NFC Teknolojisi Nedir ve Nasıl Çalışır?

Yakın Alan İletişimi (Near Field Communication — NFC), kısa mesafelerde veri alışverişini sağlayan kablosuz bir iletişim teknolojisidir. İlk olarak Sony ve NXP tarafından 2002 yılında geliştirilen bu teknoloji kısa sürede yaygınlaşarak özellikle mobil cihazlarda temassız işlemler, veri paylaşımı ve kimlik doğrulama gibi alanlarda kullanılmaya başlanmıştır. NFC’nin çalışma prensipleri, donanım bileşenleri, çalışma prensibi, protokoller, güvenlik önlemleri ve uygulama alanları gibi konuları inceleyelim.

NFC’nin Temelleri

NFC, radyo frekansları (RF) kullanarak cihazlar arasında veri alışverişini sağlayan bir teknolojidir. 13.56 MHz frekansında çalışır. Bu frekans endüstriyel, bilimsel ve tıbbi (ISM) bandında yer alır ve kısa menzilli iletişim için optimize edilmiştir.

NFC’nin Temel Donanım Parçaları

NFC sistemlerinin çalışması için bazı temel donanım parçaları gereklidir:

NFC Anten

Manyetik alan oluşturmak ve veri alışverişini sağlamak için kullanılır. Genellikle bakır veya diğer iletken malzemelerden yapılır. Cihaza entegre edilmiş halde bulunur ve frekansı 13.56 MHz’e uygun olarak tasarlanmıştır.

13.56 MHz frekansı, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği tarafından dünya genelinde lisanssız kullanım için ayrılmış bir frekanstır. Bu sayede, NFC cihazları global olarak uyumlu olur ve dünyanın her yerinde çalışır. Bu frekans değeriyle 4 cm veya daha kısa mesafelerde çalışan NFC, veri iletişiminin sadece fiziksel yakınlıkta gerçekleşmesiyle daha güvenli hale gelir. Enerji verimliliği, parazit azaltma, maliyet ve uygulama kolaylığı da bu frekans değerinin diğer artılarıdır.

NFC Denetleyici

NFC iletişim işlemlerini yöneten mikro işlemcidir. Anten ile etiket arasındaki veri alışverişini kontrol eder ve verilerin işlenmesi görevini üstlenir. İşlev olarak manyetik alanın modülasyonunu, verileri işlenmesi ve iletişim protokolünün yönetimini sağlar.

NFC okuyucunun oluşturduğu manyetik dalgaların, taşınacak bilgiye göre şekillendirilmesidir. Bu şekillendirme, dalgaların gücünü veya yönünü değiştirerek yapılır. NFC etiketi bu değişiklikleri algılayarak bilgiyi okur.

Güvenli Eleman Çipi (Secure Element Chip)

Özellikle güvenlik gerektiren işlemler için kullanılan bir parçadır. Verilerin güvenli bir şekilde saklanmasını ve şifreleme işlemlerini gerçekleştirir. SIM kart, güvenlik modülü veya cihazın içindeki entegre çip olarak bulunabilir.

Bu üç temel donanın parçası, NFC teknolojisinin temelini oluşturur. NFC özellikli cihazların veri alışverişi, temassız ödemeleri ve diğer NFC işlemlerinin yapılmasını sağlar.

Çalışma Prensibi

NFC, manyetik indüksiyon prensibiyle çalışır. Bir NFC okuyucu (aktif cihaz), manyetik bir alan oluşturur ve bu manyetik alan yakınındaki NFC etiketi (pasif cihaz) tarafından algılanır. NFC etiket bu manyetik alanı kullanarak enerji sağlar ve veri alışverişine imkan tanır. Bu enerji aktarımı, indüktif kuplaj ile gerçekleştirilir ve veri iletimi, yük değişimi veya faz kaydırma modülasyonu gibi teknikler kullanılarak yapılır.

Manyetik İndüksiyon ve Enerji Transferi

NFC cihazları arasındaki enerji transferi, elektromanyetik indüksiyon yoluyla gerçekleşir. Bir NFC okuyucu, bir alternatif manyetik alan oluşturur. Yakındaki bir NFC etiket, bu manyetik alanı algılar ve kendi devrelerine enerji sağlar. Bu enerji, genellikle birkaç miliwatt düzeyindedir ve etiketin kendi iç devresini çalıştırmasına olanak tanır.

NFC Çip Özellikleri

Çoğu NFC çip türü, ortak belirli bir dizi özelliğe sahiptir. Bu değerler çip çeşitleriyle birlikte değişkenlik gösterir. Aşağıdaki bilgiler genel bir aralık sağlar olarak verilmiştir.

• UID: Üretici tarafından sağlanan salt okunur benzersiz tanımlayıcı
• Bellek: Kullanıcı verilerini depolamak için kullanılır. NDEF formatındadır.
• Veri Saklama Süresi: > 10 yıl, çipin hafıza durumunu ne kadar süreyle koruyacağıdır.
• Okuma/Yazma Döngüleri: > 100.000, NFC çipine okuma veya yazma yapabileceğiniz sayıdır.
• Okuma Mesafesi: Bir NFC çipi için tipik okuma aralığı, bir cep telefonu kullanırken ~4 cm’dir. Type 5 NFC çipi, özel donanım tarafından okunduğunda daha uzun mesafelerden de okunabilir.
• Çalışma Frekansı: 13.56 MHz (HF RFID)
• Güç: Pasif (pilsiz), NFC etiketiyle etkileşimde bulunan NFC cihazı tarafından sağlanır.
• Çalışma Sıcaklığı: -25°C ila 70°C, bu sadece çip için geçerli bir çalışma aralığıdır.

Boş (Blank) NFC Çipleri

NFC çipleri, üreticiden, o NFC çipinin teknik özelliklerinde tanımlandığı gibi varsayılan bir “boş” durumda gelir. Bu boş durum formatı belleğin başlangıç değerlerini ve NFC çipinin özelliklerinin yapılandırmasını içerir. Genellikle NFC yazılımının çalışması için NFC etiketlerinin kodlanmasını gerektirir.

Bazı NFC çip türkleri önceden NDEF formatında gelir. Çip kalıcı olarak NDEF olarak formatlanır ve boş bir NDEF mesajı belleğe yazılır. NFC etiketi daha sonra farklı bir NDEF mesajıyla kodlanabilir. Ancak formatı değiştirmek mümkün değildir. Boş NDEF mesajının dışındaki bellek tamamen 0’lardan oluşur.

NFC Çip Uyumluluğu

Birkaç farklı NFC standardına sahip birçok farklı NFC çip türü vardır. Tüm NFC cihazları tüm NFC çip türleriyle çalışamaz. NFC çipinin özellikleri NFC cihazının özellikleriyle eşleşmelidir. Bu sorun en çok NFC okuyucu/yazıcı cihazlarında yaygındır; 2010’ların sonlarından itibaren çoğu büyük akıllı telefon, tüm NFC Forum etiket türleriyle çalışabilir. NFC okuyucu cihazlarda uyumluluğu değerlendirirken aranacak ilk özellikler ISO (ISO 14443, ISO 15693 veya her ikisi) ve NFC Forum etiket tipidir (Type 1 — Type 5).

NFC Çip Üreticileri

• EM Microelectronic
• NXP Semiconductors
• STMicroelectronics

NFC İletişim Modları

NFC teknolojisi, üç ana iletişim modunda çalışır:

Pasif İletişim Modu

Bir cihaz (NFC okuyucu) manyetik alan oluşturur ve diğer cihaz (NFC etiket) bu manyetik alanı kullanarak enerji sağlar. Etiket, manyetik alanın modülasyonu yoluyla veri iletir.

Örnek kullanım: NFC etiketler, kimlik doğrulama, envanter takibi veya bilgi sağlama amaçlı kullanılabilir.

Aktif İletişim Modu

Her iki cihaz da kendi enerji kaynağına sahiptir ve sırayla manyetik alan oluşturarak veri alışverişi yapar. Bu modda, veri iletimi çift yönlüdür ve her iki cihaz da aktif olarak veri gönderir ve alır.

Örnek Kullanım: İki NFC uyumlu telefon arasında veri paylaşımı, ödeme sistemleri.

Eşler Arası İletişim Modu

İki NFC cihazı, eşler arası (peer-to-peer) modda veri alışverişi yapar. Bu mod, veri paylaşımı veya hızlı bağlantı kurulumu için idealdir.

Örnek Kullanım: İki cihaz arasında dosya paylaşımı veya oyun verisi senkronizasyonu.

NFC Etiket Türleri

• Type 1: En basit ve düşük maliyetli etiket türüdür. Genellikle sadece okuma amaçlı kullanılır ve sınırlı veri depolama kapasitesine sahiptir.
• Type 2: Type 1’e benzer, ancak daha fazla veri depolama kapasitesi sunar. Hem okuma hem de yazma işlemlerini destekler.
• Type 3: Daha gelişmiş bir etiket türüdür ve daha yüksek veri aktarım hızları sunar. FeliCa protokolünü kullanır ve genellikle ödeme sistemleri gibi uygulamalarda kullanılır.
• Type 4: Hem ISO/IEC 14443 hem de ISO/IEC 18092 protokollerini destekleyen çok yönlü bir etiket türüdür. Farklı uygulamalar için özelleştirilebilir.
• Type 5: En yeni NFC etiket türüdür ve ISO/IEC 15693 protokolünü kullanır. Daha uzun okuma mesafeleri ve daha yüksek veri depolama kapasitesi sunar.

NFC Protokolleri

NFC iletişimi, birkaç standart protokol üzerinde çalışır.

ISO/IEC 18092 (NFCIP-1)

 NFC’nin temel iletişim protokolüdür. NFC cihazları arasındaki veri alışverişini düzenler ve hem aktif hem de pasif modları destekler.

Frekans: 13.56 MHz
 İletim Hızı: 106, 212, ve 424 kbps

ISO/IEC 14443

Akıllı kartlar için yaygın olarak kullanılan bir standarttır. İki tür vardır: Tip A ve Tip B, her biri farklı modülasyon teknikleri ve protokoller kullanır.
  Frekans: 13.56 MHz
  İletim Hızı: 106, 212, ve 424 kbps

FeliCa

Japonya’da yaygın olan bir NFC standardıdır. Sony tarafından geliştirilmiştir ve hızlı veri iletimi sağlar.
 Frekans: 13.56 MHz
  İletim Hızı: 212 ve 424 kbps

ISO/IEC 15693

Temaslı ve temassız akıllı kartlar için kullanılan bir diğer protokoldür. Genellikle daha uzun mesafelerde çalışır.
 Frekans: 13.56 MHz
 İletim Hızı: 26.48 kbps

NFC Veri Hızları ve Uygulama Alanları

NFC, 106 kbps, 212 kbps ve 424 kbps olmak üzere üç farklı veri aktarım hızını destekler. Bu hızlar, NFC’nin kullanıldığı uygulamaya ve aktarılan veri miktarına göre seçilir.

106 kbps

En düşük veri aktarım hızıdır. Genellikle basit veri alışverişi gerektiren uygulamalarda tercih edilir.

Uygulama Alanları

• Etiket tabanlı bilgilendirme: Ürün bilgileri, URL’ler veya kısa metin mesajları gibi küçük boyutlu verilerin aktarımı için idealdir.
• Kimlik doğrulama: Erişim kontrol kartları veya biletler gibi uygulamalarda kimlik doğrulama için yeterlidir.
• Basit komutlar: IoT cihazlarının kontrolü için basit komutların gönderilmesinde kullanılabilir.

212 kbps

Orta düzeyde bir veri aktarım hızıdır. Daha fazla veri alışverişi gerektiren uygulamalar için uygundur.

Uygulama Alanları

• Elektronik kartvizit değişimi: İletişim bilgileri, sosyal medya profilleri veya diğer kişisel bilgiler gibi orta büyüklükteki verilerin aktarımı için kullanılır.
• Bluetooth veya Wi-Fi eşleştirme: NFC, Bluetooth veya Wi-Fi bağlantısı kurmak için hızlı bir başlangıç noktası olarak kullanılabilir.

424 kbps

En yüksek veri aktarım hızıdır. Büyük miktarda veri alışverişi gerektiren uygulamalarda tercih edilir.

Uygulama Alanları

• Mobil ödemeler: Ödeme terminalleri ile hızlı ve güvenli işlem yapmak için kullanılır.
• Yüksek çözünürlüklü fotoğraf veya video paylaşımı: NFC, iki cihaz arasında hızlı bir şekilde fotoğraf veya video aktarımı için kullanılabilir.
• Yazılım güncellemeleri: NFC, küçük boyutlu yazılım güncellemelerinin aktarımı için kullanılabilir.

Güvenlik ve Şifreleme

NFC, güvenlik açısından bir dizi önlem sunar. Özellikle ödeme sistemleri ve kimlik doğrulama gibi kritik uygulamalar için güvenliğe büyük önem verilir.

Veri Şifreleme

NFC üzerinden iletilen veriler, genellikle AES (Advanced Encryption Standard) veya 3DES (Triple Data Encryption Standard) gibi güçlü şifreleme algoritmaları kullanılarak korunur. Bu şifreleme, iletilen verilerin güvenliğini sağlamak için kullanılır, özellikle ödeme işlemlerinde kritik öneme sahiptir.

İmza Doğrulama

Verilerin güvenilir bir kaynaktan geldiğini doğrulamak için dijital imzalar kullanılır. Bu imzalar, RSA veya ECC (Elliptic Curve Cryptography) gibi algoritmalarla oluşturulabilir. Özellikle kimlik doğrulama ve veri bütünlüğü kontrolü için kullanılır.

Kimlik Doğrulama Protokolleri

NFC cihazları arasındaki kimlik doğrulama işlemleri, genellikle güvenli bir oturum kurmak için karşılıklı kimlik doğrulama protokollerini kullanır. CHAP (Challenge-Handshake Authentication Protocol) veya EAP (Extensible Authentication Protocol).

Güvenli Eleman (Secure Element)

Bazı NFC uygulamaları, özellikle ödeme sistemleri, güvenli bir eleman (secure element) kullanır. Bu eleman, verileri güvenli bir şekilde saklamak ve işlemek için bir mikroişlemcidir. Genellikle SIM kart, harici güvenlik modülü veya cihazın içindeki güvenli bir çip olarak bulunur.

Sonuç

NFC teknolojisi, kısa mesafelerde güvenli ve hızlı veri iletimi sağlayarak günlük hayatı kolaylaştıran birçok uygulama sunar. NFC’nin çalışma prensipleri, manyetik indüksiyon ve radyo frekansı teknolojilerine dayanır ve çeşitli iletişim modları ve protokollerle desteklenir. Güvenlik açısından şifreleme, dijital imza ve kimlik doğrulama teknikleri kullanılır. Mobil ödemelerden kimlik doğrulamaya, veri paylaşımından etiket tabanlı bilgilendirmeye kadar birçok alanda NFC, modern dünyada kritik bir rol oynar ve gelecekte daha da geniş uygulama alanlarına sahip olması beklenmektedir.