什么是“帶外”無線配對？

無線配對相信大家已不陌生，比如手機(jī)WiFi與路由器間的無線配對，手機(jī)與智能家居設(shè)備間的藍(lán)牙無線配對。那什么又是“帶外”無線配對呢？其實這個帶指的是帶寬，就以上述我們熟悉的WiFi和藍(lán)牙為例，它們使用的都是2.4GHz的工作頻段，而當(dāng)我們的配對采用的是其他頻段無線技術(shù)的話，就可以稱其為“帶外”無線配對，就好比今天我們要講的NFC就是工作在13.56MHz這個頻段的一種技術(shù)。

圖 | 以手機(jī)為中介的NFC帶外配對方案演示

沒有對比就沒有傷害，NFC配對有多快？

NFC是英文Near Field Communication的簡稱，中文名為近場通信，早期是由飛利浦、索尼和諾基亞等公司提出的，使用非接觸式連接，傳輸速率有106kb/s、212 kb/s和424 kb/s等幾種可選，支持主動和被動兩種工作模式。

那為什么說NFC配對很快呢，WiFi、藍(lán)牙等無線通訊對NFC帶外配對的需求點是什么？我們以藍(lán)牙為例，在多個設(shè)備間通信時，為了實現(xiàn)頻帶復(fù)用和加強(qiáng)安全性保障，需要在每次設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)之前進(jìn)行連接操作，而對于首次配對的設(shè)備還需要先對附近的活動設(shè)備進(jìn)行搜索，然后手動輸入PIN碼才能進(jìn)行設(shè)備間配對。據(jù)悉，在這樣的傳輸層握手協(xié)議下，一些藍(lán)牙設(shè)備的配對過程需要3秒至5秒才能完成，而在無線設(shè)備擁擠的環(huán)境中則最長耗時接近30秒。此外，即使是二次連接過去已識別的節(jié)點也常常需要手工干預(yù)，用戶體驗效果較差。

相對的，如果采用NFC技術(shù)在兩個設(shè)備間建立連接時，只要輕輕地觸碰一下就能快速建立連接，耗時方面，基本上在120毫秒到200毫秒左右就可以完成整個配置的過程。意法半導(dǎo)體MMS市場及應(yīng)用部市場經(jīng)理高麗舉了一個很生動的例子，她說：“我們在使用藍(lán)牙設(shè)備時，通常會采用點對點配對的方式，如果你的周圍只有2~3人，那很方便就能知道對方藍(lán)牙設(shè)備的名字，并一一配對，但如果我們的周圍有100人的時候，要正確給它配對，那就變得異常困難，因為我們很難記住和區(qū)分這100個人所用的藍(lán)牙名字，這個時候我們?nèi)绻捎肗FC進(jìn)行帶外配對，那么只需要將兩個待配對設(shè)備輕輕碰一下，瞬間完成配對工作，非常方便、快速?！?/p>

意法半導(dǎo)體MMS市場及應(yīng)用部市場經(jīng)理高麗女士

NFC“帶外”無線配對更安全，為什么？

我們還是以藍(lán)牙為例，事實上藍(lán)牙通信面臨的最大挑戰(zhàn)就是安全性問題。雖然藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供了認(rèn)證、加密和密鑰管理等功能，但是在實際操作過程中，我們的設(shè)備在初始配對過程中輸入PIN碼時還是存在被監(jiān)聽的風(fēng)險，一旦被監(jiān)聽，那么攻擊者就會用算法估算安全密鑰并偽裝成該藍(lán)牙設(shè)備，通過窮舉搜索PIN碼進(jìn)行強(qiáng)力攻擊，或是強(qiáng)制刪除兩個藍(lán)牙設(shè)備中的某一個安全密鑰進(jìn)而啟動一個新的配對過程是攻擊者目前慣用的伎倆。這也是某些設(shè)備供應(yīng)商建議不要在公共區(qū)域內(nèi)打開藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配對的原因所在。

但如果我們使用NFC技術(shù)輔助藍(lán)牙進(jìn)行配對的話，可以在主動模式下交換數(shù)據(jù)進(jìn)而交換隨機(jī)生成的PIN碼，使兩臺設(shè)備可以自動驗證對方建立的安全連接；此外，NFC作為短距離通信的典型，通信距離往往只有10厘米不到，這樣短的傳輸距離本身就限制了潛在攻擊者的竊聽和訪問，因此設(shè)備配對安全性能夠得到大大的提高。
NFC“帶外”無線配對方案無需關(guān)閉卻更省電？

低功耗是物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的大趨勢，而NFC“帶外”無線配對方案是符合低功耗這個需求的。我們知道藍(lán)牙設(shè)備間為了維持配對關(guān)系會進(jìn)行“輪詢”呼叫，在一定程度上增加了藍(lán)牙設(shè)備的耗電量。但如果我們使用NFC傳輸藍(lán)牙PIN碼的話，就可以取消這個“輪詢”機(jī)制，改為每次數(shù)據(jù)傳輸后就取消配對，而在下一次需要傳輸數(shù)據(jù)前進(jìn)行重新配對的方式，可以大大降低二次握手功耗。由于NFC是通過線圈耦合來提供能量的，被動設(shè)備沒有關(guān)閉一說，這也是NFC“帶外”無線配對方案無需關(guān)閉卻更省電的原因所在了。

NFC將無處不在，下游如何抓住技術(shù)普及窗口期？

“NFC將無處不在？”這是一個偽命題。事實上，目前已有60%的基于Android和iOS的移動設(shè)備已支持NFC功能，除了銀行卡和POS終端間的銀行交易、交通和電子票務(wù)、數(shù)字接入、護(hù)照、非接觸式數(shù)字身份認(rèn)證以外，NFC技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、電表、游戲平臺以及建筑物和車輛的門禁控制等場景中，已經(jīng)是無處不在了。

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圖 | ST NFC方案開發(fā)板ST25DV演示案例圖

當(dāng)然，未來有更多的細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域可以用到NFC這種技術(shù)，就比如今天講的“帶外”無線配對輔助功能，現(xiàn)下標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)推出，普及時日可期。那對于應(yīng)用型公司而言，如何簡單、快捷地掌握這種技術(shù)的開發(fā)呢？最好的辦法就是和這個生態(tài)圈中最佳的上游伙伴合作，需求定位、方案選擇、芯片供應(yīng)、售后服務(wù)一條龍服務(wù)。意法半導(dǎo)體MMS市場及應(yīng)用部市場經(jīng)理高麗表示：“目前ST針對NFC的市場需求推出了讀卡器、動態(tài)標(biāo)簽以及標(biāo)簽等不同系列的產(chǎn)品，并且持續(xù)優(yōu)化和提升產(chǎn)品功能和性能，推陳出新，給市場帶來更多的性價比高的新產(chǎn)品。另外ST也提供demo板以及SW/FW的demo code幫助客戶在設(shè)計過程中進(jìn)行評估和參考，設(shè)計指南的文檔和講解視頻也可以幫助客戶快速的了解設(shè)計的重點和注意事項，加快開發(fā)流程。而從應(yīng)用端的角度出發(fā)，意法半導(dǎo)體也有相應(yīng)的推薦解決方案可供用戶參考，本次在2021年慕尼黑電子展上推出的這款ST25DV開發(fā)板就是針對I2C動態(tài)NFC標(biāo)簽解決方案研發(fā)出的一款開發(fā)板，非常的實用?！?/p>

寫在最后

跳出技術(shù)范疇，從一個體驗者的角度出發(fā)，基于NFC技術(shù)的“帶外”無線配對方案確實還是很香的，不防一試。