Wissenswertes zu Near Field Communication (NFC)

Ob an der Kasse im Supermarkt oder am Parkautomaten – die NFC-Technologie ermöglicht kontaktloses Bezahlen über das Smartphone oder die Bezahlkarte. Die Funktechnik bietet allerdings noch viel mehr Anwendungsmöglichkeiten – zum Beispiel für den Einsatz als digitaler Schlüssel im Smart Home und bald zum Aufladen kleinerer Devices.

Was ist NFC?

Die Abkürzung NFC steht für Near Field Communication (Deutsch: Nahfeldkommunikation), da die Funktechnik Daten innerhalb einer kurzen Distanz von höchstens vier Zentimetern überträgt – bei Bluetooth und WLAN hingegen überwindet die Datenkommunikation je nach Gerät eine Strecke von bis zu 100 Metern.  

NFC wird häufig als Ergänzung zu Bluetooth und WLAN genutzt, weil die Kopplung zweier Geräte schneller erfolgt. Das liegt daran, dass NFC wie eine Art Schlüssel funktioniert, der das Pairing (Deutsch: Paaren) von Bluetooth-Geräten oder die Eingabe eines WLAN-Passworts ersetzt. Ein großer Vorteil von NFC ist in diesem Zusammenhang daher der schnelle Verbindungsaufbau, der ein Zehntel dessen einnimmt, was Bluetooth für eine Kopplung an Zeit benötigt.

2004 haben die Unternehmen Nokia, Philips und Sony den international gültige NFC-Übertragungsstandard gegründet. Das damit verbundene NFC-Forum legt dabei die Spezifikationen fest und bessert bei Bedarf nach. Seit einigen Jahren ist Infineon als Sponsoren-Mitglied bei der strategischen und technischen Ausrichtung des NFC Forums ebenfalls massgeblich beteiligt.

Wie funktioniert ein NFC-Chip?

Der NFC Chip funktioniert in Verbindung mit einer aufgerollten Antenne. Diese Spirale erzeugt ein elektromagnetisches Feld, worüber NFC-Chips Daten mittels induktive Kopplung drahtlos austauschen. Zu diesen Daten gehören unter anderem Telefonnummern, Links, Kontakt- und Zugangsdaten. Das Gerät, das die Daten ausliest, bekommt Zugriff und erhält Anweisungen, was es damit machen soll – zum Beispiel jemanden anrufen, eine Webseite öffnen, Daten ablegen oder eine Daten-Verbindung herstellen.

Generell können sich NFC-Chips in einem passiven oder aktiven Modus befinden. Nur im aktiven Modus erzeugen sie jedoch ein elektromagnetisches Feld. Dieses elektromagnetische Feld dient nicht nur zur Datenübertragung, sondern auch zur Stromgewinnung. Wird ein Gerät in die Nähe eines NFC-Tags gehalten, erzeugt das Magnetfeld im aktiven Chip elektrische Spannung in der Spule des passiven Chips. Die meisten NFC-Transaktionen werden heutzutage passiv durchgeführt, also ohne zusätzliche Stromversorgung in einer NFC Karte oder einem Wearable Device. Ein damit einhergehender zusätzlicher Pluspunkt ist der geringe Stromverbrauch, der für eine lange Batterielaufzeit in Consumer-Geräten sehr wichtig ist.

Aktive vs. passive Tags

Beispiele für Devices mit aktiven Tags:

  • Lese-Terminals im Einzelhandel
  • Smarthphones
  • Wearables, wie Smartwatches

Beispiele für Devices mit passsiven Tag:

  • Kreditkarten
  • Giro- bzw. Debitkarten

Die wichtigsten Fakten im Überblick:

  • Funkfrequenz: 13,56 MHz
  • Datenübertragungsgeschwindigkeit: 424 KBit/s (zum Vergleich: Bluetooth 4.0 überträgt Daten von bis zu 25 Mbit/s)
  • NFC-Chip-Datenspeicher: 048 Byte

Wofür braucht man NFC?

Die NFC-Technologie ist eine bequeme, unkomplizierte Möglichkeit, um eine Kommunikation zwischen zwei Geräten herzustellen. Für diese Art der Kommunikation gibt es jede Menge praktische Anwendungen:

Kontaktlos Bezahlen per NFC

Am meisten wird NFC derzeit für kontaktloses Bezahlen eingesetzt. Nicht nur Smartphones, auch immer mehr Kredit- und andere Bezahlkarten verfügen über NFC-Technik. Banken und Sparkassen geben neue Kreditkarten in der Regel nur noch mit NFC-Chip aus. In Deutschland sind laut der Deutschen Kreditwirtschaft 75 der 100 Millionen Girokarten mit einem entsprechenden Chip ausgerüstet. Die übrigen werden mit dem Austausch der alten Karten bis 2022 ersetzt.

Sowohl mit Karten als auch mit Smartphones ist kontaktloses Bezahlen möglich, zum Beispiel an Tankstellen oder in Supermärkten. Kunden halten dafür Telefon oder Karte an ein Lesegerät. Das ist bequem und geht schneller, als die Karte in ein Lesegerät zu schieben und die Zifferntasten für die PIN zu drücken. Die Eingabe einer PIN entfällt je nach europäischem Land für kleinere Beträge zwischen 25 Euro und 50 Euro.

Für Beträge über diesem Limit fällt für das kontaktlose Bezahlen üblicherweise eine PIN oder eine Unterschrift für die Authentifizierung an. Auf dem Smartphone können auch höhere Beträge über die NFC-Schnittstelle ohne PIN bezahlt werden. Voraussetzung: Das Gerät verfügt über eine biometrische Authentifizierung. Dafür benötig man eine Bezahl-App, wie Google Pay oder Apple Pay, die von der Hausbank des Nutzers unterstützt werden muss. In den USA gibt es kein Limit. Bei höheren Beträgen kann jedoch eine Unterschrift notwendig sein.

Kontaktlose Zahlungen via NFC sind in vielen Ländern schon seit einigen Jahren üblich, wie in den USA, aber auch China, Singapur, Kanada und Großbritannien. Die Corona-Pandemie sorgte für eine noch größere Verbreitung, auch in bislang eher zögerlichen Ländern wie Deutschland. Der Vorteil: Kunden und Händler sind beim Bezahlen nicht gezwungen, Bargeld oder das Kartenterminal zu berühren, was die Übertragungsgefahr von Viren reduziert.

Auch im öffentlichen Nahverkehr vieler Städte weltweit können Nutzer an speziellen Touchpoints per NFC zahlen. Den Fahrschein erhalten sie dann drahtlos direkt auf das jeweilig gewählte Bezahlmedium, wie Ticket im Kreditkartenformat, Smartphone und Wearable. Ein Kontrolleur liest diesen mit einem Lesegerät aus.

Bei der spanischen Fluggesellschaft Iberia können sich Passagiere beispielsweise über biometrische Daten und einem auf dem Telefon gespeicherten NFC-Ticket am Gate identifizieren. Elektronische Tickets via NFC sollen in Zukunft immer mehr Papierkarten ersetzen, etwa im Kino oder bei Konzerten.

Weitere NFC Anwendungen:

1. Digitaler Schlüssel:

Neben kontaktlosem Bezahlen kommt die NFC-Technologie auch im Smart Home zum Einsatz. Nutzer können mit NFC-fähigen Geräten die Haustüre verriegeln und öffnen, ohne einen physischen Schlüssel verwenden zu müssen. Das hat unter anderem den Vorteil, dass ein derartiger Schlüssel mit anderen Teilnehmern geteilt werden kann. Ein Vervielfachen des physischen Schlüssels entfällt dadurch, was die Kontrolle erhöht.

Das Schloss ist dabei mit einem NFC-Tag ausgerüstet, den das Smartphone, ein Wearable oder ein anderer Token erfasst. Das nutzen beispielsweise Firmen für den Gebäudezutritt berechtigter Mitarbeiter. Auch in digitalen Autoschlüsseln arbeitet NFC-Technik, etwa bei einigen Mercedes-Benz-, BMW- oder Hyundai-Modellen.

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2. Informationsdarstellung:

Darüber hinaus gibt es – bislang allerdings eher selten – Werbeplakate und Sehenswürdigkeiten mit NFC-Tags, die auf Wunsch Begleitinformationen auf dem Smartphone darstellen. Das Telefon kann dann beispielsweise eine Webseite zum Ticketverkauf öffnen, wenn es an ein mit einem Tag versehenes Konzertplakat gehalten wird.

3. Inhalte streamen:

Nutzer können via NFC zudem Daten zwischen Geräten austauschen, so wie Links oder Kontaktinformationen. Sind Fernseher, Kameras und Stereoanlage NFC-fähig, lässt sich der Smartphone-Bildschirm auf das TV-Gerät spiegeln oder Fotos von der Digitalkamera an ein Smartphone übertragen.

4. Digitale Visitenkarte:

Wer will, kann NFC noch mehr in Alltag und Smart Home integrieren. Beschreibbare Tags können individuell mit Befehlen und Funktionen versehen werden. Es gibt sie in Form von Aufklebern oder Anhängern. Nutzer können darauf zum Beispiel WLAN-Zugangsdaten oder ihre Business Karte ablegen. Hält ein Besucher sein Smartphone an den Tag, loggt er sich automatisch ein. Anders als bei einem QR-Code muss er nicht eigens die Kamera öffnen.

5. Laden:

Es wird via NFC bald möglich sein, kleine Zubehörgeräte wie Bluetooth-Kopfhörer mit Strom zu versorgen. Sie müssen dann nur in die Nähe des Smartphones gelegt werden. Das NFC-Forum hat dafür im Mai 2020 einen neuen Standard veröffentlicht, den sogenannten Global Wireless Charging Standard. Bis zu 1 Watt Leistung ist hier möglich.

RFID versus NFC: Unterschiede und Gemeinsamkeiten

NFC basiert auf RFID-Protokollen und ist eine Weiterentwicklung davon. RFID steht für Radio Frequency Identification (Deutsch: Identifizierung mit elektromagnetischen Wellen) und ermöglicht es Nutzern, sich kontaktlos und automatisch zu identifizieren und somit authentifizieren. Seit 2005 steckt ein RFID-Chip im deutschen Pass, seit 2010 im Personalausweis. RFID-Chips können auch dafür verwendet werden, um entlaufene Haustiere aufzuspüren, sofern man den Chip vorab implantiert hat.

Ähnlich wie NFC ermöglicht RFID eine Kommunikation zwischen einem Lesegerät und einem Tag. Es gibt aber Unterschiede zwischen den Technologien: Nur bei NFC können zwei Geräte miteinander kommunizieren und Daten austauschen. Das ist die Voraussetzung, um beispielsweise Bluetooth-Geräte zu koppeln. Bei RFID ist die Kommunikation immer nur in eine Richtung möglich. Ein solcher Chip kann entweder nur Sender oder Empfänger sein, nicht aber beides.

Wie sicher ist NFC?

Die Datenübertragung über NFC gilt als sicherer als Bluetooth oder WLAN. Das liegt an der geringen Reichweite der NFC-Tags von wenigen Zentimetern. Attacken und Datendiebstähle sind zwar theoretisch mit viel Aufwand möglich, der Angreifer müsste sich aber in unmittelbarer Nähe des Nutzers befinden und ein Lesegerät mit sich führen. Das ist in der Praxis sehr unwahrscheinlich. Abfangen könnte ein Datendieb dann auch nur die Informationen, die auf dem Chip gespeichert sind und gerade übertragen werden; aber auch nur dann, wenn die Daten unverschlüsselt übertragen werden, was eher selten der Fall ist.

Viele Anwendungsmöglichkeiten sind sicher: Bei der Peer-to-Peer-Kommunikation werden die Daten zwischen zwei Geräten generell verschlüsselt und damit sicher übertragen. Beim Bezahlen via NFC werden nicht die echten Bankdaten des Nutzers zum Lesegerät gesendet, sondern eine verschlüsselte Kopie. Jemand, der die Informationen abfängt, kann damit also nichts anfangen.

Problematisch kann es werden, wenn eine Kreditkarte mit NFC-Tag in die Hände von Kriminellen fällt. Allerdings können sie damit nur kleinere Beträge bezahlen. Für höhere Summen ist eine persönliche Authentifizierung notwendig. Aufpassen sollten Nutzer auch, wenn sie NFC-Tags aus unbekannten Quellen auslesen. Darauf könnte sich Schadsoftware befinden.

In Zukunft dürfte es immer mehr Lösungen geben, bei denen Daten via NFC verschlüsselt übertragen werden oder Nutzer mithilfe biometrischer Merkmale identifiziert werden – so wie Fingerabdruck oder Gesichtserkennung. In der Entwicklung sind auch biometrische Zahlkarten: Die Chips stammen dazu von Infineon.

Die Rolle von Infineon bei NFC-Chips

Infineon ist weltweit einer der größten Hersteller von NFC-Chips und Antennen und liefert damit die Mehrheit aller Sicherheitschips in Bezahlkarten. Aber nicht nur das: Dank der kontaktlosen Bezahllösungen von Infineon kann nahezu jedes Device in eine Bezahllösung verwandelt werden. Dazu zählen Schmuck, wie smarte Ringe, Armbänder und Ketten.

Boosted-NFC-Lösungen von Infineon sind aufgrund ihrer kleinen Dimensionen für Smart Wearables und Internet-of-Things-Geräte optimiert, bei denen in der Regel wenig Platz für den Einbau von Chips ist. Der Mikrocontroller SECORA Connect ist speziell für Wearables gemacht und ermöglicht es, mit den Devices zum Beispiel zu bezahlen. Daneben stellt Infineon Mikrocontroller für passive NFC-Tags her.

Infineon setzt vielfach auf Systemlösungen mit integriertem Betriebssystem. Hersteller können damit schnelle und agile Implementierungen kostengünstig realisieren. Neben SECORA Pay und SECORA Connect für sicheres Bezahlen in Karten und Wearables bietet Infineon auch Lösungen wie SECORA ID an, bei denen Sicherheitschips mit passender Software mit dem GovID-Projekt kombiniert werden. Sie unterstützen sowohl kontaktbasierte als auch kontaktlose Lösungen und werden in verschiedenen elektronischen Ausweisdokumenten eingesetzt. Der Mikrocontroller in der entsprechenden Lösung unterstützt eine Verschlüsselung und speichert biometrische Daten.