Che cos'è l'NFC e come funziona?

Che cos'è l'NFC

La comunicazione in campo vicino è un insieme di norme per scambiare dati tra due dispositivi tenuti a pochi centimetri uno dall'altro, per mezzo di un campo magnetico che oscilla a 13,56 MHz. Il NFC Forum, l'organismo di settore che mantiene le specifiche, fissa sia lo strato radio sia il formato di dati che ci gira sopra.

Il nome è preciso e va preso alla lettera. «Campo vicino» non è un giro di parole commerciale per dire «corto raggio»: l'espressione indica la zona prossima a un'antenna in cui domina la componente magnetica del campo e l'energia può essere trasferita per induzione invece di essere irradiata come onda. Tutto ciò che caratterizza l'NFC discende dal lavorare in quella zona.

Di norma intervengono due oggetti. Uno è alimentato e dirige lo scambio, in genere un telefono o un lettore dedicato. L'altro è un tag, una scheda o un secondo dispositivo alimentato.

Come un telefono alimenta un tag senza batteria

Un tag NFC è un chip collegato a una bobina piatta di filo, quasi sempre poche spire di alluminio o di rame stampate su un foglio di plastica. Non c'è batteria, né condensatore che trattenga una carica, né nulla che funzioni mentre il tag sta su un tavolo.

Quando un lettore si avvicina, eccita la propria bobina con una corrente alternata a 13,56 MHz. Questo genera un campo magnetico variabile. La bobina del tag si trova dentro quel campo, e in essa si induce una tensione, esattamente come in un trasformatore i cui due avvolgimenti sono separati dall'aria invece che da un nucleo di ferro. Raddrizzata, quella tensione alimenta il chip.

Il verso della risposta è la parte che la maggior parte delle spiegazioni salta. Il tag non genera alcun segnale. Cambia quanta energia preleva dal campo del lettore commutando una resistenza sulla propria bobina, e il lettore lo percepisce come una fluttuazione della corrente della propria antenna. Questo procedimento si chiama modulazione di carico, ed è ciò che permette al tag di rispondere senza consumare quasi nulla.

Le velocità di trasmissione fissate a questo strato sono 106, 212 e 424 kbit/s. Bastano per un indirizzo, per delle credenziali Wi-Fi o per un'operazione di pagamento, e non lasciano alcuna possibilità a qualcosa che somigli a un file.

Perché la portata è di pochi centimetri

L'accoppiamento induttivo in campo vicino si indebolisce straordinariamente in fretta non appena le due bobine si allontanano. Raddoppiare la distanza non dimezza l'accoppiamento, lo affossa. Superato un certo punto il tag semplicemente non riceve mai energia sufficiente ad avviare il suo chip, e il guasto è netto invece che graduale: il tag risponde, oppure non risponde.

La dimensione dell'antenna conta più del telefono. Un tag delle dimensioni di una carta di credito ha una bobina grande che capta molto più campo di un adesivo da 25 mm, e per questo si legge sensibilmente più lontano con lo stesso telefono. Se un tag si legge male, la prima cosa da cambiare è il tag, non l'apparecchio.

La seconda variabile è dove si trova davvero l'antenna del telefono. Occupa una zona precisa del lato posteriore, e quella zona non è nello stesso punto a seconda del costruttore. Un telefono appoggiato piatto su un tag ma spostato di tre centimetri fallisce con la stessa affidabilità di uno tenuto a dieci centimetri.

I tre modi di funzionamento

Le norme fissano tre modi in cui due dispositivi NFC possono entrare in relazione. La maggior parte delle persone incontra solo i primi due.

Il modo di lettura e scrittura è quello che riguarda chiunque compri dei tag. Dell'emulazione di scheda si occupa il sistema operativo insieme all'elemento sicuro, e su Android le applicazioni vi accedono tramite un'interfaccia che Google documenta con il nome di Host Card Emulation.

Il punto a punto è il caso a parte. Fa parte della norma, ma il trasferimento da telefono a telefono via NFC non è oggi, su nessuna delle due piattaforme mobili, la via attraverso cui si condividono i file.

Android ha ritirato Android Beam in Android 10 e lo documenta come qualcosa che non viene più sviluppato attivamente, restando disponibile in via opzionale per i costruttori di dispositivi.

Le norme che stanno dietro l'NFC

L'NFC si appoggia a norme sulle schede contactless che lo precedono. ISO/IEC 14443 fissa l'interfaccia delle schede di prossimità che usano la maggior parte dei tag e delle carte di pagamento, ISO/IEC 18092 fissa l'interfaccia e il protocollo NFC veri e propri, e ISO/IEC 15693 copre le schede di vicinanza, a portata maggiore, che il NFC Forum ha adottato in seguito come uno dei suoi tipi di tag.

Sopra quello strato radio, il NFC Forum fissa due cose che contano nell'uso quotidiano. La prima è un insieme di tipi di tag, ciascuno dei quali descrive il set di comandi che un lettore conforme deve padroneggiare. La seconda è NDEF, il NFC Data Exchange Format, un piccolo formato contenitore grazie al quale qualsiasi dispositivo conforme capisce un tag scritto da qualsiasi altro.

I testi vigenti delle specifiche sono pubblicati dal NFC Forum.

In che cosa l'NFC è cattivo

Il metallo è il punto principale. Un tag appoggiato piatto su una superficie metallica vede il proprio campo deformato e la propria risonanza disaccordata, e di norma smette di funzionare del tutto invece di degradarsi. I tag venduti come adatti al metallo portano uno strato di ferrite che separa l'antenna dalla superficie, ed è per questo che costano di più. Un adesivo comune non funzionerà sul coperchio di un portatile, sulla carcassa di una macchina o sul retro di un telefono.

La distanza è il secondo. Se il caso d'uso richiede di leggere un tag da più di una spanna, l'NFC è la tecnologia sbagliata, e nessuna messa a punto dell'antenna cambia le cose. La RFID UHF, intorno a 900 MHz, legge a diversi metri, che è esattamente il motivo per cui i magazzini la usano e i telefoni non possono parlarle.

La capacità è il terzo. La memoria dei tag si misura in centinaia di byte nelle referenze di consumo abituali, il che ospita comodamente un indirizzo e niente che somigli a un documento o a un'immagine. La risposta di sempre è salvare un collegamento e mettere il contenuto su un server.

C'è inoltre un modo di guasto che sorprende per un altro motivo. La maggior parte dei tag può essere bloccata in modo permanente, e un tag bloccato non può essere riscritto con alcun mezzo. È un'operazione a senso unico, eseguita dal software, senza traccia fisica, ed è facile innescarla senza volerlo quando un'applicazione di scrittura la propone come una casella accanto al pulsante di scrittura.