In den letzten Jahren wurde die Nahfeldkommunikationstechnologie (NFC) verfeinert und vereinfacht. Dies führte zu einer steigenden Anzahl von Geräten und Mobilgeräten (Smartphones, Tablet-PCs, PDAs, PCs, iPods/iPads, Smartcards, Digitalkameras, Kiosksysteme usw.), die NFC-Funktionalität bieten und sowohl herkömmliche passive RFID-Tags als auch RFID-Tags mit Batterieunterstützung (BAP) lesen können, die eine größere Reichweite ermöglichen. Laut dem CEO von Gamma Solutions könnte 2012 das Jahr des Durchbruchs für die NFC-Technologie werden, da die Diversifizierung dieser Dienste auch in Spanien deutlich zunehmen wird. Social-Media-Manager wissen, dass ihre Zukunft in der Mobilität liegt. Laut einer Marktstudie von ABI Research (http://www.abiresearch.com) sollten 2011 30 % aller Mobiltelefone NFC-fähig sein, und es wurde geschätzt, dass etwa 450 Millionen NFC-fähige Mobiltelefone im Einsatz sein würden.
Laut dem Marktforschungsunternehmen Frost & Sullivan, das auf dem NFC Forum 2010 sprach, wird ein Drittel aller Mobiltelefone mit NFC ausgestattet sein. Unternehmen wie Amazon und Google (mit „Google Wallet“, ihrem mobilen Bezahlsystem per NFC) haben NFC bereits eingeführt. Die NFC-Technologie, die für Ubiquitous Computing immer wichtiger wird, ist eine Erweiterung des ISO-14443-Standards für kontaktlose Karten (RFID). Sie vereint die Schnittstelle einer Smartcard und eines Lesegeräts in einem einzigen Gerät und bietet unzählige praktische Anwendungsmöglichkeiten. Eine Datenschutzumfrage von Nokia Siemens Networks zwischen August und September 2009 ergab, dass die beiden größten Sorgen von Mobiltelefon- und Internetnutzern Identitätsdiebstahl und unbefugter Zugriff auf Bankkonten sind. Zu den Herstellern, die NFC-Funktionalität in ihre Mobiltelefone integrieren oder bereits integriert haben, gehören unter anderem: Google Nexus S, Samsung mit Android 4.0, Nokia (C7 / Galaxy SII mit Android 4.0 / S5230NFC / 6212Classic / 6131NFC), Motorola (L7-SLVR, MC75AHF), Casio IT-800RGC-35, RIM (Research In Motion) Bold 9900 und 9930 (Hersteller der BlackBerry-Telefone), Apples kommendes iPhone 5 usw. Betriebssysteme, die NFC-Funktionalität integrieren oder integrieren werden, sind beispielsweise Android, Microsoft Windows Phone 7, Symbian, BlackBerry RIM 7.0, Windows Mobile 6 Professional, Apple iOS usw.
NFC-Schnittstellenmodi. Kommunikationskonfigurationen.
Die NFC-Schnittstelle kann in verschiedenen Modi betrieben werden. Die Modi unterscheiden sich darin, ob das Gerät ein eigenes HF-Feld erzeugt oder Energie aus dem HF-Feld eines anderen Geräts bezieht. Basierend darauf lassen sich NFC-Geräte in zwei Typen einteilen: (1) Aktives Gerät. Erzeugt das Gerät ein eigenes elektromagnetisches Feld, spricht man von einem aktiven Gerät. Aktive Geräte verfügen typischerweise über eine eigene Stromversorgung. (2) Passives Gerät. Erzeugt das Gerät kein eigenes elektromagnetisches Feld, spricht man von einem passiven Gerät. Passive Geräte benötigen in der Regel keine eigene Stromversorgung (z. B. eine Smartcard ohne galvanische Verbindung).
Im aktiven Modus werden Daten mittels ASK-Modulation übertragen, d. h. das Basis-HF-Signal (13,56 MHz) wird mit den Daten moduliert. Bei einer Modulationsrate von 106 kbaud wird die modifizierte Miller-Codierung mit einer Modulationsrate von 100 % verwendet; bei höheren Modulationsraten kommt die Manchester-Codierung mit einer Modulationsrate von 10 % zum Einsatz.
Bei der Kommunikation zwischen zwei Geräten A und B sind drei verschiedene Konfigurationen möglich:
(1) Aktiv-aktiv: Sendet ein Gerät Daten, erzeugt es ein HF-Feld. Wartet es auf Daten, erzeugt es kein HF-Feld. Das HF-Feld wird also abwechselnd von den kommunizierenden Geräten A und B erzeugt.
(2) Aktiv-passiv: Das HF-Feld wird nur von Gerät A erzeugt.
(3) Passiv-aktiv: Das HF-Feld wird nur von Gerät B erzeugt.
NFC-Geräterollen und -anwendungen:
Ein NFC-Gerät kann in der Kommunikation zwei Rollen einnehmen. NFC basiert auf einem Nachrichten-Antwort-Mechanismus: Gerät A sendet eine Nachricht an Gerät B, und Gerät B antwortet. Gerät B kann keine Daten an A senden, ohne zuvor eine Nachricht von A erhalten zu haben. Gerät A, das den Datenaustausch initiiert, wird als Initiator bezeichnet, Gerät B als Zielgerät.
Die möglichen Kombinationen von aktiven/passiven Modi mit Initiator-/Zielrollen sind: (1) Aktiv-Initiator. Möglich. (2) Aktiv-Ziel. Möglich. (3) Passiv-Initiator. Nicht möglich. (4) Passiv-Ziel. Möglich.
Die NFC-Technologie wird in immer mehr Sektoren und Anwendungsbereichen eingesetzt, wie zum Beispiel: mobile Mikrozahlungen (bei denen mit einem Mobiltelefon Zahlungstransaktionen durchgeführt werden, bei denen Geld oder Guthaben von einem „Zahler“ über einen Vermittler wie ein „Finanzinstitut“, ein „privates Unternehmen“ oder direkt ohne Vermittler an einen „Empfänger“ übertragen werden), E-Wallets, mobiles Ticketing, intelligente Poster, WLAN-/Bluetooth-Kopplung (um diese Art von Breitbandverbindung einfach herzustellen), Check-in, mobile Identifizierung, Serviceinitiierung, Tourismusanwendungen, mobiles Wählen, mobiles Marketing, mobile Coupons, Kulturanwendungen (Zugang zu Veranstaltungen), kommerzielle Anwendungen, Peer-to-Peer (P2P) Informationsaustausch, Bildung, Industrie, Freizeitaktivitäten, Automobilanwendungen (Zugangsschlüssel und Fahrzeugzündung), allgemeine Informationszugriffsdienste, Gesundheitswesen, Zugangsschlüssel zu Rechenzentren/Heimen und mobiles Ticketing (im öffentlichen Nahverkehr als Erweiterung der bestehenden kontaktlosen Infrastruktur wie z. B. eines Mobiltelefons). Intelligente Plakate (ein Mobiltelefon wird verwendet, um RFID-Tags auf Werbetafeln im öffentlichen Raum zu lesen), mobile Zahlungen (das Gerät fungiert als Kredit-/Debitkarte), Bluetooth-Kopplung (der Prozess der Aktivierung von Bluetooth auf beiden Seiten, der Suche, des Wartens, der Kopplung und der Autorisierung wird durch einfaches Aneinanderhalten der Mobiltelefone ersetzt), elektronische Tickets (Flugtickets, Konzert-/Veranstaltungstickets, elektronisches Geld, Reisekarten, Ausweisdokumente, mobiler Handel), elektronische Schlüssel (ersetzen physische Schlüssel für Fahrzeuge, Haus/Büro, Hotelzimmer usw.), NFC kann verwendet werden, um andere drahtlose Netzwerkverbindungen wie WLAN, Bluetooth usw. einzurichten und zu initiieren.
Unter anderem lassen sich folgende Nutzungsmodi unterscheiden:
Kartenemulation. Das NFC-Gerät verhält sich wie eine herkömmliche drahtlose Karte.
Lesemodus. Das NFC-Gerät ist aktiv und liest einen passiven RFID-Tag, beispielsweise für interaktive Werbung.
P2P-Modus. Zwei NFC-Geräte kommunizieren miteinander und tauschen Informationen aus.
NFC-Charakterisierung.
Die NFC-Standards wurden im März 2004 von Sony, Philips und Nokia als Verbindungstechnologie eingeführt. Das NFC Forum wurde als Interoperabilitätsgremium gegründet. NFC ist eine bidirektionale Nahfeldkopplungstechnologie (ISO 18092), die auf dem RFID-Standard ISO 14443 basiert. Sie unterstützt den in Europa und den USA verwendeten MIFARE-Standard sowie den in Asien und Japan verwendeten FeliCa-Standard. NFC arbeitet im weltweit verfügbaren, lizenzfreien ISM-Frequenzband bei 13,56 MHz und unterstützt Datenmodulationsraten von 106, 216 und 424 kbaud (Schmalband). Die typische Kommunikationsdistanz liegt zwischen 2 und 4 Zentimetern, kann aber bis zu 20 cm oder mehr betragen. Ein Mobiltelefon mit NFC-Funktionalität enthält spezielle Hardware-Schaltungen, Firmware und spezifische Software. Abhörangriffe können aus einer Entfernung von 10 Metern oder mehr durchgeführt werden, abhängig von der dem Angreifer/Gegner zur Verfügung stehenden Antenne und dem Verstärker.
NFC-Betriebsmodi
Es gibt drei Betriebsmodi für Geräte mit NFC-Funktionalität:
(1) Lese-/Schreibmodus (PCD). In diesem Modus fungiert ein NFC-fähiges Gerät (z. B. ein Mobiltelefon) als PCD (Proximity Coupling Device) und kann Daten lesen und schreiben, die auf NFC-kompatiblen passiven Transpondern (z. B. Smartcards, externen RF/NFC-Tags) gespeichert sind. Dieser Modus entspricht dem ISO-14443-Standard. Ein Beispiel hierfür ist die Interaktion zwischen einem NFC-fähigen Mobiltelefon und einem RFID-Objekt ohne Batterie. Aktuell eingesetzte Dienste nutzen hauptsächlich den PCD-Lese-/Schreibmodus. Beispiele für Anwendungen sind SmartPoster, die WLAN-Konfiguration und die Konfiguration von Klingeltönen.
(2) Kartenemulationsmodus (PICC). In diesem Modus fungiert ein NFC-fähiges Gerät als PICC (Proximity Inductive Coupling Card). Das Lesegerät kann nicht zwischen einer Smartcard und einer NFC-Kartenemulation unterscheiden. Das Mobiltelefon kann mehrere Smartcards (Chips) enthalten. Auch dieser Modus entspricht dem ISO-14443-Standard. In diesem Fall verhält sich das Mobiltelefon wie eine Smartcard.
(3) P2P- (Peer-to-Peer) oder NFC-Datenaustauschmodus. In diesem Modus können zwei NFC-fähige Geräte (z. B. ein Mobiltelefon und ein PC) bidirektional kommunizieren, um beliebige Daten auszutauschen. Er entspricht dem ISO-18092-Standard. Anwendungsbeispiele sind P2P-Zahlungen, vCards, Kontakte usw.
NFC-Bewertung:
NFC stellt die zweite Generation kontaktloser Proximity-Technologie dar und geht über RFID hinaus. Es unterstützt P2P-Kommunikation für den Dateiaustausch und ermöglicht Nutzern den Zugriff auf Mehrwertdienste von überall, jederzeit und mit jedem NFC-fähigen Mobilgerät (für Augmented-Reality-Anwendungen ist ein Tablet-PC aufgrund der Bildschirmgröße besser geeignet als ein Smartphone). NFC ist eine Schmalband-Funktechnologie für Geräte mit kurzer Reichweite. Sie dient dem Datenaustausch, der Herstellung von Verbindungen zu anderen Breitbandnetzwerken (wie WLAN und Bluetooth) und fungiert als Sicherheitsschlüssel für den Zugang zu Fahrzeugen und Diensten wie bargeldlosem Bezahlen, Fahrkarten für den öffentlichen Nahverkehr, Kinos usw., Online-Unterhaltung, Mobile Marketing und Zutrittskontrolle. Die festgestellten Sicherheits- und Datenschutzlücken von NFC lassen den Schluss zu, dass Bedrohungen wie Abhören, Datenmanipulation, Datenverlust und verschiedene Arten von Man-in-the-Middle-Angriffen (MITM) sowie Session Hijacking bestehen. Daher integrieren wir kryptografische Mechanismen, die dem angenommenen Sicherheits- und Datenschutzrisiko angemessen sind.
Abschließende Betrachtungen:
Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich seit über fünfzehn Jahren mit RFID-NFC-Technologie. Es wurden Anwendungen für eingebettete Elektronik, Smartphones und verwandte mobile Geräte entwickelt. Die NFC-Technologie bietet und wird auch weiterhin unzählige Vorteile in verschiedensten Branchen bieten. Dabei darf jedoch nicht vergessen werden, dass NFC ursprünglich ohne Sicherheits- und Datenschutzmechanismen entwickelt wurde. Daher ist die Integration mit professionellen Mechanismen, in denen asymmetrische Kryptographie eine zentrale Rolle spielt, unerlässlich.
Dieser Artikel ist Teil der Aktivitäten des thematischen Netzwerks LEFIS.
Autor:
Prof. Dr. Javier Areitio Bertolín – E-Mail:
Professor an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften.
Leiter der Forschungsgruppe Netzwerke und Systeme. Universität Deusto.
Bibliographie
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– Areitio, J. „Analysis of economic feasibility in the area of information protection“. Conectronica Magazine. Nr. 154. Februar
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