Wie Near Field Communication funktioniert

Wie viel Zeug schleppen Sie durchschnittlich mit sich herum? Wenn Sie wie ich sind, haben Sie eine Brieftasche (oder etwas Ähnliches), die heldenhaft versucht, Kreditkarten , Kundentreue-Belohnungskarten und vielleicht sogar einen oder zwei Gutscheine aufzunehmen und zu organisieren. Dann ist da noch mein Schlüsselbund, der Schlüssel enthält, die ich nicht identifizieren kann und die ich wahrscheinlich nie brauchen werde. Um die Sache noch komplizierter zu machen, ich bin ein Gadget-Freak. An einem durchschnittlichen Tag habe ich wahrscheinlich ein Smartphone und einen MP3-Player bei mir. Es kommt zu dem Punkt, an dem ich erwäge, Batmans Sinn für Mode zu folgen, indem ich einen Utility-Gürtel kreiere.

Oder ich könnte einfach versuchen, mein Smartphone durch eines zu ersetzen, das einen NFC-Chip (Near Field Communication) enthält. Auf der grundlegendsten Ebene ist die Nahfeldkommunikation ein Standard für Funkübertragungen mit sehr kurzer Reichweite . Von wie kurz reden wir? Ein Paar NFC-Sender kann maximal nur wenige Zentimeter entfernt kommunizieren. Einige Chips sind so konzipiert, dass sie Informationen nur senden und empfangen können, wenn Sie das Gerät, das Sie bei sich tragen, mit demjenigen berühren, mit dem Sie kommunizieren werden.

Ein NFC-Chip kann also Kommunikation über eine kurze Distanz senden. Was ist die große Sache? Wir haben Chips, mit denen wir in einem Gebäude oder sogar darüber hinaus kommunizieren können. Warum sollte jemand einen Chip mit einer so begrenzten Übertragungsreichweite verwenden wollen?

Es gibt bereits Smartphones mit NFC-Chips auf dem Markt, mit denen Sie Artikel kaufen können, indem Sie Ihr Telefon einfach an einen Empfänger an einer Kasse halten. Da geht die Notwendigkeit, Kreditkarten zu tragen. Und das ist nur die Spitze des Eisbergs – mit dem richtigen Smartphone und den richtigen Apps kann ich vielleicht meine Pläne, der Dunkle Ritter zu werden, aufgeben.

1. Die Kraft von NFC
2. Aufbau auf NFC
3. Das Leben einer Transaktion
4. NFC-Spezifikationen
5. Probleme mit NFC
6. Anmerkung des Verfassers

Während die NFC-Technologie viele Dinge tun kann, denken die meisten Menschen eher an Zahlungen mit einem Smartphone . Es ist ein klares, leicht verständliches Szenario. Sie sind mit dem Einkaufen fertig und gehen nach oben, um Ihre Einkäufe zu bezahlen. Sie zücken Ihr Smartphone, halten es an einen Empfänger an der Kasse, geben eine schnelle PIN ein, um sich zu identifizieren, und der Kauf belastet Ihre elektronische Kreditkarte.

Es gibt bereits Anwendungen, die diese Zahlungsmethode überzeugend machen. Im Jahr 2011 kündigte Google Google Wallet und Google Offers an, zwei Produkte, die die Vorteile der NFC-Technologie nutzen. Die grundlegende Funktion von Google Wallet ist das, worüber wir gerade gesprochen haben – das Ersetzen Ihrer physischen Kreditkarte. Es kann aber auch andere Informationen wie Kundenkarten und Sonderangebote speichern.

Hier ist ein Beispiel. Es gibt ein bestimmtes Café, in das ich häufig gehe. Um die Kundenbindung zu fördern, hat der Shop die Richtlinie, dass ich für jede 10 Tassen Kaffee, die ich kaufe, eine Tasse gratis bekomme. Aber das bedeutet, dass ich bei jedem Kaffeekauf eine Karte mitnehmen muss, damit der Barista sie lochen kann. Wenn das Café beginnt, Google Wallet zu akzeptieren – und wenn ich ein Telefon mit NFC-Funktion und die Google Wallet-App habe – kann meine Technologie alles für mich verfolgen. Ich muss nur mein Telefon benutzen, um den Kauf zu tätigen, und es registriert, wie viele Tassen ich seit meiner letzten kostenlosen Tasse gekauft habe. Wenn es Zeit für eine kostenlose Tasse ist, sendet das Telefon diese Informationen an den Laden, und mir werden keine Kosten in Rechnung gestellt.

Aber meine Koffeinsucht zu stillen ist nicht das Einzige, was NFC tun kann. Auf der CES 2012 demonstrierte Yale Lock eine weitere Verwendung für NFC. Das Unternehmen hatte spezielle elektronische Schlösser gebaut, die NFC zum Verriegeln oder Entriegeln von Türen verwenden. Wenn Sie Ihr Telefon an ein Pad an der Tür halten, wird ein Signal vom Telefon an das Schloss gesendet. Das Schloss löst sich und Sie können hinein. Großartig, jetzt müssen wir keine Kreditkarten, Kundenkarten und Hausschlüssel mehr mitnehmen!

Eine weitere mögliche Anwendung liegt im Marketing. Es ist beispielsweise möglich, einen NFC-Tag in ein Poster einzubauen. Wenn Sie also eine Anzeige für etwas sehen, das Sie interessiert, können Sie Ihr Smartphone mit NFC-Chip daran halten und erhalten weitere Informationen. Der Hauptnachteil dieser Art von Marketing besteht darin, dass Sie sich sehr nahe am Plakat befinden müssen, um das Signal zu empfangen.

Andere potenzielle Anwendungen könnten die Verwendung von NFC umfassen, um Gesundheitsakten zu übermitteln oder Daten zwischen Geräten zu synchronisieren. In Zukunft könnten Sie mit einem Profil auf Ihrem Smartphone nahtlos durch die Flughafensicherheit gehen, während Sie an NFC-Stationen navigieren. Nur die Grenzen der Technologie selbst bestimmen, was wir damit tun können oder nicht.

Bereits 2004 schlossen sich drei große Unternehmen – Nokia, Sony und Philips – mit dem Ziel zusammen, einen Standard für Nahfeldkommunikationstechnologie zu etablieren. Während diese Unternehmen daran arbeiteten, NFC zu standardisieren, reicht die Technologie, die dies ermöglicht, viel weiter zurück. Und alles beginnt mit der Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität .

Wenn Elektronen durch einen Leiter fließen, erzeugen sie ein Magnetfeld. Und wenn sich Magnetfelder ändern, können sie Elektronen dazu bringen, durch einen Leiter zu fließen. Diese Beziehung – bekannt als induktive Kopplung – ermöglicht einige interessante Anwendungen in der Elektronik. Einer der vielseitigsten ist ein Transformator – nur um es klar zu sagen, das ist ein Gerät, das Elektrizität von einer Spannung in eine andere umwandelt, kein Roboter, der mehr ist, als man sieht.

Es ist leicht, die Auswirkungen der induktiven Kopplung mit einem einfachen Experiment zu sehen. Nehmen Sie zwei Längen Kupferdraht und wickeln Sie sie auf - das Aufwickeln hilft, die Magnetfelder zu verstärken, die wir erzeugen werden. Befestigen Sie ein Stück Kupferdraht an einer Batterie . Sie haben jetzt eine sehr einfache Schaltung, da Elektronen von einem Ende der Batterie durch den Draht und in das andere Ende der Batterie fließen. Verbinden Sie die zweite Drahtspule mit einem Voltmeter - einem Gerät, das die Spannung misst, die durch einen Stromkreis fließt. Bringen Sie die beiden Spulen näher zusammen und Sie sollten sehen, wie sich die Nadel auf dem Voltmeter bewegt.

Was passiert ist, dass das Magnetfeld von der Spule, die an der Batterie befestigt ist, Elektrizität dazu bringt, durch die zweite Drahtspule zu fließen. Bewegen Sie die Spulen auseinander und die Nadel kommt auf Null zum Stillstand. Die Stärke der induktiven Kopplung hängt von mehreren Faktoren ab, einer davon ist der Abstand zwischen den beiden Leitern.

RFID -Tags (Radio Frequency Identification ) sind eine Anwendung der induktiven Kopplung. Diese Technologie ist ein Vorgänger von NFC. Bei einem RFID-Tag erzeugt ein elektronisches Lesegerät ein Magnetfeld. Bringt man einen RFID-Tag in die Nähe dieses Felds, wird Elektrizität innerhalb des RFID-Tags induziert. Das Lesegerät erkennt das neue Magnetfeld des RFID-Tags und registriert es. Viele Transportsysteme und Sicherheitssysteme verwenden diese Art von Technologie – das RFID-Tag befindet sich in einer Karte oder einem Schlüsselanhänger, den Sie zur Aktivierung in die Nähe eines Lesegeräts bringen müssen. Dieses Verfahren wird als passives RFID bezeichnet . Die neuere RFID-Technologie bietet die Möglichkeit, ein aktives RFID-Tag zu haben, das wir als aktives RFID bezeichnen. Aktive RFID-Tags können verwendet werden, um unter anderem die Reichweite eines Tags zu verbessern und mehr Informationen zu speichern [Quelle: Zebra Technologies ].

Nahfeldkommunikation baut auf dieser Technologie auf. Es ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation zwischen Geräten auf sehr kurze Distanz. Es nutzt die induktive Kopplung genauso wie RFID-Tags.

Was genau passiert, wenn Sie zwei NFC-fähige Geräte zusammentippen? Anhand eines konkreten Beispiels ist es einfacher zu verstehen, also nehmen wir an, Sie gehen die Straße entlang und sehen ein Plakat für eine bevorstehende Aufführung von Man oder Astro-man? Weil Sie Surf Rock graben, wollen Sie es sich ansehen. Sie sehen auch einen Text auf dem Poster, der besagt, dass es ein NFC-Tag hat.

Schnell zückt man sein Smartphone und aktiviert eine NFC-Lese-App. Beim Aktivieren der App wird ein Signal an den NFC-Chip in Ihrem Telefon gesendet. Strom fließt durch die Schaltkreise des Chips und erzeugt ein schwaches Magnetfeld. Das bedeutet, dass Ihr Smartphone ein aktives NFC-Gerät ist – es verwendet Strom, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Sie halten Ihr Telefon an die entsprechende Stelle auf dem Plakat.

An diesem Punkt induziert das von Ihrem Telefon erzeugte schwache Magnetfeld ein Magnetfeld im NFC-Tag im Poster. Das Magnetfeld induziert Strom im NFC-Tag, der keine eigene Stromversorgung hat – es ist ein passiver NFC-Tag. Dadurch entsteht ein Funkfeld. Das vom Tag erzeugte Funkfeld interagiert mit dem von Ihrem Telefon erzeugten Feld. Der NFC-Chip in Ihrem Telefon erkennt und entschlüsselt das Funkfeld. Die Information entpuppt sich als Link zu einem Live-Video der Band. Die App bietet Ihnen die Möglichkeit, den Link direkt zu besuchen, wenn Sie dies wünschen.

Einige NFC-Transaktionen beinhalten zwei eingeschaltete Geräte. Möglicherweise möchten Sie einige Kontaktinformationen von Ihrem Telefon mit dem Telefon einer anderen Person austauschen. Bei einem Austausch fungieren beide Geräte als aktive und passive Komponenten – wenn ein Gerät aktiv ist, sendet es Informationen, und wenn es passiv ist, akzeptiert es Informationen. Es dauert nur einen Moment, bis die beiden Telefone Informationen aneinander senden. Bevor Sie es wissen, sind Ihre Kontaktinformationen im Telefon der anderen Person und umgekehrt.

Ein aktives NFC-Gerät kann jeweils nur mit einem Zielgerät kommunizieren – Sie können eine Nachricht nicht über NFC an mehrere Geräte senden. Das aktive Gerät sendet Informationen an das Ziel und akzeptiert nur eine Antwort von diesem Ziel. Andere NFC-Geräte ignorieren die Kommunikation.

Es ist wichtig zu bedenken, dass NFC nur die eigentliche Übertragungstechnologie abdeckt. Es bestimmt nicht den Inhalt dieser Übertragungen. Die verschiedenen Hardware und Apps, die NFC-Chips enthalten, bestimmen, welche Informationen digitale Hände verändern. Während die Übertragungstechnologie standardisiert ist, sind es die Inhalte, die sich darüber bewegen können, nicht.

Da NFC ein Standard ist, hat es besondere Spezifikationen. Die Übertragungsfrequenz für Daten über NFC beträgt 13,56 Megahertz. Wie alle Funksignale breiten sich diese in Wellen mit Höhen und Tiefen aus. Der Abstand von der Spitze einer Welle zur nächsten ist eine Wellenlänge . Bei 13,56 Megahertz bedeutet das, dass sich das Signal innerhalb einer Sekunde um 13,56 Millionen Wellenlängen bewegt.

Das NFC-Forum, eine Organisation, die den NFC-Standard etabliert und fördert, hat NFC entwickelt, um Daten in drei verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten zu senden. Derzeit kann ein NFC-Gerät Daten mit einer Rate von 106, 212 oder 424 Kilobit pro Sekunde senden. Diese Geschwindigkeiten sind für kurze Informationsausbrüche in Ordnung, aber nicht für schwere Aufgaben wie das Ansehen von Videos oder das Spielen von Spielen geeignet.

Es gibt drei Betriebsmodi für NFC. Der Lese-/Schreibmodus ermöglicht es einem NFC-Gerät, einen Tag zu lesen, wie Sie ihn auf einem Poster finden würden. Der Peer-to-Peer-Modus ermöglicht es zwei NFC-fähigen Geräten, Informationen auszutauschen. Auf diese Weise können Sie beispielsweise Ihr Telefon mit dem Telefon einer anderen Person verbinden, um Kontaktinformationen auszutauschen. Schließlich gibt es noch den Kartenemulationsmodus . Auf diese Weise kann NFC eine Smartcard emulieren – oder imitieren – wie Sie sie in öffentlichen Verkehrsmitteln oder Fahrkartensystemen verwenden.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass NFC ein sich entwickelnder Standard ist. Es wird sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln. Der Standard stammt zwar aus dem Jahr 2004, ist aber noch eine junge Technologie. Die Akzeptanz von NFC in den Vereinigten Staaten war langsam – nur wenige Smartphone - Hersteller und Einzelhandelsunternehmen unterstützen es. In anderen Teilen der Welt, insbesondere in Japan, ist es viel beliebter.

Ein Risiko, das wir bei NFC eingehen, besteht darin, dass es in Ungnade fällt, bevor es eine breite Akzeptanz findet. Es ist möglich, dass eine andere konkurrierende Technologie einzieht und die Nische besetzt, die NFC sonst füllen würde. Aber das ist nur eine Gefahr, der wir mit dieser Technologie begegnen könnten.

Wann immer Funkfrequenzen involviert sind, besteht ein potenzielles Sicherheitsrisiko. Könnte es für eine skrupellose Person möglich sein, die Kommunikation zwischen NFC-Geräten zu belauschen? Die Antwort ist ein klares Ja. Mit der richtigen Antenne, Hardware und Software ist es möglich, Transaktionen auszuspähen.

Auch wenn NFC-Übertragungen über sehr kurze Reichweiten erfolgen müssen – 10 Zentimeter ist die maximale Entfernung, wobei viele Anwendungen noch kürzere Reichweiten erfordern – ist es möglich, Übertragungen aus viel größerer Entfernung aufzunehmen. Es ist nicht einfach, genau zu definieren, wie weit ein Lauscher entfernt sein darf. Es hängt von mehreren Faktoren ab, darunter, ob die Informationen im aktiven oder passiven Modus gesendet werden, welche Art von Antenne und Empfänger der Lauscher verwendet und wie viel Energie die aktive Komponente in die Übertragung einbringt. Es ist möglich, dass jemand, der versucht, eine aktive Komponente abzuhören, ein Signal in einer Entfernung von bis zu 10 Metern erhält [Quelle: Haselsteiner und Breitfuß ].

Es ist schwieriger, Übertragungen von passiven Komponenten zu erkennen. Trotzdem könnte ein Lauscher mit der richtigen Ausrüstung Signale aus einer Entfernung von etwa einem Meter erkennen. Um zu verhindern, dass jemand an wertvolle Daten – einschließlich Ihrer Finanzinformationen – gelangt, verwenden Hardware- und Softwarehersteller Verschlüsselung, um wertvolle Informationen vor neugierigen Blicken zu schützen. Bei der Verschlüsselung benötigen beide Komponenten einen bestimmten Schlüsseltyp, um Informationen in etwas Nützliches zu entschlüsseln. Ein Außenstehender ohne Zugriff auf den Schlüssel würde nur Kauderwelsch sehen.

Eine andere Möglichkeit, wie NFC-Geräte verhindern könnten, dass Lauscher Informationen stehlen, besteht darin, dass beide Geräte gleichzeitig Informationen verwenden. So funktioniert es: Beide Geräte beginnen, eine zufällige Reihe von Bits zu übertragen, die entweder 0 oder 1 sind. Ein Lauscher könnte erkennen, ob beide Geräte gleichzeitig eine 0 oder eine 1 senden. Was aber, wenn ein Gerät eine 1 und das andere eine 0 sendet? Die beiden Geräte wissen, welches was ist, aber ein Lauscher könnte es nicht sagen. An diesem Punkt könnten die beiden Geräte gleichzeitig kommunizieren und die Kommunikation maskieren, sodass der Lauscher nicht erkennen kann, was übertragen wird – es gibt keine Möglichkeit zu wissen, wer welches Bit sendet.

Ein weiteres potenzielles Problem mit NFC besteht darin, dass jemand versuchen könnte, die Kommunikation zu stören, indem er während Transaktionen Funksignale im NFC-Spektrum aussendet. Dies ist zwar nicht dasselbe wie Abhören, könnte aber eine Quelle des Ärgers sein.

Bevor wir uns über diese Art von Problemen Sorgen machen müssen, müssen wir die NFC-Technologie auf breiterer Basis einführen. Ob sich NFC durchsetzen wird, bleibt abzuwarten. Wenn dies der Fall ist, können Sie möglicherweise den größten Teil Ihrer Ausrüstung ablegen und sich hauptsächlich auf Ihr Smartphone verlassen . Der Nutzriemenindustrie könnten bald einige magere Jahre bevorstehen.

Ich interessiere mich für die NFC-Technologie, seit ich zum ersten Mal davon gehört habe, dass sie in Japan verwendet wird. Schon die Vorstellung eines Smartphones war damals exotisch. Jetzt scheinen Smartphones der neue Standard zu sein, und es überrascht mich, dass wir uns noch nicht in Richtung eines NFC-basierten Transaktionssystems bewegt haben. Ein Teil des Problems kann darin bestehen, dass verschiedene Finanzinstitute ihre eigenen Zahlungsstandards festlegen möchten und Einzelhandelsunternehmen auswählen müssen, welche sie unterstützen möchten. Es könnte noch ein paar Jahre dauern, bis diese Technologie in unseren Nachbarschaftsläden eingeführt wird.

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