NFCタグとリーダーとは何ですか? それらはどのように機能するのでしょうか?

Apr 03, 2023

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NFC (近距離無線通信) は、互いに近接した 2 つのデバイス間でデータを転送できる、一般的な無線テクノロジです。 これは、モバイル決済などの他の近距離アプリケーションの QR コードのより高速で安全な代替手段としてよく使用されます。 実際には、このテクノロジーには大したことはありません。さまざまな NFC タグからデータを読み取ることができる電子リーダー デバイスがあります。

そうは言っても、NFC タグは驚くほど多用途であり、少量のデータを簡単に転送したい状況で役立つ傾向があります。 結局のところ、表面をタップする方が、Bluetooth ペアリングを使用したり Wi-Fi パスワードを入力したりするよりも時間と労力がかかりません。 最近では、多くのデジタル カメラやヘッドフォンに NFC タグが埋め込まれており、タップするだけですぐにワイヤレス接続を開始できます。

NFC タグとリーダーがどのように機能するか疑問に思ったことがある場合は、この記事が役に立ちます。 次のセクションでは、タグがどのように機能するか、またスマートフォンを使用してタグにデータを読み書きする方法を簡単に説明します。

NFC タグとリーダーは相互に無線通信します。 タグには少量のデータが保存されており、電磁パルスの形でリーダーに送信されます。

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NFC タグにはさまざまな形状やサイズがあります。 最も単純なものは、多くの場合、正方形または円形のステッカーの形で作成されます。 この種のタグは非常に単純な構造をしており、薄い銅製のコイルとマイクロチップ上の小さな記憶スペースで構成されています。

このコイルにより、タグは電磁誘導として知られるプロセスを通じて NFC リーダーからワイヤレスで電力を受け取ることができます。 基本的に、電源が入った NFC リーダーをタグに近づけると、タグに電力が供給され、マイクロチップ内に保存されているデータがデバイスに送信されます。 機密データが関係する場合、なりすましやその他の悪意のある攻撃を防ぐために、タグは公開キー暗号化を使用することもあります。

NFC タグの基本構造は非常に単純なので、必要なハードウェアを多数のフォーム ファクターに適合させることができます。 ホテルのキーカードやアクセスカードを一般的にお持ちください。 これらは通常、銅の巻線とマイクロチップ上のメモリを備えた単なるプラスチックカードです。 同じ原理が NFC 搭載のクレジット カードやデビット カードにも当てはまります。これらのカードには、カードの周囲に沿って細い銅線が走っています。

電源を搭載した NFC スマートフォンも NFC タグとして機能できることは注目に値します。 一方向通信のみをサポートする RFID とは異なり、NFC は双方向のデータ転送を容易にします。 これにより、たとえば、非接触型決済に使用されるような埋め込み NFC タグを携帯電話でエミュレートできるようになります。 もちろん、これらははるかに高度なデバイスですが、基本的な動作モードは同じです。

ほとんどの NFC タグは、ワイヤレスの近接ベースのデータ送信に関する ISO 14443 標準に従っています。 5 つのサブタイプもあり、便宜的にタイプ 1 から 5 までのラベルが付けられています。タイプ 1 タグは、1 キロバイト未満のデータしか保存できないため、最も高度ではありません。 これはわずか数百文字のテキストです。したがって、このようなタグには、URL や Wi-Fi パスワードを保持するのに十分なメモリはありますが、それ以外のメモリはほとんどありません。 転送速度もそれほど速くなく、100kbps程度です。

スペクトルの対極にあるタイプ 5 NFC タグは、メモリ内に 32KB を保持できます。 また、タイプ 1 タグよりも約 4 倍の速度でデータを転送できます。 同じ物理サイズの一般的な microSD カードと比較すると、それでもそれほど多くのデータ量ではありません。 ただし、チケット発行やアクセス制御などのユースケースには十分です。 これらのタイプのタグは、耐タンパー性や改善された干渉処理機能など​​の追加機能も提供する場合があります。

ただし、ご想像のとおり、より高度な NFC タグは製造コストも高くなります。 この媒体を介して転送されるデータが少ないことを考慮すると、ほとんどのアプリケーションはより原始的なタイプで十分に機能します。 タイプ 1 とタイプ 2 のタグは、より一般的ですが、大量に購入した場合でも数セントしかかかりません。

NFC タグでは読み取りと書き込みの両方の操作が可能なため、必要に応じてタグを再利用できます。 これにより、大規模なユースケースの導入コストがさらに削減されます。

Apple AirTag や Samsung の Galaxy SmartTag+ などのパーソナル オブジェクト トラッカーについて聞いたことがあるかもしれません。 名前からして NFC タグであると思われるかもしれませんが、これらのトラッカーは、代わりに、より長い範囲を備えた別のワイヤレス プロトコルに依存しています。

たとえば、Bluetooth Low Energy は数フィートの範囲で動作し、NFC のように近接したり接触したりする必要はありません。 もう 1 つの注目のワイヤレス テクノロジは、ウルトラワイド バンド (UWB) です。 一言で言えば、デバイスは UWB を使用して位置認識を実現し、センチメートルレベルの精度で AirTag の位置を特定できるようになります。 2019 年以降にリリースされたプレミアム スマートフォンには UWB サポートが含まれています。

続きを読む：エアタグはどのように機能しますか?

とはいえ、Apple の AirTags には、所有者の連絡先情報を含む NFC タグも含まれています。 紛失したトラッカーを見つけた場合は、NFC 対応のスマートフォンをタップするだけです。 または、余分なタグが残っている場合は、後のセクションで説明するように、自動化のためにタグを再利用できます。

ここまでは NFC タグについてのみ説明してきましたが、リーダーについてはどうなるのでしょうか? NFC リーダーが電力を供給し、パッシブ タグからデータを読み取ることはすでに確立されています。 これを実現するには、NFC リーダーには独自のコイルに電流を流すための電源が必要です。 これにより、リーダーのすぐ近くに交流磁場が生成されます。 この磁場の範囲内にタグを持ち込むと、ファラデーの誘導の法則により、最終的に 2 つのコイル間に誘導結合が生じます。

非接触型決済端末は、おそらく最も広く利用されている NFC リーダーです。 公共交通機関のアクセスゲートウェイが僅差で 2 位です。 どちらの場合も、カードやトークン、あるいは Google Pay などのアプリの形で固有の NFC タグが発行されます。 一方、リーダーは通常、電源とデータへのアクティブな接続を備えた固定デバイスであり、場合によってはそれぞれバッテリーと Wi-Fi 接続を介して行われます。

タグが誘導結合を通じてリーダーから電力を受け取ると、実際のデータ転送プロセスは非常に簡単になります。 リーダーは、NFC タグが電磁場をどのように変調するかを検出できます。 マンチェスター符号化として知られる技術は、電磁パルスからバイナリ値 (0 と 1) を決定するために使用されます。 最後に、これらのバイナリ値は人間が読めるテキストに変換されます。 ただし、心配しないでください。現実世界で NFC タグやリーダーを実際に使用するために、これらのことを知る必要はありません。

前述したように、最近のほとんどのミッドレンジおよびプレミアム スマートフォンには NFC ハードウェアが搭載されています。 これにより、スマートフォンの背面を使用して物理的に接触するだけで、既存の NFC タグの読み取りが非常に簡単になります。 タグの内容に応じて、デバイスにポップアップが自動的に表示され、アクションを完了するよう求められます。 たとえば、ペイロードとして URL を含むタグは Web ブラウザを起動します。 他の場所では、ヘッドフォンに埋め込まれたタグが Bluetooth ペアリングを自動的に開始します。

続きを読む: Android で NFC を使用する方法

データの書き込みまたは上書きに関しては、すべての NFC タグが読み取り/書き込み操作に対応しているわけではないことに注意してください。 アクセス制御用にプログラムされたタグなど、特定のタグには、改ざんや不正な変更を防ぐために書き込み保護が設定されている場合があります。 書き換え可能な NFC タグを購入したい場合は、NTAG 213 や 215 などのノーブランドの NFC ステッカーやカードをチェックしてください。これらは、家電量販店や Amazon などの一般的な Web サイトで既製品を購入できます。

書き換え可能な NFC タグを使用すると、やりたいことを何でもできるようにプログラムできます。 NFC ツールなどのアプリを使用すると、連絡先、Bluetooth ペアリング情報、Web サイトのリンク、または Wi-Fi 設定をタグに書き込むことができます。 より高度な例として、NFC タグと Android の Tasker や iOS のショートカットなどの自動化アプリを組み合わせて、ライトを点灯するなどのアクションを実行できます。

NFC ツールなどのアプリを備えた NFC 搭載スマートフォンを使用して、タグをプログラムできます。

NFC タグには小さな回路が多数含まれているため、自分で構築することはできません。 とはいえ、空白の NFC タグは家電量販店や Amazon で購入できます。