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多重驗證層層把關 NFC應用品質更有保障 2014/2 陳立閔

2014-05-20

由於近距離無線通訊(NFC)的應用,多半涉及個人穩私與財務安全,因此包括國際標準化組織(ISO)、國際電工委員會(IEC)與優力國際(UL)等認證機構,皆已提出多種安全標準規範,讓NFC應用開發商能準確評估安全性與功能性,確保產品品質。

隨著晶片技術的革新,目前已經有廠商推出把藍牙(Bluetooth) 、近距離無線通訊(NFC)、無線區域網路(Wi-Fi)與調頻(FM)通訊整合在同一晶片內的四合一無線連結方案;藍牙有著短距離的強大通訊功能,Wi-Fi具備長距離的優勢,FM適合室內中距離低頻的設備連結,再加上保密性高的NFC,不但能使得設備間的通訊介面整合變得容易,更讓未來的消費性電子產品能夠變得更輕薄短小,觸發更多整合的無限可能。

短距離無線技術既競爭又合作
通訊介面的發展,除了從有線走向無線外,也從室內走向室外。過去業者搶攻辦公室與家用的xDSL、光纖與纜線數據機(Cable Modem)的盛況,在行動網路爆發後,似乎已變成明日黃花,越來越多的使用者在家裡或辦公室不再使用有線的網路,而轉由各式各樣的短距離無線通訊介面做為溝通的媒介。

以PC周邊應用為例,無線滑鼠與鍵盤早就不是新聞,儘管通用序列匯流排(USB)經過10多年的努力,傳輸速率從USB 1.0的2Mbit/s升級到USB 3.0 5Gbit/s,即號稱1分鐘內可以把一部高畫質(HD)電影傳輸完畢,傳輸速率大幅領先串列式先進附加技術(SATA);但目前市面上已開始量產透過Wi-Fi介面傳輸的硬碟,雖然傳輸效率低一些,但無線的便利性仍具優勢。

另外,高畫質多媒體介面(HDMI)的數位訊號傳輸在取代D-Sub不久,2013年就有Wi-Fi電視問世,及採用藍牙或Wi-Fi傳輸的投影機問世。

無線裝置間的通訊,原本只在於FM、紅外線與藍牙的區域內競爭。紅外線的功率低,但距離短;FM的距離長但是數位化訊號不佳;藍牙可傳遞數位訊號,但距離短,耗電量大。原本這些通訊介面在各領域間相互競爭,隨著手機功能多樣化需求,這些介面皆成為標準內建介面,而NFC是最晚加入手機的通訊介面,也代表所有的通訊介面目前是在手機上和平共存的型態,從先前的競爭逐漸轉變成既競爭又合作的巧妙情況(圖1)。

圖1 無線通訊技術傳輸距離與速率一覽

電磁輻射訊號易互擾 多重技術整合考驗重重
將各種裝置整合,並不是新鮮事,但是無線裝置的整合,並不是加裝連接器槽或是轉接卡就能夠輕鬆解決的事情,原因在於無線裝置的訊號是透過電磁輻射與天線發射及接收。除此以外,每一種介面就是一種通訊協定,也就是一種調變(Modulation)與解調變(De-Modulation)的過程。電磁輻射訊號容易互相干擾,受過干擾後的訊號,就像是一鍋熱湯,無法還原原本的材料,不受管制的訊號混合後,甚至可能產生對某些裝置有意義的訊號,因而干擾到不同設備的運作情形。

在2009年,美國就有一則關於手機訊號干擾熱烤箱運作的實例,當手機鈴聲響起,烤箱開關也受到訊號啟動,直接將烤箱火力開至最大,導致使用上過熱或起火的危險,最後烤箱製造商必須全面回收。因此無線通訊介面的選用與設計,除了會影響到市場外,對於系統的選用與配合材料的選擇都是關鍵。

將通訊介面整合在晶片內,主要的困擾並不在於干擾問題,而是在要選擇哪些介面進行整合,才是最有效的利用。因為無用的訊號處理晶片並沒有辦法轉做其他用途使用。無用的通訊管道,除了會浪費晶片的功用外,也會浪費周邊的配合裝置,如電路板線路、接收器與發射器等,在寸土必爭的攜帶型裝置上,絕對是不能接受的問題。

目前較為熱門的幾大應用,仍然聚集在下列幾種領域:

  • FM通訊
    除了電信廣播接收外,FM也是滑鼠、鍵盤、耳機、簡報器等廉價設備的無線通訊介面,傳輸距離可達數10公尺,比藍牙長,功率較低,雖然比較容易受到干擾,但是訊號完整性要求較低,裝置也沒有授權使用費的成本考量。
  • 藍牙
    目前藍牙已經發展到4.0版本,除耗能降低外,傳輸範圍也增加到60公尺,並支援一對多的操作模式。但是授權費用高、耗電與認證模式複雜,仍然是藍牙普及的障礙。
  • Wi-Fi
    藉由IEEE的大力推動與公共熱點的設立,Wi-Fi已成為智慧手持裝置必備的通訊介面之一,尤其大量網路資料傳輸的價格與網路語音服務(VoIP)等語音通訊已臻成熟,越來越多的年輕人採用能在手機上使用的免費VoIP應用軟體如LINE或Skype等,做為取代3G/3.5G通訊的媒介。聲音品質更好、功率更低、免費與無時間限制等優點,均讓Wi-Fi的需求更為殷切。
  • NFC
    因應手機的記憶體容量越來越大,記憶體也越來越便宜,64GB記憶體的手機已被越來越多的人做為隨身碟使用,交換資料也屬於必要的功能。以往藉由網路硬碟傳輸,雖然有隨處可用的方便性,但是網路硬碟的大小、收費性與傳輸速度都有限制,如果能透過NFC的身分辨識與資料傳輸功能,就可以安全而快速地傳輸資料。

確保通訊安全 NFC驗證多管齊下
如前所述,無線網路的通訊,最困難的挑戰在於干擾,最大的問題就是安全,不只在於網路安全,同時也關係到實體安全。因此目前驗證難度最高的產品,其實都是網通產品。舉例來說,做為未來智慧電網(Smart Grid)樞紐的智慧電表(Smart Meter),不過小小一顆,國際電氣委員會(IEC)就定義了超過五十本標準為智慧電表相關的認證標準,涵蓋基本功能、準確性、安全性與各種通訊介面格式的認證方法,同時也定義資料保全能力的標準(表1)。


至於防止資料竄改、竊取或複製的標準,則還在定義中,因電表的資料除了會影響收費外,電表的使用還可能透露住戶的行為,因此電表若遭侵入,甚至有可能造成電網的崩潰而造成國家的危險。

即使如手機等民生設備,由於內建的NFC可做為身分鑑別的媒介,業者開始引用為小額付款的機制,因此NFC的認證已被視同為金融交易的等級,必須進行資料安全性的評估。 除此以外,NFC本身是一種實體化的產品架構,是一種晶片產品,並不只是一種單純的通訊協定與程式代碼而已,所以不是單獨的軟體驗證就能搞定,其測試評估的範圍必須涵蓋產品受電磁干擾、熱氣、濕氣時的安全性與功能性等。

目前知名的認證標準如技術規範ISO/IEC 14443 A&B,後台資訊交換系統ISO/IEC 21481、15693、18092、7816,單元介面的相容性(互通性)測試標準,以及整套系統的可程式電子元件(如微處理器、微電子)軟體安全性標準UL 1998、IEC 61508、ISO/IEC 27001等標準,都是NFC業者必須面臨的挑戰。

技術持續整合 產品創意無限
除了原本的通訊功能外,無線通訊功能也悄悄地滲入無線傳輸電力的領域。無線電力聯盟(WPC)採用20k?105kHz範圍、不同頻率與模式的通訊波,做為行動裝置間的啟動訊號與模式識別訊號。NFC在以三星(Samsung)為主導的A4WP聯盟中,也將NFC用做無線傳輸電力的通訊介面之一。其實,NFC也具備場內電力採集(Field Power Harvesting)能力,即使電池的電力耗盡,仍可繼續進行近距離無線通訊,未來甚至也有做為無線傳輸電力的潛力。透過新技術的發展與整合,無限的無線商機才正要起飛,但是唯有具備安全與認證,才能飛的又高又穩。

(本文作者為UL亞太區培訓諮詢事業發展經理)
資料來源:新電子電子報http://www.mem.com.tw/article_content.asp?sn=1402050003