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ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
C’est ici qu’intervient la NFC.
La technologie NFC, est née grâce au couplage de la technologie RFID (Radio Field Identification : Technologie d’identification par radiofréquence) avec les cartes à puces. RFID est un système d’identification sans contact utilisé depuis longtemps dans un but de traçabilité. La technologie NFC opère lorsque la portée communication n’excède pas une dizaine de centimètres et permet aux terminaux communicants d’échanger des données des formats plus évolués (cartes de visite, les contacts téléphoniques, etc.), contrairement à la technologie RFID. Cette courte portée nécessite un acte conscient de la part de l’utilisateur pour établir une communication contrairement à des technologies comme Bluetooth par exemple.
Le choix de la technologie NFC sur les téléphones portables est guidé par plusieurs motivations liées à l’usage grand public du téléphone portable à l’heure actuelle et par divers types d’applications NFC envisageables dans le domaine de la santé.
En effet, depuis quelques années l’informatique a changé. L’intégration de plusieurs technologies (Réseaux 3G, 3G+ et 4G, services de géolocalisation (GPS), NFC, etc.) dans le téléphone portable l’a transformé en un outil multiservice incontournable dans notre vie quotidienne.
Actuellement, la technologie NFC connait un intérêt grandissant de la part des industriels en particulier ceux du domaine de la téléphonie qui l’ont intégrée dans de nombreux Smartphone grand public. Les applications sont nombreuses allant du paiement électronique à l’horodatage en passant par de la localisation.
Les technologies de marquage et de traçabilité ont connu ces dernières années une évolution considérable rendue possible par la conjonction de la dématérialisation des processus de suivi, de la baisse des coûts des supports et des capacités de traitement de l’information.
Ces technologies sont nées des besoins industriels visant à doter chaque élément (objets ou groupes d’objets physiques sous forme de stock ou de flux, les objets numériques, les entités vivantes, animales et humaines) d’un identifiant unique pouvant le distinguer des autres.
Les étiquettes à codes et code-barres (imprimés linéaires, linéaires empilés, etc.) (cf. Figure II.1 a, b et c) font partie des plus anciennes de ces technologies
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
A) code EAN-13(linéaire) (^) B) code DataMatrix C) code 49(linéaire empilé)
Figure II. 1 Les technologies d’identification de codes à barres
*EAN : European Article Numbering.
Suite aux limites que présentent ces étiquettes (nécessité d’une visibilité directe de moins d’ 1 mètre, capacité de mémorisation limitée, sont non modifiables, etc.), elles sont inadaptées dans un nombre croissant de cas où le besoin de traçabilité ou d'identification se fait sentir(les grandes entreprises manufacturières, les industries agroalimentaires, etc.).Pour pallier à ces limites, d’autres technologies d’identification dont fait partie la technologie RFID ont été développées.
NFC est une application de la technologie RFID (Technologie d’identification par radiofréquence). Cette technologie comprend trois grandes familles qui se distinguent principalement (mais pas uniquement) leur fréquences de fonctionnement et par la distance de lecture entre le lecteur et l’étiquette. LF pour Low Frequency, HF pour High Frequency, et UHF pour Ultra High Frequency.
La technologie RFID (Radio Frequency Identification), ou identification par fréquence radio (on parle aussi parfois de smart tags (étiquettes intelligentes)), est née du besoin de traçabilité^1. Elle combine le principe des codes-barres et celui de l’indentification par cartes à puce sans contact.
Au code-barres elle reprend, en le modernisant, le principe de doter tout objet d'un code d'identification unique UID (Unique ID) qui peut être lu par une machine. A la carte à puce sans contact, elle reprend la possibilité de lire des informations, voire de faire effectuer un traitement, à distance. Ainsi, cette technologie permet par exemple d’identifier un objet en mouvement et dans une position quelconque.
Une infrastructure [1] complète de RFID comprend les étiquettes ou tags, appelées aussi les transpondeurs, les lecteurs ou encodeurs et l'intergiciel (middleware) comme le montre la figure II.2 ci- après.
(^1) La traçabilité est définie par l’ISO 8402 comme étant "l'aptitude à retrouver l'historique, l'utilisation ou la localisation d'un article ou d'une activité, ou d'articles ou d'activités semblables au moyen d'une identification enregistrée".
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
Un tag RFID est ''actif'' lorsqu’il est équipé d’une source d’énergie (interne ou externe) pour alimenter complètement ou partiellement son circuit ou son antenne. Cette énergie lui permet de pouvoir rester en activité pour lire ou envoyer des données. Un tag actif est plus complexe est plus cher. Sa durée de vie est en général conditionnée par celle de sa source d’énergie.
Contrairement à un tag actif, un tag passif ne contient pas sa propre source; l'énergie est fournie par le lecteur au moment de la lecture selon le principe suivant : Lorsque des ondes radio provenant du lecteur rencontrent un tag passif, il se forme un champ magnétique autour de l'antenne du tag (principe d’induction magnétique).
Le tag est ainsi alimenté par ce champ et peut coder et envoyer les données qu’il contient dans sa mémoire au lecteur. Les tags passifs sont moins complexes et moins chers que les tags actifs. Ils ont en général une longue durée de vie.
Les tags RFID peuvent également se classer selon les bandes de fréquences dans lesquelles elles fonctionnent : basse, haute ou très haute. Le débit d'information entre le lecteur et le tag est plus important en fréquence élevée qu'en fréquence basse.
Bande LF HF UHF UHF (haute) et SHF
Fréquence 125KHz à 133kHz 3.25MHz, 8.2MHz et 13,56MHz
440MHz, 860 à 960MHz
2.45MHz et 5.8GHz
Distance d’utilisation maximale
2 à 3m 1 à 5m <12 m USA
<6m Europe
<2.30m USA
<0.81m Europe
Limites de fonctionnement
Peu sensibles aux perturbations électromagnétiques industrielles
Faiblement sensible aux perturbations électromagnétique s
Sensible aux perturbations électromagnétiqu es. Peut être perturbé par les autres systèmes UHF à proximité
Fortement sensible aux perturbations électromagnétiques réfléchies par le métal et absorbées par l’eau
Tableau II. 1 Les principales fréquences utilisées en RFID
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Le mode émulation de carte
Dans le mode émulation de carte, dit passif, le terminal mobile se comporte comme une carte à puce sans- contact. Dans le cas où le terminal mobile est un téléphone mobile compatible, la carte SIM de l'opérateur peut être utilisée comme élément de sécurité en stockant des informations cryptées. Les usages sont multiples: paiement, billettique spectacle ou transport (ex. : Navigo), couponing, contrôle d'accès... Le mobile, par ses fonctionnalités étendues (IHM, connexion réseau, capacité de traitement), enrichit considérablement les services basés sur des cartes.
Le mode lecteur
Le terminal mobile devient un lecteur de cartes sans-contact (mode actif) ou de « radio-étiquettes » (étiquettes électroniques). Ce mode permet de lire des informations en approchant son mobile devant des étiquettes électroniques disposées dans la rue, sur des abris bus, des monuments, des affiches... ou sur des colis, des produits ou sur sa carte de visite (vCard)...
Le mode pair-à-pair
Ce mode permet à deux terminaux mobiles d'échanger de l'information, par exemple des vCard, des photos, des vidéos, de l'argent, des tickets, etc. Un appareil doté de la technologie NFC est capable d'échanger des informations avec des cartes à puces sans contact mais également avec d'autres appareils dotés de cette technologie.
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
Figure II. 2 Les principales normes de la technologie NFC.
En plus de ces organismes, un consortium international connu sous le nom de « NFC Forum » a été créé en 2004 à l’initiative de Sony et Phillips, avec pour objectif principal de promouvoir l’utilisation de la technologie NFC.
Dans le reste de cette section, nous donnerons une vision d’ensemble de ces différentes normes. Un accent particulier sera mis sur certaines spécifications de NFC Forum que nous avons utilisées pour formaliser les échanges de paquets dans notre protocole.
La technologie NFC est une extension de la norme ISO/IEC 14443[2] qui normalise les cartes de proximité (Identification cards - Contactless integrated circuit cards - Proximity cards) utilisant le RFID. Cette extension est formée par un ensemble de normes dont les principales se trouvent sur le schéma de la figure II.4 vue précédemment.
La norme ISO 14443 est divisée en quatre parties :
ISO 14443-1 : spécifie les caractéristiques physiques de la carte
ISO 14443-2 : décrit le Signal radio fréquence(RF) et les signaux électriques
ISO 14443-3 : définit les phases d’initialisation des échanges et de gestion de collision
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
ISO 14443-4 : définit le protocole de transmission
Pendant la normalisation, deux acteurs industriels majeurs (Philips et Texas Instrument) n’ont pas pu s’entendre sur la façon dont la modulation radiofréquence(en ISO 14443-2) devait se faire. Ils ont opté ainsi pour deux types de dispositifs, nommés Type A (NFC-A) pour Philips et type B(NFC-B) pour Texas Instruments, où chaque carte à puce en général ne supporte qu'un seul de ces types.
Les terminaux utilisés dans cette norme sont de deux types : les lecteurs, appelés aussi les terminaux de couplage de proximité (Proximity Coupling Device:PCD), et les transpondeurs, appelés aussi «Proximity Integrated Circuit Card : PICC ». Un PCD doit être en mesure de supporter les deux types.
ISO/IEC 18092[3] a été préparée par ECMA-340 [4] et a été adoptée par le comité technique mixte « ISO/IEC- JTC 1 Information Technology Standards », en parallèle avec son approbation par les organismes nationaux de l'ISO et la IEC. Cette norme spécifie l'interface et le protocole de communication sans fil simple entre deux dispositifs NFC communicants à un taux de transfert de 106, 212 et 424 kbps.
La pile protocolaire NFCIP-1 est basée sur la norme ISO/IEC 14443. La différence principale est un nouveau protocole de commande qui remplace la partie supérieure de la pile ISO/IEC 14443.
Pour chaque session de communication NFC, le NFCIP-1 distingue deux types de dispositifs : l’initiateur (initiator) et la cible (target). Comme leurs noms l’indiquent, le premier initie la communication et envoie les requêtes tandis que le second répond à ces requêtes. Ce mode est similaire à un mode de communication client/serveur.
La norme définit deux modes de communication : mode actif et mode passif. En effet, l’initiateur est toujours un dispositif actif^3 .La cible quant à elle peut être un dispositif actif ou passif. Lorsque la cible est un dispositif actif, ce mode de communication est dit « mode actif ».Dans le cas contraire, le mode de communication est dit « passif ».
Bien que les normes ISO 14443, ECMA-340 et ISO/IEC 15693^4 opèrent à la même fréquence, elles spécifient chacune son propre mode de communication. La norme ECMA-352 [5] spécifie le mécanisme de détection et de sélection d’un de ces modes de communication afin d’éviter toute perturbation à l’origine d’un dispositif opérant à la fréquence 13.6MHz.
(^3) La signification du tag actif et passif est la même que celle donnée en RFID. (^4) ISO/IEC 15693 définit les cartes de voisinages (Vicinity Cards) pour une portée maximale qui varie entre 1 et 1.5m.
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Figure II. 4 Architecture des standards NFC Forum
La carte SIM a énormément évolué ces dernières années. Certes, elle répond toujours à sa fonction première d’identification de l’abonné sur le réseau (et donc de facturation), mais elle s’est enrichie de nombreuses autres fonctionnalités, engendrant une augmentation significative de sa capacité de stockage, qui double quasiment chaque année.
La SIM du téléphone a un rôle très important dans l’architecture d’un système basé sur la technologie NFC puisque l’élément de sécurité NFC peut être déployé sur les cartes SIM pour l'utilisation par les opérateurs du monde entier. Et cette technique est utilisé dans le mode de fonctionnement « émulation de carte ».
NFC permet l'utilisation d'un téléphone mobile pour effectuer des transactions de paiement sans contact. Pour cela, le téléphone mobile doit contenir des éléments spécifiques:
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
Contrôleur NFC pour l’administration de l’élément de sécurité : lire et écrire sur des étiquettes et des cartes, communiquer avec des téléphones (pour le traitement des paiements), et agir comme un tag NFC.
Antenne NFC : La technologie NFC nécessite la présence d'une antenne dans le mobile. Car cette antenne est spécialement conçue pour répondre sans contrainte à toute demande d’intégration et quel que soit l’environnement et gérer les communications entre l'appareil et les dispositifs externes ou des systèmes qui suivent la norme ISO 14443. Elle peut être intégrée n’importe où dans le mobile (sur l’écran, sur la batterie, sur la carte électronique, etc.) quels que soient le facteur de forme ou le silicium NFC utilisé toujours en garantissant de très bonnes performances radio en conformité avec la norme ISO14443.
L’élément de sécurité : Dans le cas de SIM CENTRIC l’élément de sécurité est dans la carte SIM.
Les services (applications et données dédiées à l’application d’interface de l’utilisateur) sont stockés et hébergés dans un élément de sécurité (La carte Sim dans ce cas) qui est le cœur de la technologie NFC et qui est connecté au contrôleur NFC pour effectuer des transactions sécurisées à proximité des périphériques NFC externes. L’élément de sécurité offre un
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permet d'assurer une qualité de service importante pour l'utilisateur final. S'il perd le téléphone et la carte SIM par exemple, il est possible pour l'opérateur de désactiver le tout à distance, ce qui réduit les risques.
La SIM CENTRIC fournit à la fois une sécurité logique (le cryptage) et une sécurité physique (l’anti- falsification et la protection contre les copies). Elle a d’ailleurs été définie par les opérateurs mobiles comme étant l’élément de sécurité dans un système NFC, grâce aux avantages unique qu’elle offre sur le marché :
Universalité : La carte SIM a un grand taux de déploiement, avec plus de trois milliards d’utilisateurs à travers le monde.
Portabilité : Elle est portable, les utilisateurs peuvent donc facilement transférer leurs applications d’un téléphone NFC à un autre.
Gestion dynamique à distance : Les opérateurs mobiles peuvent déjà gérer les cartes SIM à distance, ils pourront sans aucun problème le faire pour les services NFC. Ainsi, Les services chargés dans la carte peuvent immédiatement être bloqués, activés ou suspendus à distance par l’opérateur en cas de perte ou de vol.
Standardisation : La sécurité de la carte SIM est basée sur des standards globaux déjà bien établis couvrant le stockage des applications, les communications, la protection de la vie privée et la gestion du cycle de vie.
Long cycle de vie : La carte SIM a un plus long cycle de vie qu’un téléphone, elle est donc appropriée pour héberger les applications NFC qu’un appareil mobile.
Toutefois, cette solution présente l’inconvénient de « lier » les applications à l'opérateur mobile. Le passage d'un opérateur mobile à un autre nécessitera le rechargement des applications. De même, pour un voyageur se déplaçant dans plusieurs pays et changeant par conséquent fréquemment de réseau mobile, il semble plus approprié que les applications soient hébergées sur le téléphone plutôt que sur la carte SIM.
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
Au niveau matériel l’élément de sécurité ( Secure Element, SE ) peut être implémenté sous la forme d’une puce embarqué ( embedded SE, eSE ) ou un support amovible sécurisé de type carte mémoire ( Secure Memory Card, SMC ).
Les SE basées sur des puces embarquées sont des puces soudées au téléphone mobile de manière définitive. Ainsi, le niveau de sécurité fourni par le SE est important car supporté par la puce. Cette puce est intégrée au téléphone mobile durant la phase de production et doivent être personnalisées après que l’appareil ait été délivré à l’utilisateur final.
Soudé au téléphone, la puce SE ne peut évidemment pas être transférée d’un mobile à un autre. Elle doit être adaptée à chaque nouvel utilisateur. Bien que conforme avec les différents standards des smart cards, la communication avec le téléphone n’est pas encore standardisée.
Une carte SMC amovible est constituée de mémoire et d’un circuit intégré, en d’autres termes c’est la combinaison d’une carte mémoire ainsi que d’une carte à puce. La SMC offre ainsi un niveau de sécurité aussi élevé que celui des cartes à puces et est en conforme avec la plupart des standards, interfaces et environnements (comme EMV, GlobalPlatform, ISO/IEC 7816, JavaCard).
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
L'authentification mutuelle est la phase d'initiation d'un canal sécurisé pendant laquelle la carte et l'entité extérieure se donnent réciproquement l'assurance qu'elles communiquent avec une entité authentifiée i.e. qu'elles partagent le même secret.
Quatre algorithmes et protocoles sont supportés : Secure Channel Protocol (SCP) 01 (déprécié) et 02 basés sur DES, SCP 03 basé sur AES et SCP 10 basé sur RSA.
Après que l'authentification mutuelle ait réussie, le canal sécurisé est initié.
Durant la phase d'authentification mutuelle, le niveau de sécurité à appliquer à tous les messages suivant a été négocié. GlobalPlatform propose trois niveaux de sécurité :
le niveau authentification correspond à un canal dans lequel les entités se sont authentifiées selon le mécanisme décrit précédemment ; le niveau authentification et intégrité assure que les messages reçus par une entité proviennent bien de l'autre entité, et que ni l'ordre des messages, ni leur contenu n'aient été altérés ; le niveau authentification, intégrité et confidentialité assure que les messages transmis entre les deux entités authentifiées ne sont pas visibles par une entité non authentifiée.
Un fournisseur d'applications peut exiger de vérifier l'intégrité et l'authentification des applications qu'il charge sur la carte. GlobalPlatform propose un mécanisme répondant à ce besoin : le DAP (Data Authentication Pattern). Pour chaque morceau de code envoyé à la carte, une empreinte est calculée. Cette empreinte est ensuite signée et rajoutée à la structure du bloc envoyé. L'APSD dans lequel l'application est chargée doit posséder le privilège de vérification des DAP afin de fournir ce service au nom du fournisseur d'applications.
GlobalPlatform, via le service global Cardholder Verification Method (CVM), fournit un mécanisme de vérification du porteur accessible à toutes les applications. Dans la version actuelle des spécifications, 5 , seule la vérification du code PIN est supportée.
ALCIME Matthieu GHARTOUCHENT Malek Date : 18 décembre 2012
Prenons le cas d’un premier utilisateur de téléphone mobile. Il a l’habitude de voyager et de s’installer dans un hôtel pour ses voyages. Cette personne a une carte SIM dans laquelle est installée une application NFC. Son opérateur mobile, en France métropolitaine, lui a indiqué qu’il pouvait avoir accès à des dispositifs NFC grâce à sa carte SIM car elle détient une technologie SIM-Centric.
Notre utilisateur se déplace donc pour affaires dans différentes régions de France. Les hôtels dans lesquels il s’installe lui demandent de passer son portable devant une borne afin d’obtenir une clé numérique. Ainsi son portable pourra être utilisé comme clé.
Par la suite, notre utilisateur va à une conférence en Allemagne et souhaite aussi s’installer dans une chambre d’hôtel. Au moment de l’enregistrement, le lecteur accepte sa carte SIM mais lui signale que son opérateur lui imputera des frais dues à ce service hors de la France métropolitaine.
De retour de sa conférence, l’utilisateur demande à son opérateur de changer de forfait pour ne pas avoir à payer de frais à l’avenir et l’opérateur lui dit que cela est impossible car pour l’instant le service entraîne des frais à l’opérateur.
Dans un autre cas notre utilisateur pourrait réserver sa chambre d’hôtel en ligne. Il recevrait ensuite sur son téléphone mobile une clé électronique qui serait valable durant toute la durée du séjour et qui, utilisée avec la puce NFC et l'application adéquate, lui permettrait d'accéder à sa chambre en présentant le mobile devant la porte équipée d'un lecteur NFC.
L'Hôtel Clarion de Stockholm, en remplaçant en 2011 les clés de chambre par des clés numériques envoyées aux clients déjà équipés de portables NFC, leur a permis de se rendre directement à leur chambre en évitant les files d'attente. Même approche pour le check-out, réalisé d’un simple contact entre leurs téléphones et le lecteur du hall. 60% des utilisateurs ont déclaré avoir économisé plus de dix minutes et 80% utiliseraient à nouveau le système s’ils en avaient l’occasion tandis que l'hôtel a pu réaffecter le personnel dédié au check-in tout en supprimant les problèmes liés au remplacement des clés.
Les experts du secteur prédisent que le NFC va révolutionner nos vies dans les années à venir. Notre check-list quotidienne -« clés, portefeuille, téléphone »- est sur le point de se raccourcir. Il ne faudra pas longtemps avant de voir la fonctionnalité de ces trois objets intégrée dans un combiné compatible NFC.
Les utilisateurs du transport utilisent déjà leurs téléphones comme carte d'embarquement et au Japon, les systèmes de paiement NFC sont installés dans les restaurants, les taxis ou les distributeurs. Sur les campus universitaires, les étudiants peuvent utiliser leurs portables pour entrer dans les bâtiments, faire des achats, utiliser les transports et s'identifier lors des examens. Les téléphones NFC pourraient même être utilisés pour fournir aux médecins l’accès à votre historique médical. [8]
