Near Field Communication

N-Mark Logo als Kennzeichnung NFC zertifizierter Geräte

Die Near Field Communication, NFC, ist ein Übertragungsstandard nach internationalem Standard zum kontaktlosen Austausch von Daten über kurze Strecken (bis 4cm). Bisher erfährt das Konzept große Verbreitung in Japan für den Zahlungsverkehr kleiner Beträge. In Deutschland wird die Technik zum Beispiel von der Deutschen Bahn in ihrem "Touch and Travel"- System eingesetzt.

Merkmale

Die Übertragung erfolgt entweder verbindungslos (mit passiven HF-RFID-Tags nach ISO 14443 oder ISO 15693) oder verbindungsbehaftet (zwischen gleichwertigen aktiven Transmittern). Die verbindungslose Nutzung ist nach üblicher Definition, (beispielsweise in ISO 15408, den Common Criteria) nicht sicher gegen Attacken von Dritten. Die verbindungsbehaftete Lösung soll für Bezahlvorgänge sicher sein. Die mindestens zu berücksichtigenden Sicherheitsfunktionen werden auch in die Hardware der Mobilgeräte integriert. Erfolgte Qualifizierungen ausgeführter Geräte nach ISO 15408 sind bisher nicht publiziert.

NFC (13,56 MHz RFID) Transponder

Stand der Normung

Die ersten Entwürfe wurden 2002 gemeinsam von NXP Semiconductors (vormals Philips) und Sony veröffentlicht. Die Entwicklung von mehreren internationalen Normen (mehrere Dokumente ISO/IEC 13157, -16353, -22536, -28361, abschließend verabschiedet oder im Status der Abstimmung^[1]) ist nicht abgeschlossen. Der Stand der Bearbeitung ist bei ISO veröffentlicht.

Stand der Einführung

An einer Lösung mit dem Namen ERGOSUM^[2] wird seit 2008 in Frankreich gearbeitet. Dort kooperieren die Provider Bouygues Télécom, Orange und SFR mit Banken wie Cofidis und Banque Accord sowie Handelsketten wie Auchan, Carrefour und Fnac, um Mobile Payment auf Basis von NFC großflächig einzuführen. In Asien wird NFC für Bezahldienste bereits zahlreich eingesetzt. Eine nicht mehr ganz aktuelle Meldung zu diesem Vorgehen stammt aus dem Oktober 2009^[3].

Organisatorische und technische Randbedingungen

NFC soll den Austausch verschiedener Daten, wie zum Beispiel Telefonnummern, Bilder, MP3-Dateien oder digitale Berechtigungen zwischen zwei kurzzeitig ohne besondere Anmeldung gepaarten Geräten ermöglichen, die nahe aneinandergehalten werden, und ohne dass es Fehler bei der wechselweisen Zuordnung der Paare gibt.

Mit NFC sollen Anforderungen unterstützt werden, bei denen

• die Zuordnung der gepaarten Geräte ohnehin durch den oder die Benutzer erfolgt
• die Personalisierung des eingebuchten Mobiltelefons die erste Authentisierung bietet
• die erneute Authentisierung des Benutzers je nach Kritikalität der Transaktion eingebunden werden kann
• beide beteiligte Geräte oder das Mobilgerät aktiv senden können (Verbindung kann aufgebaut werden)
• bestimmte komplexe Sicherheitsmerkmale der Übertragung das unerwünschte Mitlesen ausschließen sollen
• ohne dass dabei unbeteiligte Dritte durch einfaches Mithören nutzbare Information abschöpfen können
• das Mobiltelefon als ohnehin vorhandenes Gerät als Lesegerät verwendet werden soll

Im Unterschied zu passiven RFID-Tags nach den gültigen Normen ISO/IEC 14443, -15693, -18000-3 ist das NFC-Verfahren schneller (Energieübertragung), weniger raumzehrend (Antennengröße) und vor allem weniger störend (Feldstärke der Energieübertragung).

Anwendungsfälle

NFC kann mit aktiven Geräten als Zugriffsschlüssel an Terminals auf Inhalte und für Services verwendet werden, wie beispielsweise

• bargeldlose Zahlungen
• papierloses Ticketing
• Online-Streaming oder -Downloads
• Zugangskontrolle

Für eine problemlose Verwendung reichen jedoch die in den genannten Normen spezifizierten technischen Merkmale allein kaum aus. Über Vorschläge zur organisatorischen Einbettung ist bisher nichts publiziert oder gar standardisiert.

Verbreitung

Bisher sind in Europa nur wenige NFC-fähige Mobiltelefone am Markt vorgestellt worden. Angebote in großen Stückzahlen sind aktuell nicht bekannt. Von Nokia gibt es bereits einige Geräte mit NFC, wie das Nokia C7-00^[4], Nokia 700 und Nokia 701^[5]. Da Google für das Betriebssystem Android NFC unterstützt und Apple für das iPhone NFC-Unterstützung angekündigt hat, ebenso wie Samsung für das Bada-System und BlackBerry für neuere Geräte wie das Bold 9900, dürfte die Verbreitung in den kommenden Jahren stark anwachsen.

Mobilfunk-Diensteangebote

Eine Bezahlfunktion mit einem Mobiltelefon in bestehende SIM-Karten-Infrastrukturen zu integrieren ist ein für die Provider unwirtschaftliches Modell, da diese SIM-Karten in der Regel von Netzbetreibern kontrolliert werden, die Bezahlanwendung aber von einer Bank herausgegeben wird. Zudem stellt die Bank gegebenenfalls zusätzliche Sicherheitsanforderungen an die Hard- und Software. Ein Lösungsansatz ist in Deutschland bisher nicht bekannt.

Bankdienste-Zertifizierung

Eine aufwändige Anforderung stellt die Bereitstellung der notwendigen Software mit verschiedenen Mobiltelefonen dar. Aus Sicht nach Stand der Technik 2009 (mit Verabschiedung der Common Criteria ISO/IEC 15408) muss die Software für jedes zukünftig auf den Markt kommende Mobilgeräte-Modell und im jeweiligen Betriebssystem (Apple iOS, Android, Symbian, Bada etc.) angepasst werden. Jede dieser Anpassungen muss von den unterstützenden Banken für die Kombination (Mobilgerät × Anpassung × Bank) bzw. durch ein geeignetes Institut zertifiziert werden.

Handy als Autoschlüssel

Noch im Versuchsstadium befindet sich die Idee, mit Hilfe des Smartphones und NFC-Funktionen die Autotür zu entriegeln und persönliche Einstellungen der Komfortoptionen im Automobil (Sitz- und Spiegelpositionen, Senderwahl) zu aktivieren^[6]. Dabei kann diese Lösung kaum schlechter sein als bisher bekannte Lösungen mit verbindungsloser Codeübertragung (siehe oben).

Technische Details

Der technische Ansatz bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, die sich für das bisher bekannte Mobiltelefon ohne Erweiterung nicht empfehlen. Grundsätzlich sind zwei Anwendungstypen erkennbar:

Kommunikation bei unmittelbarer Paarung

Die NFC-Technik basiert auf der Kombination aus Smartcard- und kontaktlosen Verbindungstechniken. Sie arbeitet in einem Frequenzbereich von 13,56 MHz und bietet eine Datenübertragungsrate von maximal 424 kBit/s bei einer Reichweite von nur 10 Zentimetern. Dies ist gewünscht, damit die Kontaktaufnahme als Zustimmung zu einer Transaktion gewertet werden kann. NFC ist durch ISO 14443, 18092, 21481 ECMA 340, 352, 356, 362 beziehungsweise ETSI TS 102 190 genormt.

Die Kommunikation zwischen NFC-fähigen Geräten kann sowohl aktiv-passiv als auch aktiv-aktiv sein (Peer-To-Peer) im Gegensatz zur herkömmlichen Kontaktlostechnik in diesem Frequenzbereich (nur aktiv-passiv). Daher stellt NFC eine Verbindung zur RFID-Welt dar. NFC ist größtenteils kompatibel mit weithin verwendeter Smartcard-Infrastruktur basierend auf ISO/IEC 14443-A (z. B. NXPs Mifare-Technik) bzw. ISO/IEC 14443-B (vor allem in frankophonen Ländern) wie auch mit Sonys FeliCa-Card (z. B. Octopus-Karte in Hong Kong), die für elektronische Fahrkarten im öffentlichen Nahverkehr und für Zahlungsanwendungen genutzt werden.

Aufgrund der extrem kurzen Reichweite ist NFC nicht als Konkurrenz zu Bluetooth oder Wireless LAN zu betrachten. Es kann als Ersatz für Barcodes die in den oben genannten Bereichen (Elektronischer Ticketkauf und andere) eingesetzt werden, in denen die Kapazitäten von Barcodes für die benötigten Datenmengen nicht mehr ausreichend sind. (Der populäre DataMatrix ist zum Beispiel auf 1558 Byte pro Barcode beschränkt.)

Vor allem wird NFC aber dort eingesetzt, wo zwei Geräte kryptografisch gesichert miteinander kommunizieren (etwa bei Bezahl-Anwendungen).

Kommunikation im geringen Abstand

Ergänzend wird für Zugangskontrolle und -steuerung Bluetooth berücksichtigt, weil dieser neue Funkstandard (Version 4.0) weltweit verbreitet wird. Der bisher verwendete Bluetooth Standard (Version 4.0) ist im Protokollaufbau eher zu langsam (länger als 1 s) oder zu energiezehrend (Batteriezyklus < 2d). Die entsprechenden Chips (Bluetooth Low Energy) werden nicht vor Anfang 2011 in Großserien verwendet. Dabei werden Reichweiten von 1 m bis zu 3 m erreicht (Bluetooth Klasse 3), was die Definition des NFC-Konzepts (+ 0,1 m) erkennbar verlässt.

Das NFC-Forum

Die Firmen NXP Semiconductors, Sony und Nokia gründeten 2004 gemeinsam das NFC-Forum^[7], das die Implementierung und Standardisierung der NFC-Technik vorantreiben und die Kompatibilität zwischen Geräten und Diensten sicherstellen soll. Das NFC-Forum unterstützt auch andere Unternehmen, wie zum Beispiel American Express, MasterCard, Panasonic, Microsoft, Motorola, NEC, Samsung, Texas Instruments, Hewlett-Packard, VISA International Service Association, Vodafone, Sprint, Postbank, Telefónica und France Télécom.

Vorbereitungen der Gerätehersteller

Lange war nur ein NFC-fähiges Mobiltelefon kommerziell erhältlich, das 6131 NFC von Nokia. Der finnische Hersteller brachte im dritten Quartal 2008 mit dem Nokia 6212 und zu Anfang 2011 mit dem Nokia C7-00^[4] weitere Geräte auf den Markt. Weitere Handyhersteller haben Prototypen oder NFC-Mobiltelefone in limitierter Stückzahl für Feldversuche entwickelt. In 2009 und 2010 wurden weltweit rund 25 NFC-Feldversuche in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten gestartet, um zu untersuchen, auf welche Art diese neue Technik angewandt werden kann.

Marktprognosen

Industrieanalysten von ABI Research sagen voraus, dass im Jahr 2011 rund 23 % der Mobiltelefone (ca. 350 Mio. Handys) mit NFC-Technik ausgestattet sein werden. Diese Analyse ist für Europa nach Stand 2011 3. Quartal immer noch ohne jeden Realitätsbezug. Selbst wenn die Felica-Geräte aus Japan mit eingeschlossen sind, die nur ein Subset der ISO-NFC-Spezifikation implementieren, ist die Erwartung von ABI Research falsch und offensichtlich nicht durch Erfahrung begründet.

Damit bleibt NFC auch gegenüber Bluetooth und Bluetooth Low Energy weit im Rückstand. Bluetooth V2.1 ist bei weit über 1 Mrd. Mobilgeräten implementiert, dabei ist die seit Ende 2009 verfügbare Bluetooth Version 4.0 Low Energy Mitte 2011 mit zwei verabschiedeten Profilen und etwa 18 Monaten Laufzeit seit Verabschiedung der Version 4.0 ebenfalls weit hinter früheren Prognosen zurück. Weder CES (Computer Electronic Show) im Januar 2011 noch MWC (Mobile World Congress) Barcelona im Februar 2011 zeigen eine Trendwende^[8]. Angaben der Hersteller für Bluetooth-Chips weisen bereits auf 2012.

Es gab Analysten, die behaupteten, dass bis 2011 rund 36 Mrd. US-Dollar der weltweiten Konsumausgaben als kontaktlose Zahlungstransaktionen mittels Handy durchgeführt werden. Der Stand Mitte 2011 lässt keinen Realitätsbezug dieser Schätzung erkennen. Welche Übertragungstechnik für eine Abkehr von bisherigen Bezahlkonzepten maßgeblich sein mag, kann niemand verlässlich vorhersagen.

Feldversuche

Mitte 2011 ist nicht erkennbar, welche Feldversuche unmittelbar zu einer Ausweitung der Nutzung führen. Die allgemeine Ausbreitung im Jahr 2011 ist nicht wahrscheinlich.

Im April 2006 wurde in Hanau bei Frankfurt die NFC-Technik vom Rhein-Main-Verkehrsverbund, Nokia und Vodafone nach einem erfolgreichen zehnmonatigen Feldversuch in den Regelbetrieb („NFC Handy Ticketing“) übernommen. Die Fahrkarten für das Busnetz der hessischen Stadt konnten elektronisch bezahlt, gespeichert und entwertet werden, indem NFC-fähige Handys an das jeweilige Terminal gehalten wurden. Darüber hinaus wurde in die Handys auch eine neu eingeführte regionale Freizeitkarte, die ‚RMV-ErlebnisCard Hanau‘ integriert. Sie räumt dem Inhaber günstige Konditionen in lokalen Einzelhandelsbetrieben und bei Veranstaltungen ein.

Weiterhin hatte der RMV im Juli 2007 zusammen mit seinem Systempartner T-Systems sowie Nokia einen weiteren NFC-Piloten in Frankfurt am Main gestartet. Hier dienen passive NFC-Funkchips (sogenannte „ConTag“) zum automatischen Starten der in Frankfurt bereits seit längerem eingesetzten Handyticketing-Lösung.

Vodafone hatte auf der CeBit 2007 in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bahn das Projekt „Touch&Travel“ (ein auf der VDV-Kernapplikation basierendes E-Ticket-System) vorgestellt, das gerade im Versuchsbetrieb in Potsdam, Berlin und auf den Bahnstrecken zwischen Hannover, Berlin und Frankfurt/M. ist.^[9] Zunächst war eine Variante des Motorola SLVR V7 mit NFC-Aufsatz im Einsatz, die mittlerweile durch das Samsung GT-S5230N ersetzt wurden. Ab 1. Januar 2010 wurde das Pilotgebiet um die Strecken von Hannover über das Ruhrgebiet bis nach Köln erweitert. Zwischenzeitlich sind auch die Mobilfunkprovider T-Mobile und O2 Projektpartner.^[10]

Mobilkom Austria startete im September 2007 berührungsloses Bezahlen bei ÖBB und Wiener Linien.^[11]

Auf der WIMA Konferenz 2009^[12] in Monaco präsentierte Nokia sein neues NFC Handy 6216 classic. Dieses Handy setzt auf den neuesten NFC Chipset der Firma NXP und ist das erste weltweit, welches den neuen Kommunikationsstandard SWP umsetzt^[13]. SWP zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Kommunikation zwischen dem Secure Element (der SIM-Karte) und dem NFC Chipset ermöglicht.

NFC-kompatibel sind seit 2011 auch der neue Personalausweis der Bundesrepublik Deutschland und alle neuen EC-Karten des Sparkassenverbands.

Ab dem 1. November 2011 führt die Deutsche Bahn an allen Fernbahnhöfen Touchpoints mit der Nahfunktechnik NFC ein.

NFC-fähige Mobilgeräte

Aktuelle NFC-fähige Mobilgeräte (Stand September 2011):

• Blackberry Bold 9900 / 9930
• Blackberry Curve 9360
• Galaxy Nexus^[14]
• Google Nexus S^[15]
• Huawei Sonic U8650 NFC^[16]
• Nokia C7^[4]
• Nokia N9 (ab drittes Quartal 2011)
• Nokia 600
• Nokia 700
• Nokia 701
• Sagem Cosyphone
• Samsung I9100 Galaxy S II (Optional)
• Samsung Wave 578^[17]

Ältere NFC-fähige Mobilgeräte

• Benq T80^[18]
• LG 600V contactless^[19]
• Motorola L7 (SLVR)^[18]
• Nokia 3220 + NFC Shell^[20]
• Nokia 5140/5140i + Field Force NFC-Shell^[21]
• Nokia 6131 NFC^[22]
• Nokia 6212 Classic^[23]
• Nokia 6216 Classic^[24]
• Nokia 6680
• Sagem my700X Contactless^[19]
• Samsung D500E^[18]
• Samsung GT-S5230N Star NFC
• Samsung SGH-X700 NFC^[25]

Kritik

NFC ist grundsätzlich abhängig von den Einstellungen der Handgeräte. Ein Schutz der Privatsphäre ist nur gegeben, wenn die Funktion generell deaktiviert ist. Allerdings funktioniert NFC nur aus sehr geringer Distanz, was die Möglichkeit eines Missbrauchs deutlich einschränkt.

Verlust- und Sicherheitsrisiken

Es gilt die einfache Sachlage: Handy weg – Geld weg – Schlüssel weg.

• Die Wiederbeschaffung von Schlüsseln ist das geringere Problem. Die Schlüsselfunktion ist bei Bindung an die SIM-PIN-Funktion mit dem Ausschalten des Mobiltelefons nicht mehr wirksam. Bis zu diesem Ausschalten ist ein Missbrauch möglich.
• Der aktuelle Geldbestand wird nach Verlust des Mobiltelefons nicht wiederhergestellt. Der aktuelle Geldbestand auf dem Mobiltelefon ist nach verschiedenen Konzepten nicht an die SIM-PIN-Funktion gebunden und dann bei Verlust nicht geschützt.
• Die Authentisierung mit dem Mobiltelefon ist mit oder ohne SIM-PIN-Funktion an dieses eine Gerät/Medium gebunden und damit generell nicht völlig unabhängig in zwei Sicherheitsmerkmalen zu implementieren.

Beweislage für abgeschlossene Transaktionen

Soweit das Mobiltelefon keine Belege auf Papier erzeugt oder Transaktionsdaten speichert, ist der Benutzer von der Unterstützung des Diensteanbieters abhängig. Reklamationen sind ohne dessen Beteiligung meist nicht möglich.

Schutz des Geldvorrats bei Verlust

Bisher ist völlig unklar, welcher Mechanismus außer einer zeitbezogenen Höchstgrenze den Kontoinhaber vor unerwünschten Abbuchungen schützt, wenn das eingeschaltete Mobilgerät in falsche Hände gerät. Ebenso ist unklar, welche Sicherung die Schlüsselfunktion hat, wenn der Zugriff nicht einmal an die SIM-Karte gebunden ist^[26].

Komplexe Lösungen zu diesem Problem werden bisher nur vereinzelt vorgeschlagen^[27] und erfordern entweder eine Bedienhandlung für ein Sicherheitsmerkmal oder eine zweite Komponente als unabhängigen Sicherheitsfaktor.

Siehe auch

• Short-Range Wireless Networks
• Funktechnik
• Liste der Funktechniken

Literatur

• Josef Langer, Michael Roland: Anwendungen und Technik von Near Field Communication (NFC). Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3-642-05496-9.
• Niklaus Stadler: Mobile Tagging im Marketing: Ein Überblickswerk mit Schwerpunkten Near Field Communication (NFC) und QR-Code. AVM, München 2010, ISBN 978-3-89975-372-1.

Weblinks

 Commons: Near field communication – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• CNM – NFC-Forschungszentrum der Uni Hannover
• NFC Java-API für JavaME (JSR-257) (englisch)

Quellen

1. ↑ Änderungsstände NFC Normen 2011
2. ↑ ERGOSUM : towards simple and contactless mobile services at the point of sale (englisch). France Telecom (2. Dezember 2008). Abgerufen am 4. Mai 2009.
3. ↑ French retailers, financial services providers and mobile operators publish NFC adoption plans
4. ↑ ^{a b c} Ausprobiert: NFC Lite / Open NFC mit dem Nokia C7-00 – aktiviert mit Symbian Anna. Meldung in der Symbian Lounge vom 6. Juni 2011.
5. ↑ Nokia Geräte Vergleichsliste
6. ↑ Smartphone wird zum Autoschlüssel
7. ↑ NFC Forum Homepage
8. ↑ Planungen Telekom 2011 für Deutschland und Polen
9. ↑ Touch&Travel Webseite (deutsch). Abgerufen am 15. Mai 2009.
10. ↑ http://touchandtravel.de/site/touchandtravel/de/infos__piloten/meldungen/o2__neuer__projektpartner.html
11. ↑ Mobilkom startet mit Nahfunk-Handys (deutsch). derStandard.at (22. Oktober 2007). Abgerufen am 4. Mai 2009. „Berührungsloses Bezahlen bei ÖBB und Wiener Linien – Mobiltelefon wird zum „Schweizer Messer““
12. ↑ NFC technology takes its next step with the Nokia 6216 classic (englisch). Abgerufen am 4. Mai 2009.
13. ↑ NXP sampling standards compliant NFC chip to tier 1 handset makers (english). EE Times. Abgerufen am 11. Mai 2009.
14. ↑ [1] Chart: Samsung Galaxy Nexus vs. Motorola Droid RAZR
15. ↑ http://www.google.com/nexus/#!/features
16. ↑ Seth Planck: Huawei Sonic U8650NFC coming soon. Meldung bei nfc rumors bom 17. Juni 2011.
17. ↑ Wellenreiter. Meldung in der c’t 21-2011 vom 26. September 2011.
18. ↑ ^{a b c} Geräte mit NFC (Englisch)
19. ↑ ^{a b} Pay-Buy-Mobile Business Opportunity Analysis auf www.gsmworld.com. (englisch; PDF-Datei)
20. ↑ Nokia Unveils the world's first NFC product – Nokia NFC shell for Nokia 3220 phone (englisch). Nokia Communications (2. November 2004). Abgerufen am 4. Mai 2009.
21. ↑ http://nds1.nokia.com/phones/files/guides/Nokia_5140i_NFC_shell_UG_de.pdf
22. ↑ http://europe.nokia.com/find-products/devices/nokia-6131-nfc
23. ↑ http://europe.nokia.com/find-products/devices/nokia-6212-classic
24. ↑ http://europe.nokia.com/find-products/devices/nokia-6216-classic
25. ↑ Philips, Samsung and Telefonica Móviles España demonstrate simplicity of Near Field Communication technology at 3GSM World Congress. Abgerufen am 4. Mai 2009.
26. ↑ Nokia confirms cancellation of planned 6216 SWP NFC phone (18. Februar 2010)
27. ↑ Freigabeeinrichtung