NFC - Near Field Communication
Redes de Computadores I
Alunos:
EDUARDO FRANCISCO SILVA DE LIMA HENRIQUES
1. Introdução
1.1. Comunicação sem fio
Durante a evolução da internet, diversas técnicas e tecnologias surgiram para solucionar problemas e melhorar o cotidiano dos usuários. Uma delas é a forma de comunicação entre dispositivos da rede, algumas que surgiram e permanecem até hoje são Bluetooth, LTE e Wi-Fi.
Contudo, surgiu a necessidade de uma forma de comunicação rápida e segura que pudesse ser utilizada de maneira prática no cotidiano das pessoas, foi aí que surgiu a NFC.
1.2. O que é NFC?
NFC, ou Near Field Communication é uma forma de comunicação sem fio entre dois dispositivos. Uma das suas características principais é o requerimento de pequenas distâncias para uso, com um espaçamento máximo de aproximadamente 10 cm entre os dispositivos para funcionamento apropriado.
Figura 1: Exemplo de uso NFC
Disponível em <https://www.samsung.com/br/support/mobile-devices/o-que-e-nfc-e-como-usar/>
O surgimento dessa tecnologia se consolidou a partir de 2004, quando Nokia, Sony e Philips formaram o NFC Forum para disseminar os benefícios deste tipo de comunicação, este fórum foi responsável por estabelecer alguns padrões e certificados. Os padrões NFC tomaram como base os de Radio Frequency Identification (RFID), desta forma, foi garantido que dispositivos utilizando NFC fossem compatíveis com tecnologias RFID.
1.3. Segurança
Apesar de alguns exemplos, como cartões digitais em smartphones, onde é requerida uma autenticação para habilitar a comunicação, em geral esta forma de transmissão não exige nenhuma autenticação direta do usuário. Por conta disso, uma preocupação dos usuários é em relação à segurança presente nessa tecnologia.
Figura 2: Segurança NFC
No caso de smartphones, a segurança da NFC está diretamente ligada à segurança do dispositivo em si, pois é esta quem vai ditar quem terá acesso ou não ao cartão do indivíduo, por exemplo. Entretanto, em relação ao protocolo de comunicação, a maioria dos padrões possui as técnicas padrões de segurança, como por exemplo, a criptografia. Segundo o vice-presidente de risco da Visa, a tecnologia de criptografia presente em um cartão com chip de contato é a mesma de um cartão contactless.
Além disso, como esta tecnologia é, por natureza, uma forma de comunicação que exige uma proximidade muito grande entre os dispositivos envolvidos, interceptar um sinal transmitido por NFC se torna algo muito difícil e este fato já representa uma certa segurança.
2. Funcionamento do NFC
2.1. Componentes do NFC
Os dispositivos que possuem a tecnologia NFC podem se comunicar de duas maneiras diferentes, classificadas como modo passivo e modo ativo. No modo passivo, apenas um dispositivo NFC produz um campo magnético, de radiofrequência, para a comunicação enquanto o outro dispositivo para entrar em pareamento utiliza-se da técnica de Load Modulation, para iniciar a transferência de dados. Por outro lado, um dispositivo que consegue produzir seu próprio campo de radiofrequência é dito como um dispositivo ativo. Dito isso, o modo ativo é a ocorrência de conexão entre dois dispositivos ativos.
Além disso, algumas nomenclaturas fazem parte da conexão entre dispositivos usando a tecnologia NFC. Isto é, para estabelecer a comunicação entre usuários é necessário que o dispositivo, denominado Iniciador, abra conexão (produz um sinal na frequência de 13.56 MHz e data rate de 424 Kbit/s quando está em High rate transmissionAp) e o outro dispositivo, denominado Alvo, recebe o sinal produzido pelo iniciador. Dito isso, os dispositivos classificados como passivos estão sempre no modo alvo.
É importante salientar que todo dispositivo NFC iniciador tem que esperar e detectar um possível campo de radiofrequência antes de produzir seu sinal, a fim de evitar colisão de radiofrequência e prejudicar a comunicação entre iniciadores e alvos.
Figura 3: Esquemático para evitar a colisão de RF.
2.1.1. Tags NFC
As TAGs NFC são dispositivos passivos ou ativos, dependendo da sua alimentação. No caso de uma tag passiva, esta entra em contato com o campo de radiofrequência de um dispositivo NFC ativo acarretando na leitura ou escrita dos dados.
2.2. Modos de operação do NFC
2.2.1. Leitura
O modo de leitura e escrita significa que o dispositivo alvo está disponível tanto para leitura quanto para escrita de informações a partir de TAGs RFID compatíveis.
2.2.2. Emulação de cartão
O modo emulador de cartão, como o próprio nome diz, é o cenário onde o dispositivo NFC imita o funcionamento de um cartão de crédito ou débito. Para que isso aconteça, é necessário que outro equipamento emita um campo de radiofrequência, funcionando como um iniciador, fazendo a leitura do outro dispositivo NFC que age como alvo. Ainda sobre a emulação de cartões, a discussão interessante que envolve esse modo é a segurança. Isso porque é considerável o número de pessoas que não se sentem confortáveis com a tecnologia pois são dados sensíveis em transmissão, onde muitas vezes a senha não se faz necessária para concluir transações.
Figura 4: Exemplo de emulação de dispositivo NFC como cartão
2.2.3. Peer-to-peer
A comunicação par-a-par aparece quando dois dispositivos ativos se comunicam emitindo radiofrequência, configurando uma arquitetura de redes par-a-par. Isso permite que os dois dispositivos NFC se comuniquem e troquem informações sem a necessidade de um servidor central. Para tal, um desses dispositivos deve decidir ser o alvo ou o iniciador, dependendo da orientação de transferência de arquivos, por exemplo.
2.2.4. Wireless Charging mode
Nesse modo a tecnologia NFC é dedicada na transferência de potência, cerca de 1W através da conexão NFC, segundo a NFC Forum. Com esse modo, é possível carregar pequenos dispositivos como um smartwatch.
2.3. Comunicação de curto alcance
A tecnologia NFC é uma extensão da tecnologia de RFID e, por isso, um dispositivo NFC é compatível com a tecnologia RFID. Dito isso, a diferença entre as duas tecnologias reside nas características adicionais que foram incorporadas ao longo do desenvolvimento da tecnologia NFC. Primeiramente, como foi visto, a tecnologia NFC permite a transferência bidirecional de dados e também a arquitetura de rede par-a-par na comunicação. Além disso, a principal diferença está também descrita no nome da tecnologia: Near Field Communication. Ou seja, a comunicação é dada por um alcance menor, cerca de 2cm de alcance.
A comunicação usando NFC é possibilitada através de diferentes protocolos de comunicação wireless. Os principais protocolos usados por dispositivos reconhecidos pelo NFC Forum são:
● ISO/IEC 14443 Type A compliant Readers and Cards
● ISO/IEC 14443 Type B compliant Readers and Cards
● ISO/IEC 15693 compliant Cards
● ISO/IEC 18092 compliant Devices
● JIS-X 6319-4 compliant Readers and Cards
● NFC Forum Tags
É importante ressaltar os protocolos mais utilizados na comunicação NFC. Dito isso, os principais protocolos que definem as características da conexão como, por exemplo, velocidade de transferência de dados, protocolos de transporte é definido pelo NFCID o qual usa os protocolos ISO/IEC 18092 e ECMA-340. Além disso, há também o NFCID-2 que é responsável pela definição de modo de operação o qual é definido pelo par ISO/IEC 21481 e ECMA-352.
2.4. Evitando a colisão RF
Como já dito, todo dispositivo NFC iniciador tem que esperar e detectar um possível campo de radiofrequência antes de produzir seu sinal, a fim de evitar colisão de radiofrequência e prejudicar a comunicação entre iniciadores e alvos. Para evitar essa colisão indesejada, se o iniciador não detectar nenhum campo de radiofrequência dentro de um timeframe específico (T_idt + n * T_rfw) o iniciador pode partir para o modo ativo.
Sendo:
T_idt o delay inicial, sendo maior que 4096/fc
T_rfw o tempo de espera do campo de radiofrequência. Sendo maior que 512/fc
n é um número aleatório de períodos de tempo de espera, onde n varia de 0 a 3.
T_irfg é o tempo de espera após a ativação do campo RF.
3. Aplicações do NFC
Figura 5: Impactos NFC
Disponível em <https://www.spiceworks.com/tech/networking/articles/what-is-near-field-communication/>
3.1. Pagamento e carteiras digitais
Abordando a questão do pagamento e carteiras digitais, é possível notar um claro aumento do uso de telefones e "wearables" como relógios ou pulseiras para fazer compras.
As carteiras digitais mais utilizadas atualmente são: Android Pay, Apple Pay, Samsung Pay e Google Pay.
Figura
6: Pagamento feito com NFC pelo telefone
Disponível em <https://blog.beaconstac.com/2020/10/nfc-latest-trends/>
Essa nova forma de pagamento vem crescendo muito no Brasil. No terceiro trimestre de 2022, o pagamento por aproximação movimentou mais de R$150 bilhões, sendo feitas mais de 3 bilhões de transações desse tipo.
Para fazer essa operação utilizando o telefone, por exemplo, é necessário que o mesmo tenha um “chip” (SIM CARD) que é utilizado para autenticação. Esse chip possui um armazenamento próprio que faz criptografia de dados e fornece condições de segurança como pedir a senha do telefone, reconhecimento facial ou a biometria.
Dessa forma o telefone atua como uma carteira digital e o chip seria como o cartão.
3.2. Controle de acesso e autenticação
No quesito do controle de acesso e autenticação, além do citado anteriormente, pode-se pensar em alguns usos como destrancar uma fechadura e ligar o carro, através de NFC.
Essa
chave digital para um sistema Android, por exemplo, depende do telefone ter um
sistema operacional Android 12 ou superior e ter a disponibilidade da “feature”
de car key. Junto a isso, o carro precisa ter suporte para a funcionalidade.
Outro uso seria para facilitar a entrada em transportes públicos,
visto que por exemplo no Brasil existem diversos tipos de cartões para acesso e
diversos tipos de benefícios diferentes disponíveis. Então, a partir da conta
do usuário, seria possível fazer automaticamente todas essas verificações no
momento da transação.
Também é possível pensar na autenticação de documentos para provar sua legitimidade, ou até mesmo autenticação de pessoas para áreas restritas e eventos.
3.3. Transferência de dados e compartilhamento de arquivos
Uma outra maneira interessante de usar o NFC é para transferência de dados entre telefones. Num sistema Android, por exemplo, basta ligar a funcionalidade e deixar ambos os telefones próximos até que a transferência total seja confirmada. Esse método tem a vantagem de ser offline e por conta disso apresentar mais proteção e confidencialidade nos arquivos enviados.
Figura 7:
Transferência de dados
Disponível em <https://pt.vecteezy.com/arte-vetorial/5680256-nfc-data-transfer-linear-icon-content-sharing-with-smartphones-thin-line-illustration-nfc-files-transfer-near-field-communication-contour-symbol-vector-isolated-outline-drawing-editable-acidente-vascular-encefalico>
4. Perspectivas futuras do NFC
4.1. Internet das Coisas
Atualmente, muitos novos usos para NFC já estão sendo estudados, como é visível na imagem abaixo:
Figura 8: Possíveis
usos para o NFC
Disponível em <The future of near-field communication-based wireless
sensing | Nature Reviews Materials>
O problema atual para usar a maioria desses recursos envolvem alguns pontos. Primeiramente, robustez e tamanho:
Os sensores para uso médico por exemplo, por ficarem dentro do corpo, estão sujeitos a flexão, torção e estiramento da pele, por exemplo, estes movimentos comprometem a integridade dos sensores. Assim, seriam necessários componentes flexíveis para que não quebrassem facilmente.
Uma solução para diminuir os riscos de quebra, seria a miniaturização do circuito, contudo, para o NFC funcionar, precisamos projetá-lo com uma bobina plana, e ela deve gerar uma indutância, assim limitando o tamanho mínimo do circuito. O que já vem sendo estudado para esse problema seria a implementação de bobinas multicanais.
Porém, por serem circuitos menores, requerem cirurgias mais invasivas para poderem ser implantados nos locais adequados para serem usados, aumentando o custo das operações também.
Saindo um pouco do ramo médico, o problema do custo também é visto por exemplo no uso de sensores de qualidade de alimentos. Considerando que a maioria dos alimentos são embalados usando plásticos como por exemplo PET, os custos para criação são quase nulos e a parte mais cara da embalagem seria o circuito NFC.
Pensando nessas embalagens, é necessário considerar também o seu descarte. Portanto é necessário pensar também num sensor NFC que não seja tóxico ao meio ambiente, ou caso seja, usar sensores que possam ser facilmente reciclados ou reutilizados.
4.2. Transporte e logística
Caso essas mudanças sejam aplicadas no futuro, podemos pensar numa melhora do transporte e logística em geral. Pois teremos muito mais dados disponíveis para estudar e analisar. Pensando ainda num cenário geral, podemos ter numa fábrica equipamentos com NFC para ser possível ver temperatura, potência, etc. Isso seria um facilitador quem coleta os dados e até para quem os analisa.
Outro cenário que poderia ajudar seria no transporte de pacotes sensíveis, os quais dados internos como umidade e temperatura importam.
E ainda no cenário de entregas, podemos pensar num facilitador para o cliente confirmar o recebimento do pacote certo, ajuda no rastreamento, etc.
5. Conclusão
Portanto, a NFC surgiu como uma forma de integrar tecnologias, gerando uma forma segura e rápida de comunicação entre dois dispositivos. Ela dá alternativas a tarefas simples do cotidiano, como realizar um pagamento em um restaurante ou pagar passagens em transportes públicos, além de ter compatibilidade com tecnologias RFID, possibilitando uma gama de possíveis integrações, como leitura de cartões de identificação.
Conforme o mundo vai se desenvolvendo, enquanto não surgir uma tecnologia mais avançada e prática que a NFC, é esperado que ela cresça cada vez mais, dado sua grande praticidade.
6. Bibliografia
● The future of near-field communication-based wireless sensing - Nature Reviews Materials
Disponível em: <https://www.nature.com/articles/s41578-021-00299-8>
● NFC é o
meio de pagamento que mais cresce no Brasil - Convergência Digital;
Disponível em:
● Chiradeep BasuMallick - What Is NFC (Near Field Communication)? Definition, Working, and Examples - Spiceworks. Disponível em: <https://www.spiceworks.com/tech/networking/articles/what-is-near-field-communication/>
● Garima Jain and Sanjeet Dahiya - NFC: ADVANTAGES, LIMITS AND FUTURE
SCOPE - International Journal on Cybernetics & Informatics (IJCI). Disponível em: <https://airccse.org/journal/ijci/papers/4415ijci01.pdf>
● Near Field Communication (NFC) Technology and Measurements - White Paper, Rohde&Schwarz. Disponível em: <https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/dl_application/application_notes/1ma182/1MA182_5E_NFC_WHITE_PAPER.pdf>
● The study of business opportunities and value add of NFC applications in security access control solutions; Disponível em: <https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/37824/Niemela_Harri.pdf?sequence=1&isAllowed=y >
● Redes RFID
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Disponível em:
<https://pantheon.ufrj.br/bitstream/11422/3309/4/ACorrea.pdf
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● Digital Signatures on NFC TAGs, Markus Kilås; Disponível em: <https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=5451a1f9ee8157112022b2db065d8215e932fc6a >
● NFC Latest Trends 2021: 7 NFC Technology Trends to Watch Out for! - Beaconstac. Disponível em: <https://blog.beaconstac.com/2020/10/nfc-latest-trends/>
● Near Field Communication (NFC) - A technical overview; Disponível em: <https://www.researchgate.net/profile/Naser-Hossein-Motlagh/publication/283498836_Near_Field_Communication_NFC_-_A_technical_Overview/links/563b47e608ae45b5d286210f/Near-Field-Communication-NFC-A-technical-Overview.pdf >
● What Is Android Digital Car Key and How Does It Work?
<What Is Android Digital Car Key and How Does It Work? (makeuseof.com)>
● Quem tem medo de NFC? As verdades e os mitos sobre pagamento por aproximação <https://tecnoblog.net/especiais/quem-tem-medo-de-nfc-as-verdades-e-os-mitos-sobre-pagamento-por-aproximacao/#:~:text=O%20mito%3A%20clonagem%20do%20cart%C3%A3o%20por%20NFC%20n%C3%A3o%20existe&text=%E2%80%9C%C3%89%20importante%20deixar%20claro%20que,mesma%20e%20%C3%A9%20muito%20alta.>