NFC開發基礎—認識NFC

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NDEF (NFC Data Exchange Format) 數據格式的作用

其是一種獨立于type tag外的通用數據格式,便于統一數據傳輸格式,作用與protobuffer、json相同
盡管每種NFC標簽類型都有自己的數據格式,但NDEF的優點在于:

  • 標準化:
    1.互操作性:NDEF是一種標準化的數據格式,確保不同制造商生產的NFC設備和標簽能夠相互通信。
    2.統一格式:無論使用哪種標簽類型,NDEF提供了一種統一的數據格式,使得所有支持NDEF的設備都能夠讀取和寫入數據。
  • 多記錄支持:
    1.靈活性:NDEF支持在一個標簽中存儲多個記錄,每個記錄可以有自己的類型和數據。這使得NFC標簽可以承載不同類型的信息,如URL鏈接、電話號碼、文本信息等。
    2.結構化:每個記錄都有一個明確的類型標識(TNF)、類型長度、標識符長度、負載長度和標志位,使得數據更容易解析和處理。
  • 易用性:
    1.簡化編程:NDEF簡化了NFC標簽的編程和使用流程。開發人員只需了解NDEF格式,就可以在不同的標簽類型上實現類似的功能。
    2.用戶體驗:用戶可以通過觸碰NFC標簽來獲取各種類型的信息,無需關心底層的標簽類型。

為什么需要NDEF?

  • 互操作性:
    不同的NFC標簽類型有不同的數據格式和通信協議。如果沒有NDEF,開發人員需要為每種標簽類型編寫專門的代碼來處理數據。NDEF提供了一種通用的數據格式,使得不同設備之間能夠無縫通信。
  • 靈活性:
    NDEF支持多記錄存儲,使得一個NFC標簽可以承載多種類型的數據。這對于智能海報、產品認證等多種應用場景非常有用。
  • 標準化:
    NDEF由NFC論壇定義,是一種標準化的數據格式。這確保了不同制造商生產的NFC設備和標簽能夠兼容,增強了系統的可靠性和一致性。
NFC Forum Type

Type Tag 是NFC論壇定義的一種標簽類型。它規定了標簽的基本通信標準及數據交換格式,包括:
通信速度:106 kbps。
數據格式:定義了如何組織和傳輸數據。
NFC論壇定義了幾種標簽類型(Types),這些標簽類型是為了確保不同制造商生產的NFC標簽能夠相互兼容。以下是NFC論壇定義的主要標簽類型及其特點:

  1. Type 1 Tag
    通信速度:106 kbps
    數據格式:基于早期的Philips標準
    特點:Type 1 Tag是一種早期的標簽類型,現在較少使用。它的存儲容量較小,主要用于簡單的應用場合。
    應用場景:由于其較低的通信速度和較小的存儲容量,Type 1 Tag現在主要用于一些遺留系統或特定的應用。
  2. Type 2 Tag
    通信速度:106 kbps、212 kbps、424 kbps
    數據格式:基于Mifare Ultralight等技術
    特點:Type 2 Tag是一種常見的標簽類型,具有較高的通信速度和較大的存儲容量。它支持NDEF格式,可以存儲多種類型的數據。
    應用場景:廣泛應用于智能海報、產品認證、門禁控制、小額支付等。
  3. Type 3 Tag
    通信速度:212 kbps、424 kbps
    數據格式:基于FeliCa技術
    特點:Type 3 Tag主要用于日本市場,兼容FeliCa標簽。它具有較高的通信速度和較大的存儲容量,并支持復雜的命令集。
    應用場景:廣泛應用于交通卡、電子錢包、門禁系統等。
  4. Type 4 Tag
    通信速度:106 kbps、212 kbps、424 kbps
    數據格式:兼容Mifare Classic、Mifare DESFire等技術
    特點:Type 4 Tag是一種高級標簽類型,支持多種加密算法和安全特性。它具有較高的通信速度和較大的存儲容量,并支持NDEF格式。
    應用場景:廣泛應用于需要高安全性的應用,如電子錢包、門禁控制、公共交通等。

四種特點總結

Type 1 Tag:早期標簽類型,通信速度較慢,存儲容量較小。
Type 2 Tag:常見的標簽類型,通信速度快,支持NDEF格式,適用于多種應用場景。
Type 3 Tag:主要用于日本市場,兼容FeliCa技術,通信速度快,支持復雜命令集。
Type 4 Tag:高級標簽類型,支持多種加密算法和安全特性,適用于需要高安全性的應用。
選擇標簽類型
選擇合適的標簽類型取決于具體的應用需求。例如:
如果你需要一個簡單的標簽來存儲少量數據,并且成本是一個考慮因素,那么Type 2 Tag可能是一個合適的選擇。
如果你需要一個支持復雜命令集的標簽,并且主要用于日本市場,那么Type 3 Tag是最佳選擇。
如果你需要一個高安全性的標簽,并且需要支持多種加密算法,那么Type 4 Tag是最佳選擇。
物理通信技術標準有如下幾種:

物理通信技術標準定義了設備之間進行通信的方式,其定義了設備之間如何進行物理層上的通信,這些標準主要包括幾種不同的技術規范,每種規范都有其特定的特征和應用場景,主要概括為
載波頻率:13.56 MHz
調制方案:定義了如何在RF信號上傳輸數據
物理層協議:包括初始化過程、幀結構等
以下是主要的NFC通信技術標準:

  1. NFC-A
    載波頻率:13.56 MHz
    調制方式:ASK (Amplitude Shift Keying) 100%
    通信速度:106 kbps、212 kbps、424 kbps
    特點:NFC-A是最常見的NFC通信技術標準之一,兼容Mifare Classic、Mifare Ultralight等標簽。它最初由Philips和Sony開發。
    應用場景:廣泛應用于門禁卡、公交卡、小額支付等領域,常用于讀卡器模式。
  2. NFC-B
    載波頻率:13.56 MHz
    調制方式:ASK 10%
    通信速度:106 kbps
    特點:NFC-B與NFC-A相比,調制方式不同。它主要用于一些特定的應用場合。
    應用場景:較少見,主要用于某些特定的標簽和設備,用于點對點通信
  3. NFC-F (也稱為NFC-C)
    載波頻率:13.56 MHz
    調制方式:FSK (Frequency Shift Keying) 212 kbps 或 424 kbps
    特點:NFC-F主要用于日本市場,兼容FeliCa技術。FeliCa是一種由索尼開發的技術,廣泛應用于交通卡、電子錢包等領域。
    應用場景:主要用于日本市場,特別是在公共交通、電子錢包等方面。
  4. NFC-V
    載波頻率:13.56 MHz
    調制方式:ASK 10% 和 PSK (Phase Shift Keying) 106 kbps
    特點:NFC-V是NFC論壇定義的一種技術標準,它與傳統的A型和B型技術有所不同,旨在提高通信距離和可靠性。
    應用場景:適用于需要更遠通信距離的應用,如工業自動化、物流追蹤等。
  5. ISO/IEC 15693
    載波頻率:13.56 MHz
    調制方式:ASK 10% 和 PSK 106 kbps
    特點:ISO/IEC 15693是一種RFID標準,它與NFC技術兼容,但主要用于更長距離的通信,可達1米左右。
    應用場景:適用于圖書館管理系統、庫存管理和資產追蹤等。
  • 總結
    這些通信技術標準定義了NFC設備之間如何進行物理層上的通信。每種標準都有其特定的載波頻率、調制方式和通信速度。NFC-A是最常見的標準,廣泛應用于各種NFC標簽和設備。NFC-B相對較少見,主要用于某些特定場合。NFC-F主要用于日本市場,而NFC-V和ISO/IEC 15693則適用于需要更遠通信距離的應用場景。這些標準共同構成了NFC技術的基礎,使得不同制造商生產的設備能夠互相兼容和通信
幾款知名NFC產品(芯片)

芯片本身算是一種成熟的集成方案,包含標準的通信標準及交換協議,存儲扇區等
Mifare Ultralight
NXP NTAG213
Mifare Classic
Mifare DESFire

以上總結為三點

1.數據交互標準
2.物理層通信標準
3.芯片綜合方案

NFC技術主要應用于以下幾種類型的卡片 參考資源-帶源碼
  • ID卡:
    這種卡片主要用于存儲卡號,這個號碼在生產過程中由芯片制造商一次性寫入。ID卡的數據讀取不需要密碼認證,因此它易于復制,安全性較低。ID卡通常用于簡單的識別應用,如考勤或訪客管理。
  • IC卡:
    與ID卡相比,IC卡內置有微處理器,可以進行更復雜的數據處理。它們通常需要密碼認證才能讀取或寫入數據,并且卡片內的不同區域可能受到不同密碼的保護,這提供了更高級別的安全性。IC卡適用于需要高安全性的應用,如金融交易或電子護照。
  • M1卡:
    這是一種非接觸式智能卡,通常使用S50 (M1)芯片,現在也有使用NFC標準芯片的。M1卡廣泛應用于日常的標準卡,如門禁卡、飯卡、會員卡和公交卡等。
  • CPU卡:
    這種卡片內置有更強大的中央處理單元(CPU),能夠執行復雜的加密算法和應用程序。它們通常用于需要高度安全和復雜處理能力的場景,如銀行業務或數字身份認證。
NFC技術主要有三種工作模式,具體介紹如下:
  • 讀卡器模式:這種模式下,NFC設備(如智能手機或讀卡器)可以讀取NFC標簽中的信息。它允許用戶從帶有NFC芯片的標簽、貼紙、名片等媒介中讀寫信息。通常,NFC標簽不需要外部供電,因為它們通過NFC設備的射頻場來獲取能量,主要依靠線圈感應電流激活芯片。
  • 仿真卡模式:這種模式下,NFC設備模擬成為一張智能卡,如借記卡、公交卡或門禁卡。用戶可以將他們的支付卡、交通卡或訪問卡的信息存儲在NFC設備上,然后通過該設備來進行交易或驗證。
  • 點對點模式:這種模式下,兩個NFC設備可以直接進行數據交換,類似于藍牙或紅外傳輸。這種模式適用于快速共享小量數據,例如聯系人信息、圖片或文件。它的有效距離一般不超過4厘米,但建立連接的速度比紅外和藍牙快很多。
NFC怎么加密

NFC(近場通信)技術提供了多種加密方法來保護數據的安全。以下是一些常用的NFC加密方法:

  • 使用加密算法:可以對存儲在NFC標簽上的內容進行加密,使其內容對于未授權的讀取者來說不可讀。常用的加密算法包括AES(高級加密標準)和RSA等。
  • NFC卡片安全機制:某些NFC卡片,如Mifare Classic系列,使用密鑰(keyA/keyB)來授權訪問卡片的不同扇區。每個扇區都有自己的密鑰,只有在驗證通過后才能訪問或修改該扇區的數據。
  • NFC標簽的安全設置:雖然NFC標簽的內容可以被任意讀取,但是可以通過設置權限來限制對標簽內容的修改。例如,可以設置標簽為只讀,或者要求輸入密碼才能修改內容。
  • NFC卡的破解與防護:對NFC卡的攻擊主要是對扇區密鑰的破解。不同的廠商采用的安全策略不一樣,有的卡片采用了更復雜的安全機制,不僅扇區有密鑰,數據也是加密的,這使得攻擊變得非常困難和成本高昂。

NFC卡片中的扇區結構:

  • 數據存儲:每個扇區可以存儲一定量的數據,通常用于保存如交通卡余額、門禁權限等信息。
  • 安全設置:每個扇區可以設置獨立的訪問密碼(KeyA和KeyB),這樣可以保護數據不被未授權訪問或修改。
  • 控制權限:扇區中的控制塊用來存放控制權限,這些權限決定了哪些操作可以被執行,比如讀取、寫入或者值遞增等。
  • 特殊區域:第0扇區通常包含廠商代碼、芯片序列號UID等固化信息,這部分區域通常不可修改
NFC標簽的扇區數量取決于所使用的具體芯片類型。不同的NFC標簽芯片可能有不同的扇區劃分和存儲結構。以下是幾種常見的NFC標簽芯片及其扇區劃分情況:
  • Mifare Classic
    1.Mifare Classic 1K: 通常有16個扇區,每個扇區包含4個塊,共64個塊。
    2.Mifare Classic 4K: 通常有64個扇區,每個扇區包含4個塊,共256個塊。
    3.Mifare Classic 8K: 通常有128個扇區,每個扇區包含4個塊,共512個塊。
  • Mifare Ultralight / Ultralight C
    1.Mifare Ultralight: 沒有采用傳統的扇區分割方式,而是提供了固定的數據頁(pages)來存儲數據。它有16個頁,其中一部分用于存儲用戶數據。
    2.Mifare Ultralight C: 同樣是以頁為單位而不是扇區。
  • NXP NTAG21x 系列
    1.NXP NTAG213: 無扇區概念,而是以頁為單位來存儲數據。NTAG213擁有9頁用戶可編程空間。
    2.NXP NTAG215: 同樣無扇區概念,具有504字節的存儲空間,也是以頁為單位。
    3.NXP NTAG216: 擁有888字節的存儲空間,同樣是基于頁的存儲結構。
  • Mifare DESFire: 通常沒有傳統的扇區劃分,而是使用“應用”(applications)的概念來組織數據。每個應用可以包含多個文件(files),如記錄文件(record files)、值文件(value files)等。
  • 總結
    Mifare Classic 類型的標簽芯片具有明確的扇區劃分,其中Mifare Classic 1K有16個扇區,4K有64個扇區,8K有128個扇區。Mifare Ultralight 和 Ultralight C 以及 NXP NTAG21x 系列 的標簽芯片則不使用扇區概念,而是以頁(pages)為單位來組織數據。對于NFC標簽而言,“扇區”的概念并不是統一的,而是依附于具體的芯片類型及其設計。在選擇NFC標簽時,應考慮其具體的功能和存儲結構是否符合所需的應用需求。
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