什么是“带外”无线配对?


无线配对相信大家已不陌生,比如手机WiFi与路由器间的无线配对,手机与智能家居设备间的蓝牙无线配对。那什么又是“带外”无线配对呢?其实这个带指的是带宽,就以上述我们熟悉的WiFi和蓝牙为例,它们使用的都是2.4GHz的工作频段,而当我们的配对采用的是其他频段无线技术的话,就可以称其为“带外”无线配对,就好比今天我们要讲的NFC就是工作在13.56MHz这个频段的一种技术。


 
图 | 以手机为中介的NFC带外配对方案演示


没有对比就没有伤害,NFC配对有多快?


NFC是英文Near Field Communication的简称,中文名为近场通信,早期是由飞利浦、索尼和诺基亚等公司提出的,使用非接触式连接,传输速率有106kb/s、212 kb/s和424 kb/s等几种可选,支持主动和被动两种工作模式。


那为什么说NFC配对很快呢,WiFi、蓝牙等无线通讯对NFC带外配对的需求点是什么?我们以蓝牙为例,在多个设备间通信时,为了实现频带复用和加强安全性保障,需要在每次设备间传输数据之前进行连接操作,而对于首次配对的设备还需要先对附近的活动设备进行搜索,然后手动输入PIN码才能进行设备间配对。据悉,在这样的传输层握手协议下,一些蓝牙设备的配对过程需要3秒至5秒才能完成,而在无线设备拥挤的环境中则最长耗时接近30秒。此外,即使是二次连接过去已识别的节点也常常需要手工干预,用户体验效果较差。


相对的,如果采用NFC技术在两个设备间建立连接时,只要轻轻地触碰一下就能快速建立连接,耗时方面,基本上在120毫秒到200毫秒左右就可以完成整个配置的过程。意法半导体MMS市场及应用部市场经理高丽举了一个很生动的例子,她说:“我们在使用蓝牙设备时,通常会采用点对点配对的方式,如果你的周围只有2~3人,那很方便就能知道对方蓝牙设备的名字,并一一配对,但如果我们的周围有100人的时候,要正确给它配对,那就变得异常困难,因为我们很难记住和区分这100个人所用的蓝牙名字,这个时候我们如果采用NFC进行带外配对,那么只需要将两个待配对设备轻轻碰一下,瞬间完成配对工作,非常方便、快速。”


 
意法半导体MMS市场及应用部市场经理高丽女士

 

NFC“带外”无线配对更安全,为什么?


我们还是以蓝牙为例,事实上蓝牙通信面临的最大挑战就是安全性问题。虽然蓝牙技术标准提供了认证、加密和密钥管理等功能,但是在实际操作过程中,我们的设备在初始配对过程中输入PIN码时还是存在被监听的风险,一旦被监听,那么攻击者就会用算法估算安全密钥并伪装成该蓝牙设备,通过穷举搜索PIN码进行强力攻击,或是强制删除两个蓝牙设备中的某一个安全密钥进而启动一个新的配对过程是攻击者目前惯用的伎俩。这也是某些设备供应商建议不要在公共区域内打开蓝牙设备进行配对的原因所在。


但如果我们使用NFC技术辅助蓝牙进行配对的话,可以在主动模式下交换数据进而交换随机生成的PIN码,使两台设备可以自动验证对方建立的安全连接;此外,NFC作为短距离通信的典型,通信距离往往只有10厘米不到,这样短的传输距离本身就限制了潜在攻击者的窃听和访问,因此设备配对安全性能够得到大大的提高。
NFC“带外”无线配对方案无需关闭却更省电?


低功耗是物联网未来发展的大趋势,而NFC“带外”无线配对方案是符合低功耗这个需求的。我们知道蓝牙设备间为了维持配对关系会进行“轮询”呼叫,在一定程度上增加了蓝牙设备的耗电量。但如果我们使用NFC传输蓝牙PIN码的话,就可以取消这个“轮询”机制,改为每次数据传输后就取消配对,而在下一次需要传输数据前进行重新配对的方式,可以大大降低二次握手功耗。由于NFC是通过线圈耦合来提供能量的,被动设备没有关闭一说,这也是NFC“带外”无线配对方案无需关闭却更省电的原因所在了。


NFC将无处不在,下游如何抓住技术普及窗口期?


“NFC将无处不在?”这是一个伪命题。事实上,目前已有60%的基于Android和iOS的移动设备已支持NFC功能,除了银行卡和POS终端间的银行交易、交通和电子票务、数字接入、护照、非接触式数字身份认证以外,NFC技术还被广泛应用于工业设备、电表、游戏平台以及建筑物和车辆的门禁控制等场景中,已经是无处不在了。


 
图 | ST NFC方案开发板ST25DV演示案例图


当然,未来有更多的细分应用领域可以用到NFC这种技术,就比如今天讲的“带外”无线配对辅助功能,现下标准已经推出,普及时日可期。那对于应用型公司而言,如何简单、快捷地掌握这种技术的开发呢?最好的办法就是和这个生态圈中最佳的上游伙伴合作,需求定位、方案选择、芯片供应、售后服务一条龙服务。意法半导体MMS市场及应用部市场经理高丽表示:“目前ST针对NFC的市场需求推出了读卡器、动态标签以及标签等不同系列的产品,并且持续优化和提升产品功能和性能,推陈出新,给市场带来更多的性价比高的新产品。另外ST也提供demo板以及SW/FW的demo code帮助客户在设计过程中进行评估和参考,设计指南的文档和讲解视频也可以帮助客户快速的了解设计的重点和注意事项,加快开发流程。而从应用端的角度出发,意法半导体也有相应的推荐解决方案可供用户参考,本次在2021年慕尼黑电子展上推出的这款ST25DV开发板就是针对I2C动态NFC标签解决方案研发出的一款开发板,非常的实用。”


写在最后


跳出技术范畴,从一个体验者的角度出发,基于NFC技术的“带外”无线配对方案确实还是很香的,不防一试。