Cos’è la NFC o Near-Field Communication?

La sigla NFC ricorre spesso quando si parla di smartphone, smart watch ed altri dispositivi “intelligenti”.

Cosa vuol dire? A cosa serve?

Nel presente articolo scopriamo significato, caratteristiche, funzionamento e applicazioni pratiche di una tecnologia diventata imprescindibile.

Cos’è e come funziona la tecnologia NFC?

NFC è l’acronimo di Near-Field Communication, ossia “comunicazione a corto raggio”. Il nome rende già un’idea della principale caratteristica di questa tecnologia, vale a dire la capacità di trasmettere informazioni tra due dispositivi poco distanti tra loro e, soprattutto, senza necessità del contatto fisico.

Rientra dunque nella macro-categoria del contactless, all’interno della quale troviamo tecnologie che condividono il tipo di comunicazione presentando però piccole ma al contempo significative differenze che influiscono su raggio d’azione ed ulteriori fattori, e di conseguenza sulle opportunità di applicazione.

La NFC si serve delle radiofrequenze (RF) per trasmettere e ricevere dati. La radiofrequenza può essere definita come un segnale derivante dall’emissione di cariche elettriche, che a loro volta creano un campo elettromagnetico al contatto di altre cariche elettriche.

Ad emettere il segnale è un’antenna:

L’antenna ad anello (loop antenna) è formata da anelli di materiale conduttivo collegati ad un chip contente informazioni.

Nei dispositivi moderni – ad esempio smartphone e smart watch – viene utilizzata un’antenna ad anello (loop antenna) per ampliare l’area di propagazione delle onde e per ottenere una maggiore efficacia della trasmissione dati. All’interno degli anelli-conduttori si crea infatti un campo elettromagnetico di elevata intensità.

In alcuni dispositivi l’antenna contactless è coperta da uno strato di materiale con elevata capacità di magnetizzazione, poiché la presenza di una scocca metallica – spesso impiegata negli apparecchi di alta qualità – può incidere negativamente sull’intensità del campo elettrico.

Il sistema NFC

La trasmissione di dati attraverso NFC implica la presenza di due dispositivi muniti di antenna ad anello.

Il primo (initiator–reader) propaga onde elettriche, il secondo (transponder) le riceve e ne consegue l’attivazione del chip sul quale sono memorizzate informazioni (dati).

I dati saranno a loro volta propagati nel campo elettromagnetico, catturati dal lettore e decriptati, cioè tradotti affinché risultino fruibili al software installato sullo stesso reader.

Le applicazioni della Near-Field Communication

La NFC permette dunque lo scambio di informazioni attraverso la propagazione a corto raggio di onde elettromagnetiche. Quali sono le applicazioni pratiche di questa tecnologia?

Può essere utilizzata per trasmettere dati da un dispositivo all’altro (es. scambio di file tra smartphone) o per associare due dispositivi in modalità wireless (ad esempio per collegare uno smartphone alle cuffie).

In realtà, come vedremo più avanti, le suddette operazioni si servono generalmente di un diverso standard al fine di assicurare la trasmissione dei dati a distanze maggiori.

In ambito di pagamenti, la comunicazione a corto raggio viene usata per trasmettere informazioni su una carta di credito.

La capacità di trasmissione a corto raggio rende la Near-Field Communication più adatta ad altri usi, ad esempio ai pagamenti contactless.

Essendo un’operazione, quella del pagamento contactless, che richiede solo pochi istanti, lo stretto raggio di trasmissione non solo è sufficiente ma è ideale per motivi di sicurezza.

Abbinando gli elementi del sistema NFC agli apparecchi di uso quotidiano, l’initiator–reader (con doppia funzione di invio dell’impulso e di lettura dei dati ricevuti) non è altro che il terminale POS, mentre il transponder è lo smartphone.

Importante in tale contesto è la posizione dell’antenna su POS e smartphone. Il campo elettromagnetico viene infatti generato solo quando le due antenne sono a distanza ravvicinata (pochi centimetri).

È questo il motivo per cui sui POS troviamo logo contactless: non tanto per indicare che l’apparecchio è in grado di elaborare transazioni senza contatto (ormai lo sono tutti) quanto per indicare al cliente la posizione dell’antenna, cioè il punto in cui deve avvicinare il suo dispositivo smart.

Sugli smartphone, invece, l’antenna non può che essere posizionata nella parte superiore dell’apparecchio (per intendersi, vicino alla fotocamera) poiché in questo modo è possibile avvicinare il telefono in modo naturale, senza cambiare il senso dell’impugnatura.

Accenni di storia

La storia della NFC inizia negli anni ’80, quando Charles Walton deposita il brevetto per la tecnologia RFID, sulla quale la comunicazione a corto raggio si erge.

Nel 2006, dopo alcuni anni di lavori, il NFC Forum costituito da Nokia, Philips e Sony stabilisce le specifiche per questo standard di trasmissione.

Nello stesso anno è la finlandese Nokia ad implementare per la prima volta su un telefono cellulare la trasmissione a corto raggio su basse radiofrequenze. Il dispositivo in questione è il Nokia 6131.

È nel 2011, però, che la Near-Field Communication inizia ad essere applicata per eseguire transazioni finanziarie, grazie alla collaborazione tra Mastercard e Blackberry.

L’anno successivo anche Visa inizia a certificare alcuni dispositivi, tra cui dei modelli con sistema operativo Android.

Differenze tra NFC e Bluetooth sugli smartphone

Near-Field Communication e Bluetooth (BLE) sono entrambe modalità di trasmissione di dati senza contatto.

Nella sezione precedente abbiamo accennato ai vantaggi della comunicazione a corto raggio per l’esecuzione di transazioni finanziarie; vediamo ora caratteristiche e differenze tra i due standard contactless:

Occorre innanzitutto sottolineare il principale fattore che determina la scelta della NFC in luogo del BLE: la distanza di trasmissione.

Per scambiare foto e video, per collegarsi ad un altro dispositivo può indubbiamente essere utile una maggiore capacità di comunicazione nello spazio. Il Bluetooth è in questo caso la scelta migliore: si pensi all’associazione tra smartphone e cuffie, o ancora agli elettrodomestici smart per la gestione a distanza.

In un raggio così ampio di comunicazione il rischio di interferenze da parte di apparecchi estranei è tuttavia concreto. Come si risolve il problema? Lo standard Bluetooth richiede una configurazione iniziale (associazione) affinché due dispositivi possano iniziare a comunicare tra loro.

In tutta evidenza, sarebbe problematica l’applicazione delle stesse regole alle transazioni finanziarie, le quali richiedono rapidità di esecuzione e soprattutto libertà di interazione tra qualsiasi smartphone e qualsiasi terminale.

Gli aspetti sopraindicati trovano soluzione proprio nella NFC, che richiede una distanza massima di 4 centimetri tra i dispositivi che intendono scambiarsi dati. Improbabile (e praticamente impossibile) che un apparecchio estraneo possa interferire nel raggio di una distanza così ridotta tra i due dispositivi coinvolti nello scambio.

Da un lato, dunque, la Near-Field Communication permette a qualsiasi dispositivo di interagire in modo rapido senza un’associazione preventiva, dall’altro garantisce sicurezza attraverso il corto raggio.

Un ulteriore livello di sicurezza è poi garantito dalla parte software, che rende necessaria (al di sopra di un importo) l’autorizzazione dell’utente tramite codice segreto, impronta digitale o riconoscimento facciale.

Altro fattore rilevante è la velocità di trasmissione dati: relativamente bassa (424 kbit/s) per la NFC ma sufficientemente rapida per la trasmissione di pochi kilobytes di informazioni (numero di carta, titolare della carta). Questo standard non è però adatto alla trasmissione di grandi quantità di dati, ad esempio per l’invio di flussi continui di suoni (come nel caso delle cuffie wireless).

In ultimo, si noti come gli standard NFC e Bluetooth permettano una comunicazione bidirezionale. Un apparecchio che si serve di tali standard (ad esempio uno smartphone e un tablet) è in grado di assumere il doppio ruolo di ricevitore e trasmettitore, mentre la RFID o Radio Frequency Identification – utilizzata sulle carte contactless – ne ammette solo uno (comunicazione unidirezionale).

Fonti

• Storia della Near Field Communication (Wikipedia)
• Progettazione di un’antenna NFC (EmcElettronica)