การสื่อสาร NFC มีความหมายอย่างไรต่อโซลูชันการชำระเงินที่ปลอดภัย

เทคโนโลยีการสื่อสารระยะใกล้ (NFC) เป็นเทคโนโลยีไร้สายระยะสั้นสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบไร้สัมผัส ในโซลูชันการชำระเงินที่ปลอดภัย การเชื่อมต่อวิทยุแบบเดียวกันนี้จะส่งข้อมูลบัตรระหว่างเครื่องรับชำระเงินและอุปกรณ์รักษาความปลอดภัย โดยฮาร์ดแวร์ที่อยู่เบื้องหลังนั้นเป็นส่วนที่รับภาระหนักที่สุด

บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การออกแบบและการผลิตในระดับบอร์ดสำหรับอุปกรณ์ชำระเงิน NFC โดยจะตั้งคำถามว่าเทคโนโลยี NFC ทำงานอย่างไรในระบบการชำระเงิน อะไรทำให้เทคโนโลยีนี้มีความปลอดภัยในระดับบอร์ด และข้อจำกัดด้านการออกแบบและ DFM ใดมีความสำคัญที่สุด

วิศวกรฮาร์ดแวร์และทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์ต้องการคำตอบที่เป็นรูปธรรม ไม่ใช่บทสรุปในระดับผู้บริโภค ส่วนต่อไปนี้จะกล่าวถึงการสื่อสารระยะใกล้ (NFC) ในฐานะปัญหาด้านวงจรและการจัดวาง ซึ่งรูปทรงของเสาอากาศ การจับคู่ การป้องกัน และค่าความคลาดเคลื่อน จะเป็นตัวตัดสินว่าการชำระเงินแบบไร้สัมผัสจะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในภาคสนามหรือไม่

ประเด็นที่สำคัญ

• การชำระเงินด้วย NFC ใช้การเชื่อมต่อวิทยุความถี่ 13.56 MHz แผงวงจรต้องทำงานได้ทั้งในโหมดอ่านข้อมูลและโหมดอ่านบัตร

• การปรับจูนเสาอากาศภายในตัวเรือนขั้นสุดท้ายมีความสำคัญมาก โลหะและสารเคลือบสามารถเปลี่ยนแปลงความถี่เรโซแนนซ์ได้

• การวางตำแหน่งส่วนประกอบรักษาความปลอดภัยอย่างระมัดระวังและการป้องกันอย่างดีจะช่วยปกป้องกุญแจจากการเจาะระบบและการโจมตีแบบช่องทางด้านข้าง

• ความแตกต่างเล็กน้อยในวิธีการผลิตผลิตภัณฑ์อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเสาอากาศ หลังจากเคลือบผิวแล้ว ให้ปรับแต่งอีกครั้ง และตรวจสอบแต่ละเวอร์ชันที่คุณสร้างขึ้น

• ระเบียบวิธี DFM เปลี่ยนแบบจำลองรุ่นแรกๆ ให้กลายเป็นอุปกรณ์ชำระเงินแบบไร้สัมผัสที่เชื่อถือได้

NFC และการทำงานในระบบการชำระเงินเป็นอย่างไร

เทคโนโลยีการสื่อสารระยะใกล้ (NFC) ใช้สนามแม่เหล็กที่ความถี่ 13.56 เมกะเฮิร์ตซ์ วิธีการไหลของธุรกรรมและโหมดการทำงานมีผลต่อการออกแบบแผงวงจร วิศวกรที่เข้าใจ NFC ในระดับวงจรจะสร้างเครื่องรับชำระเงินที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้น

การไหลของธุรกรรม 13.56 MHz

อินเทอร์เฟซ NFC จะรับฟังสัญญาณบนช่องสัญญาณ 13.56 MHz ก่อน คลื่นพาหะที่คงที่จากเครื่องอ่านที่ทำงานอยู่จะสร้างสนามแม่เหล็ก H ที่มีค่าสูงกว่าประมาณ 0.185 A/m RMS เมื่ออุปกรณ์ตรวจจับสนามแม่เหล็กนั้นได้ อุปกรณ์อาจทำงานได้เฉพาะในโหมดการ์ดเท่านั้น กฎการรับฟังก่อนการสื่อสารนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้อุปกรณ์รบกวนซึ่งกันและกัน

ช่องสัญญาณเงียบช่วยให้อินเทอร์เฟซที่รองรับการอ่านสามารถสลับเข้าสู่โหมดการอ่านได้ จากนั้นบอร์ดจะส่งคลื่นพาหะคงที่เป็นเวลาไม่กี่มิลลิวินาทีเพื่อเริ่มต้นทรานสปอนเดอร์ที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ หลังจากนั้น เครื่องอ่านจะวนลูปการตรวจสอบ โดยจะหยุดชั่วคราวโดยไม่มีคลื่นพาหะเพื่อรีเซ็ตทรานสปอนเดอร์ จากนั้นส่งคลื่นพาหะเพื่อจ่ายไฟและเริ่มต้นทรานสปอนเดอร์ ส่งคำสั่งตรวจสอบในโปรโตคอลที่เลือก แล้วคงคลื่นพาหะไว้เพื่อให้ได้รับคำตอบกลับมา

ลำดับนี้เป็นการกำหนดการแบ่งการทำงานระดับบอร์ดโหมดเครื่องอ่านต้องการให้บอร์ดสร้างและจัดการคลื่นความถี่วิทยุ รวมถึงการสร้างสนาม การกำหนดเวลา และการตรวจสอบโปรโตคอล โหมดการ์ดต้องการให้บอร์ดตรวจจับสนามและตอบสนองในฐานะทรานสปอนเดอร์ การประมวลผลการชำระเงินแบบไร้สัมผัสขึ้นอยู่กับการทำงานทั้งสองบทบาทภายในกรอบเวลาที่จำกัด

โหมดอ่านการ์ดเทียบกับโหมดการ์ด

โหมดการทำงานจะเป็นตัวกำหนดการเลือกตัวควบคุม พฤติกรรมของเสาอากาศ และงบประมาณด้านพลังงาน ตารางด้านล่างเปรียบเทียบบทบาททั้งสองของฮาร์ดแวร์การชำระเงิน NFC

ปัจจัยระดับคณะกรรมการ	โหมดผู้อ่าน/ผู้เขียน	โหมดการจำลองการ์ด
การเลือกตัวควบคุม	ไอซีควบคุม NFC ที่สามารถอ่านข้อมูลได้ผ่านทาง I²C/SPI/UART	การจำลอง Secure Element หรือ Host Card ที่แยกด้วยฮาร์ดแวร์
การออกแบบเสาอากาศ	รูปทรงขดลวด จำนวนรอบ และช่วงการอ่านค่าการควบคุมการปรับจูน	ขดลวดต้องเชื่อมต่อกับสนามแม่เหล็กของเครื่องอ่านภายนอก โลหะจะทำให้ค่าความถี่ผิดเพี้ยน
งบประมาณด้านพลังงาน	ช่วงเวลาการสำรวจและกระแสไดรเวอร์ RF มีความสำคัญ	พลังงานมาจากสนามแม่เหล็กของเครื่องอ่าน การทำงานแบบวนรอบในสถานะพลังงานต่ำมีความสำคัญ
การจัดการ RF	เฟิร์มแวร์ทำหน้าที่จัดการสแต็กโปรโตคอลและจังหวะเวลา RF	ส่วนต่อประสานนี้ทำหน้าที่กำหนดเวลาตอบสนองและการตรวจจับสนาม
ใช้กรณี	ป้ายแท็ก บัตรโดยสาร ฉลาก	ระบบกระเป๋าเงินมือถือและโทเค็น

โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบเทอร์มินัลจำเป็นต้องมีตัวควบคุมที่สามารถอ่านข้อมูลได้ การออกแบบการจำลองบัตรจะเน้นที่ส่วนประกอบรักษาความปลอดภัยและการแยกส่วนประกอบนั้น การชำระเงินแบบไร้สัมผัสผ่านโทรศัพท์มือถือใช้บทบาทของบัตร ในขณะที่ฮาร์ดแวร์ ณ จุดขายใช้บทบาทของเครื่องอ่านข้อมูล

หมายเหตุ: การเลือกโหมดจะเปลี่ยนแปลงรายการวัสดุตั้งแต่เนิ่นๆ โปรดเลือกตัวควบคุมก่อนที่จะสรุปการออกแบบเสาอากาศ

สแต็กโปรโตคอลและข้อจำกัดด้านเวลา

ชั้นโปรโตคอลอยู่เหนือคลื่นความถี่วิทยุ (RF) เฟิร์มแวร์ของเครื่องอ่านจะจัดการการค้นหาอุปกรณ์ การป้องกันการชนกัน และการจัดลำดับคำสั่ง โปรเซสเซอร์หลักจะไม่ต้องทำงานเกี่ยวกับคลื่นความถี่วิทยุแบบเรียลไทม์ การแบ่งแยกนี้ทำให้จังหวะเวลาสามารถคาดการณ์ได้

เทคโนโลยี NFC ในการชำระเงินยังขึ้นอยู่กับกฎการกำหนดเวลาของ EMV ด้วย ตัวอ่านต้องดำเนินการสำรวจข้อมูลให้เสร็จสิ้นและส่งต่อข้อมูลภายในช่วงเวลาที่กำหนด อินเทอร์เฟซโฮสต์ที่ช้าอาจทำให้ลูปหยุดชะงัก นักออกแบบควรทำให้บัสจากตัวควบคุมไปยังโฮสต์สั้นและปราศจากการแย่งใช้ทรัพยากร

ระบบรักษาความปลอดภัยเข้ามามีบทบาทในชั้นนี้เช่นกัน การแปลงข้อมูลบัตรเป็นโทเค็นจะใช้โทเค็นที่มีการใช้งานจำกัดแทนข้อมูลบัตร ส่วนประกอบรักษาความปลอดภัยจะจัดเก็บกุญแจและดำเนินการเข้ารหัสลับ บอร์ดจะต้องปกป้องส่วนประกอบนั้นจากการตรวจสอบและการเข้าถึงจากช่องทางด้านข้าง

คำแนะนำ: ตรวจสอบค่าเกณฑ์การตรวจจับสนามและจังหวะการสอบถามข้อมูลบนโต๊ะทดสอบก่อนที่จะสรุปการออกแบบขั้นสุดท้าย

การออกแบบเสาอากาศสำหรับ NFC ในระบบการชำระเงิน

เสาอากาศเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดทางกายภาพของการทำธุรกรรมแบบไร้สัมผัสทุกครั้ง ขดลวดที่ปรับแต่งอย่างดีจะช่วยให้เครื่องอ่าน NFCมีพื้นที่ในการจัดการกับการวางตำแหน่งที่ไม่ตรงกันและโลหะ ขดลวดที่ปรับแต่งไม่ดีจะไม่ผ่านการรับรองและการทดสอบภาคสนาม งานออกแบบแบ่งออกเป็นรูปทรงของวงจร การจับคู่ และผลกระทบของวัสดุ

รูปทรงของลูปและเครือข่ายการจับคู่

ขนาดของลูป ความกว้างของลายวงจร ระยะห่าง และจำนวนรอบ ล้วนเป็นตัวกำหนดค่าความเหนี่ยวนำ ลูปทั่วไปที่มี 4 รอบ ขนาด 40 มม. × 40 มม. มีลายวงจรขนาด 0.3 มม. และระยะห่าง 0.3 มม. จะให้ค่าความเหนี่ยวนำประมาณ 1.5–2.5 µH ซึ่งเป็นช่วงที่ตัวควบคุม NFC ส่วนใหญ่ยอมรับได้ จำนวนรอบจะเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำไปอีก:

• 1–3 รอบ: 0.5–1.5 µH, เป็นเรื่องปกติสำหรับเสาอากาศตัวอ่านที่มีการจับคู่ภายนอก

• 4–6 รอบ: 1.5–5 µH ซึ่งเป็นช่วงที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชัน NFC ส่วนใหญ่

• ขดลวด 7 รอบขึ้นไป: ค่าความเหนี่ยวนำสูงขึ้น แต่ค่าความจุระหว่างขดลวดจะดึงความถี่เรโซแนนซ์ในตัวเองลง

วงจรจับคู่จะเปลี่ยนค่าความต้านทานของขดลวดให้ตรงกับค่าเป้าหมายของตัวควบคุม ตัวเก็บประจุแบบอนุกรมและแบบขนานจะกำหนดจุดเรโซแนนซ์ที่ 13.56 MHz จากนั้นค่า Q จะเป็นตัวกำหนดแบนด์วิดท์ เสาอากาศ NFC ทั่วไปมีค่า Q อยู่ที่ 20–40 ค่า Q ที่สูงขึ้นหมายถึงเสาอากาศที่มีความสามารถในการเลือกรับสัญญาณได้ดีขึ้นและแบนด์วิดท์ที่แคบลง ตารางด้านล่างแสดงค่าเริ่มต้นที่ใช้กันทั่วไป

Q-ปัจจัย	เงื่อนไขการออกแบบ
10	ตั้งค่าเริ่มต้นให้ตรงกับเครื่องอ่าน NFC ที่รองรับอัตราการส่งข้อมูลสูงขึ้น (212/424/848 กิโลบิต/วินาที)
15	ตั้งค่าเริ่มต้นให้ตรงกับเครื่องอ่าน NFC ที่รองรับอัตราการส่งข้อมูลสูงขึ้น (212/424 กิโลบิต/วินาที)
20	การจับคู่ค่าเริ่มต้นสำหรับการออกแบบเครื่องอ่าน NFC ทั่วไป
25	ค่าเริ่มต้นที่ตรงกันสำหรับการออกแบบเครื่องอ่าน NFC ทั่วไป ซึ่งจำกัดไว้ที่ 106 กิโลบิต/วินาที
30	มูลค่าที่ระบุสำหรับการสื่อสาร MIFARE Classic

คำแนะนำ: ปรับจูนวงจรแมทชิ่งเน็ตเวิร์กภายในตัวเรือนสุดท้าย การปรับจูนแบบเปิดโล่งจะเกิดการคลาดเคลื่อนเมื่อตัวเรือนและแบตเตอรี่วางอยู่ใกล้กับขดลวด

ผลกระทบของเฟอร์ไรต์ โลหะ และวัสดุ PCB

โลหะที่อยู่ใกล้ขดลวดทำให้เกิดกระแสไหลวน กระแสเหล่านี้ต่อต้านสนามแม่เหล็กของตัวอ่าน ลดค่าความเหนี่ยวนำ และเพิ่มความต้านทานกระแสสลับ ความถี่เรโซแนนซ์เลื่อนสูงขึ้น จาก 13.56 เมกะเฮิร์ตซ์ และส่วนหน้าของอุปกรณ์จะพบความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ ระยะการอ่านลดลงอย่างรวดเร็วหรืออาจใช้งานไม่ได้เลย

แผ่นเฟอร์ไรต์ทำหน้าที่เป็นตัวรวมและป้องกันสนามแม่เหล็ก: ค่าการซึมผ่านสูงของเฟอร์ไรต์ทำให้เส้นสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่มีความต้านทานต่ำ ทำให้สนามแม่เหล็กพุ่งออกไปด้านนอกและลดการรบกวนกับโลหะที่อยู่ใกล้เคียง ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเสาอากาศเพิ่มขึ้น ระยะการส่งสัญญาณกว้างขึ้น และลดการใช้พลังงาน ในบัตรชำระเงินแบบไร้สัมผัสและบัตรเข้าออก แผ่นเฟอร์ไรต์บางและยืดหยุ่นได้จะช่วยป้องกันการลดทอนของสัญญาณเมื่อวางบัตรซ้อนกันหรือวางบนโลหะ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเบี่ยงเบนสัญญาณ (detuning)

ผลที่วัดได้นั้นมีขนาดใหญ่ ขดลวดบนฝาพลาสติกวัดได้ 78 มม. ขดลวดเดียวกันบนกระป๋องโลหะวัดได้ต่ำกว่า 1 มม. การเพิ่มเฟอร์ไรต์ทำให้วัดได้กลับมาที่ 30 มม. เฟอร์ไรต์ร่วมกับการปรับความต้านทานซ้ำๆ ทำให้วัดได้ถึง 61 มม. เฟอร์ไรต์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ไขปัญหาการเบี่ยงเบนความถี่ได้ การปรับความต้านทานขั้นสุดท้ายในชุดประกอบทางกลต่างหากที่จะช่วยได้

วัสดุของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) มีผลต่อความเสถียรในการปรับจูน FR4 มีราคาประหยัด แต่ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะแตกต่างกันไปในแต่ละล็อต และค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสีย (loss tangent) จะอยู่ที่ประมาณ 0.02 ที่ความถี่ 13.56 MHz แผ่นลามิเนตของ Rogers ช่วยลดการสูญเสียไดอิเล็กตริกได้ โพลีอิไมด์เฟล็กซ์เหมาะสำหรับงานออกแบบที่โค้งงอได้ และมีค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียต่ำกว่า โดยอยู่ที่ประมาณ 0.005 ความหนาของไดอิเล็กตริก ความหนาของทองแดง และความสม่ำเสมอของโครงสร้างชั้นต่างๆ ล้วนส่งผลต่อค่าความจุและค่าเหนี่ยวนำ ควรล็อคโครงสร้างชั้นต่างๆ ก่อนทำการปรับจูนขั้นสุดท้าย

แนวทางการจัดวางที่เหมาะสมสำหรับคอยล์ NFC

ควรวางขดลวดให้ห่างจากแผ่นกราวด์และกล่องแบตเตอรี่ อย่าเดินสายสวิตช์ใดๆ ใต้ขดลวด วางส่วนประกอบที่เข้ากันได้ใกล้กับแผ่นรองขดลวดและต่อสายกราวด์ให้สั้น ตรวจสอบการสั่นพ้องบนเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์เมื่อประกอบชิ้นส่วนเสร็จสมบูรณ์ ตรวจสอบซ้ำทุกครั้งที่มีการปรับเปลี่ยนการประกอบ เนื่องจากตัวเรือนหรือแบตเตอรี่ที่เปลี่ยนไปจะส่งผลต่อการปรับจูน

ระบบรักษาความปลอดภัยระดับบอร์ดสำหรับโซลูชันการชำระเงินที่ปลอดภัย

ความปลอดภัยในโซลูชันการชำระเงินที่ปลอดภัยเริ่มต้นตั้งแต่ระดับสายทองแดง โปรโตคอลจะปกป้องข้อมูลขณะที่ข้อมูลเคลื่อนที่ แต่แผงวงจรต้องปกป้องทั้งกุญแจ เฟิร์มแวร์ และตัวอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยเอง ทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์ควรพิจารณาปัญหานี้ในฐานะปัญหาด้านการออกแบบและการผลิต ไม่ใช่ส่วนเสริมของซอฟต์แวร์

การจัดวางและการป้องกันองค์ประกอบที่ปลอดภัย

ตำแหน่งการวางชิ้นส่วนรักษาความปลอดภัยจะเป็นตัวกำหนดว่าผู้โจมตีจะต้องใช้ความพยายามมากแค่ไหน นักออกแบบควรวางชิ้นส่วนรักษาความปลอดภัยไว้ใกล้กับกึ่งกลางของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และล้อมรอบด้วยชิ้นส่วนที่ไม่สำคัญ ชิ้นส่วนเหล่านั้นทำหน้าที่เป็นกำแพงทางกายภาพป้องกันการตรวจสอบ ชิ้นส่วนที่ไวต่อความเสียหายควรอยู่ห่างจากขอบของแผงวงจร ซึ่งเป็นบริเวณที่เครื่องมือเข้าถึงได้ง่าย ชั้นป้องกันหรือกล่องหุ้มจะเพิ่มขั้นตอนอีกขั้นสำหรับผู้ที่มีสิทธิ์เข้าถึงทางกายภาพ

การแยกทางไฟฟ้ามีความสำคัญไม่แพ้กัน ส่วนประกอบที่ต้องการความปลอดภัยควรใช้การเชื่อมต่อไฟและกราวด์ของตัวเองแยกจากส่วนที่เหลือของวงจร การใช้รางร่วมกันจะทำให้ข้อมูลรั่วไหลผ่านการโจมตีแบบช่องทางด้านข้าง เชื่อมต่อขาไฟและกราวด์โดยตรงกับระนาบของมันโดยให้มีส่วนที่มองเห็นได้น้อยที่สุดเพื่อลดความเสี่ยงจาก EMI เดินสายสัญญาณที่สำคัญบนชั้นภายในระหว่างระนาบกราวด์ ซึ่งจะช่วยป้องกันการตรวจสอบโดยธรรมชาติ ระนาบกราวด์ที่ต่อเนื่องจะป้องกันลูปและให้เส้นทางส่งกลับที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำ โดยมีเป้าหมายที่อิมพีแดนซ์ประมาณ 50 โอห์มสำหรับสัญญาณความเร็วสูง

คำแนะนำ: ควรต่อสายดินให้กับแผ่นป้องกันทุกแผ่นอย่างถูกต้อง แผ่นป้องกันที่ไม่ได้ต่อสายดินจะกลายเป็นเสาอากาศโดยไม่ได้ตั้งใจและทำให้ปัญหา EMI รุนแรงขึ้น

โครงสร้างคล้ายกรงฟาราเดย์ที่ล้อมรอบชิ้นส่วนนั้นจะช่วยป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการโจมตีด้วยคลื่นวิทยุ ทั้งกระป๋องโลหะและสารเคลือบนำไฟฟ้าต่างก็ใช้งานได้ การป้องกันนี้ช่วยสนับสนุนการทำธุรกรรมที่ปลอดภัยในระบบการชำระเงิน NFC ซึ่งผู้โจมตีอาจพยายามส่งพลังงานเข้าไปในชิ้นส่วนโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง

การตรวจจับการดัดแปลงและการพิจารณาตามมาตรฐาน EMVCo/PCI

ระบบตรวจจับการงัดแงะจะเปลี่ยนแผงวงจรให้เป็นเซ็นเซอร์ ชั้นเมช เส้นทางตัดวงจร และเซ็นเซอร์แสงหรืออุณหภูมิจะตรวจจับการเปิด การเจาะ หรือการตรวจสอบ จากนั้นตัวควบคุมจะลบข้อมูลบนคีย์ก่อนที่ผู้โจมตีจะสามารถอ่านได้ ผู้ออกแบบควรวางเส้นทางเมชบนชั้นภายในและทำให้ต่อเนื่องกันรอบองค์ประกอบ การขาดตอนในวงจรจะต้องกระตุ้นการตอบสนองภายในช่วงเวลาการตรวจจับที่ผลิตภัณฑ์กำหนด

การรับรองมาตรฐานมีส่วนสำคัญในการตัดสินใจเหล่านี้ มาตรฐาน EMVCo และ PCI ควบคุมฮาร์ดแวร์สำหรับการประมวลผลการชำระเงินแบบไร้สัมผัส และผู้ตรวจสอบจะตรวจสอบการป้องกันทางกายภาพ การจัดเก็บกุญแจ และการตอบสนองต่อการปลอมแปลง ตารางด้านล่างเปรียบเทียบวิธีการป้องกันที่ใช้กันทั่วไป

เข้าใกล้	ผลกระทบระดับคณะกรรมการ	การแลกเปลี่ยน
จัดวางตำแหน่งให้อยู่ตรงกลางโดยมีส่วนประกอบโดยรอบ	บล็อกการตรวจสอบโดยตรง	ใช้พื้นที่การกำหนดเส้นทาง
ระบบไฟฟ้าและสายดินเฉพาะ	จำกัดการรั่วไหลของช่องด้านข้าง	เพิ่มการแบ่งระนาบ
การป้องกันแบบฟาราเดย์	บล็อกการเชื่อมต่อ RF	ต้องการการต่อสายดินที่มั่นคง
ตาข่ายกันการงัดแงะในชั้นใน	ตรวจจับการบุกรุก	เพิ่มจำนวนชั้น

หมายเหตุ: บันทึกทุกการตัดสินใจด้านความปลอดภัยในขั้นตอนการออกแบบขั้นสุดท้าย ผู้ตรวจสอบจะสอบถามถึงเหตุผล ไม่ใช่แค่ผลลัพธ์

ความปลอดภัยในฐานะประเด็นสำคัญในการผลิต

ระบบรักษาความปลอดภัยจะคงอยู่ได้ก็ต่อเมื่อกระบวนการผลิตทำซ้ำได้มาตรฐาน โรงงานประกอบชิ้นส่วนต้องควบคุมการเข้าถึงแผงวงจรที่ปลอดภัย กำหนดหมายเลขประจำแผง และปกป้องเฟิร์มแวร์ระหว่างการเขียนโปรแกรม การเคลือบและการห่อหุ้มช่วยปกป้องวงจรจากการถูกทำลายจากสภาพแวดล้อมที่อาจทำให้เกิดสัญญาณเตือนผิดพลาด อุปกรณ์ทดสอบควรตรวจสอบวงจรป้องกันการงัดแงะโดยไม่ทิ้งร่องรอยของหัววัดที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

การใช้โทเค็นเพื่อเพิ่มความปลอดภัยจะช่วยลดปริมาณข้อมูลที่บอร์ดจัดเก็บ แต่กุญแจเข้ารหัสยังคงอยู่ในตัวอุปกรณ์ การทำธุรกรรมผ่านกระเป๋าเงินมือถือจะผ่านเส้นทางที่มีการป้องกันเช่นเดียวกับการแตะบัตร ทีมงานควรพิจารณารูปแบบการสร้างอุปกรณ์ไร้สัมผัสแต่ละแบบเป็นการตรวจสอบความปลอดภัยใหม่ เนื่องจากตัวเรือนหรือเกราะป้องกันที่เปลี่ยนแปลงไปจะเปลี่ยนพื้นที่เสี่ยงต่อภัยคุกคาม หลักการนี้ทำให้วิธีการชำระเงินที่ปลอดภัยแตกต่างจากอุปกรณ์ที่อ้างว่าปลอดภัยเท่านั้น

การชำระเงินแบบไร้สัมผัสด้วย NFC: ข้อจำกัดของ DFM

ข้อแลกเปลี่ยนและค่าความคลาดเคลื่อนในกระบวนการผลิต

ความคลาดเคลื่อนในการผลิตอาจทำให้จุดเรโซแนนซ์ของเสาอากาศเปลี่ยนแปลงไป ความแปรผันของการกัดกรดจะเปลี่ยนความกว้างและระยะห่างของลายวงจร ซึ่งทำให้ค่าความเหนี่ยวนำเบี่ยงเบนไปจากค่าที่ปรับไว้ ความแปรผันของความหนาของฉนวนจะเปลี่ยนค่าความจุปรสิตระหว่างขดลวดและทองแดงที่อยู่ใกล้เคียง การออกแบบที่ปรับจูนได้ดีบนแผงหนึ่งอาจคลาดเคลื่อนบนแผงถัดไป วิศวกรควรระบุโครงสร้างและน้ำหนักของทองแดง จากนั้นตรวจสอบเรโซแนนซ์ตลอดช่วงความคลาดเคลื่อนทั้งหมด แทนที่จะตรวจสอบเฉพาะค่าที่กำหนดไว้เท่านั้น

การเลือกใช้วัสดุมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไป FR4 มีต้นทุนต่ำ แต่ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะแตกต่างกันไปในแต่ละล็อต และค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสีย (loss tangent) อยู่ที่ประมาณ 0.02 ที่ความถี่ 13.56 MHz แผ่นลามิเนตของ Rogers รักษาการปรับจูนได้เสถียรกว่า แต่มีต้นทุนวัสดุสูงกว่า โพลีอิไมด์เฟล็กซ์เหมาะสำหรับโครงสร้างที่โค้งงอได้ และมีค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียต่ำกว่า อยู่ที่ประมาณ 0.005 ตารางด้านล่างเปรียบเทียบตัวเลือกทั่วไปสำหรับบอร์ด NFC

วัสดุ	เสถียรภาพการปรับแต่ง	ต้นทุนสัมพัทธ์	การใช้งานทั่วไป
FR4	ปานกลาง; ความแปรปรวนของล็อต	ต่ำ	ขั้วต่อแบบแข็ง
โรเจอร์ส	จุดสูง	จุดสูง	เครื่องอ่านที่มีความคลาดเคลื่อนต่ำ
โพลีอิไมด์เฟล็กซ์	ดี; การสูญเสียต่ำ	ปานกลาง	เสาอากาศแบบดัดงอได้

การประกอบชิ้นส่วนทำให้เกิดความแปรผันเพิ่มเติม ปริมาณตะกั่วบัดกรีบนตัวเก็บประจุที่เข้าคู่กันจะเปลี่ยนแปลงค่าประสิทธิผลของตัวเก็บประจุ ความคลาดเคลื่อนในการจัดวางชิ้นส่วนจะทำให้เส้นทางกราวด์เปลี่ยนไป การเคลือบแบบคอนฟอร์มอลจะเปลี่ยนสภาพแวดล้อมไดอิเล็กทริกเฉพาะที่รอบขดลวด

คำแนะนำ: ปรับจูนใหม่หลังจากเคลือบผิวแล้ว การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยแต่สามารถวัดได้

แนวทางปฏิบัติสำหรับทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์

ทีมที่ใช้ระบบชำระเงินแบบไร้สัมผัส NFC ควรล็อกการจัดเรียงอุปกรณ์ก่อนการปรับแต่งขั้นสุดท้าย ควรล็อกตำแหน่งของตัวเรือน แบตเตอรี่ และเฟอร์ไรต์พร้อมกัน ทุกรูปแบบการสร้างควรได้รับการตรวจสอบการสั่นพ้องใหม่ด้วยเครื่องวิเคราะห์เครือข่ายเวกเตอร์ เนื่องจากตัวเรือนที่เปลี่ยนแปลงไปจะส่งผลต่อสนามแม่เหล็ก

หลีกเลี่ยงการวางเส้นทางการสลับวงจรไว้ใต้ลูป ควรวางส่วนประกอบที่ใช้ในการจับคู่ให้ใกล้กับแผ่นรองขดลวด กำหนดหมายเลขประจำแผงเพื่อให้สามารถตรวจสอบความล้มเหลวในภาคสนามย้อนกลับไปยังล็อตได้ สำหรับการชำระเงินผ่าน NFC ให้ถือว่าเสาอากาศและส่วนประกอบรักษาความปลอดภัยเป็นกระบวนการควบคุมเดียว ไม่ใช่สองกระบวนการ

หมายเหตุ: ระบุขีดจำกัดความคลาดเคลื่อนในเอกสาร ณ ขั้นตอนการกำหนดแบบขั้นสุดท้าย การผลิตจะทำซ้ำตามที่ระบุไว้ในแบบ

โซลูชันการชำระเงินที่ปลอดภัยนั้นขึ้นอยู่กับการทำงานอย่างพิถีพิถันในระดับแผงวงจร การออกแบบเสาอากาศกำหนดระยะการรับสัญญาณของเครื่องอ่าน การจับคู่และการปรับจูนช่วยรักษาความถี่เรโซแนนซ์ไว้ที่ 13.56 MHz สำหรับทุกการผลิต การจัดวางองค์ประกอบความปลอดภัย การป้องกัน และการตรวจจับการงัดแงะช่วยปกป้องกุญแจจากการถูกตรวจสอบ การควบคุมแบบ DFM (Design for Manufacturing) นำสิ่งเหล่านี้ทั้งหมดไปสู่กระบวนการผลิต

การสื่อสารระยะใกล้ (NFC) เพียงอย่างเดียวไม่ได้ทำให้iอุปกรณ์นั้นน่าเชื่อถือ ความปลอดภัยของฮาร์ดแวร์ NFC ขึ้นอยู่กับการประนีประนอมทางวิศวกรรมและการผลิตที่ทีมงานควบคุมได้ในขั้นตอนการออกแบบขั้นสุดท้าย คาดว่าจะมีการปรับมาตรฐานการรับรอง NFC และ EMV ให้สอดคล้องกันมากขึ้น รวมถึงเทคนิคการป้องกันสัญญาณรบกวนที่เปลี่ยนแปลงไป

วิศวกรฮาร์ดแวร์ควรล็อกโครงสร้างวงจร ปรับแต่งอีกครั้งหลังการเคลือบ และตรวจสอบทุกรูปแบบ ความมีระเบียบวินัยเช่นนี้จะเปลี่ยนต้นแบบอุปกรณ์ไร้สัมผัสให้กลายเป็นฮาร์ดแวร์การชำระเงินไร้สัมผัส ที่ เชื่อถือได้ ทีมงานที่เอาใจใส่จะส่งมอบอุปกรณ์ไร้สัมผัสที่ปลอดภัยด้วยความมั่นใจ

คำถามที่พบบ่อย

NFC คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อฮาร์ดแวร์การชำระเงิน?

การสื่อสารระยะใกล้ (Near-field communication) คือการเชื่อมต่อคลื่นวิทยุระยะสั้นที่ความถี่ 13.56 เมกะเฮิร์ตซ์ ในระบบการชำระเงิน จะใช้ในการส่งข้อมูลบัตรระหว่างเครื่องรับชำระเงินและอุปกรณ์รักษาความปลอดภัย ทีมพัฒนาฮาร์ดแวร์ควรพิจารณาปัญหานี้ในฐานะปัญหาด้านวงจรและการจัดวาง ไม่ใช่คุณสมบัติของซอฟต์แวร์

วิศวกรจะรักษาความปลอดภัยของการชำระเงิน NFC ในระดับบอร์ดได้อย่างไร?

ระบบรักษาความปลอดภัยเริ่มต้นที่สายทองแดง ทีมงานควรจัดวางอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยให้อยู่ตรงกลาง แยกแหล่งจ่ายไฟและสายดิน และเพิ่มตาข่ายป้องกันการงัดแงะที่ชั้นภายใน การป้องกันจะช่วยลดการรบกวนจากคลื่นวิทยุ ผู้ตรวจสอบจะตรวจสอบการเลือกเหล่านี้ตามกฎ EMVCo และ PCI

ปัจจัยใดของเสาอากาศที่ส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของการชำระเงินแบบไร้สัมผัสมากที่สุด?

รูปทรงของวงจร การปรับจูนเครือข่าย และโลหะที่อยู่ใกล้เคียง เป็นตัวกำหนดระยะการอ่าน วิศวกรควรปรับจูนภายในตัวเครื่องสุดท้ายและตรวจสอบซ้ำในทุกๆ รูปแบบการประกอบ เฟอร์ไรต์ช่วยลดผลกระทบจากโลหะได้ แต่การปรับจูนขั้นสุดท้ายก็ยังมีความสำคัญอยู่ดี

หมายเหตุ: คอยล์ที่วัดค่าได้ดีในที่โล่ง อาจทำงานผิดพลาดได้เมื่อวางแบตเตอรี่และตัวเรือนไว้ใกล้ๆ

การทำธุรกรรมผ่านกระเป๋าเงินดิจิทัลบนมือถือแตกต่างจากการแตะบัตรที่แผงควบคุมอย่างไร?

ทั้งสองวิธีใช้สนามความถี่ 13.56 MHz เหมือนกัน และทำหน้าที่จำลองการทำงานของบัตร โทรศัพท์จะใช้งานกระเป๋าเงินดิจิทัลผ่านส่วนประกอบรักษาความปลอดภัย ในขณะที่เครื่องอ่านบัตรจะใช้ขดลวดแบบพาสซีฟ ฝั่งเครื่องอ่านจะจัดการทั้งสองแบบในลักษณะเดียวกัน