Bezahlfunktionenen in IoT-Applikationen Zahlen mit dem Armband

Die Herausforderung NFC-Technik in kleinste Geräte zu integrieren.
Die Herausforderung NFC-Technik in kleinste Geräte zu integrieren.

Gerätehersteller stehen vor der Herausforderung, NFC-Technik und ­Sicherheit bei Wearables in kleinste Geräte zu integrieren. Hierfür hat Infineon die „Boosted NFC Secure Elements“ vorgestellt, die keinen ­separaten NFC-Controller für kontaktlose Bezahlfunktionen benötigen.

Die Kombination der Zahlungsfunktion mit beispielsweise Fahrscheinlösungen oder der Zugangskontrolle zu Gebäuden bzw. IT-Systemen ist ein erfolgversprechender Ansatz bei der IoT-Diskussion. Damit diese kombinierten Anwendungen sicher und zuverlässig genutzt werden können, werden mit dem „Boosted NFC Secure Element“ neue Wege beschritten. Das darauf aufbauende NFC-Sicherheitsmodul integriert erstmalig auf einem einzigen Multichip-Modul das Secure Element, ein Analog-Front-End (Booster) und eine ultrakleine Antenne. Allerdings haben derartig kleine Antennen den Nachteil, dass die Reichweite sehr klein wird bzw. die Amplitude des Nutzsignals sehr gering. Hier kommt der Booster ins Spiel: Er synchronisiert sich aktiv mit dem Feld des Lesegerätes und kompensiert den Nachteil der kleinen Antenne. Der große Vorteil dieses Ansatzes liegt bei bis zu 80 Prozent weniger Platzbedarf auf der Platine und einer um mehr als 50 Prozent reduzierten Leistungsaufnahme.

Getrieben durch das Internet der Dinge (IoT) sowie die ständige Verfügbarkeit von Online-Diensten, wird mobiles Bezahlen künftig mit jedem mobilfunkfähigen Produkt möglich sein und auch zunehmend implementiert werden. Dabei steht die schnelle Datenübertragung und sichere Nutzung von Bezahlanwendungen über unterschiedlichste mobile, vernetzte Elektronikgeräte an oberster Stelle. Vor diesem Hintergrund suchen auch Fintech-Unternehmen nach innovativen und sicheren Bezahlmethoden. Hier sind neue Systemansätze gefragt, die eine äußerst einfache Integration bewährter Hardware-Sicherheit in die mobilen Geräte ermöglichen. Die neuen Boosted NFC Secure Elements zielen insbesondere auf den Wachstumsmarkt für Smart Wearables. Laut Schätzungen des Marktforschers IHS soll dieser auf weltweit 230 Millionen Stück bis 2019 ansteigen. Dieser Trend wird durch die positive Entwicklung beim Ausbau der NFC- bzw. Kontaktlos-Infrastruktur unterstützt, die bis 2019 weltweit dominieren sollen (ABI Forecast, Payment and Banking Card Contactless Technologies, July 2014). Aufgrund der vielfältigen Nutzung von mobilen Geräten und der Offenheit bzw. Verknüpfung der Plattformen sind mobile Geräte Bedrohungen unterschiedlichster Art ausgesetzt. Daher besitzt maximale Sicherheit oberste Priorität – vor allem beim mobilen Bezahlen, das möglichst einfach und komfortabel sein soll. Hier setzen Hardware-basierte Sicherheitschips hohe Standards, wie wir sie vom Bezahlen mit Chipkarten kennen, und vereinfachen gleichzeitig die Integration der Komponenten in die mobilen Endgeräte.

Chip-Lösungen für sicheres, ­mobiles Bezahlen

Die Near Field Communication (NFC) hat sich zur ersten Wahl für mobile Bezahlsysteme entwickelt, auch dank der Kompatibilität mit dem Standard ISO/IEC 14443, der in IC-Karten weit verbreitet ist. Chip-Lösungen für mobiles NFC-Bezahlen kann man grundsätzlich in zwei Typen unterteilen: Die erste Variante ist ein Sicherheitschip, der die Basis für die Datenspeicherung und die sichere Transaktion darstellt. Der zweite Typus ist ein Front-End-Chip für die Nahbereichs-Kommunikation. Hier ist NFC der populärste Standard.

Für diverse Applikationsanforderungen im Bereich Mobile Payment bietet Infineon Sicherheitscontroller mit hoher Speicherkapazität und dualer Schnittstelle (kontaktbehaftet und kontaktlos). Die Sicherheitscontroller unterstützen eine sehr schnelle Kommunikation (VHBR, Very High Bit Rate) und sind gemäß CC EAL 6+ zertifiziert. Darüber hinaus gehören SWP (Single Wire Protocol) NFC Secure Elements (für SIM und microSD), Embedded Secure Elements und extrem kleine Boosted NFC Secure Elements mit eingebetteten NFC Front-End-Antennen zum Lösungs-Portfolio.

Innovative Lösungen für Smart Wearables

Bei Smart Wearables stellen insbesondere die kleinen Abmessungen und die möglichst geringe Leistungsaufnahme große Herausforderungen für herkömmliche NFC-Systemarchitekturen dar. Die Systeme müssen daher optimiert werden. Das schließt insbesondere die Reduzierung der erforderlichen Hardware und Software für die Unterstützung von NFC ein, um die Leistungsaufnahme zu reduzieren. Außerdem müssen die Schaltung und die Antenne auf minimale Abmessungen getrimmt werden, um die kleinen Formfaktoren der Smart-Wearable-Produkte zu erreichen. Gleichzeitig muss eine gute NFC-Kommunikation (innerhalb des Gehäuses und beim Tragen am Körper) sichergestellt sein.

Im Vergleich zu klassischen NFC-Modems bietet der Ansatz mit Boosted-NFC-Sicherheitselementen klare Vorteile: Er erlaubt ein kleineres Antennen-Design und erweitert den Betriebsbereich. Außerdem können die Anzahl der erforderlichen passiven Komponenten (Kondensatoren, Widerstände etc.) und die benötigte Leiterplattenfläche deutlich reduziert werden – von typisch mehr als 22 mm2 auf weniger als 14 mm2, ohne Antenne. Darüber hinaus kann die Stromaufnahme im Wake-up-Modus um den Faktor 5 bis 10 verringert werden. Die Boosted NFC Secure Elements wurden insbesondere für Smart Wearables und in enger Partnerschaft entwickelt. So wird eine zertifizierte Lösung für die schnelle und einfache Integration von mobilen Payment-Funktionen in Wearable-Produkte angeboten. Die Lösungen sind kompatibel zu herkömmlichen Karten-Applikationen wie dem Aktivieren oder Aufladen von Karten. Über einen OTA-Download kann auch das TSM-Management realisiert werden. Besonders wichtig ist, dass auch der Aufwand für die Software-Entwicklung signifikant reduziert werden konnte, da keine komplexe Architektur und kein leistungsfähiger Applikationsprozessor erforderlich ist. Als Applikationsprozessor kann eine einfacher, stromsparender Mikrocontroller genutzt werden. Außerdem erfüllt die neue Lösung die höchsten Sicherheitsanforderungen für mobile Bezahlanwendungen.

Kasten: Hardware-Sicherheit für Smart Wearables

Ob Fitnesstracker, Uhren oder Armbänder – immer mehr Smart Wearables erlauben auch mobiles Bezahlen. Gerätehersteller stehen dabei vor der Herausforderung, Sicherheit und NFC-Funktionalität auf kleinstem Raum zu integrieren. Die Lösung liefert ein Hardware-Sicherheitsmodul mit NFC-Booster-Technologie, das Infineon gemeinsam mit Mobile Payment Solutions Co. Ltd. (MPS) aus China vorgestellt hat. Das einfach zu integrierende Boosted-NFC-Sicherheitsmodul senkt den Designaufwand von Smart Wearables mit Bezahlfunktion erheblich: Es bündelt den Sicherheitschip, NFC und Antennen-Elemente inklusive der Software auf kleinstem Raum.

Das kleinste Modul der Serie misst dabei nur 4 × 4 mm2. Mit den Boosted-NFC-Sicherheitsmodulen wird die Integration von Hardware extrem einfach. Kernstück des Moduls ist das Boosted NFC Secure Element von Infineon. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen benötigt dieses keinen separaten NFC-Controller, um die kontaktlose Bezahlfunktion wie mit einer Bankkarte zu unterstützen. Dank der Booster-Technologie sind die NFC-Antenne und alle zugehörigen Antennen-Elemente bereits in das Chipgehäuse integriert. Zusätzlich kann der Software-Entwicklungsaufwand für die NFC-Systemintegration deutlich reduziert werden.