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摘要：本文給出了NFC技術給出常見的電路，展示OEM在便攜式電子產品中實現新型非接觸式NFC/RFID功能。利用電路，將NFC/RFID短距離無線技術增加到嵌入式電子平臺。 1 大多數設備還不支持NFC/RFID，立即行動吧! 近場通信(NFC)仍然處在炒作與權衡狀態嗎?顯然不是!該項技術之前僅僅被看作是新一代的條形碼，事實證明其實用性和可靠性要高得多。在許多消費類和工業市場，需要NFC和射頻識別(RFID)功能。這些應用不再局限于傳統的簡單、直觀、安全的非接觸式數據交換，兩個支持NFC/RFID的設備之間可以靈活地交換信息(電話號碼、照片、海報數據等)，您需要做的就是將其靠近在一起。NFC/RFID的主要概念和傳統應用正伴隨著嶄新的，非傳統思維方式而發展。實際上，我們正處在一個創新的年代。 您可能時常聽到“NFC與傳統的RFID有何不同?”的問題，在物理層或RF層，差別確實不太大!NFC本質上是RFID的一種進化形式。實際上，NFC工作在RFID的13.56MHz頻段(HF)。行業聯盟NFC論壇1從RFID物理層協議開始，通過將幾個新層添加到協議棧對其進行改進。增加了NFC數據交換格式(NDEF)，以識別、封裝并在支持NFC的設備之間交換應用數據。這種標準化的格式使得NFC/RFID成為一種應用前途遠大的新興無線通信技術，適應將來的普適計算。 為涵蓋較寬的應用，RFID和NFC在本文的隨后討論中可互換使用。我們將簡要介紹NFC/RFID技術，給出常見的電路模塊，OEM可用來在便攜式電子產品中實現新型非接觸式NFC/RFID功能。示例電路基于DeepCover? MAX66242雙接口安全無源標簽。利用給出的電路，很容易將NFC/RFID短距離無線技術增加到嵌入式電子平臺。我們將結合幾種實際使用情況展開討論。 2 讀卡器和標簽：NFC/RFID基礎 NFC/RFID是一種標準的近距離無線通信技術，支持彼此位置相對距離較近的手持或其它設備之間的通信。NFC/RFID工作距離為幾英寸到1米。該技術采用電感耦合，是通過兩個設備之間的公共磁場傳遞能量的過程。這一過程實際上與空心變壓器的工作原理相同，讀卡器天線線圈相當于原邊，標簽的天線線圈相當于副邊。讀卡器利用電磁感應產生標簽能夠檢測得到的無線電波。因此，當標簽靠近讀卡器時，讀卡器天線線圈產生的電波將耦合到標簽天線線圈。在標簽內感應產生電壓，然后對其進行整流并為標簽內部電路供電。 圖1所示為讀卡器對電波進行調制并與標簽交換數據的方式。為了將數據從標簽傳輸至讀卡器，標簽電路改變其線圈負載(同時讀卡器的未調制載波保持打開);互耦使得讀卡器可檢測到這一變化。這種負載變化法稱為負載調制。NFC/RFID的工作載頻為13.56 MHz，屬于全球范圍內無需許可的ISM頻段。關于該技術，有幾個已經頒布的標準規范，包括ISO/IEC 14443 Types A&B和ISO/IEC 15693[2] 。 本例中，MAX66242為無源IC，無需外部電源即可工作的無源標簽。實際上，無源標簽從讀卡器的磁場獲得能量。使用這種NFC/RFID技術的典型應用包括接入控制、智能海報、會員卡和優惠券、移動支付(非接觸式信用卡)、票務和運輸收費。 3 工作原理——無源標簽認證器 設計者現在可利用便攜式電子產品收集、交換安全系統的配置/校準數據，即使便攜設備主電源斷電。圖1所示方案允許任何嵌入式電子產品通過無線方式與周圍任何設備進行連接，并通過I2C接口與網絡連接。 幾種功能對于無線NFC/RFID應用非常重要：集成到無源標簽認證器的高級安全性(圖2)、集成無線NFC/RFID接口和I2C接口、數據保護模式、高速數據傳輸、標簽能量收集;MAX66242集成了SHA-256加密引擎，提供基于安全密鑰的對稱式質詢-應答安全認證。是控制NFC/RFID讀卡器與那些設備通信，以及如何與MAX66242通信的最好途徑。32字節SRAM緩存器有利于通過I2C接口進行高速數據傳輸。標簽上的能量收集引腳VOUT使其利用天線從讀卡器的HF場收集能量。 由于采用SHA-256安全加密、高速數據傳輸以及能量收集——突出優勢，對于希望將NFC/RFID嵌入式便攜系統用于開放式可擴展平臺的OEM來說，該無源標簽具有極大吸引力。 4 保證數據安全——只信任正版的從機設備 MAX66242使用SHA-256加密引擎實現讀卡器與從設備之間的安全、對稱、雙向安全認證。SHA-256散列算法基于美國國家標準與技術研究院(NIST)頒布的安全散列標準FIPS PUB 180-4。SHA-256質詢-應答安全機制在主機和從機器件之間交換數據，是控制NFC/RFID讀卡器與哪些設備通信，以及如何與MAX66242無源標簽通信的最好途徑。 SHA-256基于對稱密鑰進行雙向、安全認證，讀卡器(即發起者)僅接受正品標簽;只有正品讀卡器可更改標簽的存儲器。該方法假設便攜設備(采用MAX66242)和讀卡器系統具有相同的SHA-256安全算法。激活SHA-256時，便攜設備必須首先向NFC/RFID讀卡器提供有效應答或響應，以進行安全認證。并且便攜設備的應答與接收到的質詢及其儲存的密鑰相關。如果便攜設備應答質詢不正確，那么讀卡器系統(例如智能電話)將拒絕該便攜設備。 這種安全認證機制的主要元素包括256位隨機質詢、MAX66242的ROM ID以及密鑰本身。ROM ID為唯一的64位序列號，在制造過程中嵌入到標簽中。讀卡器中必須設置相同的密鑰并進行保護。圖3所示為安全門卡應用示例，其中NFC/RFID在打開房間門、防火門或防彈門之前發起質詢-應答認證。 為確保以最經濟的形式預防對此類安全IC的(不可避免的)惡意攻擊，無源標簽采用專有的管芯級物理技術和相應的電路、加密方法。這些防護技術可防止攻擊者為了克隆密鑰或更改專有的校準數據而提取密鑰(破壞系統的安全機制)。5 確保數據保護措施的安全性 保護數據安全至關重要，所以MAX66242提供4K位的用戶EEPROM，可劃分為開放式訪問區域(例如無保護)或讀卡器必須通過EEPROM寫操作安全認證才可訪問的區域。提供多種保護模式，包括EPROM仿真(EM)模式，允許使用不可復位的計數器，限制使用次數。激活EM模式時，標簽中的個體存儲器位只能從1變為0，但不能從0變為1。一旦選中EM模式，則不可逆。這一過程是實現倒計數或限制便攜設備使用次數的最佳方式，可能是最具挑戰的工作。 EM模式也使OEM能夠更好地控制允許哪個NFC/RFID讀卡器系統連接，無疑是保護設備中儲存的校準、配置以及診斷數據的絕佳方式。(未完待續) |
