NFC和安全芯片在智能家居领域的创新应用

智能家居设备应用性及安全性需求越来越高

根据孙超的介绍，本次重点分享的NFC和安全芯片，均属于ST的Connected Security产品线。该产品线主要有EEPROM、NFC产品系列ST25、安全芯片STSAFE-A，以及基于蜂窝网络的ST4SIM四大系列。Umyesmc

孙超认为，NFC和安全芯片在智能家居领域将有很好的发展。“随着越来越多联网设备走进家庭，用户对设备的应用性及安全性的需求也越来越高。比如，日常生活中有很多需要联网的IoT设备，我们希望能够轻松地把这些设备接入网关；还有一些带有隐私信息的设备，包括智能门锁、智能监控等，它们在接入智能网络时需要身份认证。”Umyesmc

• 智能手机带动了更多NFC需求

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NFC是一个便捷可靠的无线互联技术，其优势可总结为以下三点：第一，NFC能够提升用户的体验。典型的例子是移动支付，在支持NFC功能的设备上开通NFC支付，无需解锁设备即可完成移动支付，可带来更好的公交和地铁出行体验。第二，从技术角度而言，NFC基于RFID技术，NFC在标签侧可做到无源，适合应用在不方便供电的设备中，比如耗材的防伪识别、NFC商品标签等。第三，NFC设备还包括主动端、有源端，即读写器(读写器有读写模式、点对点通信模式、卡片模拟模式、无线充电模式，其中无线充电模式是近年来NFC论坛定义的新型NFC读写器工作模式)。第四，互操作性，NFC已经具备成熟的标准化成体系。Umyesmc

随着手机端对NFC的支持率越来越高，设备制造商也面临着更多的机遇。比如，现在由于许多手机都有集成NFC功能，通过手机可与其他NFC设备互动。Umyesmc

• 硬件加密芯片的需求也越来越大

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除了NFC之外，安全芯片的发展也值得关注。随着联网设备越来越多，安全威胁也越来越多，其中涉及到设备身份识别、克隆或伪造风险，以及数据安全风险等，所以硬件加密芯片的需求也越来越大。Umyesmc

从安全的维度出发，开发者在设计产品或者方案时，需根据产品对安全级别的等级要求，去选择合理的安全方案。ST的产品支持从低到高的所有安全等级的应用——NFC ST25可以满足低价值或安全等级要求不高的场景，比如耗材防伪识别、品牌保护等场景；在需要软加密的场景中，可选择STM32H5或者U5系列的安全MCU；在安全要求更高的场景中，可以选用硬加密的安全芯片ST4SIM。Umyesmc

• NFC和安全芯片在智能家居领域的应用空间

NFC和安全芯片在智能家居领域又有怎样的表现？Umyesmc

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首先看NFC的部分，该技术主要可按照应用类别来分：第一是身份识别，包括智能门锁应用、电子防伪标签、咖啡机/空气净化器/净水器滤芯等耗材；第二是与手机做互动，设备与手机做蓝牙的配对、投屏等；第三是借助NFC来操作、控制各种设备，比如操联网的家电、智能仪表等设备，即使该类产品没有人机交互界面，也可通过NFC和手机来传递来自主网的信息。近几年，一些大厂已经普遍在设备中集成NFC标签触发功能，比如鸿蒙智联生态的家用健身器材上都有NFC标签，手机碰一下该标签会弹出对应APP的界面。Umyesmc

在安全芯片部分主要有三个应用场景：第一，对设备去做身份的健全；第二，在初期的建立安全数据链接的握手阶段，通过安全芯片实现联网设备的握手及密钥的交付；第三，安全芯片也具备一定的存储空间，用来存储私钥、加密信息等数据。Umyesmc

ST可提供完整的NFC及安全芯片方案

在下一环节，孙超主要围绕ST的NFC和安全芯片在智能家居中的典型应用案例做介绍。Umyesmc

• ST25 NFC应用案例分析

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首先是NFC系列产品在品牌保护方面的应用。这样的方案基于ST25 NFC的功能，又被称之为增强式ANDEF功能。“我们定义了基于NFC论坛ANDEF模式的增强式ANDEF数据串。我们把这个数据存到一个标签中，当用户用手机去读产品上的标签时，手机会自动打开该产品的网址，该网址附带自定义的字符串，用户把信息上传到云端服务器后，可实现该产品的防伪码的校验。目前，该产品在空气净化器、打印机墨盒、家用净水器上均有较好的应用。”孙超称。Umyesmc

另一应用也通过NFC来实现——利用手机帮助不方便联网的设备加入Wi-Fi网络，其中有一个Handover(切换或移交)的过程，智能手机充当无线接入点和设备之间的中介，这种方式快速易用、无需用户界面、无需靠近设备。Umyesmc

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同时，孙超还播放了一个Demo演示视频，在该视频中可以看到有一个带有NFC标签的路由器，一块蓝色的开发板，以及一部智能手机，该Demo用来模拟IoT设备联网的过程。当开发板上的绿灯闪烁时，代表还没有接入网络，当手机依次触碰路由器和开发板后，开发板上的绿灯常亮，代表已成功接入网络。孙超解释说：“当手机触碰路由器上的标签时，就已经把路由器的SSID读到了手机中，我们再用手机触碰一下设备端的动态标签，这一就能把主网信息写进去，帮助设备自动联网。”Umyesmc

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此外，针对Matter和Thread网络部分，ST也有一些NFC方案，用来提升用户的设备体验。对此，孙超演示了一个温控器的Demo，温控器上加入了一个NFC双界面标签，可帮助Thread节点设备加入边界路由。其技术原理与用手机传递Wi-Fi的组网信息类似，但不同的是，手机是通过Wi-Fi网络连到边界路由上，该Demo是手机先触碰设备端读取信息，然后再通过手机把设备端信息上传到控制器端，相当于对设备做了一个注册，设备可直接通过Thread或者LORA，甚至蓝牙连接并完成组网的过程。Umyesmc

采用NFC技术来实现这一过程还有一个优势，当网络处于连接状态却遇到网络断连时，这类方案还能通过手机端直接与用户做交互，仍然可以读或写参数。孙超还补充表示，围绕整个智能家居领域，ST做了很多NFC Demo方案，并录制了很多视频，这些视频有在B站上发布。在B站搜索“ST25-NFC”，就能看到所有的视频。Umyesmc

• STSAFE应用案例分析

“ST在安全芯片产品(STSAFE)方面也有诸多布局，大家可以把理解它成一个安全的MCU，它里面存储了加密的公钥和私钥。私钥在安全区域永远无法被读取，为了验证公钥的真实性，我们还采用了根证书的方式，相当于证书嵌套的方式。这种芯片对于开发者而言是交钥匙的解决方案，大家无需深入了解一些安全机制，只需知道怎么用它，就能够保证产品的安全性。”孙超如此介绍ST在安全芯片方面的信息。Umyesmc

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据了解，ST的STSAFE-A110通过了CC EAL5+级别的认证，它主要的应用场景包括了认证、健全这类场景，比如电动工具电池的案例，把安全芯片内置在电池中，当电池被装到工具上时，它会对工具的主控、对电池内部的证书做健全。另一个场景是帮助摄像头等联网设备，在前期建立加密安全链路的握手阶段，通过安全芯片来实现链路建立握手认证。Umyesmc

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安全芯片比较有市场确定性的应用是Qi无线充。从Qi 1.3规范开始就加入了设备安全健全，Qi认证产品需通过兼容性和安全测试。同时，ST也是WPC(Wireless Power Consortium，无线充电联盟)指定的几家安全芯片供应商之一。“无线充电发射端设备如果没有经过WTC的Qi认证，其发射功率会被限制在5瓦之内。只有通过了Qi认证的发射端设备，才能以超过5W的功率来为设备进行充电。预计今年6月，WTC将发布Qi 2.0规范，Qi V2.0认证中增加了由Magesafe为基准优化的MPP协议。Umyesmc

WTC还主导了一个新应用——Ki Cordless Kitchen，这是一个大功率无线供电的应用，它的功率最高可达到2.2kW，这样高功率的无线充电应用，很可能是未来家用充电的趋势，只需把电器放在某一个区域，就可以实现无线充电。Umyesmc

• NFC+STSAFE方案介绍

在NFC+STSAFE的方案中，能量传输的部分基于Qi的技术，其频率大概为100多kHz。该方案能使用到NFC和安全芯片，其对安全芯片的要求与普通的Qi无线充电要求一样，满足设备之间的健全和认证。而NFC在该方中帮助设备之间做数据通信，因为Qi虽然具备数据通信的能力，数据通信的频率只有100多KHz。对此，ST做了一个Demo设计方案，利用NFC在发射和接收设备之间实现数据通讯。Umyesmc

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总而言之，ST拥有完整一站式选型的NFC产品线，包括了NFC的标签，动态标签等，可提供所有与NFC相关器件类型。同时，ST也有一系列STSAFE安全芯片产品，这些产品主要通过-A、-J和-TPM的尾缀来进行区分，后两类尾缀的安全芯片更适合专门的应用场景，比如支付、数字钥匙等特殊应用。Umyesmc

孙超透露称，针对安全芯片，当供货需求达到一定体量之后，ST可提供客户定制化服务。ST内部有一个安全工厂，可为客户定制芯片，烧录客户定制化的信息。Umyesmc

NFC与安全芯片也能应用于穿戴设备

在演讲的最后部分，孙超还介绍了与穿戴设备相关的信息，主要是NFC去做小型设备充电的应用方案。Umyesmc

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在过去一年里，ST新增许多成功案例，这些应用案例主要分为两个方向：一个是智能指环、智能耳机、智能眼镜等穿戴类产品，另一个是基于NFC技术的无源、非接触式供电的场景，比如无源挂锁、电子货架标签等等。Umyesmc

与Qi无线充电相比，NFC无线充电具备以下特点：1.它可以做到非常小型化；2.它的功率也比较小，只适合小的电池容量、小功率充电的场景。Umyesmc