automobilu. Při příchodu k němu přiložíte telefon, ve kterém se automaticky zapne Bluetooth, spáruje se s rádiem, zapne se GPS, spustí se navigace a vypne se Wi-Fi.

Zajímavé je také použití NFC tagů pro marketingové účely. Na tagu bude umístěna webová adresa například s jídelním lístkem nebo s užitečnými informacemi. Aby se nemusely štítky v případě změny adresy neustále přepisovat (navíc mohou být proti přepsání uzamčeny), lze využít přesměrovávač, například portál www.NFClink.net. Ten umožňuje de facto vzdálenou správu obsahu NFC tagů – přesměrování je možné změnit, aniž by byl potřebný fyzický přístup ke štítku samotnému.