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RFID

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Radio Frequency Identification Vorlage:Lautschrift (RFID) (engl. für Funk-Erkennung) ist eine Methode, um Daten berührungslos und ohne Sichtkontakt lesen und speichern zu können. Die Technologie hat eine weit zurück reichende Entwicklungsgeschichte.

RFID wird als Oberbegriff für die komplette technische Infrastruktur verwendet. Sie umfasst

  • den Transponder (auch RFID-Etikett, -Chip oder -Tag genannt),
  • die Sende-/Empfangseinheit (auch Reader genannt) und,
  • die Integration mit Servern, Diensten und sonstigen Systemen wie z. B. Kassensystemen oder Warenwirtschaftsystemen.

Die Daten werden auf den RFID-Chips gespeichert. Das Auslesen bzw. Schreiben der Informationen per Radiowellen vorgenommen. Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein Nahfeld, bei höheren über ein elektromagnetisches Fernfeld. Die Entfernung, über die ein tag ausgelesen werden kann, schwankt aufgrund der Ausführung (aktiv/passiv), benutztem Frequenzband, Sendestärke und Umwelteinflüssen zwischen wenigen Zentimetern und derzeit max. 30 Metern.

Baugröße & Bauformen

Transponder bestehen aus

  • Mikrochip
  • Antenne
  • Träger oder Gehäuse
  • Energiequelle (bei aktiven Transpondern, siehe unten)

Maßgeblich für die Baugröße sind die Antenne und das Gehäuse. Die Form und Größe der Antenne ist abhängig von der Frequenz bzw. Wellenlänge. Je nach geforderter Anwendung werden Transponder in unterschiedlichen Bauformen, Größen und Schutzklassen angeboten.

RFID Transponder können, je nach Einsatzgebiet, durchaus die Größe von Büchern besitzen (z.B. in der Containerlogistik). Jedoch ist es mit heutiger Technik auch möglich, sehr kleine RFID Transponder herzustellen, die sich in Geldscheinen oder Papier einsetzen lassen.

Transponder werden gegenwärtig vorwiegend als Etiketten hergestellt, genauso aber existieren auch Bauformen wie Schlüsselanhänger (Wegfahrsperre), Glasröhrchen (Tieridentifikation), Nägel (Palettenidentifikation) oder Chipkarten (Zutrittskontrolle).

Entwicklung

In den 1960ern wurden die ersten kommerziellen Vorläufer der RFID-Technologie auf den Markt gebracht. Es handelte sich dabei um elektronische Warensicherungssysteme (engl. Electronic Article Surveillance, EAS), um Diebstähle zu unterbinden. Es war nur möglich, 1 Bit an Informationen zu übertragen. Es konnte also nur das Vorhandensein oder das Fehlen der Markierung geprüft werden. Die Systeme basierten auf Mikrowellentechnik oder Induktion.

Die 1970er brachten zahlreiche neue Entwicklungen, die den Einsatz von RFID-Technologie in verschiedenen Bereichen ermöglichen sollten. Die Arbeit konzentrierte sich dabei auf die Möglichkeit, Tiere zu kennzeichnen, Einsatz in der Automatisierung sowie Fahrzeuge im Verkehr automatisch zu identifizieren. Gefördert wurde die Technologie in den 1980ern besonders durch die Entscheidung mehrerer amerikanischer Bundesstaaten sowie Norwegens, RFID im Straßenverkehr für Mautsysteme einzusetzen.

In den 1990ern setzte sich die RFID-Technik für Mautsysteme weiter in den USA durch. Es wurden neue Einsatzgebiete für RFID erschlossen, indem man Systeme für Zugangskontrollen, bargeldloses Zahlen, Skipässe, Tankkarten etc. entwickelte. Die 2000er brachten einen starken Preisverfall der RFID-Technik durch Massenproduktion mit sich, der den Einsatz von RFID tags auch in Verbrauchsgegenständen ermöglichte. Die Technologie hatte sich so schnell entwickelt, dass es versäumt worden war, Industriestandards zu definieren. Zur Zeit sind verschiedene Normierungen der RFID-Technik im Gespräch (siehe unten).

Technologie

Die RFID Tags unterscheiden sich teilweise recht stark voneinander. Der Aufbau eines RFID tags sieht prinzipiell eine Antenne, einen analogen Schaltkreis zum Empfangen und Senden (Transponder), sowie einen digitalen Schaltkreis und einen permanenten Speicher vor. Der digitale Schaltkreis ist bei komplexeren Modellen ein Von-Neumann-Rechner.

RFID Transponder können über einen mehrfach beschreibbaren Speicher verfügen, in dem während der Lebensdauer Informationen abgelegt werden können.

Je nach Anwendungsgebiet unterscheiden sich auch die sonstigen Kennzahlen wie z.B. Funkfrequenz, Übertragungsrate, Lebensdauer, Kosten pro Einheit, Speicherplatz und Funktionsumfang.

Für Spezialanwendungen können auch Kryptographiemodule oder externe Sensoren wie z. B. GPS in den RFID Transponder integriert sein. Auch die RFID Sende-Empfangseinheiten unterscheiden sich in Funktionsumfang und Aussehen. So ist es möglich, sie direkt in Regale oder Personenschleusen (z.B. bei der Grenzabfertigung) zu integrieren.

Die Vielzahl von unterschiedlichen Geräten und Etiketten ist nur zu sehr geringem Teil vollständig kompatibel. Regional unterscheiden sich die verwendeten Frequenzen und bevorzugten Standards.

Probleme mit der Verständigung kann es indes auch bei Produkten mit hohem Wasseranteil (Joghurt, Mineralwasser etc.) und beim Vorhanden sein von Metallteilen (Einkaufswagen, Autoteile etc.) geben. Diese können die ohnehin schwachen Abstrahlungen von passiven RFID Transpondern noch weiter mindern. Ebenso kann es zu Problemen kommen wenn das tag direkt am Produkt sitzt und dieses eine "hohe" Dichte hat. So ist beispielsweise ein tag auf dicht gepackten Nudeln wie Spaghetti schwerer zu lesen als auf anderen Nudelsorten mit mehr Zwischenraum.

Energieversorgung

Das deutlichste Unterscheidungs-Merkmal stellt die Art der Energieversorgung der RFID Transponder dar. Kleine batterielose Funkchips besitzen keine eigene Energieversorgung und müssen ihre Versorgungsspannung durch Induktion aus den Funksignalen der Basisstationen gewinnen. Dies reduziert zwar die Kosten und das Gewicht der Chips, gleichzeitig verringert es aber auch die Reichweite. Diese Art von Transpondern wird z.B. für Produktauthentifizierung bzw. -auszeichnung, Zahlungssysteme und Dokumentenverfolgung eingesetzt, da die Kosten pro Einheit hier ausschlaggebend sind. Transponder mit eigener Energieversorgung erzielen eine erheblich höhere Reichweite und besitzen einen größeren Funktionsumfang, verursachen aber auch erheblich höhere Kosten pro Einheit. Deswegen werden sie dort eingesetzt, wo die Transponder eine lange Lebensdauer haben, z.B. bei Containerlogistik oder bei der Mauterfassung.

RFID tags gibt es prinzipiell in zwei Ausführungen:

Aktive RFID tags
Aktive tags sind batteriebetrieben und können typischerweise sowohl gelesen, als auch beschrieben werden. Aktive tags befinden sich normalerweise im Ruhezustand, d.h. sie senden keine Informationen aus. Nur wenn ein spezielles Aktivierungssignal empfangen wird, aktiviert sich der Sender. Der interne Speicher kann, je nach Modell, bis zu 1 Million Bytes aufnehmen.

Aktive RFID tags sind im Vergleich zu passiven tags meist größer, besitzen eine höhere Sendereichweite, haben eine geringere Lebensdauer und sind deutlich teurer.

Passive RFID tags
Passive tags beziehen ihre Energie zur Übertragung der Informationen aus den empfangenen Funkwellen. Die Menge der gespeicherten Daten ist wesentlich geringer als bei aktiven Tags. In ihrem Speicher wird üblicherweise eine eindeutige Identifikationsnummer (GUID) hinterlegt. Manche passive Transponder sind mit einem wieder beschreibbaren Speicher ausgerüstet.

Passive RFID tags sind im Vergleich zu aktiven tags kleiner und leichter, haben eine geringe Reichweite, eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer und sind vergleichsweise günstig.

Für den Einsatz werden drei Frequenzbänder vorgeschlagen:

  • Niedrige Frequenzen (30 - 500 kHz). Diese Systeme besitzen eine geringe Reichweite, lange Übertragungszeiten, sind aber günstig in der Anschaffung und eignen sich dadurch z.B. für Zugangskontrollen, Wegfahrsperren und Lagerverwaltung (häufig 125 kHz = LF).
  • Mittlere Frequenzen (10 - 15 MHz) besitzen eine kurze bis mittlere Reichweite, mittlere Übertragungsgeschwindigkeit, mittlere bis günstige Preisklasse. In diesen Frequenzbereich arbeiten die sog. Smart Label (meist 13,56 MHz = HF).
  • Hohe Frequenzen (850 - 950 MHz, 2,4 - 2,5 GHz, 5,8 GHz) besitzen eine hohe Reichweite (max. 30 Meter), schnelle Lesegeschwindigkeit, Preise steigen aber rapide bei höherer Leistung der Systeme. Einsatz z.B. im Bereich der automatisierten Mautsysteme und Güterwagen-Erkennung. Typische Frequenzen sind 433 MHz, 868 MHz = UHF, 915 MHz, 2,45 GHz = µW (Microwave) und 5,8 GHz.

Verschlüsselung

Die meisten RFID tags senden ihre Informationen in Klartext, einige Modelle verfügen aber auch über die Möglichkeit, ihre Daten verschlüsselt zu übertragen.

Kosten

Der Preis von (passiven) RFID tags bewegt sich, laut einem ZDNet-Artikel, bei einer Auflage von 1 bis 10 Milliarden zwischen 5 und 10 Cent pro Stück. Bei einer Auflage von ca. 10.000 tags bewegen sich die Preise je nach Größe um die 50 cent bis 1 Euro.

Einsatz

Einzelbetrieblich wird der Einsatz automatischer Identifikationssysteme (kurz Auto-ID) durch das Kosten/Nutzen Verhältnis bestimmt. Die Vorgaben der Einzelhandelsketten Wal-Mart und Metro, sowie des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums (DoD) zwingen jedoch immer mehr Hersteller, RFID-Tags in ihre Produkte zu integrieren.

Eine Standardisierungsinitiative von UCC und EAN International hat Anfang 2004 den Electronic Product Code (EPC) entwickelt, der weltweit eindeutig Waren identifizieren soll. Die EZB hat vorgeschlagen, RFID-Tags auf Geldscheinen anzubringen, um damit gefälschte Banknoten einfacher erkennen zu können.

Eine andere Anwendung ist die Tierkennzeichnung mit Tags statt sichtbarer Markierungen wie Brandzeichen oder Tätowierungen. Damit können dann Besitzer von verloren gegangenen oder ausgesetzten Tieren ermittelt werden.

Im November 2004 machte die amerikanische Gesundheitsbehörde (FDA) den Weg für eine weitere Anwendung frei: Den Einsatz im Menschen. Der "VeriChip" der US Firma Applied Digital Solutions soll unter der Haut eingepflanzt im Notfall für Ärzte wichtige Hinweise wie Allergien, Krankheiten, Blutgruppe u.ä. zur Verfügung stellen. Probleme ergeben sich beim Einsatz von Kernspin-Tomographen - hier passiert das gleiche wie bei Alufolie in der Mikrowelle. Damit Patienten also keine "Brandlöcher" durch den Einsatz der Kernspin-Tomographie erhalten, müssen die RFID-Chips vorher wieder entfernt werden. Desweiteren empfiehlt die FDA einen Echtheitsnachweis für Medikamente durch RFID-Chips. Vorreiter in der Umsetzung ist hier z. B. die Fa. Pfizer.

Leihbüchereien wie die neue Wiener Hauptbücherei verwenden RFID-Tags zur Bestandskontrolle. Einige RFID-Lesegeräte sind im Prinzip in der Lage, spezielle tags stapelweise und berührungslos lesen zu können. Dieses Leistungsmerkmal bezeichnet man mit Pulklesung. Das bedeutet etwa bei der Entleihe und Rückgabe, dass die Bücher nicht einzeln aufgelegt und gescannt werden müssen. An den Türen und Aufgängen befinden sich Gates, die wie Sicherheitsschranken in den Kaufhäusern aussehen. Sie kontrollieren die korrekte Entleihe.

Ein weitverbreiteter Einsatz der RFID-Technik ist in Asien der Gebrauch als berührungslose, wiederaufladbare Fahrkarte. Unter anderem in Hong Kong unter den Namen Octopus-Karte, wo sie dort auch als elektronisches Geld in Geschäften, Fast-Food-Restaurants und Parkplätzen benutzt wird. Andere Städte, in denen Sie als Fahrkarte in Gebrauch ist: Singapur (EZ-link-Karte), Taipei (Easycard) und Großraum Tokio (Suica).

Derzeit (23.8.2004) entwickelt die Firma Nagra Public Access, eine Tochtergesellschaft der Kudelski & Partner AG, ein System, das die Zweitnutzung von Kunden- und Kreditkarten zu Ticketting-Zwecken ermöglicht. Die PostFinance (die Bank der Schweizerischen Post), die Cornèr Bank und die Schweizerischen Bundesbahnen wollen ihre Karten mit einem RFID-Chip bestücken, der den Zugang zu zuvor gebuchten Konzerten, Sportanlässen oder Skigebieten ermöglichen soll.

Bedenken und Kritik

Unter Datenschutz-Gesichtspunkten ist der bevorstehende massenhafte Einsatz von RFID tags problematisch. Die Gefahr der RFID-Technik liegt zum Beispiel im Verlust der informationellen Selbstbestimmung - die einzelne Person hat durch die "versteckten" Sender keinen Einfluss mehr darauf, welche Informationen preisgegeben werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat eine Studie zur Technikfolgenabschätzung von Ubiquitous Computing in Auftrag gegeben, die von RFID-Technik ausgeht, die bis Ende März 2006 vom Unabhängigen Landeszentrum für Datenschutz Schleswig-Holstein durchgeführt wird.

Für im Supermarkt gekaufte Waren (also dem Ersatz von EAN-Strichcodes durch RFID tags) ist eine anvisierte Lösung, die RFID tags nach dem Kauf zu zerstören (das kann z.B. automatisch an der Kasse geschehen, ähnlich wie bei der Deaktivierung der Diebstahlsicherung). Hierzu dienen Tags mit integrierter, vom Leser aktivierbarer Selbstzerstörungsfunktion, welche auch den kompletten Speicher des Tags löschen kann.

Der Big Brother Award 2003 ging unter anderem an den Metro-Konzern, weil er in seinem Futurestore RFID einsetzt. Der Metro-Konzern hat aber März 2004 auf Grund der heftigen Diskussionen seine mit RFID ausgestatteten Kundenkarten umgetauscht. Vier andere Produkte bzw. Produktgruppen arbeiten weiter mit der Transpondertechnologie.

Potentielle Angriffs- bzw. Schutzszenarien

Es gibt mehrere Möglichkeiten die korrekte Funktion von RFID-Geräten zu stören.

  • Man kann versuchen zu verhindern, dass das RFID tags ihre Energie erhalten. Hier kann man beispielsweise die Batterie herausnehmen, oder das tag in einen Faradayschen Käfig stecken. (z.B. Alufolie). Dadurch bekommt das tag nicht mehr die nötige Energie um ein Signal auszusenden.
  • Man kann einfach die Antenne beschädigen. Bei größeren tags kann man im Röntgenbild die Spiralen der Antenne deutlich erkennen. Durchtrennt man sie an einer Stelle, funktioniert das tag nicht mehr.
  • Die direkte induktive Übertragung eines elektromagnetischen Impulses auf den Transponder und die Antenne dürften diese ebenfalls zerstören und unbrauchbar machen.
  • Natürlich kann man auch ein Störsignal aussenden. Bevorzugt auf der Frequenz auf der auch das tag sendet. Dadurch können die recht schwachen Signale des tags nicht mehr empfangen werden.
  • Mit einem sehr empfindlichen Empfänger kann man das Signal des tags prinzipiell auch noch aus größerer Entfernung empfangen. Dies ermöglicht neue Formen der Industriespionage, da bei jedem Lesevorgang der Inhalt des Tags mitgelesen werden kann. Somit können beispielsweise alle Verkaufsdaten abgehört werden.
  • Wird ein einfacher Speicherchip zur Authentifizierung benutzt, so kann man auch das Signal einmal aufzeichnen, und zu einem späteren Zeitpunkt wiedergeben. Für den Leser erscheint es dann, als ob sich das richtige Tag im Feld befindet.

siehe auch

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