Was sind NFC-Tags und -Lesegeräte? Wie arbeiten Sie?

Apr 03, 2023

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NFC (Near Field Communication) ist eine beliebte drahtlose Technologie, mit der Sie Daten zwischen zwei Geräten übertragen können, die sich in unmittelbarer Nähe zueinander befinden. Es wird häufig als schnellere und sicherere Alternative zu QR-Codes für andere Anwendungen mit kurzer Reichweite wie mobile Zahlungen verwendet. Praktisch ist an der Technik nicht viel dran – man verfügt über elektronische Lesegeräte, mit denen man Daten von verschiedenen NFC-Tags auslesen kann.

Dennoch sind NFC-Tags überraschend vielseitig und in der Regel in Situationen nützlich, in denen Sie möglicherweise kleine Datenmengen mühelos übertragen möchten. Schließlich erfordert das Berühren einer Oberfläche weniger Zeit und Mühe als die Verwendung einer Bluetooth-Kopplung oder die Eingabe von WLAN-Passwörtern. Viele Digitalkameras und Kopfhörer verfügen heutzutage über integrierte NFC-Tags, die Sie einfach antippen können, um schnell eine drahtlose Verbindung herzustellen.

Wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie NFC-Tags und -Lesegeräte funktionieren, ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie. In den folgenden Abschnitten werfen wir einen kurzen Blick auf die Funktionsweise und wie Sie mit Ihrem Smartphone Daten auf einen Tag lesen und schreiben können.

NFC-Tags und Lesegeräte kommunizieren drahtlos miteinander. Tags speichern eine kleine Menge an Daten, die in Form elektromagnetischer Impulse an das Lesegerät gesendet werden.

Springen Sie zu den wichtigsten Abschnitten

NFC-Tags gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Die einfachsten sind oft in Form eines quadratischen oder kreisförmigen Aufklebers aufgebaut. Diese Art von Tags ist äußerst einfach aufgebaut – sie bestehen aus einer dünnen Kupferspule und einem kleinen Speicherplatz auf einem Mikrochip.

Die Spule ermöglicht es dem Tag, durch einen Prozess, der als elektromagnetische Induktion bekannt ist, drahtlos Strom vom NFC-Lesegerät zu empfangen. Wenn Sie ein NFC-Lesegerät mit Stromversorgung in die Nähe des Tags bringen, wird dieses im Wesentlichen mit Strom versorgt und überträgt alle in seinem Mikrochip gespeicherten Daten an das Gerät. Tags können auch eine Public-Key-Verschlüsselung verwenden, wenn vertrauliche Daten betroffen sind, um Spoofing und andere böswillige Angriffe zu verhindern.

Da die Grundstruktur eines NFC-Tags ziemlich einfach ist, können Sie die erforderliche Hardware in eine ganze Reihe von Formfaktoren einbauen. Nehmen Sie Hotelschlüsselkarten oder allgemein Zugangskarten mit. Dabei handelt es sich typischerweise auch nur um Plastikkarten mit einigen Kupferwicklungen und etwas Speicher auf einem Mikrochip. Das gleiche Prinzip gilt für mit NFC ausgestattete Kredit- und Debitkarten, die entlang des Kartenumfangs dünne Kupferleiterbahnen aufweisen.

Es ist erwähnenswert, dass NFC-fähige Smartphones auch als NFC-Tag fungieren können. Im Gegensatz zu RFID, das nur eine einseitige Kommunikation unterstützt, kann NFC eine bidirektionale Datenübertragung ermöglichen. Dadurch kann Ihr Telefon beispielsweise einen eingebetteten NFC-Tag emulieren, wie er zum kontaktlosen Bezahlen verwendet wird. Natürlich handelt es sich hierbei um wesentlich fortschrittlichere Geräte, die grundsätzliche Funktionsweise ist jedoch immer noch dieselbe.

Die meisten NFC-Tags folgen dem ISO 14443-Standard für die drahtlose, annäherungsbasierte Datenübertragung. Es gibt auch fünf Untertypen, die praktischerweise mit Typ 1 bis 5 bezeichnet werden. Typ-1-Tags sind am wenigsten fortgeschritten, da sie nur weniger als ein Kilobyte an Daten speichern können. Das sind nur ein paar hundert Zeichen Text – ein solches Tag hat also genug Speicher, um eine URL oder ein WLAN-Passwort zu speichern, aber nicht viel mehr. Auch die Übertragungsgeschwindigkeiten sind mit etwa 100 KBit/s nicht besonders hoch.

Am anderen Ende des Spektrums können NFC-Tags vom Typ 5 32 KB im Speicher speichern. Außerdem können sie Daten etwa viermal schneller übertragen als Typ-1-Tags. Das sind immer noch nicht viele Daten im Vergleich zu einer typischen microSD-Karte derselben physischen Größe. Für Anwendungsfälle wie Ticketing und Zutrittskontrolle ist es jedoch mehr als ausreichend. Diese Arten von Tags bieten möglicherweise auch zusätzliche Funktionen wie Manipulationssicherheit und verbesserte Fähigkeiten zur Störungsbehandlung.

Wie zu erwarten ist, kosten fortschrittlichere NFC-Tags jedoch auch mehr in der Herstellung. Wenn man bedenkt, wie wenig Daten oft über dieses Medium übertragen werden, werden die meisten Anwendungen von den primitiveren Typen ausreichend bedient. Die wesentlich häufiger vorkommenden Etiketten vom Typ 1 und 2 kosten in großen Mengen nur wenige Cent.

NFC-Tags ermöglichen sowohl Lese- als auch Schreibvorgänge, sodass Sie sie nach Belieben wiederverwenden können. Dadurch werden die Bereitstellungskosten für groß angelegte Anwendungsfälle weiter gesenkt.

Sie haben vielleicht schon von persönlichen Objekt-Trackern wie dem Apple AirTag und dem Samsung Galaxy SmartTag+ gehört. Auch wenn der Name vermuten lässt, dass es sich um NFC-Tags handelt, basieren diese Tracker stattdessen auf verschiedenen Funkprotokollen mit größerer Reichweite.

Bluetooth Low Energy funktioniert beispielsweise über mehrere Meter hinweg und erfordert keine Nähe oder Kontakt wie NFC. Eine weitere aufstrebende drahtlose Technologie ist Ultrabreitband (UWB). Kurz gesagt: Geräte können UWB verwenden, um eine Positionserkennung zu erreichen, sodass Sie einen AirTag zentimetergenau lokalisieren können. Premium-Smartphones, die nach 2019 auf den Markt kommen, bieten UWB-Unterstützung.

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Allerdings enthalten die AirTags von Apple auch einen NFC-Tag mit den Kontaktinformationen des Besitzers. Wenn Sie einen verlorenen Tracker finden, halten Sie einfach ein beliebiges NFC-kompatibles Smartphone dagegen. Oder wenn Sie ein zusätzliches Tag herumliegen haben, können Sie das Tag für die Automatisierung umfunktionieren, wie wir in einem späteren Abschnitt besprechen werden.

Bisher haben wir nur über NFC-Tags gesprochen, aber was ist mit Lesegeräten? Nun, wir haben bereits festgestellt, dass NFC-Lesegeräte Strom liefern und Daten von passiven Tags lesen. Um dies zu erreichen, benötigen NFC-Lesegeräte eine Stromquelle, um einen elektrischen Strom durch eine eigene Spule zu leiten. Dadurch entsteht in unmittelbarer Nähe des Lesegeräts ein magnetisches Wechselfeld. Bringt man einen Tag in die Reichweite dieses Magnetfelds, kommt es schließlich dank des Faradayschen Induktionsgesetzes zu einer induktiven Kopplung zwischen den beiden Spulen.

Kontaktlose Zahlungsterminals sind möglicherweise die am weitesten verbreiteten NFC-Lesegeräte. An zweiter Stelle stehen Zugangsgateways für den öffentlichen Nahverkehr. In beiden Fällen erhalten Sie ein einzigartiges NFC-Tag in Form einer Karte oder eines Tokens oder einer App wie Google Pay. Mittlerweile handelt es sich bei den Lesegeräten typischerweise um fest installierte Geräte mit einer aktiven Verbindung zu Strom und Daten, manchmal über einen Akku bzw. eine WLAN-Verbindung.

Sobald das Tag durch induktive Kopplung vom Lesegerät mit Strom versorgt wird, ist der eigentliche Datenübertragungsprozess recht einfach. Lesegeräte können erkennen, wie ein NFC-Tag das elektromagnetische Feld moduliert. Um aus den elektromagnetischen Impulsen Binärwerte (Nullen und Einsen) zu ermitteln, wird eine Technik namens Manchester-Kodierung eingesetzt. Schließlich werden diese Binärwerte in für Menschen lesbaren Text umgewandelt. Aber keine Sorge – Sie müssen nichts davon wissen, um tatsächlich einen NFC-Tag oder ein NFC-Lesegerät in der realen Welt zu verwenden.

Wie bereits erwähnt, verfügen die meisten Mittelklasse- und Premium-Smartphones heutzutage über NFC-Hardware. Dadurch ist das Auslesen eines vorhandenen NFC-Tags ganz einfach: Verwenden Sie einfach die Rückseite Ihres Smartphones, um physischen Kontakt damit herzustellen. Abhängig vom Inhalt des Tags sollte automatisch ein Popup auf Ihrem Gerät erscheinen und Sie auffordern, eine Aktion auszuführen. Beispielsweise ruft ein Tag, der eine URL als Nutzlast enthält, einen Webbrowser auf. An anderer Stelle initiieren in Kopfhörer eingebettete Tags automatisch die Bluetooth-Kopplung.

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Beachten Sie beim Schreiben oder Überschreiben von Daten, dass nicht alle NFC-Tags Lese-/Schreibvorgänge ausführen können. Bestimmte Tags, beispielsweise solche, die für die Zugangskontrolle programmiert wurden, verfügen möglicherweise über einen Schreibschutz, um Manipulationen oder unbefugte Änderungen zu verhindern. Wenn Sie wiederbeschreibbare NFC-Tags kaufen möchten, schauen Sie sich NFC-Aufkleber und -Karten ohne Markenzeichen wie NTAG 213 und 215 an. Sie können sie im Elektronikfachhandel oder auf allgemeinen Websites wie Amazon serienmäßig kaufen.

Mit einem wiederbeschreibbaren NFC-Tag können Sie es so programmieren, dass es alles tut, was Sie wollen. Mit Apps wie NFC Tools können Sie einen Kontakt, Informationen zur Bluetooth-Kopplung, einen Website-Link oder eine WLAN-Konfiguration auf einen Tag schreiben. Für ein fortgeschritteneres Beispiel könnten Sie NFC-Tags mit einer Automatisierungs-App wie Tasker auf Android oder Shortcuts auf iOS kombinieren, um Aktionen wie das Einschalten eines Lichts auszuführen.

Sie können ein mit NFC ausgestattetes Smartphone mit einer App wie NFC Tools verwenden, um einen Tag zu programmieren.

Ein NFC-Tag enthält viele winzige Schaltkreise, daher ist es nicht möglich, selbst eines zu bauen. Allerdings können Sie leere NFC-Tags in Elektronikgeschäften und bei Amazon kaufen.