iOS14下的NFC技术实践

NFC_Protocol_Stack

几个方面

• 协议
  • NFCNDEFReaderSession —— 支持 NDEF 格式的标签
  • NFCTagReaderSession —— 支持 iso14443、iso15693、iso18092
    • iso14443，同时支持 A 和 B，兼容iso7816 和 miFare
    • iso15693，支持 iso15693
    • iso18092，支持 feliCa
• 优缺点
  • 优点：
    • 功耗低
    • 连接速度快
  • 缺点：
    • 必须打开 App，唤起 NFC 扫描才能去识别内容，仅通过系统的识别，无法根据 NFC 标签中的内容去执行后续的操作
    • 由于 NFC 标签不依赖于网络，外人轻易地获取 NFC 中的内容

NDEF详解

NDEF 是一种能够在NFC设备或者标签之间进行信息交换的数据格式

分为两部分：

• NDEF Message：由负载记录数组组成的NDEF消息，对应为 NFCNDEFMessage

• NDEF Records：NDEF消息中的有效负载记录，对应为 NFCNDEFPayload

  NFCNDEFPayload解释

  一条有效负载记录，用以下结构来标识内容和记录大小

  

  TNF: typeNameFormat 字段

  一条NDEF记录的类型名称是一个3个位的数值，用来描述这条记录的类型，并且可以用来设置对该记录中其它的结构和内容的期望

  简单的说就是这3个位不仅可以表示该条记录的类型，也可以在一定程度上决定了该条记录接下来的数据结构。

  可能的记录名称如下表：

   public enum NFCTypeNameFormat : UInt8 {
     
       /// 记录没有类型、id或有效payload，一般用于新格式化的 NDEF 卡上
       @available(iOS 11.0, *)
       case empty = 0 
       /// Well-Known Record 表明记录类型字段使用RTD类型名称格式.这种类型名称用一个Record Type Definition (RTD)来存储任何指定的类型，例如：存储RTD文本、RTD URIs等等
       @available(iOS 11.0, *)
       case nfcWellKnown = 1
       /// 表明payload是这条NDEF记录分块的中间或者最后一块
       @available(iOS 11.0, *)
       case media = 2
       /// 表明这条记录的类型字段一定包含一个URI字段
       @available(iOS 11.0, *)
       case absoluteURI = 3
       /// 表明这条记录的类型字段包含一个RTD格式的外部字段
       @available(iOS 11.0, *)
       case nfcExternal = 4
       /// 表明payload的类型未知
       @available(iOS 11.0, *)
       case unknown = 5
       /// 未发生变化的记录类型，释同MIME Media Record
       @available(iOS 11.0, *)
       case unchanged = 6
   }
  

  iOS-Demo

  基于 NDEF 格式的读写

  • 初始化 NFCNDEFReaderSession

       guard NFCNDEFReaderSession.readingAvailable else {
           completion?(.failure(NFCError.unavailable))
           print("NFC is not available on this device")
           return
       }
         
       shared.session = NFCNDEFReaderSession(delegate: shared.self, queue: nil, invalidateAfterFirstRead: false)
       shared.session?.alertMessage = action.alertMessage
       shared.session?.begin()
    

  • 实现NFCNDEFReaderSessionDelegate方法

       func readerSession(_ session: NFCNDEFReaderSession, didInvalidateWithError error: Error) {
           if let error = error as? NFCReaderError,
              error.code != .readerSessionInvalidationErrorFirstNDEFTagRead &&
               error.code != .readerSessionInvalidationErrorUserCanceled {
               completion?(.failure(NFCError.invalidated(message: error.localizedDescription)))
           }
         
           self.session = nil
           completion = nil
       }
         
       func readerSession(_ session: NFCNDEFReaderSession, didDetect tags: [NFCNDEFTag]) {
           guard let tag = tags.first, tags.count == 1 else {
               session.alertMessage = "There are too many tags present. Remove all and then try again."
               DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: .now() + .milliseconds(500)) {
                   session.restartPolling()
               }
               return
           }
         
           session.connect(to: tag) { error in
               if let error = error {
                   self.handleError(error)
                   return
               }
         
               tag.queryNDEFStatus { (status, _, error) in
                   if let error = error {
                       self.handleError(error)
                       return
                   }
                   // Process Tag
               }
           }
       }
         
       func readerSession(_ session: NFCNDEFReaderSession, didDetectNDEFs messages: [NFCNDEFMessage]) {
         
       }
    

  • 读取

       private func read(
           tag: NFCNDEFTag,
           alertMessage: String = "Tag Read",
           readCompletion: NFCReadingCompletion? = nil
       ) {
           tag.readNDEF { message, error in
               if let error = error {
                   self.handleError(error)
                   return
               }
         
               if let readCompletion = readCompletion,
                  let message = message {
                   readCompletion(.success(message))
               } else if let message = message,
                         let record = message.records.first {
                   let payload = record.payload
                   printf("data: \(payload)")
                   self.session?.alertMessage = "Read tag data."
                   self.session?.invalidate()
               } else {
                   self.session?.alertMessage = "Could not decode tag data."
                   self.session?.invalidate()
               }
           }
       }
    

  • 写入

       private func write(tag: NFCNDEFTag) {
             
           let payload = NFCNDEFPayload(format: .nfcWellKnown,
                                        type: String("U").data(using: .utf8)!,
                                        identifier: String("12345678").data(using: .utf8)!,
                                        payload: String("content").data(using: .utf8)!)
         
           let NDEFMessage = NFCNDEFMessage(records: [payload])
           
           tag.writeNDEF(NDEFMessage) { error in
               if let error = error {
                   self.handleError(error)
                   return
               }
               self.session?.alertMessage = "Write Successed!"
               self.session?.invalidate()
           }
       }
    

  NDEF 使用的是 NDEFReadSession，而其他的标签格式，使用NFCTagReaderSession

  基于 iso14443 协议的读写

  iso14443协议下，以下格式的标签会被发现

  • Type A、Type B
  • MiFare
  • NFCISO7816

  MifareTag指令交互

  在 iOS13 之后，对于 MifareTag 的标签，可以通过sendMiFareCommand或sendMiFareISO7816Command对标签的内存进行读写

  操作指令

  读：0x30

  写：0xA2

  验证：0x1B

  示例：读取 D0 内存块的数据

   let readBlockCommand: UInt8 = 0x30
     
   let dataOffset: UInt8 = 0xD0
     
   let readCommand = Data([readBlockCommand, dataOffset]) 
     
   tag.sendMiFareCommand(commandPacket: readCommand) { (response: Data, optionalError: Error?) in
       guard let error = optionalError else {
           completionHandler(response)
           return
       }
     
       self.readerSession?.invalidate(errorMessage: "Read tag error: \(error.localizedDescription). Please try again.")
   }
  

  针对于受密码保护的标签，我们可以先通过验证指令，将密码发送给标签进行验证

  当密码验证成功后，可以通过读写操作，访问内存块

  唤醒 App

  原理：扫描 NFC 标签打开对应的 App 实际上是读取 NFC 标签数据区的 URL，然后打开该 URL 绑定的 App，类似 Universal Link

  数据格式为：

  iOS 唤醒 NDEF	示例	描述
  TNF	0x01	nfcWellKnown
  TYPE	U	RTD_URI
  ID	NULL	非必要不填减少存储占用
  PAYLOAD	0x04 + 域名	1字节url前缀「https://」 + url内容数据

  这里以 NDEF 格式完成 Demo

  过程：

  1. 在关联的域名下添加apple-app-site-association文件，文件内容为：

      {
          "applinks": {
              "apps": [],
              "details": [
                  {
                      "appID": "DevelopmentTeamID.BundleID",
                      "paths": [ "*" ]
                  }
              ]
          }
      }
     

     DevelopmentTeamID可在Apple开发者中心的找到，BundleID为 App 的唯一标识

     如果 App 有对应的 App Clips，那么在apple-app-site-association文件可同时为其进行配置

     如：

       "appclips": {
           "apps": ["DevelopmentTeamID.BundleID"]
       }
     

  2. 选中相应的 Target，在Signing & Capabilities 选项卡，添加Associated Domains，填入对应的域名

  3. 添加回调方法，如果不存在 SceneDelegate，那么在 AppDelegate 中添加以下方法

      func application(_ application: UIApplication, continue userActivity: NSUserActivity, restorationHandler: @escaping ([UIUserActivityRestoring]?) -> Void) -> Bool {
          guard userActivity.activityType == NSUserActivityTypeBrowsingWeb else {
              return false
          }
           
          // Confirm that the NSUserActivity object contains a valid NDEF message.
          let ndefMessage = userActivity.ndefMessagePayload
          guard ndefMessage.records.count > 0,
              ndefMessage.records[0].typeNameFormat != .empty else {
                  return false
          }
           
          // Send the message to `XXXX` for processing.
          print(ndefMessage)
           
          return true
      }
     

     如果使用 SceneDelegate，那么需要实现func scene(_ scene: UIScene, continue userActivity: NSUserActivity)方法

  4. 创建 URL 的 NFC 标签，这里以 NDEF 格式为例

      private func write(tag: NFCNDEFTag) {
           
          let backgroudPayLoad = NFCNDEFPayload.wellKnownTypeURIPayload(string: String("域名"))
           
          let NDEFMessage = NFCNDEFMessage(records: [backgroudPayLoad!])
           
          tag .writeNDEF(NDEFMessage) { error in
              if let error = error {
                  self.handleError(error)
                  return
              }
              self.session?.alertMessage = "Write Successed!"
              self.session?.invalidate()
          }
      }
     

  测试效果

  现在，载有 URL 的 NFC 标签已经准备好了，并且对应 URL 的 App 也已经准备完毕，可以进行测试

  

  当我们的 App 没有被启动，或在前台时，手机识别到 NFC 信息

  1. 首先，会显示通知
  2. 点击通知，会打开相应的 App
  3. 在回调中，可以看到内容被输出

  注意点

  支持系统扫描的标签

  设备在后台标签读取模式下扫描NFC标签后，系统将通过查找具有以下属性值的NFCNDEFPayLoad对象来检查标签的NDEF消息中的URI记录：

  • ypeNameFormat等于NFCTypeNameFormatNFCWellKnown

  • type等于U

    如果NDEF消息包含多个URI记录，系统将使用第一个记录。

    URI记录必须包含通用链接或支持的URL方案。

    URL Schemes

    根据官方文档，我们并不能使用 Custom URL Scheme，而只支持以下的 URL Schems

    URL Scheme	Example
    Website URL (HTTP/HTTPS)	https://www.example.com
    Email	mailto:user@example.com
    SMS	sms:+14085551212
    Telephone	tel:+14085551212
    FaceTime	facetime://user@example.com
    FaceTime Audio	facetime-audio://user@example.com
    Maps	[http://maps.apple.com/?address=Apple%20Park,Cupertino,California](http://maps.apple.com/?address=Apple Park,Cupertino,California)
    HomeKit Accessory Setup	X-HM://12345

    其他

    1. 苹果手机从iPhone6开始装有NFC硬件，但并未对第三方应用开放。因此iPhone6及iPhone6s不能识别NFC标签，但是可以使用系统NFC功能如：刷地铁。
    2. 苹果从iOS11系统开始开放NFC读取功能，同时要求iPhone7及以上机型。不满足要求则无法读取NFC标签
    3. 苹果在iOS13系统开放了标签写入功能，想要向标签内写入数据，需要升级系统到iOS13，同样只能写入DNEF格式数据
    4. 另外苹果只开放DNEF数据格式的NFC标签读取，如果数据格式不满足则无法读取。身份证、地铁卡、银行卡、大部分的工卡都不是DNEF格式，因此无法读取。（空标签只能在iOS13系统下才可以读取到）（NFC标签可以去淘宝购买，价格很便宜 9.9六个还包邮）
    5. 身份证、地铁卡虽然无法读取到数据，但是可以用苹果官方APP“快捷指令”进行标记，来实现一些新颖玩法（需要iPhoneXS以上机型）
    6. 关于后台读取，iPhoneXS以上机型支持，屏幕点亮状态下（无需解锁），手机可以读取一些特定数据格式的NFC标签。识别到标签后，可以实现拨打电话，发送邮件等功能（需解锁）

    参考资料：

    CoreNFC

    iPhone NFC Compatibility