Smart Sensors Bezahlen und mehr im (Nah-)Feld

Die unaufhaltsame Ausbreitung von Smartphones hat deren Attraktivität für Technologieanbieter aller Art beträchtlich in die Höhe getrieben. Wer irgend kann, sucht nach Mittel und Wegen, um vom Kompaktcomputer in jedermanns Tasche zu profitieren. Die Möglichkeit, interaktiv mit dem Endverbraucher in Kontakt zu bleiben, ist ein Idealfall für die kommerzielle Industrie. Bestes Beispiel ist die so genannte Nahfeldkommunikation, kurz NFC, deren Einsatz sich angesichts der gewünschten Interaktion mit High-Tech-Verbrauchern geradezu aufdrängt.

Einfaches Hinhalten der Chip-Karte am POS (Point of
Sale) genügt, um mit EC-, aufgeladener Cash- oder Kreditkarte zu bezahlen. Das Einstecken ins Lesegerät ist nicht mehr notwendig. Auch die meisten Mobile Devices sind heute mit NFC-Technologie ausgerüstet, so dass man direkt auch mit dem Handy bezahlen kann. Doch das ist nur ein winziger Teil der zahllosen Möglichkeiten, die sich hinter dem Begriff NFC verbergen. NFC ist eine schnelle, energiesparende und relativ sichere Drahtlostechnik auf Induktionsbasis, die grundsätzlich auf RFID basiert und im Bereich von 5 bis 20 cm arbeitet. Mit ihr können allerlei mit der NFC-Technologie ausgestattete Wireless-Geräte kommunizieren. Die Kommunikation bezieht sich dabei auf den einfachen Austausch von Informationen wie Telefonnummern oder Bezahl-Transaktionen, sie kann aber ebenso mit Tags arbeiten und wie RFID in der Warenwirtschaft oder in anderen Bereichen eingesetzt werden.

Schwierige Normung

Die geringe Distanz erschwert das Abhören mit Hilfe von Funkempfängern. Deshalb eignet sich diese Technologie vor allem dazu, sensible Daten zu übertragen. Mittlerweile sind auch die meisten Kreditkarten mit NFC-Chips ausgerüstet. Doch der Normungsweg war holprig. Vor sieben Jahren wurde der SWP(Single Wire Protocol)-Standard für die Verbindung zwischen NFC-SIM-Karte und NFC-Funkchip gewählt, und damit erfolgte der Anstoß für die weltweite Verbreitung. Die Zusammenarbeit zwischen den Normengremien für SD-Cards, SIM-Cards und NFC sollte möglichst viele Geräte mit NFC-Fähigkeiten ausrüsten, um so die Akzeptanz und Verwendung zu verstärken. So ist auch die von ISO/IEC 18092, der European Computer Manufacturers Association (ECMA) und dem European Telecommunications Standards Institute (ETSI) standardisierte Nahfeldkommunikation kompatibel zur kontaktlosen Chipkarte (CICC). Zudem treibt die OSTP-Allianz zur Erhöhung der Sicherheit von offenen Standards die Etablierung des CIPURSE-Standards beispielsweise für Mautsysteme voran.

Der Datenaustausch bei NFC erfolgt über die induktive Kopplung zwischen zwei Induktivitäten, der des so genannten Initiators und des Targets. Die magnetischen Felder strahlen mit Hochfrequenz von 13,56 MHz vom Initiator zum Target, wobei die Amplitudenumtastung (Amplitude-Shift Keying) zur Modulation dient. Die in Stufen einstellbare Datenrate beträgt bis 424 kBit/s.

Die meisten Bezahlautomaten sind heute mit NFC-Lesern ausgerüstet, so dass man die Karte nicht in das Lesegerät schieben muss. Deshalb lässt sich das Bezahl-Tag nicht nur in Karten und Handy, sondern beispielsweise auch in beliebige Wearables integrieren. Die angedachten und ausgeführten NFC-Lösungen dringen seit zwei, drei Jahren in Bereiche vor, an die man zuvor nicht gedacht hätte. Die Marktforscher von ABI Research sagen voraus, dass die Anzahl der weltweit verkauften NFC-Smartphones bereits Ende dieses Jahres 500 Millionen erreicht. Angesichts dieser Zahlen dürfte es nicht mehr lange dauern, bis eine hohe Zahl von Massentransportmitteln wie Busse, Züge und Flughäfen NFC-basierte Zahlung erlaubt. Eine ganze Reihe von Vorreitern gibt es ja bereits, in Österreich, Schweden, aber auch hier zu Lande.

Unterschiedliche NFC-Betriebsarten

Eine weitere, jüngere NFC-Applikation ist das schnelle Koppeln von Heim- und Bürogeräten. Mit der Möglichkeit, sich durch ein persönliches NFC-Gerät wie eine Smartcard oder ein Smartphone zu identifizieren, könnten sich die User einen sicheren Zugang zu ihrem Auto, ihrem Heim oder ihrem Hotelzimmer verschaffen. Und zwei Smart-Geräte könnten mithilfe des NFC-Protokolls die optimale Verbindung untereinander herstellen. Die Kommunikation mit höheren Datenraten könnte durch den Einsatz anderer drahtloser Technologien wie Bluetooth oder WLAN erfolgen, und zwar in einer der drei NFC-Betriebsarten: Peer-to-Peer (P2P), Reader/Writer (R/W) oder Card-Emulation. Ein mit NFC ausgestattetes Gerät kann in lediglich einer oder in allen drei Betriebsarten arbeiten, abhängig von der Technologie, mit welcher das Gerät in Verbindung tritt.

Funktionsweise Peer-to-Peer-Modus

Im Peer-to-Peer-Kommunikationsmodus tauschen zwei NFC-Lesegeräte Daten miteinander aus. Dabei können beide Lesegeräte aktiv arbeiten und sich im Aufbau des HF-Feldes abwechseln. Das heißt, die Kommunikation kann von jedem Gerät ausgehen, das jeweils andere antwortet als Tag (Target) im passiven Kommunikationsmodus. Ein Beispiel sind zwei Maschinen, die ein logisches Link-Control-Protokoll (LLCP) für die bidirektionale Kommunikation verwenden.

Im Reader- /Writer-Modus kommuniziert ein NFC-Lesegerät mit einem passiven RFID-Transponder (Tag). Das passive Tag wird über das HF-Feld des Lesers mit Energie versorgt. So können intelligente Plakate Video-Links enthalten, oder Einzelhandelsprodukte Web-basierte Anzeigen; Geräte können Handbücher aufrufen, oder es wird eine Verbindung zu App-Stores aufgebaut.

Im Emulation-Modus kann ein NFC-Lesegerät einen passiven RFID-Tag emulieren. Das bedeutet, ein Handy mit NFC kann als RFID-Tag funktionieren und somit zum Bezahlen mit emulierter Karte eingesetzt werden. Diese Betriebsart wird vorwiegend zur Zugangskontrolle, zur Identifizierung sowie zur Bezahlung verwendet. Da diese sensitiven Informationen im Gerät gehalten werden, sind jedoch hochsichere Speicherzugriffssysteme erforderlich.

Bluetooth Low Energy als NFC-Killer?

Allerdings könnte sich NFC nach Überzeugung von Eco – Verband der deutschen Internetwirtschaft als Irrweg erweisen und der Bluetooth-Low-Energy(BLE)-Standard zum NFC-Killer werden. BLE bietet nach deren Meinung die gleichen Funktionen wie NFC, jedoch mit einer viel größeren Reichweite. Als Indiz dafür wird unter anderem angeführt, dass Apple – im Gegensatz zu anderen Smartphone-Betriebssystemen – NFC nicht unterstützt, sondern sich auch mit seinen neuen iPhones und dem neuen iOS auf BLE stützt. „BLE bietet aus heutiger Sicht mehr Potenzial für die so genannte Micro Location als NFC“, meint Eco-Chef Harald A. Summa. Er argumentiert, dass BLE bis zu einer Reichweite von 10 Metern arbeitet. Somit könnten Kunden mit BLE in einem weitaus größeren Radius im Kaufhaus ihre Waren bezahlen, während sie mit NFC ganz nah an die Kasse heran müssten, was zu einer Warteschlange führen könnte. Außerdem sei BLE wesentlich kostengünstiger: Um beispielsweise ein mittelgroßes Kaufhaus mit NFC auszustatten, würden Kosten von rund 100.000 Euro anfallen, die Ausstattung mit BLE kostete im gleichen Umfang nur etwa 5.000 Euro.