Der kleine Chip, der die Fahrkarten der Metro von Montreal antreibt

Im Inneren des kleinen Chips, der die Metro-Tickets von Montreal funktionieren lässt

Überblick über die NFC-Technologie

• Die Metro-Tickets von Montreal verwenden NFC-(Near-Field Communication-)Technologie.
• NFC-Lesegeräte (Sperren) und NFC-Tags (Tickets) tauschen über ein Magnetfeld auf kurze Distanz Daten aus.
• Das Lesegerät erzeugt ein Magnetfeld, versorgt den Tag mit Energie und überträgt Daten.

Aufbau des Tickets

• Das Ticket besteht aus Papier, enthält im Inneren jedoch eine dünne Kunststoffschicht und eine Antenne aus Metallfolie.
• Der NFC-Chip ist so klein und dünn, dass er im Ticket praktisch nicht zu spüren ist.

Funktionen des Chips

• Der MIFARE Ultralight EV1 ist ein Chip, der für kostengünstige Einweg-Tickets entwickelt wurde.
• Der Chip speichert Daten in einem kleinen EEPROM und dient grundsätzlich dazu, dem Lesegerät Daten bereitzustellen.
• Der Chip besitzt einen eindeutigen 7-Byte-Identifikationscode (UID), und der Speicherzugriff kann per Passwort geschützt werden.

Der Prozess der Chip-Fotografie

• Um den Chip aus dem Ticket zu lösen und nur den Silizium-Die übrig zu lassen, sind mehrere Schritte erforderlich.
• Die schützende Oberflächenschicht des Chips wird entfernt, um die interne Struktur zu untersuchen.

Struktur des Chips

• Der Großteil des Chips besteht aus digitaler Logik; dazu gehören EEPROM sowie eine Charge-Pump-Schaltung zur Spannungserhöhung.
• Ebenfalls vorhanden ist analoge Schaltungstechnik, die das Antennensignal in digitale Daten umwandelt.

Art der Datenübertragung

• Statt Signale direkt über die Antenne zu senden, verwendet der Tag ein Verfahren namens Lastmodulation (load modulation), um Daten an das Lesegerät zu übertragen.
• Das Lesegerät erkennt Spannungsänderungen an der Antenne und extrahiert daraus die Daten.

Herstellungsprozess des Chips

• Der Chip wurde im 180nm-Prozess gefertigt, was im Vergleich zu modernen Halbleiterprozessen veraltet ist.
• Da er auf einen Niedrigkostenmarkt abzielt, wird ein älterer Prozess verwendet, um die Kosten zu minimieren.

Standard-Cell-Logik

• Die digitalen Schaltungen des Chips sind als Standard-Cell-Logik implementiert.
• Standard-Cell-Logik ist ein Verfahren, bei dem mit automatisierten Tools das Chip-Layout erzeugt wird.

EEPROM

• Der Chip speichert Daten im EEPROM und enthält eine Charge-Pump-Schaltung zur Erzeugung hoher Spannungen.

Fazit

• Solche NFC-Chips lassen sich extrem günstig herstellen und können daher als Einwegprodukte verwendet werden.
• Die Chips werden auf Wafer-Ebene verkauft; die Ticket-Hersteller montieren sie auf Antennenfolien und drucken anschließend die Tickets.

Meinung von GN⁺

• Vorteile der NFC-Technologie: NFC ermöglicht eine schnelle und komfortable Datenübertragung und kann in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.
• Sicherheitsprobleme: Der MIFARE-Ultralight-Chip ist nur schwach abgesichert und daher für anspruchsvolle Anwendungen ungeeignet. Wenn höhere Sicherheit erforderlich ist, sind Chips wie DESFire die bessere Wahl.
• Herstellungskosten: Durch die niedrigen Kosten ist eine Massenproduktion möglich, wodurch sich der Chip für Anwendungen wie Einweg-Tickets eignet.
• Technologischer Fortschritt: Im Vergleich zu aktuellen Halbleiterprozessen ist die Technik veraltet, im Niedrigkostensegment aber weiterhin nützlich.
• Anwendungsmöglichkeiten: NFC kann in vielen Bereichen eingesetzt werden, etwa im Verkehr, beim Bezahlen und bei der Zugangskontrolle.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Der Grund, warum es wie eine Smartcard aussieht, ist, dass die Menschen es leichter verstehen, tatsächlich wird jedoch eine andere Technologie verwendet.
• Die physische Kommunikationsschicht ist unterschiedlich, aber die höheren Protokollschichten sind fast identisch. Sowohl Smartcards als auch kontaktlose Karten folgen ISO 7816.
• Das Smartcard-Ökosystem versucht, mit minimalen Änderungen kontaktlose Karten zu unterstützen. Viele Geräte unterstützen sowohl kontaktbehaftet als auch kontaktlos.
• Das ist ähnlich wie die Beziehung zwischen WiFi und kabelgebundenem Ethernet. Die physische Schicht ist unterschiedlich, aber logisch kompatibel, und dieselbe Software unterstützt beides.
• Ich habe solche Tickets zum ersten Mal in Europa erlebt und hatte Schwierigkeiten beim Scannen, weil ich nicht daran gedacht hatte, dass ein NFC-Chip darin steckt.
• Meine nicht technisch versierte Frau nahm intuitiv an, dass man das Ticket antippen muss, und verstand es sofort.
• NFC-Tags können für standortbasierte Automatisierung zu Hause oder im Auto verwendet werden. Wenn man einen Tag antippt, kann das Mobiltelefon lokale Aktionen oder SSH-Skripte auslösen.
• Für Sehbehinderte kann man NFC-Tags an Gegenständen anbringen, sodass das Telefon Audiobeschreibungen vorlesen kann.
• Mifare wird seit Langem für die Oyster-Karte in London und in Hongkong verwendet. Aber inzwischen sind kontaktlose Karten oder das Telefon bequemer und weniger verschwenderisch.
• Diese Technologie wird bald verschwinden. Kreditkarten oder das Telefon zu verwenden ist bequemer. Es ist umständlich, lange Schlange zu stehen, um ein Ticket zu kaufen.
• Der Autor ist da, um Fragen zum NFC-Chip zu beantworten.
• Ich hätte im Chemielabor besser aufpassen sollen. Dieses Projekt beantwortet viele Fragen.
• Der gesamte öffentliche Nahverkehr in Moskau funktioniert mit solchen Chips. Derzeit werden in Russland selbst hergestellte Klon-Chips verwendet.
• Ich denke, Papier und Barcodes sind günstiger und einfacher, aber es fällt mir schwer zu glauben, dass NFC-Chips komplexer und teurer sind.
• Es wird ein NFC-Chip mit CPU und Flash benötigt, auf dem man selbst Programme schreiben kann. Aber solche Chips sind durch NDAs abgeschirmt und nicht zugänglich.