NFC？我抓：一款开源 NFC 抓包硬件的诞生（第一章）

作者：hediandian
状态：先行技术博客 · 项目代码整理中 · 硬件原型已验证
目标协议：ISO/IEC 14443-A（NFC-A）
关键词：NFC 抓包、协议分析、ST25R3916B、ESP32-S3、开源硬件、14443-A、低成本

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0x00 起源：那个深夜的 NFC 渗透测试

凌晨 2:17，城市早已沉睡，只有写字楼的门禁系统还在忠实地工作。

我站在公司楼下，手里攥着一张从垃圾桶里捡来的员工卡——它看起来和普通工牌无异，但我知道，这张卡背后藏着整个办公区的通行权限。我的目标很简单：在不触发警报的前提下，复制它的行为，或者至少搞清楚它说了什么。

我把卡靠近读卡器，绿灯亮起，门开了。
但问题来了：它到底说了什么？

是 UID？是加密认证？还是某种动态令牌？
没有原始通信数据，我就像一个站在玻璃墙外的窃听者——看得见动作，听不见对话。

我掏出 Proxmark3，运行 hf 14a snoop，结果只抓到半截 ATQA；
换 ChameleonMini，只能模拟已知卡片，无法记录未知交互；
ACR1252U？它连原始帧都不给你。

那一刻我意识到：真正的渗透测试，需要真正的“耳朵”。
于是，我决定自己造一个——一个能完整记录 NFC-A 通信全过程的硬件。
现在，它能跑了。

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0x01 我们做了什么：从射频底层重构抓包逻辑

这个项目的核心，不是依赖某个芯片的“神奇功能”，而是基于 ST25R3916B 的底层射频能力，从零实现 ISO/IEC 14443-3 层的数据透传机制。

具体来说：

• 利用 ST25R3916B 强大的模拟前端，直接控制载波生成、ASK 调制与解调；
• 通过定制 RF 库（基于 ST 官方驱动深度修改），在 PCD 发起通信时精准切换接收状态；
• 同时捕获两个方向的数据：
  • PCD → PICC：通过检测读卡器对载波的调制边带；
  • PICC → PCD：通过监听卡片的负载调制响应；
• 将原始帧通过高速 SPI 传给 ESP32-S3，再经 USB CDC 实时输出。

这并非“监听模式”，而是一套高精度、低延迟的双向帧捕获系统。
它不参与认证、不发送 ACK、不干扰原通信——只安静地记录。

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0x02 硬件设计：4 层板 + 042 封装 + 不到 50 元

为了兼顾性能与成本，我们在硬件上做了大量优化：

关键规格

• 主控：ESP32-S3-WROOM-1（USB OTG 原生支持，双核处理 RF 与 USB）
• NFC 前端：ST25R3916B（支持 106–848 kbps ASK，高灵敏度接收）
• PCB：4 层板（嘉立创 EDA 绘制），L2 为完整地平面，保障射频稳定性
• 封装：全部采用 0402 封装元器件，在 52mm × 28mm 的板面上实现高密度布局
• 天线：50mm × 25mm 平面线圈，匹配网络可调，有效距离达 4–5cm
• 接口：USB-C 供电 + 数据，无需额外串口芯片

成本控制到极致

部件	单价（批量）
ESP32-S3-WROOM-1	¥22
ST25R3916B	¥24
0402 无源器件	¥3
USB-C + LDO	¥1
总计	< ¥50

整机 BOM 成本不到 50 元人民币。这意味着，一个学生用半个月饭钱，就能拥有一台具备完整 NFC-A 抓包能力的硬件设备。

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0x03 当前能力：v0.1 已支持完整 APDU 抓取

虽然项目仍处早期，但核心功能已验证通过：

已实现

• 完整 NFC-A 初始化流程：REQA → ATQA → UID（7 字节）→ SAK
• RATS / ATS 交换（用于高速通信协商）
• 完整 APDU 交换：包括 ISO/IEC 7816-4 命令与响应
• 双向帧标记（[PCD→PICC] / [PICC→PCD]）
• 毫秒级时间戳记录（便于基本时序分析）
• USB CDC 实时输出原始帧

抓包示例（MIFARE DESFire）

[PCD → PICC] 26
[PICC → PCD] 04 00
[PCD → PICC] 93 20
[PICC → PCD] 88 12 34 56 68
[PCD → PICC] 93 70 88 12 34 56 68 12 34
[PICC → PCD] 08
[PCD → PICC] E0 80 00 00 00        # RATS
[PICC → PCD] 75 77 81 02 80 31 80  # ATS
[PCD → PICC] 90 0A 00 00 00 00      # APDU: Get Key Settings
[PICC → PCD] 00 00 91 00            # APDU Response

这意味着，你可以完整复现一次门禁认证、公交扣费或 NFC 支付的底层交互过程。

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0x04 硬件预览

图 1：NFC Sniffer S3 原型板（4层PCB + 0402封装）

基于嘉立创 EDA 设计的 4 层板，全部采用 0402 封装元器件。尺寸仅 52×28mm，手工焊接需一定经验，但完全可行。

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0x05 项目贡献：我们做了这些

这个项目通过一系列具体工作，实现了低成本、高完整度的 NFC-A 抓包能力：

1. ST25R3916B 底层 RF 库移植与增强

• 重写了射频控制逻辑，支持动态切换收发状态；
• 实现了对 14443-A 下行（PCD→PICC）和上行（PICC→PCD）的同步捕获；
• 优化了 FIFO 读取时序，提升高速通信下的稳定性。

2. 低成本 4 层硬件设计

• 使用嘉立创 EDA 完成全部设计，支持一键打样；
• 全板采用 0402 封装，在保证射频性能的同时压缩尺寸；
• 天线匹配网络可调，适配不同场景。

3. 完整协议栈抓取能力

• 从 REQA 到 APDU，覆盖 NFC-A 全流程；
• 输出带方向与时间戳的原始帧，便于后续分析。

4. 未来可扩展架构

• 固件支持 OTA 升级；
• 主动注入功能仅需软件更新，无需硬件改动；
• 预留 NFC-B、FeliCa 扩展接口。

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0x06 下一步：代码即将开源

目前，项目代码正在紧张整理中，将尽快开源。届时将包含：

• ESP-IDF 固件工程（含 RF 库、USB 驱动、抓包逻辑）
• 嘉立创 EDA 硬件工程（原理图 + PCB + BOM）
• Python 上位机工具（实时显示 + PCAP 导出）
• 详细焊接与调试指南

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0x07 结语：NFC？我抓。

这个项目没有宏大口号，只有一个朴素目标：让 NFC 通信可见。

我们用不到 50 元的成本，4 层 PCB，0402 封装，和一套从射频底层写起的代码，实现了对 NFC-A 全流程通信的稳定抓取。

当然，必须坦诚：这仍是一个早期原型。当前版本存在诸多不足——天线调谐依赖手动、高速通信稳定性有待验证、上行帧在强干扰环境下可能丢失、软件解析能力几乎为零……它远非完美，甚至可能在你的设备上跑不起来。

但正因如此，我才写下这篇博客。
一个人的极客实验，终将因实践而逐步完善。

NFC？我抓。

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项目状态：代码整理中 · 将尽快开源

第一章完 · 敬请期待：代码开源 + 第二章《Wireshark 集成与主动注入》