NFC

교통카드의 종류 (1/15)

2016. 10. 6. 08:35

- Project 'FEEDBACK'의 본론으로서는 첫 글.


교통카드의 사용을 가능케 하는 기술은 RF다. RF의 세부 내용에 관해서는 앞서 두 포스팅에서 상세히 다룬 바가 있으므로, 오늘은 교통카드의 종류에 대해서 이야기해보고자 한다.


서울에 교통카드가 처음 도입되었을 당시 사용된 기술은 NXP반도체(구 '필립스' 였으나 이후 분사함)의 '마이페어Mifare'다. 서울버스조합에서 내놓은 유패스는 이 마이페어의 초기 버전인 '마이페어 클래식Mifare Classic'를 상용화한 세계 최초의 교통카드다. 다만 현재는 마이페어 클래식이 사용되지 않는데, 마이페어 방식은 단순히 메모리 방식으로 카드 내에 삽입되어 있는 기억소자에 잔액의 입출금만을 기록할 뿐 암호화나 해당 거래의 부당여부를 판독하는 연산기능이 없다는 취약점이 있었기 때문이다. 관련해서, 한때 잔액 오류로 무한정 사용되는 교통카드에 대해 보도된 바[각주:1]가 있는데 이게 가능한 것이 바로 마이페어 클래식의 보안취약점 때문이다. 유패스 외에도 초기 티머니 보급형, 홍콩의 오이스터 모두 마이페어 클래식을 사용하다 보안취약점 공개 후 모두 후술한 ISO 14443 규격을 충족하는 스마트카드로 바꿨다.


티머니 기준으로 보급형 티머니의 실제적 단종[각주:2] 이후 발급되고 있는 스마트 티머니는 마이페어 기술 대신 국제표준인 ISO 14443A을 적용한 스마트카드를 사용한다. 스마트카드는 카드에 삽입된 기억소자에 단순히 거래기록을 남기는 것 뿐만 아니라, 내부적으로 가지고 있는 여러 정보들(예, 카드의 알리아스 번호, 유효기간, CVC번호 등)을 단말기에 내려받은 정보와 비교하여 해당 카드의 유효성을 함께 판독한다. 이동통신망이 잘 깔려 있는 나라에서 무슨 단말기에 카드에 대한 정보를 미리 내려받는가에 대한 의문이 들 수 있는데, 그 이유는 태깅과 함께 결제가 이뤄지게 하기 위해서다. 그리고 후술할 기회가 있겠지만, 이 때문에 분실한 교통카드 내의 잔액 환불이 불가능하다.


온라인을 통해 카드의 유효정보를 검증하는 과정은 우리가 식당에서 밥 먹고 카드 긁는 것과 비슷하다고 보면 된다. 포스기에 카드를 긁는 즉시 자기띠에 들어 있는 카드 정보를 카드사 서버 혹은 VAN사 서버에 보내서 해당 카드의 유효성을 승인받고, 승인과 동시에 승인번호를 받아 결제를 진행하는 것이 바로 카드결제승인의 기본적인 프로세스다. 이것 때문에 예전에 무슨 카드결제할 때는 전화가 안 됐다가 전용선을 깔아야 한다느니 하는 이야기들이 있는데 오늘은 교통카드에 대한 이야기니까 이 이야기는 다음으로 미루자.




포스팅을 하느라 블로그 몇 곳에서 관련 정보를 찾아 읽다보니, 가끔 마이페어와 ISO 14443을 완전히 분리시키는 듯한 서술을 보는데 그게 좀 애매하다. 마이페어 클래식은 ISO 14443 제정 전에 출시된 것이 사실이지만, 국제표준 제정 이후 NXP반도체에서 출시한 마이페어 DESFire나 Ultralight C[각주:3] 같은 것들은 ISO 14443를 일부나 혹은 모두 충족하기 때문이다.


국제표준 ISO 14443은 RF카드의 결제기술에 대한 표준이며 총 4개의 장으로 구성되어 있다. ISO 14443에도 A형과 B형이 있는데, 이 둘은 4개 장 중 4장에서 규정된 전송 프로토콜은 동일하게 사용하나 2장과 3장의 코딩 방식Coding Scheme과 프로토콜 초기화 절차Protocal Initialization Procedure에서 차이가 있다. 나중에 NFC 기술이 등장하며 RF결제 방식과의 하위호환을 하는 작업이 펼쳐지는데 여튼 현재 타이완의 이지카드, 홍콩의 옥토푸스[각주:4], 상하이 교통카드, 한국의 티머니, 런던의 오이스터, 베이징 교통카드, 일본JR의 스이카, 샌프란시스코의 클리퍼, 인도의 모어 카드 등 대부분의 교통카드들이 ISO 14443을 준수하여 발급되고 있다. 독자규격 사랑하는 소니의 펠리카FeliCa는 ISO 14443C로 등록하려 했다가 실패하고 이후 NFC를 위한 국제표준 제정작업 중 ISO 18092로 등록된다. 국제표준이므로 아이폰7에도 실릴 수 있었던 것이다. 망할! 착각했다. 이번 일본 출시 아이폰에 들어간 것은 소니의 펠리카가 아니라 JR의 스이카다.


이만하면 됐겠지. 이 다음에는 알리아스에 대해 써볼까 하는데 음...


+ 이제 14개 남았습니다!

  1. 중앙일보, '나 몰래 16억 충전된 교통카드 썼다가…헉!'. 2012년 8월 4일 작성. [본문으로]
  2. 공식적으로 단종은 아닌데 발급을 거의 안 한다. 보급형 티머니 외에 캐시비 브랜드 이전의 마이비/이비 발행 교통카드나 대구의 대경교통카드도 모두 마이페어 클래식을 사용한 교통카드다. [본문으로]
  3. 마이페어 클래식도 교통카드로 쓰기에는 오버스펙이라며 사양을 대폭 낮춘 규격이다. 한국에서는 지하철 일회권에서 쓰인다. 근데 암호화는 간단하게 나마 해서 완전히 클래식과 같다고 볼 수는 없다. [본문으로]
  4. 옥토푸스는 펠리카 기반이라는 이야기도 있다. 좀 더 알아보고 변동이 있으면 반영하겠다. [본문으로]

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수동형 RFID에 대하여

2016. 6. 30. 18:00

RFID의 능동형과 수동형의 차이는 태그의 부가전원이다. 단순히 리더기에서 보내는 전자기장을 전원으로 사용해 부가전원이 필요하지 않은 태그는 수동형 RFID에 해당하고, 부가전원을 사용한다면 능동형 RFID에 해당한다.


일반적으로 RFID를 구성하는 요소는 세 가지다. 리더기 혹은 호출기와 안테나, RFID 태그가 그것이다. 수동형 RFID의 태그는 다시 태그의 안테나와 마이크로칩 혹은 집적회로[IC]로 구성된다.


수동형 RFID는 RFID리더기의 신호를 기다렸다 필요한 경우에만 작동한다. 부가전원이 없기 때문에, 리더기가 전파에 실어 보내는 전자기장에 의해 잠깐 켜졌다가 꺼지기 때문이다. 태그의 안테나가 리더기의 전파를 수신하여 IC가 켜져 다시 태그의 RF시스템으로 신호를 되돌려 보내는 일련의 과정을 백스캐터(후방산란)라 한다. (백스캐터를 이용하면 전파에 실린 작은 크기의 에너지로도 IC를 작동하고 정보를 송수신할 수 있기 때문에 최근 IoT 분야에서 백스캐터가 한 꼭지로 연구되고 있다.) 이 백스캐터링이나 혹은 전자기장 변조를 안테나를 통해 리더기가 감지하면 정보의 송수신이 이뤄진다.



수동형 RFID 태그의 유형


수동형 RFID 태그 유형은 크게 인레이 타입과 하드 타입의 두 가지로 나눌 수 있다. 먼저 인레이 타입에 대해 설명하자면 일반적인 수동형 RFID 태그는 부가전원 없이 오직 IC와 안테나만 갖추고 있기 때문에, 그 조합이 매우 단순하여 인레이 타입으로 만들기 용이하다.


인레이 타입의 최대 장점은 저렴한 가격이다. 현 시점에서는 대량으로 생산할 경우 개당 0.12 달러 수준까지 가격을 낮출 수 있는데, 가격이 낮아져도 기능의 차이는 없다. 왜? 구조가 단순하기 때문이다.


인레이 타입은 세 가지가 있다. 먼저 드라이 인레이(Dry Inlay)다. RFID칩과 안테나를 재료나 '웹'이라 불리는 기판(substrate)위에 붙인 형태를 말한다.


다음으로 웻 인레이(Wet Inlay)다. 이 형식의 인레이는 RFID칩과 안테나가 접착제로 PET나 PVT 같은 재료에 부착된 형태다. 스티커 형식으로 롤에서 바로 떼어내어 물건에 부착할 수 있도록 만들어진 RFID 제품이 이 방식이라 보면 된다.


마지막은 종이를 사용한 RFID다. 종이에 웻 인레이 방식으로 RFID칩과 안테나를 붙인 형태다. 이 방법의 장점은 접착면이 종이라 구분을 위한 숫자나 회사 로고 등을 인쇄할 수 있다.


둘째는 하드 타입 RFID다. 하드 타입 RFID는 플라스틱이나 금속, 세라믹, 고무 등으로 만들어져 내구성이 좋으며 특정한 기능이나 재료, 혹은 애플리케이션을 위해 제작된다.



수동형 RFID 사용 주파수


수동형 RFID에 사용되는 주파수 대역은 필요한 커버리지나 부착재료 등 사용환경에 따라 세 가지로 나뉜다.


먼저 저주파(Low Frequency)대역. 125-134 kHz 대역은 커버리지가 1~10cm 정도로 아주 짧다. 가장 오래된 기술로 125 kHz가 많이 사용된다. 125 kHz는 출입통제, 방문증, 재고자산 추적, 자동차 키 등에 사용되고 135 kHz는 동물식별 태그로 사용된다.


다음으로 고주파(High Frequency)대역. 사용주파수는 13.56 Mhz로, 커버리지는 최소 1cm에서 길게는 1m에 달한다. 이 대역의 장점은 짧은 거리에서 다중 태그 인식이 가능하다는 점이다. (초당 20여개 카드 동시 인식 가능) 이 대역은 상호 데이터 전송이나 출입제어, DVD 대여/반납, 전자여권 등 넓은 커버리지를 요구하지 않는 애플리케이션에 두루 활용된다. 티머니 카드 같은 교통카드나 NFC도 이 대역을 사용하고 있다.


마지막으로 초고주파(Ultra High Frequency)대역. 초고주파 대역은 인식거리가 최대 5-6m까지 길어지고, UHF 태그의 크기를 키우면 이론상 30m 이상도 간다는 카더라가 있다. 대신 리더기의 전파 전달거리가 태그의 전파 전달거리보다 훨씬 길어서 다른 리더에 간섭을 줄 가능성이 크다는 단점도 있다.


900 Mhz 대역 (860-960 MHz)은 수동형 RFID 국제 표준 주파수 대역으로, 전파특성이 우수하여 상품의 유통/물류 관리 등 용도에 가장 적합한 RFID 대역으로 인식되고 있다. 이외에 레이스 기록 측정이나 IT 자산 추적, 파일 추적, 세탁물 관리 등 넓은 커버리지를 요구하는 애플리케이션에도 사용되고 있다.


전파의 파장이 짧아질수록 실리는 에너지의 준위는 높아지며, RFID 커버리지 또한 길어진다. 일반적으로 고주파 대역으로 갈수록 습기나 금속 같은 RFID 비친화적 재료 관련한 이슈가 더 많아진다.

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엊그제 저녁 자리에서 RF와 NFC에 대한 질문을 듣고.


RFID

RFID 시스템은 크게 세 부분으로 구성된다. 정보를 가진 태그와 그 정보를 읽는 리더기, 그리고 상호통신을 가능케 하는 안테나다.


RF의 통신은 단방향이다. 태그와 리더기의 역할 구분이 명확하기 때문이다. 이외에 RF는 RFID 태그의 종류에 따라 크게 능동형(Active)과 수동형(Passive)으로 나눌 수 있다. (능동형과 수동형의 차이에 대해서는 별도의 글로 서술해봐야겠다.)


사용주파수대역에 따라 다르지만, 이론상 커버리지가 최대 100m에 달하기 때문에 RFID는 효율적인 물류관리 방법으로 언급된다. 도심 내 곳곳에 리더기를 설치하고, 배달트럭이나 상품에 RFID 태그를 부착하여 해당 트럭이나 화물의 이동경로를 추적하는 식이다.


위치추적을 위해서는 GPS를 사용해도 되지만, 마천루가 많은 도심지는 GPS 음영지역이 있고 또 상업용 GPS의 정확도가 정밀하지 못한 문제도 있어 어느 정도의 오차가 있다. 반면 RFID는 리더기의 고정위치를 기반으로 정확한 위치를 제공할 수 있을 뿐더러 위치정보 외에 다양한 정보들까지 관리할 수 있기 때문이다.


NFC

NFC도 13.56 Mhz를 사용한다. 이때문에 같은 주파수를 쓰는 HF RFID의 발전형태로 NFC를 보는 경우도 있는 것 같다.


RF와의 차이는 리더기와 태그의 역할이 나뉘어 있지 않다는 점이다. (이걸 P2P커뮤니케이션이라 한다.) 이 때문에 NFC는 상호 트랜잭션이 필요한 비접촉식 결제나 비접촉식 정보공유 서비스(예, 명함/연락처교환)에 활용되고 있다.


즉, RFID와 NFC 둘 모두 주파수를 통해 비접촉식 커뮤니케이션을 하는 하나의 통신수단이지만 RF와 NFC의 차이는 P2P의 가능여부라 정리될 수 있겠다.


참고 : http://blog.atlasrfidstore.com/rfid-vs-nfc



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