モントリオール地下鉄の乗車券を動かす小さなチップ

モントリオール地下鉄チケットを動かす小さなチップの内部

NFC技術の概要

• モントリオール地下鉄のチケットはNFC（Near-Field Communication）技術を使用している。
• NFCリーダー（改札機）とNFCタグ（チケット）が、短い距離で磁場を通じてデータを交換する。
• リーダーは磁場を生成してタグに電力を供給し、データを送信する。

チケットの構造

• チケットは紙でできているが、内部には薄いプラスチックシートと金属箔でできたアンテナがある。
• NFCチップは非常に小さく薄いため、チケットの内部にあっても触って分からないほどである。

チップの機能

• MIFARE Ultralight EV1チップは、低コストの使い捨てチケット向けに設計されている。
• チップは小さなEEPROMにデータを保存し、基本的にはリーダーにデータを提供する役割を果たす。
• チップには固有の7バイト識別コード（UID）があり、メモリアクセスをパスワードで保護できる。

チップの写真撮影工程

• チップをチケットから分離し、シリコンダイだけを残すために複数の工程を経る。
• チップ表面を保護する層を取り除き、内部構造を観察する。

チップの構造

• チップの大部分はデジタル論理回路で構成されており、EEPROMと電圧を高めるチャージポンプ回路が含まれる。
• アンテナ信号をデジタルデータに変換するアナログ回路も含まれる。

データ転送方式

• タグはアンテナを通じて信号を送信する代わりに、負荷変調（load modulation）という技法を使ってデータをリーダーに送る。
• リーダーはアンテナの電圧変化を検出してデータを抽出する。

チップの製造プロセス

• チップは180nmプロセスで製造されており、最新の半導体プロセスと比べると旧式である。
• 低コスト市場を狙い、コストを最小限に抑えるために旧式プロセスが使われている。

標準セルロジック

• チップのデジタル回路は標準セルロジックで実装されている。
• 標準セルロジックは、自動化ツールを使ってチップレイアウトを生成する方式である。

EEPROM

• チップはデータをEEPROMに保存し、高電圧を生成するチャージポンプ回路を備えている。

結論

• このようなNFCチップは非常に安価に製造できるため、使い捨てとして利用できる。
• チップはウェハー単位で販売され、チケット製造業者がチップをアンテナシートに取り付けてチケットを印刷する。

GN⁺の見解

• NFC技術の利点: NFC技術は高速で便利なデータ転送を可能にし、さまざまな応用分野で利用できる。
• セキュリティの問題: MIFARE Ultralightチップはセキュリティが弱く、高度なアプリケーションには適していない。より高いセキュリティが必要な場合は、DESFireのようなチップを使うのが望ましい。
• 製造コスト: 低コストで大量生産が可能なため、使い捨てチケットのような用途に適している。
• 技術の進歩: 最新の半導体プロセスと比べると旧式だが、低コスト市場では依然として有用である。
• 応用可能性: NFC技術は交通、決済、アクセス制御などさまざまな分野で活用できる。

[GN⁺]

Hacker Newsのコメント

• スマートカードのように見えるようにした理由は、人々に理解しやすくするためだが、実際には別の技術を使っている。
• 物理通信層は異なるが、上位のプロトコル層はほぼ同じである。スマートカードと非接触カードはどちらも ISO 7816 に従っている。
• スマートカードのエコシステムは、最小限の変更で非接触カードをサポートしようとしている。多くの機器が接触式と非接触式の両方に対応している。
• これは WiFi と有線 Ethernet の関係に似ている。物理層は異なるが論理的には互換性があり、同じソフトウェアが両方をサポートできる。
• 初めてヨーロッパでこの種のチケットを体験したとき、NFC チップが入っているとは思わず、スキャンするのに苦労した。
• 技術に詳しくない妻は、直感的にチケットをタップすべきだと考え、すぐに理解した。
• NFC タグは、自宅や車で位置ベースの自動化に使える。タグをタップすると、携帯電話がローカルアクションや SSH スクリプトを起動できる。
• 視覚障害者のために NFC タグを物に貼っておけば、携帯電話が音声による説明を読み上げられる。
• Mifare はロンドンの Oyster カードや香港で長年使われてきた。しかし今では、非接触カードや携帯電話のほうが便利で無駄も少ない。
• この技術はまもなく消えるだろう。クレジットカードや携帯電話を使うほうが便利だ。チケットを買うために長い列に並ばなければならない不便さがある。
• 著者は NFC チップに関する質問を受けるためにいる。
• 化学実験室でもっと注意深く学ぶべきだった。このプロジェクトは多くの疑問に答えてくれる。
• モスクワのすべての公共交通機関はこのようなチップで動いている。現在はロシア国内で製造されたクローンチップを使っている。
• 紙とバーコードのほうが安くて簡単だと思うが、NFC チップのほうがより複雑で高価だと信じるのは難しい。
• 自分でプログラムを書き込める CPU とフラッシュを備えた NFC チップが必要だ。しかし、そのようなチップは NDA で保護されており、アクセスできない。