RFID-метки. Чипы вокруг нас Рассказываем о самом распространенном типе чипов

Радиочастотная идентификация (RFID, Radio-frequency identification) сыграла ключевую роль в развитии технологий отслеживания — от розничной торговли до управления цепочками поставок и т. д. Несмотря на широкое распространение и присущие ей преимущества, мало кто задумывается, как она работает. В данной статье представлен подробный обзор технологии RFID, ее принципов работы, применения и потенциальных последствий.

Что такое RFID

Аббревиатура RFID расшифровывается как Radio Frequency Identification (радиочастотная идентификация). Это технология, использующая электромагнитные поля для автоматической идентификации и отслеживания меток, прикрепленных к объектам. Эти метки содержат информацию, хранящуюся в электронном виде, позволяя отличать один предмет от другого.

В целом, технология RFID основана на использовании радиоволн для связи между меткой и считывающим устройством. Эта связь позволяет автоматически идентифицировать и отслеживать перемещение объектов в различных точках, что делает технологию RFID универсальным инструментом в различных областях применения — от розничной торговли до здравоохранения и т. д.

Основными компонентами RFID-системы являются RFID-метка (или транспондер), RFID-считыватель (интеррогатор) и антенна.

Метка состоит из микрочипа (хранящего данные) и антенны (передающей и принимающей сигналы).

Метки могут быть активными (со встроенным аккумулятором) или пассивными (без аккумулятора, получающими энергию от радиоволн, опрашивающих считыватель). Данные, хранящиеся на микрочипе метки, могут включать уникальный идентификационный номер или другую специфическую информацию об объекте, к которому она прикреплена.

Как работают RFID-чипы

В простейшем виде процесс RFID-идентификации выглядит так:

· Считыватель посылает электромагнитные волны.

· Активная RFID: метка, питаясь от батареи, передает сигнал, который воспринимается считывателем. После подачи питания микросхема метки модулирует волны и отправляет информацию на считыватель.

· Пассивная RFID: считыватель излучает энергию на пассивную метку, обеспечивая ее питание. Затем метка использует эту энергию для отражения модулированного сигнала со своей информацией.

· После того как считыватель получает данные с метки, он отправляет их в компьютерную систему через совместимый интерфейс (например, RS-232, RS-485 или Ethernet).

Затем эти данные обрабатываются и интегрируются в приложения, например, для управления запасами, что позволяет получить практическую информацию. Во многих сложных RFID-системах имеется также программное обеспечение, называемое «промежуточным ПО». ПО обрабатывает данные, поступающие от RFID-считывателя, и интегрирует их в более крупную систему, помогая решать такие задачи, как фильтрация исходных данных, управление несколькими входами считывателя и пересылка уточненных данных в другие корпоративные системы.

Какими бывают RFID-чипы

RFID-чипы, часто называемые метками (или транспондерами), бывают разных типов, каждый из которых подходит для различных применений в зависимости от таких факторов, как радиус действия, требуемая мощность и условия окружающей среды.

Есть несколько способов их классификации.

1. По источнику питания и механизму работы.

Пассивные RFID-метки:

— не имеют собственного источника питания;

— для отправки ответа получают энергию от электромагнитных волн считывателя;

— как правило, меньше, легче и дешевле активных меток;

— ограниченная дальность считывания (обычно до 7 метров для UHF-меток).

Активные RFID-метки:

— содержат встроенный аккумулятор для питания;

— могут активно передавать сигналы, что обеспечивает большую дальность считывания (часто более тридцати метров);

— обычно крупнее и дороже пассивных меток.

Активные метки также делятся на подклассы:

Транспондеры: ожидают сигнала от считывающего устройства, прежде чем ответить на него.

Биконы: излучают сигнал через заданные интервалы времени. Чаще всего это небольшие передатчики, которые издают уникальный радиосигнал и с помощью технологии Bluetooth (BLE) контактируют с приложениями на смартфонах и планшетах.

Полупассивные (или полуактивные) RFID-метки:

— имеют батарею, но, как и пассивные метки, они полагаются на считыватель для инициирования связи;

— батарея может питать дополнительные функции метки, например, датчики.

2. По частоте работы.

Низкочастотные (НЧ) RFID-метки:

— работают в диапазоне от 125 до 134 кГц;

— ограниченный диапазон считывания (от нескольких сантиметров до нескольких метров);

— менее чувствительны к помехам от жидкостей и металлов, чем высокочастотные.

Высокочастотные (ВЧ) RFID-метки:

— работают на частоте около 13,56 МГц;

— дальность считывания аналогична НЧ-меткам;

— обычно используются для продажи билетов, платежей и передачи данных.

Ультравысокочастотные (UHF) RFID-метки:

— работают в диапазоне от 856 МГц до 960 МГц;

— дальность считывания может достигать восьми метров и более для пассивных меток;

— используются для управления цепочками поставок, контроля времени движения и доступа.

Микроволновые RFID-метки:

— работают на частоте 2,4 ГГц и выше;

— используются в приложениях с большим радиусом действия, но могут быть более дорогостоящими.

3. По принципу памяти и хранения данных.

RFID-метки только для чтения:

— данные записываются один раз, в процессе производства, и не могут быть изменены.

Метки RFID типа «запись — один раз, чтение — много» (WORM):

— позволяют пользователю один раз записать данные, а затем заблокировать их.

Перезаписываемые RFID-метки:

— пользователи могут постоянно обновлять или изменять данные на метке.

Бывают также специализированные метки.

Защищенные RFID-метки:

— предназначены для работы в жестких условиях, таких как высокие температуры или химическое воздействие.

Температурные RFID-метки:

— в них встроены датчики, позволяющие отслеживать и регистрировать изменения температуры.

Метки изготавливаются под разные задачи в различных форм-факторах.

Метки-наклейки или метки-этикетки: используются для маркировки предметов, аналогично штрих-кодам.

Пластыри: используются в больницах или на мероприятиях для идентификации.

Брелоки: используются в системах контроля доступа.

Встраиваемые метки: могут быть встроены в предметы или продукты.

Это лишь несколько категорий RFID-чипов. На самом деле, разнообразие дизайна и функциональности RFID-меток огромно, что обусловлено множеством приложений и сред, в которых они используются. При выборе RFID-метки необходимо учитывать специфические потребности конкретного приложения, включая дальность считывания, окружающую среду, требования к данным и ограничения по стоимости.

Чем RFID отличается от NFC?

И RFID, и NFC — это технологии, обеспечивающие беспроводную связь и обмен данными, поэтому их довольно часто путают. Собственно, NFC (Near Field Communication — «коммуникация ближнего поля») развилась из технологии RFID и была специально разработана для одноранговой связи между двумя электронными устройствами. В основном она используется для бесконтактных платежей, продажи электронных билетов и обмена данными.

Их технические отличия в следующем.

Диапазон связи

RFID: некоторые RFID-системы, особенно использующие UHF-метки (сверхвысокочастотные), могут работать на расстоянии более нескольких метров.

NFC: как следует из названия, NFC требует, чтобы устройства находились очень близко (обычно в пределах 4 см или менее) для установления связи.

Частота

RFID: работает на различных частотах, включая низкочастотные (LF, около 125 кГц), высокочастотные (HF, около 13,56 МГц) и сверхвысокочастотные (UHF, 860-960 МГц).

NFC: работает на частоте 13,56 МГц, которая относится к высокочастотному (HF) диапазону RFID.

Скорость передачи данных

RFID: в зависимости от типа и применения скорость передачи данных RFID может быть различной, но, как правило, небольшой.

NFC: обычно имеет более высокую скорость передачи данных по сравнению с высокочастотными радиометками — от 106 до 424 кбит/с.

Режимы работы

RFID: обычно работает в одном направлении; метка получает сигнал от считывателя, а затем отправляет свою информацию обратно.

NFC: может работать в двух режимах — пассивном (аналогичном RFID) и активном (одноранговом), когда оба устройства могут отправлять и получать информацию.

Применение

RFID: широко используется в управлении цепочками поставок, розничной торговле, взимании платы за проезд, отслеживании животных и т. д.

NFC: преимущественно используется в бесконтактных платежных системах, смарт-постерах, системах продажи билетов и передачи данных со смартфонов.

Безопасность

RFID: некоторые системы RFID, особенно старые, имеют известные уязвимости, которые могут быть использованы для несанкционированного считывания или фальсификации данных. Для повышения безопасности иногда применяется шифрование и другие меры защиты.

NFC: учитывая, что NFC применяется для платежей и передачи данных, в нем изначально заложены более надежные средства шифрования и защиты. Малый радиус действия также обеспечивает физический уровень безопасности, так как подслушивание становится более сложной задачей.

Стоимость

RFID: стоимость RFID-меток может сильно варьироваться в зависимости от типа, объема памяти и функциональности. В основном пассивные метки, производимые массово, могут быть очень дешевыми.

NFC: метки NFC, особенно с расширенными функциями защиты, заметно дороже базовых меток RFID.

Таким образом, NFC можно рассматривать как подмножество технологии RFID, специально предназначенное для связи на близком расстоянии с расширенными возможностями.

Где используются RFID-чипы

RFID-чипы, благодаря своей способности обеспечивать автоматическую и беспроводную идентификацию и отслеживание, находят применение в самых разных отраслях и сферах. Вот лишь несколько примеров.

1. Розничная торговля

Управление запасами: отслеживание товаров по всей цепочке поставок, от производителя до магазина.

Защита от кражи: ворота безопасности на выходе из магазина могут обнаруживать неактивированные RFID-метки.

Бесконтактные платежи: кредитные карты с RFID-метками позволяют осуществлять платежи по принципу «Прикоснись и иди».

2. Здравоохранение

Отслеживание пациентов: RFID-браслеты позволяют мгновенно предоставлять информацию о пациенте.

Отслеживание медицинского оборудования: определение местонахождения и управление оборудованием в больницах.

Подтверждение подлинности лекарств: обеспечение подлинности и правильного распределения лекарственных средств.

3. Логистика и цепочки поставок

Отслеживание местоположения в реальном времени: контроль местонахождения товаров во время транспортировки.

Управление складом: эффективное отслеживание товаров на складе и улучшение управления запасами.

Управление автопарком: отслеживание транспортных средств в режиме реального времени для оптимизации маршрутов.

4. Сельское хозяйство

Отслеживание животных: контроль перемещения, здоровья и местоположения домашнего скота с помощью ушных меток или имплантатов RFID.

Управление сельскохозяйственными культурами: RFID-датчики позволяют получать данные о состоянии почвы и других факторах окружающей среды.

5. Транспорт

Сбор платы за проезд: транспортные средства с RFID-метками могут автоматически взимать плату за проезд без остановки.

Общественный транспорт: бесконтактные транспортные карты используют RFID для оплаты проезда.

Отслеживание транспортных средств: отслеживание местоположения и состояния транспортных средств в крупных автопарках.

6. Безопасность и контроль доступа

Доступ в здания: RFID-карты или брелоки могут предоставлять доступ в охраняемые зоны.

Бесключевой доступ в автомобиль: многие современные автомобили используют RFID для бесключевого доступа и зажигания.

Паспорта: в некоторых странах в паспорта встраиваются RFID-чипы для хранения биометрических данных.

7. Мероприятия

Билеты: RFID-браслеты или карты могут служить в качестве электронных билетов на мероприятия.

Контроль доступа: контроль доступа к определенным зонам в рамках мероприятия или места проведения.

Бесплатные транзакции: некоторые мероприятия позволяют посетителям привязывать RFID-браслеты к методам оплаты для совершения безналичных покупок.

8. Производство

Отслеживание активов: контроль инструментов и оборудования на производстве.

Контроль качества: отслеживание производственных процессов и соблюдения стандартов качества.

9. Библиотеки и услуги проката

Отслеживание книг: управление запасами и автоматизация процессов выдачи и возврата книг.

Отслеживание предметов проката: отслеживание таких предметов, как DVD-диски или оборудование.

10. Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Отслеживание оборудования: мониторинг и управление инструментами и оборудованием.

История технического обслуживания: RFID-метки могут хранить данные о техническом обслуживании компонентов самолета.

11. Спорт

Время соревнований: RFID-чипы могут быть прикреплены к спортсменам для автоматического отслеживания времени старта и финиша в гонках.

12. Охрана окружающей среды и утилизация отходов

Отслеживание отходов: контроль наполненности мусорных контейнеров и оптимизация маршрутов сбора отходов.

Экологический мониторинг: использование RFID-датчиков для отслеживания экологических факторов в чувствительных зонах.

13. Исследования и охрана животных

Отслеживание диких животных: отслеживание перемещений и повадок диких животных в целях сохранения и изучения природы.

Проблемы с безопасностью RFID

Технология RFID не лишена собственных уязвимостей, поскольку дешевизна и массовость плохо сочетаются с защищенностью.

1. Подслушивание

Неавторизованные считыватели могут перехватывать сообщения между легитимными RFID-считывателями и метками. Таким образом, злоумышленники могут получить несанкционированный доступ к конфиденциальной информации.

2. Фальсификация данных

Без соответствующей защиты данные, хранящиеся на RFID-метках, могут быть изменены или испорчены неавторизованными лицами.

3. Спуфинг

Злоумышленники могут создавать поддельные метки и внедрять их в систему. Например, они могут продублировать легитимную метку или создать новую метку с ложными данными.

4. Атаки перехвата

Злоумышленник перехватывает законные RFID-транзакции и затем воспроизводит их для получения несанкционированного доступа или привилегий. Например, если RFID-карта предоставляет доступ на охраняемый объект, перехват и воспроизведение ее сигнала может позволить получить несанкционированный вход.

5. Отказ в обслуживании (DoS)

Злоумышленники могут перегрузить RFID-системы потоком фиктивных запросов на считывание или глушить радиочастоты, делая невозможными законные операции.

6. Приватность

RFID-метки могут считываться без ведома владельца, что приводит к возможности отслеживания или профилирования. Например, кредитная карта с RFID-меткой может быть считана неавторизованными устройствами, что позволит узнать о привычках и местонахождении покупателя.

7. Скимминг

Несанкционированные считывающие устройства могут скрытно собирать данные с RFID-меток. Например, кто-то может использовать скрытый считыватель для сбора данных с RFID-карт или паспортов, которые носят с собой ничего не подозревающие люди.

8. Слабая криптография

Во многих дешевых RFID-системах используются слабые или устаревшие криптографические методы, что делает их уязвимыми для криптографических атак.

9. Проблемы прямой и обратной секретности

Если злоумышленник скомпрометирует ключ RFID-системы в один момент времени, он может получить доступ к прошлым (обратная секретность) или будущим (прямая секретность) сообщениям.

Для решения этих проблем были предложены и реализованы различные решения. Среди них — сильные криптографические методы, протоколы взаимной аутентификации между метками и считывателями, команды «kill» для окончательного отключения меток, методы экранирования для предотвращения несанкционированного считывания, а также разработка технологий, повышающих уровень конфиденциальности.

Перспективы развития RFID

Перспективы развития технологии RFID весьма обширны. По мере развития этой технологии будет меняться и спектр ее применения, и эффективность внедрения, и способы решения существующих проблем.

1. Снижение затрат

По мере развития технологии и повышения эффективности производственных процессов ожидается снижение стоимости микросхем и систем RFID. Это снижение будет способствовать дальнейшему распространению технологии в различных отраслях промышленности.

2. Увеличение интеграции с IoT

RFID уже считается одним из основных компонентов Интернета вещей (IoT). По мере развития экосистемы IoT технология RFID будет играть решающую роль в соединении миллиардов устройств и объектов, обеспечивая сбор и анализ данных в режиме реального времени.

3. Усовершенствованное хранение и обработка данных

Будущие RFID-метки могут быть оснащены расширенной памятью и вычислительными возможностями, что позволит выполнять более сложные операции непосредственно на метке, включая расширенные криптографические функции.

4. Увеличение дальности и скорости считывания

Технологический прогресс позволит увеличить дальность считывания RFID-меток, что даст возможность сканировать объекты с больших расстояний и на более высоких скоростях.

5. Улучшение мер безопасности

В связи с ростом осведомленности об уязвимостях RFID-меток повышенное внимание будет уделяться разработке безопасных протоколов RFID, использованию надежного шифрования и обеспечению более надежной защиты конфиденциальности.

6. Разнообразные форм-факторы и материалы

В будущем RFID-метки могут быть выполнены из гибких материалов, что позволит использовать их на неровных поверхностях или в носимых устройствах. Это расширит область применения, особенно в таких отраслях, как мода, здравоохранение и бытовая электроника.

7. Экологически чистые метки

По мере того как проблемы охраны окружающей среды будут становиться все более актуальными, прогнозируется тенденция к созданию биоразлагаемых или перерабатываемых RFID-меток для уменьшения количества электронных отходов.

8. Интеграция с другими технологиями

RFID может быть интегрирована с другими технологиями, такими как датчики или исполнительные механизмы, что позволит не только идентифицировать объект, но и взаимодействовать с окружающей средой.

9. Стандартизация

По мере повсеместного распространения RFID все большее значение будет иметь разработка глобальных стандартов для обеспечения совместимости, безопасности и эффективности различных систем и секторов.

10. Новые рыночные возможности

Развивающиеся рынки и отрасли, в которых традиционно не использовалась технология RFID, могут начать осваивать ее, открывая для себя новые области применения и варианты использования.

11. Интеграция с искусственным интеллектом и машинным обучением

Объединение данных RFID с алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения может привести к созданию более интеллектуальных систем инвентаризации, прогнозируемому техническому обслуживанию и улучшению пользовательского опыта.

12. Возможности пассивного зондирования

Будущие RFID-метки могут быть оснащены сенсорными возможностями, позволяющими им определять изменения окружающей среды, такие как температура, влажность или давление. Это будет особенно полезно при управлении цепочками поставок скоропортящихся товаров.

В заключение следует отметить, что будущее RFID выглядит весьма перспективным. По мере внедрения технологии в нашу повседневную жизнь и промышленные процессы метки стремительно дешевеют, поэтому весьма вероятно, что вскоре они позволят дистанционную идентификацию множества предметов быта, а также транспортных средств и даже людей. Это позволит радикально расширить сбор информации о нашем потребительском и общественном поведении, что, как всегда, решит одни проблемы, но создаст новые.

В этом и состоит технический прогресс, не так ли?