- Die Einweg-Papierfahrkarten der Métro Montreal funktionieren entgegen dem Anschein als NFC-Tags; der eingebaute MIFARE Ultralight EV1-Chip und eine Metallfolienantenne kommunizieren mit der Sperre
- Das vom Lesegerät der Sperre erzeugte Magnetfeld versorgt die Fahrkarte mit Energie und überträgt gleichzeitig Daten, sodass die Ticketprüfung in 35 ms abgeschlossen ist – schneller als ein Wimpernschlag
- Der Chip ist als kostengünstige Architektur mit 48 Byte oder 108 Byte Nutzer-EEPROM ausgelegt; er besitzt zwar keine Verschlüsselung, aber eine 7-Byte-UID, eine UID-Signatur, Speicherverriegelung und einen 24-Bit-Einwegzähler
- Im Inneren besteht er aus RF-Schnittstelle, EEPROM, Charge Pump und standardzellenbasierter Digitallogik; geschätzt wird ein Fertigungsprozess von etwa 180 nm sowie eine Größe von rund 8.000 Gattern und 45.000 Transistoren
- Durch den Verkauf auf Wafer-Ebene und den extrem kleinen Die sinkt der Chippreis auf etwa 9 Cent pro Stück, sodass er selbst mit Antennenfolie und Druckkosten in Einwegfahrkarten verbaut werden kann
NFC-Aufbau in einer Papierfahrkarte
- Die Papierfahrkarten der Métro Montreal funktionieren als NFC-Tags, die beim Vorhalten an der Sperre den Zugang öffnen
- Das goldene Muster rechts auf der Oberfläche sieht wie die Kontaktfläche eines EMV-Chips auf einer Kreditkarte aus, ist aber in Wirklichkeit nur ein mit Tinte aufgedrucktes Fake-Muster ohne echte Kontakte
- Die eigentliche Schaltung befindet sich auf einer dünnen Kunststofffolie im Inneren des Papiers
- Eine Metallfolienschicht bildet eine Antenne in Spulenform
- Ein winziger NFC-Chip, der wie ein schwarzer Punkt aussieht, ist mit beiden Seiten der Antennenleitung verbunden
- Der diagonale Metallstreifen links oben dient als Brücke, die in der zweidimensionalen Folie die spiralförmige Antennenschaltung vervollständigt
- Der Chip ist 570µm × 485µm groß, also etwa so groß wie ein Salzkorn; mit einer Dicke von 75 µm oder 120 µm ist er in der Fahrkarte nicht ertastbar
Verifizierung in 35 ms ohne Batterie
- NFC überträgt Daten zwischen Leser und Tag über ein Magnetfeld auf kurze Distanz
- Das vom Lesegerät der Sperre erzeugte Magnetfeld versorgt den Tag mit Energie und sendet gleichzeitig Daten
- Sowohl Leser als auch Tag besitzen spulenförmige Antennen; werden sie nahe zusammengebracht, tauschen sie Signale über induktive Kopplung wie bei den Wicklungen eines Transformators aus
- Hält man die Fahrkarte an die Sperre, ist die NFC-Kommunikation innerhalb von 35 ms abgeschlossen, also schneller als ein Wimpernschlag
- Liefert der Tag gültige Ticketdaten, wird der Zugang zur U-Bahn gewährt
Funktionen und Sicherheit von MIFARE Ultralight EV1
- Der in der Fahrkarte verbaute Chip ist NXP MIFARE Ultralight EV1, ein günstiger Chip für Einweg-Ticketanwendungen
- Seine Grundfunktion besteht darin, dem Lesegerät Datenblöcke bereitzustellen
- Die Daten werden in einem kleinen EEPROM gespeichert
- Eine Version bietet 48 Byte Nutzerspeicher
- Eine andere Version bietet 108 Byte Nutzerspeicher
- Der Ultralight-Chip besitzt keine Verschlüsselungsunterstützung wie höherwertige Chips
- Das Sicherheitsniveau unterscheidet sich damit nicht grundlegend von Veranstaltungstickets mit aufgedrucktem QR-Code oder Barcode
- Das Verhindern mehrfacher Nutzung desselben Tickets und die Datenprüfung liegen in der Verantwortung des Lesegeräts und des Backend-Systems
- Gegenüber gedruckten Tickets gibt es aber bessere Funktionen
- Bei der Herstellung wird eine eindeutige 7-Byte-UID eingebrannt
- Die UID ist signiert, um gefälschte UIDs zu verhindern
- Die UID-Signatur wird mit einem ECC-Algorithmus erzeugt, aber der Chip selbst führt keine kryptographischen Berechnungen aus, sondern liefert nur die bei der Herstellung gespeicherten Signatur-Bytes
- Unterstützt werden passwortgeschützter Speicherzugriff und das Sperren von Speicherseiten
- Das Passwort wird jedoch unverschlüsselt übertragen, weshalb die Sicherheit schwach ist
- Drei 24-Bit-Einwegzähler können für Funktionen wie Nutzungsbegrenzungen verwendet werden
- Die Zähler können nur erhöht und nicht verringert werden
- Sie besitzen eine Anti-Tearing-Funktion, damit auch beim Entfernen der Karte während eines Updates kein Teilupdate entsteht
Vorgehensweise zum Freilegen und Fotografieren des Chips
- Um den Chip zu fotografieren, musste zunächst die Kunststofffolie mit der Antenne aus der Papierfahrkarte herausgelöst und anschließend nur noch der Silizium-Die übriggelassen werden
- Die Aufbereitung erfolgte in mehreren Schritten
- Die Fahrkarte wurde in Wasser eingeweicht, damit das Papier weich wird und abgekratzt werden kann, bis der Kunststoffkern freiliegt
- Ein kleines Kunststoffstück mit dem Chip wurde ausgeschnitten und etwa 30 Sekunden in kochende Schwefelsäure gelegt, um Kunststoff und Klebstoff zu entfernen
- Die Passivierung als Oberflächenschutz bestand aus einer 1,1 µm dicken Schicht aus Siliziumnitrid und PSG und wurde mit kochender Phosphorsäure entfernt
- Oxidschichten und Metallschichten wurden durch wiederholte Behandlung mit Armour Etch und Salzsäure entfernt
- Nach dem Entfernen von Metallschicht und Polysilizium wird die Siliziumstruktur sichtbar
- Dotierte Siliziumbereiche zeigen Transistoren an
- Weiße Rechtecke sind Kondensatoren
- Die Kondensatoren dienen dazu, die Resonanzfrequenz an die Antenne anzupassen, die Versorgung zu filtern und mit der Charge Pump die Spannung anzuheben
- Wegen der extrem kleinen Größe kann der Chip während der Bearbeitung leicht verloren gehen
- Schon Berührung oder Anpusten können ihn wegfliegen lassen
- Beim Greifen mit der Pinzette kann er wegspringen und verschwinden
- Für den Transport zwischen Prozessschritten und Objektträgern erwies sich die sicherste Methode darin, ihn in einem Wassertropfen mit einer Pipette zu bewegen
Interne Blöcke: RF, Digitallogik und EEPROM
- Links auf dem Chip befindet sich die mit der Antenne verbundene RF-Schnittstelle
- Sie wandelt Hochfrequenzsignale in digitale Daten um
- Sie gewinnt aus dem Antennensignal Energie zum Betrieb des Chips
- Den größten Teil des Chips nimmt die Digitallogik ein, die 18 Befehle verarbeitet, die vom Lesegerät kommen können
Wake-upundHaltsteuern den Zustand des ChipsReadundWritegreifen auf den EEPROM-Speicher zuRead_CntundIncr_Cntgreifen auf die Zähler zu
- Wenn mehrere Karten gleichzeitig vor das Lesegerät gehalten werden, ermöglicht die Antikollisionsfunktion ein kollisionsfreies Auslesen
- Wird eine Kollision erkannt, wählt das Lesegerät mit einem standardisierten NFC-Algorithmus Karten anhand ihrer Identifikationsnummern nacheinander aus
- Dieser Algorithmus nutzt vier Chip-Befehle
- EEPROM behält Daten auch ohne Stromversorgung
- Die Datenerhaltung ist auf 10 Jahre ausgelegt
- Das Schreiben in den EEPROM erfordert eine höhere Spannung als der übrige Chip
- Die EEPROM-Schnittstellenschaltung erzeugt die dafür nötigen Signale
- Sichtbare Hauptblöcke auf dem Die sind
- oben das Array der EEPROM-Speicherzellen
- rechts vom EEPROM die Charge Pump
- zwischen EEPROM und Digitallogik die EEPROM-Schnittstelle
- vier Bondpads als Antennenanschlüsse, die bei Bedarf auch zwei parallele Antennen unterstützen können
- Einige analoge Schaltungsteile lassen sich nicht eindeutig identifizieren
- Die große ovale Struktur könnte ein RF-Transistor sein, der die Last verändert, um Daten an das Lesegerät zurückzusenden
- Sie könnte aber auch eine Zenerdiode zur Regelung der Chipspannung sein
- Die Struktur unten könnte eine RF-Diode sein, die das Antennensignal gleichrichtet und daraus die Versorgung des Chips erzeugt
Lastmodulation: Wie der Tag Daten zurücksendet
- Statt einen eigenen Sender einzuschalten, sendet der Tag Daten per Lastmodulation (load modulation) an das Lesegerät zurück
- Wird die Last an den beiden Enden der Antenne verändert, ändert sich auch geringfügig die vom Lesegerät aufgenommene Energie
- Das Lesegerät erkennt diesen Unterschied an Spannungsänderungen an seiner eigenen Sendeantenne
- Das Lastmodulationssignal ist 80 dB schwächer als das Sendesignal, kann vom Lesegerät aber dennoch erkannt und in Datenbits umgewandelt werden
- Die Betriebsfrequenzen sind stufenweise aufgebaut
- Das Lesegerät sendet mit einem 13,56MHz-Träger
- Der Tag schaltet die Last mit 848 kHz ein und aus, also mit 1/16 der Trägerfrequenz
- Die Bitübertragung erfolgt mit 106 kbit/s, also mit 1/8 der Modulationsfrequenz
- Die Last eines NFC-Tags kann ein Widerstand oder ein Kondensator sein
- Ein Widerstand absorbiert das Signal direkt
- Ein Kondensator verändert die Resonanzfrequenz der Antenne und steuert damit die auf den Tag übertragene Signalmenge
- Da auf dem Die viele Kondensatoren, aber keine großen Widerstände sichtbar sind, liegt die Vermutung nahe, dass dieser Chip Kondensatoren als Last verwendet
Fertigungsprozess und Standardzellenlogik
- Anhand vergrößerter Die-Fotos mit dotierten Siliziumbereichen und Gate-Breiten der MOS-Transistoren wird die Strukturgröße des Chips auf etwa 180nm geschätzt
- Der 180-nm-Prozess war Ende der 1990er weit verbreitet und galt bereits als älterer Prozess, als MIFARE Ultralight EV1 im Oktober 2012 erschien, verglichen mit dem damals aktuellen 22-nm-Prozess
- Ein älterer Prozess passt zu den Eigenschaften und zur Kostenstruktur dieses Chips
- Ein erheblicher Teil der Chipfläche wird von Analogschaltungen und den vier Bondpads belegt, sodass eine Verkleinerung der Digitallogik die Gesamtfläche nicht stark reduzieren würde
- Ein noch kleinerer Chip wäre praktisch schwerer an eine Antenne anzubringen
- Es handelt sich um einen möglichst billig zu fertigenden Chip für den günstigen Einwegmarkt
- Modernere Prozesse könnten zwar mehr Chips pro Wafer liefern, erhöhen aber auch die Waferkosten
- Die Digitalschaltung ist als Standardzellenlogik umgesetzt
- Ausgangspunkt ist eine Bibliothek aus Standardzellen wie NAND-Gattern oder Flip-Flops
- Die Zellen haben eine feste Höhe und werden zeilenweise angeordnet
- Metallverdrahtung oberhalb der Zellen erzeugt die gewünschte Schaltung
- Gegenüber einem vollständig kundenspezifischen Layout sind Dichte und Effizienz geringer, aber Entwicklung geht schneller und günstiger
- Der Chip verwendet CMOS-Logik
- Jedes Logikgatter besteht aus NMOS- und PMOS-Transistoren
- Zur Vereinfachung der Fertigung werden NMOS und PMOS in getrennten Zeilen angeordnet
- PMOS-Transistoren sind größer und auf Fotos unterscheidbar
- Für den Logikbereich werden etwa 8.000 Gatter und rund 45.000 Transistoren geschätzt
- Diese Größenordnung würde gerade für einen einfachen Mikrocontroller wie einen 8051 ausreichen
- Falls ein Mikrocontroller vorhanden wäre, würde zusätzlich Speicherplatz für Software benötigt
- Wegen des einfachen Protokolls und der geringen Transistorzahl ist eine Hardware-Implementierung auf Basis von Zustandsautomaten und Zählern wahrscheinlicher als ein Mikrocontroller
EEPROM und Spannungserhöhung
- Die Chipdaten werden in einem EEPROM gespeichert, ähnlich wie bei Flash-Speicher
- Je nach Teilenummer stehen 640 Bit oder 1312 Bit EEPROM zur Verfügung
- Beide Versionen scheinen dieselbe EEPROM-Implementierung zu verwenden, wobei die günstigere Variante wahrscheinlich in der nutzbaren Kapazität begrenzt ist
- Das EEPROM auf dem Die sieht auf dem Foto wie ein 64×64-Raster aus und wirkt damit wie ein 4K-Bit-Speicher
- Warum es größer erscheint als die angegebene Kapazität, ist nicht abschließend geklärt
- Je nach Zellstruktur könnte die Kapazität falsch gezählt worden sein
- Es könnten Daten gespeichert sein, die nicht in der EEPROM-Speicherkarte auftauchen, etwa Einwegzähler oder UID-Signatur
- Falls der Chip einen Mikrocontroller besitzt, könnte zusätzlicher EEPROM-Speicher auch für Code verwendet werden
- EEPROM benötigt zum Speichern von Bits eine relativ hohe Spannung von 10 bis 20 V
- Diese Spannung wird durch eine Charge Pump erzeugt, die Kondensatoren mit hoher Frequenz schaltet
- Die Schaltung mit mehreren großen Kondensatoren rechts neben dem EEPROM wird daher als Charge Pump interpretiert
Kostenstruktur hinter Einwegfahrkarten
- NFC-Chips können deshalb in Einwegfahrkarten eingesetzt werden, weil sie extrem günstig hergestellt werden können
- Um den Preis zu senken, werden die Chips nicht als verpackte Bauteile verkauft, sondern auf Wafer-Ebene und anschließend in Tickets eingebaut
- Bei Digikey lässt sich ein 8-Zoll-Siliziumwafer für 9.000 Dollar kaufen
- Ein Wafer liefert 100.587 Chips
- Das entspricht einem Stückpreis von etwa 9 Cent
- Laut Datenblatt gibt es 103.682 potenziell funktionsfähige Dies pro Wafer
- Die tatsächliche Ausbeute liegt bei 97 %, und dem Wafer liegt eine Datei bei, die angibt, welche Dies funktionsfähig sind
- In der üblichen Chipfertigung werden defekte Dies mit einem Tintenpunkt markiert, aber bei diesem Chip wäre das ungeeignet, weil jeder Die kleiner als ein Tintenpunkt ist
- Für größere Stückzahlen kann auch ein 12-Zoll-Wafer für 19.000 Dollar gekauft werden
- Ein 12-Zoll-Wafer liefert 215.712 Chips
- Der Tickethersteller montiert jeden Chip auf eine Antennenfolie und druckt anschließend das Ticket
- Das erhöht die Kosten um ein paar weitere Cent, ergibt aber letztlich ein günstiges Ticket zum einmaligen Gebrauch
Unterschied zwischen Occasional-Karte und Opus-Karte
- Das analysierte Objekt ist Montreals Occasional-Karte L’Occasionnelle
- Sie kann für eine einzelne Fahrt oder bis zu 3 Tage verwendet werden
- Sie ist nicht wiederaufladbar und wird nach Gebrauch entsorgt
- Für die langfristige Nutzung wird die Opus-Karte verwendet
- Sie besteht nicht aus Papier, sondern aus Kunststoff
- Sie ist für längere Nutzung ausgelegt
- Sie implementiert den Calypso-Standard und bietet höhere Sicherheit
- Calypso verwendet Verschlüsselung wie AES, DES und ECC und bietet größeren EEPROM-Speicher
- Typ und Hersteller des Chips in der Opus-Karte wurden nicht analysiert
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Tatsächlich ist es ziemlich ähnlich. Die physische Kommunikationsschicht ist anders, aber die höheren Protokollschichten sind nahezu identisch.
Kontaktbasierte Smartcards folgen ISO 7816, MIFARE-Kontaktloskarten sind ISO 14443 Type A, und das Protokoll folgt ISO 7816-4.
Das ist nicht überraschend, wenn man bedenkt, dass das Ökosystem kontaktbasierter Smartcards kontaktlose Karten mit minimalen Änderungen an Host-Software, Lesegeräten und der internen Kartenlogik unterstützen wollte. Es gibt auch viele Fälle, in denen dasselbe Gerät sowohl kontaktbasiert als auch kontaktlos unterstützt, etwa Kreditkarten, Bankkarten und FIDO-Geräte.
Es ist ähnlich wie die Beziehung zwischen WiFi und kabelgebundenem Ethernet. Die physische Schicht ist sehr unterschiedlich, aber logisch sind sie kompatibel, und dieselbe Software unterstützt beides.
Damals konnte man damit die weit verbreiteten Papierrechnungen bezahlen; die erste UI war eine gewöhnliche HTML-Tabelle mit Labels und Eingabefeldern. Wir bauten einen Prototyp, bei dem ein Bild der Papierrechnung als Hintergrund lag und die Eingabefelder an den Stellen platziert waren, an denen die echten Zahlen standen.
Nutzer konnten die per Post erhaltene Papierrechnung neben sich legen und die Zahlen so eingeben, als würden sie auf dem Bildschirm eine 1:1-Entsprechung des Papierformulars ausfüllen. Jeder verstand leicht, welche Zahl wohin gehörte.
Die Reaktion kam sofort: Alle Formulare folgten diesem Prinzip, alle Banking-Apps setzten es um, und es wird bis heute verwendet.
MIFARE Ultralight implementiert tatsächlich keine 14443-4/7816/Smartcard-artigen APDUs. Der IC ist deutlich leistungsschwächer und daher viel einfacher.
Noch verwirrender ist, dass einige MIFARE-ICs tatsächlich ISO 14443-4 implementieren. Beispiele sind MIFARE DESFire-Karten mit festen Funktionen oder programmierbare Smartcard-ICs wie SmartMX, aber das gilt nicht für alle.
QR-Codes wirken als Ticketmedium besser.
Diese Karte fasst etwa 100 Byte, während ein QR-Code über 2 KB aufnehmen kann.
Das hier ist mit Tinte auf ein billiges Kunststoffsubstrat gedruckt; ein QR-Code ist einfach nur Tinte. Wenn man will, sind noch günstigere Druckverfahren möglich.
Mit diesem Ansatz muss man sich für die nächsten Jahrzehnte auf einen bestimmten Anbieter von Ticketing-Technologie verlassen. QR-Codes kann man auf einem Bildschirm anzeigen oder auf Papier drucken, und man kann alle Komponenten beliebig austauschen: von der mobilen App über die Papiersorte bis zu physischen Druckern und Lesegeräten. In einem Bereich wie ÖPNV-Tickets, der über Jahrzehnte betrieben wird, sollte man diese Flexibilität nicht unterschätzen.
Auch bei der Ersatzausstellung von Tickets erfordert dieser Ansatz eine physische Übergabe, während QR-Codes per E-Mail, WhatsApp, Screenshot oder Foto verschickt werden können; wenn man möchte, kann man auch Papier-QR-Codes austauschen.
Dieses RFID-Lesegerät ist günstig und robust. Optische Lesegeräte für QR-Codes können fast genauso günstig und robust sein, aber nicht ganz; nur in diesem einen Punkt gewinnt RFID knapp.
QR-Codes haben vier Probleme: Gedruckte können kopiert werden, auch dynamische QR-Codes lassen sich per Screenshot festhalten, sie sind definitionsgemäß schreibgeschützt, und die Lesegeräte sind langsam und verlangen vom Nutzer, sie richtig auszurichten.
NFC kann lesen und schreiben, hat eine Reichweite von etwa 10 cm, und große Karten können bis zu 4 KB Daten speichern. Ultralight kann Einzelfahrscheine ersetzen und lässt sich auch wiederverwenden, ähnlich wie Magnettickets, die am Ausgang eingezogen werden.
Um ein solches System an den meistfrequentierten Bahnhöfen der Welt in großem Maßstab zuverlässig zum Laufen zu bringen, sind Jahrzehnte an Forschung und Entwicklung eingeflossen, und QR-Codes erfüllten die Anforderungen nicht. Einen Ausschnitt der frühen Forschung und Entwicklung findet man unter https://www.jreast.co.jp/e/development/tech/pdf_6/tec-06-40-...; dort werden die technischen Anforderungen behandelt, die solche Systeme erfüllen müssen.
Zu Montreal weiß ich es nicht, aber der Nahverkehr in Moscow verwendet ähnliche Papiertickets, ebenfalls MIFARE Ultralight, die man auch für mehrere Fahrten kaufen kann. Wenn ein Ticket benutzt wird, erhöht das Drehkreuz oder Kontrollgerät einen Einwegzähler, damit das nächste Gerät weiß, wie viele Fahrten übrig sind.
Mit QR-Codes ist das unmöglich, es sei denn, Lesegeräte oder Nutzergeräte halten eine dauerhafte Internetverbindung zu einem zentralen Server aufrecht, um den Status aller Tickets zu verfolgen — und das ist unrealistisch.
Für die Ticketvalidierung wird keine Internetverbindung verwendet; stattdessen wird das Ticket selbst auf „benutzt“ aktualisiert.
Ich würde sagen, das ist ein deutlich resilienterer Ansatz, aber ich habe zu viele Busse gesehen, die keine Fahrpreise einziehen konnten, um mir da wirklich sicher zu sein.
In allen anderen Punkten ist ein kontaktloser IC leistungsfähiger. Er kann wiederbeschrieben werden und ermöglicht damit wiederverwendbare Tickets, er kann Challenge-Response-Authentifizierung unterstützen und so sichere Offline-Nutzung ermöglichen, und dadurch werden Transaktionen am Gate schneller. Subjektiv ist auch das Scannen deutlich weniger heikel.
Interessant. Ich habe vor Kurzem in Europa zum ersten Mal so ein Ticket benutzt und hatte nicht damit gerechnet, dass da ein NFC-Chip drin sein könnte, daher wusste ich nicht, wie ich es scannen soll, und hatte ziemliche Probleme damit.
Meine Frau hingegen, die überhaupt kein technischer Mensch ist, ging selbstverständlich davon aus, dass man es antippt, und hat es sofort intuitiv herausgefunden.
Wenn mir niemand zeigt, wie man sie benutzt, würde ich vermutlich nach einer Möglichkeit suchen, sie irgendwo hineinzustecken. Meine Frau hat mit solchen Dingen und kleinen Werkzeugen überhaupt keine Schwierigkeiten.
Bei IKEA ist es genauso: Ich verlasse mich immer auf die Anleitung und folge ihr genau; wenn in der Anleitung auch nur ein Schritt fehlt, frustriert mich das enorm.
Ich habe kürzlich erfahren, dass Druckereien einem für etwa 100 Dollar maßgeschneiderte NFC-Karten herstellen. Man muss keine große Verkehrsbehörde mit einem langfristigen Vertrag über Millionen von Karten sein und auch keine eigene JavaCard-NFC-App entwickeln lassen.
Ich habe das genutzt, um die QR-Code-Mitgliedskarte der Bar eines Freundes in eine NFC-Kartenversion umzuwandeln; im Portemonnaie sieht sie viel schicker aus als die labbrigen Papier-Stempelkarten anderer Bars.
Theoretisch kann man alles an einem Ort erledigen, vom Codieren der Karten bis zum Bedrucken, und auch individuelle Informationen hinzufügen.
Man kann sie für standortbezogene Tap-Automatisierungen rund ums Haus oder Auto nutzen. Wenn man ein NFC-Tag antippt, kann das Smartphone eigene Shortcuts für lokale Aktionen oder SSH-Skripte zu einem Linux-SBC/Mikro-PC ausführen. Die Reaktionszeit liegt bei etwa einer Sekunde, und auch ein iPhone SE2 hat einen NFC-Reader.
Für blinde Menschen könnte man NFC-Tags an Gegenständen anbringen, sodass das Smartphone eine Audiobeschreibung vorliest, wenn man den Gegenstand mit dem Handy antippt.
Fragen zum NFC-Chip beantwortet der Autor persönlich :-)
Sind altmodische Magnetstreifen-Tickets oder optisches Scannen/Barcodes in der Herstellung viel günstiger?
Magnetstreifen dürften an Drehkreuzen eine höhere Fehlerrate beim Lesen haben und dadurch Probleme verursachen, und sowohl bei Magnetstreifen als auch beim optischen Scannen muss das Ticket in die Maschine eingeführt werden, was die Komplexität und die Zahl beweglicher Teile erhöht.
Die Chips auf dem Wafer kommen anfangs vermutlich alle identisch heraus; mich interessiert, an welchem Punkt im Prozess sie einzeln ausgewählt und mit ihrer individuellen Identität versehen werden. Ich würde gern wissen, ob das über direkte elektrische Kontakte geschieht, die später getrennt werden, oder über eine Nahbereichsverbindung.
Während des gesamten Produktionsprozesses werden sie wohl kaum 75-µm-/120-µm-Wafer verwenden; das ist buchstäblich die Dicke eines menschlichen Haars. Ich frage mich, ob ein 200-/300-mm-Wafer sich bei dieser Dicke selbst tragen kann und ob er auch alle Belastungen des Produktionsprozesses aushält.
Mich interessiert, welche tatsächlichen Mechanismen bei DESFire und anderen sicheren NFC-Chips das Klonen verhindern.
Was verwenden große U-Bahn-Systeme wie Omny, Clipper oder Smartrip, wie implementieren Apple und Google einige NFC-Protokolle auf ihren Geräten programmierbarer, wie funktioniert das, und hat es etwas mit den Protokollen zu tun, die bei Kreditkarten verwendet werden?
Mich interessiert auch, welche Beziehung dazu Felica hat, das in Japan weit verbreitet ist. Eine Zeit lang gab es Nachrichten, dass eine Fabrik, die die Chips herstellte, abgebrannt sei, was zu Chipknappheit führte und Apple eine Gelegenheit verschaffte, mit iPhone-NFC in den Markt einzusteigen.
Das Problem an der Aussage „Ultralight-Chips haben ein paar Funktionen mehr als gedruckte Tickets. Bei der Herstellung erhalten sie einen eindeutigen 7-Byte-Identifikationscode (UID), und die UID ist signiert, sodass keine gefälschten UIDs erzeugt werden können“ ist, dass auch sie sehr leicht kopiert werden können. Das geht sogar mit einem gewöhnlichen Flipper Zero.
Wenn man echte Sicherheit will, muss man auf Challenge-Response setzen. Das heißt: Jede Karte bekommt ab Werk ein eigenes Private-/Public-Key-Paar, und der Public Key wird vom Werk signiert. Zur Echtheitsprüfung gibt das Terminal eine zufällige Nonce aus, die Karte signiert sie mit dem Private Key, und das Terminal verifiziert die Signatur mit dem Public Key des Werks.
Die Stelle „Ich habe den Chip fallen lassen und musste unter dem Mikroskop Staub von Chip unterscheiden“ finde ich wirklich verblüffend. Ich habe keine Vorstellung davon, wie Maschinen etwas herstellen können, das für Menschen schon schwer zu handhaben ist, und wie sie es für den Bonding-Prozess zuverlässig gleich ausrichten.
Bei einem Einzelfahrschein würde man die UID-Signatur prüfen, ihn bei der ersten Nutzung als verbraucht markieren und jede spätere Nutzung ablehnen.
Wenn man die Karte kopiert, funktioniert sie einmal. Das heißt, jemand könnte mit passender Ausrüstung im Vorbeigehen ein Ticket stehlen und es vor dem rechtmäßigen Besitzer benutzen. Mit einem Flipper Zero allein ist die Reichweite dafür zu kurz, aber grundsätzlich ist es möglich. Bei einem einzelnen U-Bahn-Ticket halte ich das nicht für ein großes Problem.
Um Mehrfahrtenkarten besser abzusichern, könnte man Rolling Codes verwenden. Jedes Mal, wenn das Ticket gescannt und die UID verifiziert wird, wird ein Code aus dem NFC-Speicher gelesen, der zur Reihenfolge passen muss; anschließend wird der nächste Code zurück in den Speicher geschrieben und muss beim nächsten Mal vorgelegt werden. Dadurch werden Kopien ungültig. Man kann das Ticket zwar stehlen, aber ohne die serverseitige Kryptografie zu brechen, kann man das System nicht aushebeln.
Für wertvollere Tickets wie Pendler-Zeitkarten kann man dann Challenge-Response verwenden.
Unerlaubte Computernutzung, Betrug oder sonst irgendetwas könnte zur Anwendung kommen. Es gibt keinen Grund, das an Bahnhöfen mit Kameras überall zu tun, nur um 4 Dollar für ein Ticket zu sparen.
Das eigentliche Risiko ist, dass jemand ein Ticket kopiert, nachdem es gekauft, aber bevor es benutzt wurde. Das ist zwar eine Sicherheitslücke, dürfte in der Praxis aber ein sehr kleines Problem sein.
Bei Tageskarten könnte es etwas problematischer sein. Man könnte eine Tageskarte kaufen und Kopien günstiger weiterverkaufen. Trotzdem ist das Problem wahrscheinlich nicht groß genug, um dafür teurere Chips einzusetzen.
Auch der Bonding-Prozess ist nicht so konsistent. Die Ausfallrate liegt bei 3 %, und bei jeder Bestellung muss man eine eigene Karte der „defekten Chips“ akzeptieren.
Dass man Millionen von Tickets mit einem Chip darin herstellt, wirkt aus Sicht des Abfalls ziemlich extrem und überrascht mich.
Nach meinem Verständnis sind sie Einwegartikel.
Die Metro in New Delhi in India verwendete früher solche Plastiktoken mit Chip, aber am Ende der Fahrt musste man den Chip zurückgeben, um den Bahnhof zu verlassen.
Heute nutzt sie ein gedrucktes QR-System und hat sogar das Papier abgeschafft. Man kauft das Ticket in einer mobilen App, bezahlt per UPI-Sofortzahlung, zeigt den QR-Code auf dem Handy dem Scanner und kann fahren.
Inhaber von Monatskarten erhalten eine Karte auf Basis eines RFID-Chips.
Auch eine Opus-Karte aus Plastik kann, wenn sie nicht oft genug genutzt wird, bezogen auf die Masse von Plastik und Chip am Ende verschwenderischer sein. Eine einmalige Nutzung ist zum Beispiel oft etwas für Touristen, und in solchen Fällen wäre eine vollwertige Opus-Karte mit Chip wirklich Verschwendung.
Oft brauchen Leute lange, um den Code richtig herum anzuzeigen und die Helligkeit hoch genug einzustellen, damit er gescannt wird. Das ist nicht das, womit man konfrontiert werden möchte, wenn man einen Zug erwischen muss.
Daten zum Verhältnis zwischen Einzelfahrscheinen und Opus-Karten habe ich nicht gefunden, aber ich hoffe, dass es keine riesige Menge ist. Die meisten Menschen, die regelmäßig den ÖPNV nutzen, verwenden vermutlich keine Einwegtickets.
MIFARE wurde 20 Jahre lang bei der Londoner Oyster card verwendet, in Hongkong sogar schon länger. Natürlich nicht die Ultralight-Version.
Allerdings ist Oyster für die meisten Anwendungen auf dem Rückzug. Wenn es keine Zeitkarte ist, sind kontaktlose Zahlungen, besonders mit dem Smartphone, viel bequemer und verursachen viel weniger Verschwendung.
St. Petersburg nutzt MIFARE Classic und Token, Moskau nutzt MIFARE Classic für die wiederaufladbare Troika-Karte und MIFARE Ultralight für Einwegkarten. Die „nol“-Karte in Dubai ist MIFARE DESFire, die „tap“-Karte in Los Angeles ist MIFARE Classic, und London Oyster ist MIFARE DESFire EV1. Ich habe tatsächlich meinen Stapel Verkehrskarten durchwühlt und die, bei denen ich mir nicht sicher war, gescannt.
Das Einzige, was ich gesehen habe, das kein MIFARE ist und sich auch nicht mit Android auslesen lässt, aber mit einem Flipper Zero lesbar ist, waren die Papiertickets aus Brüssel. Natürlich gibt es auch Tickets ohne NFC. Solche mit Magnetstreifen, wie die niedlichen kleinen Tickets in Paris oder die NYC MetroCard.
Konzeptionell ist sie MIFARE sehr ähnlich. Es ist ein IC mit fester Funktion, der eine vollständig offline gespeicherte Guthaben-Wallet implementiert, nutzt aber auf fast allen Ebenen einen anderen Stack als ISO 14443 A. Es war zwar geplant, dass daraus möglicherweise ISO 14443 C wird, aber letztlich kam es nicht dazu.
Ich hoffe, dass man sich irgendwann nicht mehr für einen dieser Kompromisse entscheiden muss.
Meine Güte. Als ich das letzte Mal in Montreal mit der Metro fahren wollte, war die Schlange für den Kauf solcher Tickets so lang, dass ich einfach aufgegeben habe.
Es gab keine Möglichkeit, direkt zu bezahlen und in die Metro zu kommen; man musste zwingend eines dieser Tickets kaufen. In Toronto kann man mit der Kreditkarte tappen und die U-Bahn nehmen.
Außerdem sieht man diese Montreal-Karten überall auf der Straße herumliegen. Dieses Kartensystem in Montreal wirkt wirklich wie ein ziemliches Chaos.