Приложение E. Bluetooth и NFC: как работает беспроводная связь на короткие расстояния

Прыжки по каналам и поле в три сантиметра

Проведите связь мимо помехи по 79 каналам, покормите пассивную метку полем терминала и посмотрите, что достаётся перехватчику при оплате картой и телефоном.

// 1600 прыжков в секунду

Bluetooth не занимает один канал, а перескакивает между ними по схеме, которую знают оба устройства в паре. Часть каналов на схеме ниже занята чужим сигналом. Нажимайте «Прыжок» и смотрите, что происходит с пакетом на каждом шаге.

Прошло пакетов: 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Красные каналы заняты: рядом работает сеть Wi-Fi, которая держится за свою полосу постоянно.

Так работает Bluetooth: диапазон разбит на каналы, и пара прыгает по ним синхронно. Если на канале помеха, следующий прыжок унесёт связь в сторону.

канал 2 пакет прошёл
канал 9 пакет прошёл
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 14 пакет прошёл
канал 7 пакет прошёл
канал 11 канал занят, пакет потерян
канал 3 пакет прошёл
канал 16 пакет прошёл
канал 6 канал занят, пакет потерян
канал 12 пакет прошёл
канал 1 пакет прошёл
канал 8 пакет прошёл

Из 12 прыжков в занятые каналы попали 3, остальные прошли: 9. Потерянные пакеты стоят повтора, но связь не рвётся - именно поэтому Bluetooth и Wi-Fi уживаются в одном диапазоне 2,4 ГГц: когда один говорит, другой уже на другой частоте.

Связь выбрала канал и держится за него. Так делает Wi-Fi - и это оправданно, пока канал свободен.

канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян
канал 5 канал занят, пакет потерян

Канал занят чужим сигналом, и это приговор для всей передачи: прошло 0 пакетов из 12, потеряно 12. Уйти некуда - схема прыжков не предусмотрена.

Схема условная и уменьшенная: настоящий Bluetooth разбивает диапазон на 79 каналов по 1 МГц и переключается 1600 раз в секунду, а последовательность прыжков псевдослучайная и своя у каждой пары. Здесь каналов шестнадцать, прыжков двенадцать, и порядок задан заранее, чтобы картина повторялась по ссылке. Помеха тоже упрощена: в жизни занятость канала - не «да или нет», а вопрос уровня сигнала.

// nfc: поле вместо радио

Почему карта работает вплотную и без батарейки

NFC устроен не как радио на дальность, а как трансформатор: терминал создаёт переменное магнитное поле на 13,56 МГц, а пассивная метка ловит его своей антенной, кормится этим полем и отвечает, слегка меняя нагрузку на него. Поле ближнего поля убывает примерно как куб расстояния - отодвиньте метку и посмотрите, что от него остаётся.

Что подносим

Насколько близко

Терминал

Банковская карта

осталось от поля вплотную

дошло до чипа

занял обмен на 424 кбит/с

0 / 4 меток удалось прочитать

Задание: найдите для каждой из четырёх меток предельное расстояние, на котором она ещё отвечает. Предел у всех разный - решают размер антенны и аппетит чипа.

Что достаётся тому, кто стоит в 30 см: поле

Защитой здесь работает сама физика: ни шифрования, ни сопряжения не нужно, подслушивать со стороны просто нечего. Bluetooth выше летит на десятки метров - там без шифрования обойтись нельзя.

Все сочетания метки и расстояния

Банковская карта

вплотную: Метка ответила; 0,5 см: Метка ответила; 1 см: Метка ответила; 2 см: Метка ответила; 4 см: Чип даже не включился; 10 см: Чип даже не включился

Антенна - рамка по всему периметру карты, поэтому поля она собирает больше всех. Своего питания у неё нет вовсе: чип оживает только в поле терминала и гаснет, как только карту убрали.

Транспортный билет

вплотную: Метка ответила; 0,5 см: Метка ответила; 1 см: Метка ответила; 2 см: Метка ответила; 4 см: Метка ответила; 10 см: Чип даже не включился

Тот же принцип, но памяти и вычислений меньше: билету нужно назвать свой номер и остаток поездок, а не считать криптографию. Чип скромный по потреблению, поэтому у турникета билет читается дальше всех - его хватает приложить к рамке через кошелёк.

Метка-наклейка

вплотную: Метка ответила; 0,5 см: Метка ответила; 1 см: Метка ответила; 2 см: Ответ сорвался; 4 см: Чип даже не включился; 10 см: Чип даже не включился

Антенна вдвое меньше карточной, и поля она собирает соответственно меньше. Отсюда и главное неудобство наклеек: телефон приходится прикладывать точно к метке, а не «где-то рядом».

Телефон с токеном

вплотную: Метка ответила; 0,5 см: Метка ответила; 1 см: Ответ сорвался; 2 см: Чип даже не включился; 4 см: Чип даже не включился; 10 см: Чип даже не включился

Питается телефон от своей батарейки, но антенна у него зажата корпусом и экранами, поэтому надёжный обмен получается только у самой точки терминала. Передать он должен больше всех: одноразовый токен с криптографической подписью, а не короткий номер.

Числа условные: важен характер спада, а не точные проценты. Реальная дальность зависит ещё от мощности терминала и того, как повёрнута метка.

// что достаётся перехватчику

Карта и телефон: что уходит в терминал при оплате

Разница между оплатой картой и телефоном не в удобстве, а в том, что именно уходит в терминал. Выберите, чем платят, и что с этими данными пытаются сделать дальше.

Чем платят

Карта передаёт свой реальный номер, срок действия и имя владельца - те же данные, что напечатаны на пластике.

Что делают с перехваченным

Обычный случай: терминал получает данные, проверяет их у банка и списывает сумму.

Что получится

Карта с NFC - Оплатить покупку у терминала Покупка проходит, номер карты уходит в терминал

Оплата работает как надо. Но номер карты при этом побывал в терминале - то есть в устройстве, которое вы не проверяли и не настраивали.

Карта с NFC - Повторить перехваченное ещё раз Вторая покупка тоже проходит

Данные карты не привязаны к конкретной покупке, поэтому одна и та же запись годится сколько угодно раз. Ровно на этом и держится скимминг - копирование данных карты.

Карта с NFC - Заказать по этим данным в интернете Данных достаточно для заказа

Номер и срок действия перехвачены, а во многих магазинах этого хватает. Пластик остаётся у вас в кармане, и заметить утечку можно только по списаниям.

Телефон с токеном - Оплатить покупку у терминала Покупка проходит, номер карты никуда не уходит

Банк по токену понимает, какая карта за ним стоит, и списывает сумму. Сам номер терминал не видел ни разу - его знает только банк и защищённый чип телефона.

Телефон с токеном - Повторить перехваченное ещё раз Банк отказывает: токен уже использован

Токен одноразовый и подписан вместе с суммой и продавцом. Второй раз он не годится, и записывать обмен бессмысленно - именно поэтому оплата телефоном безопаснее оплаты картой.

Телефон с токеном - Заказать по этим данным в интернете Заказывать нечем: номера карты в перехвате нет

В обмене был только токен, а он привязан к покупке у конкретного продавца через конкретный терминал. Ни номера, ни срока, ни кода на обороте в записи нет вовсе.

Отпечаток или лицо на телефоне добавляют ещё один слой: без подтверждения владельца защищённый чип токен не выдаст. У карты такой проверки нет - работает всякий, кто держит её в руках, до предела суммы без ПИН-кода.

Приложение E. Bluetooth и NFC: как работает беспроводная связь на короткие расстояния