Identifikacija radijo bangomis

Radio Frequency Identification (RFID – identifikacija radijo bangomis) vis dažniau minima įvairiose apžvalgose, tad pats metas ir jums apie ją sužinoti daugiau. RFID – šiuo metu naudojamų brūkšninių kodų alternatyva, tačiau ji gali būti taikoma ir daugelyje kitų sričių. Pasitelkus RFID, galima nuskaityti duomenis net nuo mažo, itin plono (popieriaus lapo storio) ir neturinčio maitinimo šaltinio įtaiso (etikečių).

Istorija

Idėja skaityti informaciją atspindėtomis radijo bangomis kilo dar 1948-aisiais, plėtojant radarų technologijas. Radaro veikimo principas paprastas – į objektą siųstas radijo signalas nuo jo atsispindi ir grįžta atgal. tiksliai pamatavus laiką, per kurį šis signalas nukeliauja visą atstumą, galima nustatyti objekto buvimo vietą.

1948 m. spalį Harry Stockmanas parašė mokslinį darbą „Communication by Means of Reflected Power“ (Komunikacija energijos atspindėjimo būdu). Tačiau jo teorijoms įgyvendinti prireikė daugelio metų tyrimų ir technologinės pažangos.

1960 m. pasirodė pirmosios RFID etiketės, kuriose buvo galima „įjungti“ arba „išjungti“ vieną bitą (t. y. rasti „neišjungtą“ etiketę). Šios etiketės iki šiol naudojamos kaip gana efektyvi apsauga nuo smulkių vagysčių parduotuvėse. Septintajame dešimtmetyje identifikacija radijo bangomis buvo intensyviai tobulinama, kuriami bandomieji automobilių identifikacijos projektai. Įsikūrė pirmosios bendrovės, plėtojančios RFID.

1987 m. Norvegijoje, o 1989 m. JAV, pasitelkus RFID technologiją, buvo įgyvendintos automatinės kelių mokesčių surinkimo sistemos. Ši technologija pradėta taikyti daugelyje sričių – nuo gyvulių žymėjimo iki elektroninių spynų. Iki šiol vyksta 2000-aisiais pradėti kurti bendri RFID standartai, sprendžiami įvairūs su saugumu ir privatumu susiję klausimai.

Pastaraisiais metais RFID etiketės ir kiti įrenginiai po truputį tampa vis svarbesne kasdienio gyvenimo dalimi.

Technologija

Nors visų technologinių subtilybių žinoti nebūtina, tačiau suprasti, kodėl skirtingi etikečių tipai pasižymi skirtingais duomenimis, yra naudinga.

Apžvelkime pagrindinius RFID veikimo principus. Įvairūs RFID įrenginiai ir etiketės skirstomi į aktyviuosius ir pasyviuosius.

Aktyvieji turi maitinimo elementą ir siųstuvą. Gavę RFID skaitytuvo signalą, jie bematant įsijungia ir išsiunčia savo identifikacijos kodą.

Vadinamieji „Beacons“ („švyturiai“) savo kodą gali transliuoti nuolat – kas tris sekundes ar vienąkart, atsižvelgiant į konfigūraciją. „Švyturiai“ dažniausiai naudojami objekto buvimo vietai sekti arba rengiami stacionariai informacijai apie tam tikrą vietą skleisti (RFID-based location determination). Aktyviosios RFID sistemos naudoja aukštuosius 455 MHz, 2,45 GHz arba 5,8 GHz dažnius ir yra efektyvios 20–100 metrų atstumu.

Pasyviosios etiketės paprastai yra mažos ir pigios, todėl labiausiai paplitusios. Jos neturi maitinimo šaltinio, siųstuvo ar kitų sudėtingų elementų. Etiketė yra sudaryta iš mažyčio lusto (mikroschemos) ir antenos, kuri gali veikti įvairiais dažniais – nuo 124–135 kHz (žemieji), 13,56 MHz (vidutiniai) iki 860–960 MHz (aukštieji) ar net 2,45 GHz (UHF – Ultra High Frequency; labai aukšti).

Skirtingų dažnių radijo bangos naudojamos atsižvelgiant į poreikius. Žemųjų dažnių signalą galima įsivaizduoti kaip paprastas FM bangas radijo imtuvuose. Šios bangos įveikia sienas ir vandenį, tačiau jas sugeria metaliniai paviršiai. Didėjant dažniui, radijo bangos panėšėja į šviesą – jas lengviau sugeria skysčiai ir kitos medžiagos, atspindi daugelis paviršių. Nuo bangos ilgio (aukštųjų ar žemųjų dažnių) priklauso skaitytuvo „bendravimas“ su etiketėmis. Žemesnių (124 kHz – 13,56 MHz) dažnių skaitytuvų sukurtas elektromagnetinis laukas leidžia indukuoti srovę RFID etiketėje. Pastarojoje esantis lustas keičia etiketės antenos krūvį, tokiu būdu modifikuodamas tarp jos ir skaitytuvo susiformavusį magnetinį lauką. Užfiksuotus pokyčius skaitytuvas paverčia bitų (1 ir 0) seka. Tai ir yra informacija, išsaugota etiketėje. Kadangi šiam metodui būtinas magnetinis laukas tarp etiketės ir skaitytuvo, didžiausias tokios sistemos veikimo nuotolis siekia vos 35 centimetrus.

Aukštųjų dažnių etiketės veikia truputį kitaip. Magnetinis laukas tarp skaitytuvo ir etiketės nekuriamas. Skaitytuvo siųstų radijo bangų energiją lustas naudoja antenos krūviui keisti. Tokiu būdu moduliuojamos nuo jos atsispindinčios bangos – pasikeičia jų amplitudė (taip pat gali būti pakeista fazė ar dažnis). Atspindėto signalo pokyčius skaitytuvas fiksuoja kaip atitinkamą bitų seką ir verčia prasminga informacija. Šis metodas artimiausias Hario Stokmano 1948 m. aprašytoms idėjoms.

UHF tipo etiketės yra veiksmingos truputį daugiau nei trijų metrų atstumu. Egzistuoja ir pusiau aktyvios etiketės, kuriose esantis maitinimo elementas naudojamas pasyvių etikečių veikimo nuotoliui didinti.

Visi RFID įrenginiai yra ilgalaikiai. Aktyvieji gali būti maitinami saulės energija ar keletą metų neišsenkančiu elementu, o pasyviųjų gyvavimo laikotarpis beveik neribotas. RFID etiketėse gali tilpti skirtingas kiekis informacijos (atsižvelgiant į gamintoją), tačiau dažniausiai jose saugomas 56 bitų (7 baitų) identifikacijos kodas, 96 baitai laisvai keičiamos informacijos ir įvairūs sisteminiai duomenys. Į laisvai keičiamą atmintinės vietą galima įrašyti įvairią su gaminiu susijusią informaciją – jo sudėtį, savybes, gabenimo istoriją ir pan. Išsamesnę informaciją sistema (pagal gaminio identifikacijos numerį) gali rasti centrinėje duomenų bazėje.

Didesnės talpos RFID etiketėse gali tilpti iki 32 KB informacijos. Šie duomenys gali būti skaitomi iki 3 KB/sek. sparta (13,56 MHz dažnių ruožas), tačiau tai taip pat priklauso nuo gamintojo, etiketės modelio ir įvairių aplinkos sąlygų. Klijuojant UHF tipo etiketes ant metalinių paviršių, turi būti specialus tarpinis sluoksnis, siekiant išvengti šalutinių efektų. Tai sudėtinga technologinė problema, tačiau ją išsprendus RFID etiketes galima klijuoti ant metalinių dėžių ir kitų „nepalankių“ paviršių.

Naudojimas

Kai kuriose šalyse RFID sistema jau gana ilgą laiką naudojama kelių mokesčiams rinkti. Automobilyje įrengtas siųstuvas, gavęs skaitytuvo signalą, automatiškai įsijungia ir perduoda jam automobilio identifikacijos numerį. Pro tokį punktą važiuojanti transporto priemonė net neprivalo sumažinti greičio. Šiuo metu visi JAV išduodami automobilių numeriai turi tokius siųstuvus. Kita sritis, kurioje šiuo metu gana plačiai taikomos RFID technologijos, – automobilių apsauga nuo vagysčių. Prieš užvedant variklį, patikrinama raktelio tapatybė. Negavus tinkamo atsakymo iš raktelyje esančio RFID lusto, automobilio variklis blokuojamas. Nors šis būdas neužtikrina visiškos apsaugos, tačiau tikrai padeda sumažinti vagysčių skaičių.

Naujieji JAV pasai taip pat turi RFID lustą, leidžiantį nustatyti asmens tapatybę ir įrodyti paso autentiškumą. Į 64 KB talpos kaupiklį įrašomi biometriniai ir asmens atpažinimą lengvinantys duomenys, gali būti nurodoma net kraujo grupė. Tokio tipo dokumentus labai sunku ar net neįmanoma suklastoti.

Kinijoje 2004 m. buvo išduota 6 milijonai naujųjų ID kortelių su integruotais RFID lustais, 2005-aisiais – 10 milijonų, o iki 2009 metų žadama išleisti milijardą tokių asmens identifikacijos dokumentų. Paprastesni (nekoduoti) įtaisai jau naudojami gyvuliams identifikuoti ir ligos (pvz., kempinligės) židiniams nustatyti. Pasimetusius naminius gyvūnus, kurių antkaklyje yra RFID etiketė, daug lengviau rasti ir grąžinti savininkams. Keletas kompanijų jau yra sukūrusios pasyviuosius RFID jutiklius, gebančius matuoti temperatūrą. Juose įrengtas kristalas įkaitęs ar atšalęs (-15 °C... +50 °C) keičia savo savybes, nuo kurių priklauso atspindimų bangų moduliavimas.

„Termometras“ veikia be jokios išorinės baterijos, yra itin plonas ir pigus. Tokie lustai pasižymi labai didelėmis pritaikymo galimybėmis. Pavyzdžiui, padangose įrengti davikliai gali pranešti apie kiekvienos jų temperatūrą ir slėgį. Tokia sistema padėtų išvengti kai kurių nelaimingų atsitikimų ir praneštų apie neefektyviai naudojamus degalus. Ne vienoje įmonėje įrengtos elektroninių spynų sistemos, kurioms atrakinti naudojamos plastikinės kortelės su RFID lustais. Tokiu būdu galima nustatyti teisę darbuotojams lankytis tam tikrose patalpose, sekti apsilankymus įvairiuose skyriuose, tiksliai apskaičiuoti darbo valandas.

Kompanija „ExxonMobil“ savo „SpeedPass“ sistemoje RFID lustus naudoja elektroniniams atsiskaitymams. Tokiais kriptografiniais raktų pakabučiais sumokėti už degalus galima daugiau nei dešimtyje tūkstančių degalinių visame pasaulyje. „Visa“ ir „MASTERCARD“ šį kovą pristatė RFID pagrįstas mokėjimo korteles. Tokios kortelės gali būti perskaitomos 10 cm atstumu, jos naudoja 3-DES algoritmą su 128 bitų raktu, užtikrinančiu perduodamų duomenų saugumą. Kortelėje esantis lustas geba atlikti kriptografinius skaičiavimus (code challenge) ir įrodyti kortelės autentiškumą. Įdomu tai, kad tokių kortelių savininkai atsiskaitydami neprivalės įvesti PIN kodo ar pasirašyti.

Naujuosiuose eurų ir JAV dolerių banknotuose nuo 2001 m. taip pat yra RFID lustai. Itin maži (mažesni nei 1 kvadratinio milimetro) lustai įspaudžiami ties apsaugos juostele. Luste saugomas banknoto serijos numeris. Tokie smulkūs lustai dažnai vadinami „protingomis dulkėmis“ („smart dust“). Pakaitinus banknotą mikrobangų krosnelėje, lustas perkaista ir popieriuje palieka mažą skylutę. Dolerio banknotų lustai išdegina gana didelę skylę viduryje. Dėmesio: nebandykite to daryti namuose!

Ant kai kurių vaistų pakuočių jau dabar lipdomos identifikacinės etiketės – tokiu būdu siekiama užtikrinti vaistų autentiškumą ir kokybę. Ateityje RFID pagrįstos sistemos gali padėti išvengti apmaudžių klaidų medicinos įstaigose ar namuose. Kai kuriose moderniose bibliotekose RFID etiketės ir patalpų kampuose išdėstytos antenos naudojamos knygoms rasti bei tvarkyti. Pamatavus laiką tarp užklausos ir atsako, galima nustatyti nuotolį iki objekto. Pasitelkus aukštųjų dažnių bangas, šis atstumas nustatomas itin tiksliai, knygos nepasimeta, jas lengviau rasti, identifikuoti.

Didžiausias pasaulyje parduotuvių tinklas „Wall-Mart“ gabenamas prekių dėžes jau žymi RFID etiketėmis. Ateityje didžiausi pokyčiai numatomi būtent logistikos srityje: bus galima tiksliai stebėti, kada krovinys buvo išgabentas, kur iškrautas ir vėl pakrautas, taip pat bus galima lengviau planuoti ir tvarkyti tiekimo srautus (supply chain). Moderniuose laivuose, traukiniuose ir furgonuose gali būti montuojami GPS ir RFID imtuvai, siekiant nustatyti tikslią transporto priemonės buvimo vietą ir gabenamo krovinio turinį. Pasitelkus mobiliuosius (GPRS, EDGE) ar kitus tinklus, informaciją apie skubias siuntas galima sekti realiuoju laiku.

Ateities vizijos

„CeBIT 2006“ parodoje bendrovė „Metro Group“ 2800 kv. m plote pristatė ateities parduotuvės (Future Store Initiative) ir kitas vizijas. Šiemet RFID etikečių kainoms sumažėjus iki 4–5 euro centų, galima pradėti ženklinti visus parduodamus gaminius. Galbūt ateityje pasirinktas prekes paprasčiausiai galėsime išsinešti. Sistema gebės atpažinti visą prekių krepšelio turinį ir, pamojavus RFID mokėjimo kortele, leis išeiti iš parduotuvės. Informacijos punktai su lietimui jautriais ekranais gali nurodyti, kur yra pageidaujama prekė, rekomenduoti vyną, prieskonius ir kt. Šiųmetėje parodoje buvo pristatyti ir modernūs viešojo transporto bilietų prototipai. Sistema veikia panašiu principu, kaip ir anksčiau aprašytos mokėjimo kortelės, tačiau naudoja silpnesnę šifravimo sistemą.

Vienas įdomesnių RFID pritaikymo būdų – po asfaltu įrengti pasyvieji lustai, leidžiantys pravažiuojančiam automobiliui tiksliai žinoti savo vietą. Tokie įrenginiai galėtų patikslinti GPS imtuvo turimus duomenis ir būti naudojami tuneliuose, požeminėse stovėjimo aikštelėse ir kitose vietose, kurių nepasiekia palydoviniai GPS signalai.

Verta paminėti ir išmoningojo šaldytuvo, išmoningosios mikrobangų krosnelės ir išmoningosios skalbyklės vizijas. Tokie demonstraciniai įrenginiai galėtų nustatyti, kokių maisto produktų trūksta, kurių produktų galiojimo laikas jau yra pasibaigęs, taip pat automatiškai parinkti kepimo laiką ir intensyvumą. Išmoningoji skalbyklė pagal drabužiuose esančias atsparias etiketes automatiškai parinktų tinkamiausią skalbimo režimą arba praneštų apie nesuderinamus skalbinius (balti su spalvotais, skirtingų skalbimo temperatūrų ir pan.). Nors tokie įrenginiai kol kas dar negaminami, tačiau „Metro Group“ specialistai tikisi, jog ateityje panašios sistemos palengvins kasdienę buitį ir padės išvengti apmaudžių klaidų.

Pavojai

Kaip ir kiekviena galinga technologija, taikoma daugelyje svarbių sričių, RFID taip pat susiduria su daugybe saugumo problemų. Galimybė keisti etiketėje esančią informaciją gali būti pavojinga tai sumanius padaryti atitinkamą įrangą turinčiam piktadariui. Būtent dėl šios priežasties į daugelį lustų diegiamos bitų „užrakinimo“ funkcijos – galima visiškai uždrausti keisti tam tikrą arba visą luste esančią informaciją. Svarbu, kad pardavėjai nepamirštų to padaryti prieš dėdami prekes į lentynas.

Kitas pastaruoju metu paplitęs pavojus – RFID virusai. Į neapsaugotą (neužrakintą) lustą įrašius piktybinę SQL užklausą (SQL injection), galima pažeisti prastai suprogramuotas sistemas, kurios nesugebės patikrinti RFID etiketės duomenų. Vietoj papildomų duomenų paieškos (ar kitos užklausos) įvykdytas piktybinis SQL kodas gali paveikti visos duomenų bazės struktūrą. Tačiau šio pseudoviruso galimybė yra tik teorinė ir ji labiau susijusi su itin prastai suprogramuotomis sistemomis, nei su pačia RFID technologija.

Saugumo problemos yra išsprendžiamos: gamintojai ir pardavėjai mokomi naudotis aparatūra ir kompiuterių sistemomis, duomenys lustuose koduojami, diegiamos kriptografijos funkcijos, atsakymo tik pažįstamiems skaitytuvams savybės, mažinami svarbius duomenis saugančių lustų veikimo nuotoliai. Tačiau daug didesnį susirūpinimą kelia privatumo klausimai. Ar dėl naujųjų RFID sistemų gyvenimas netaps panašus į G. Orwello „1984-uosius“?

„CeBIT 2006“ parodos metu vyko Europos Komisijos konferencija „RFID revoliucija - iššūkiai ir galimybės veikti“, kurioje buvo aptartos bendrų standartų diegimo galimybės, su saugumu ir privatumu susiję klausimai, galimos RFID plėtros kryptys. Nauji pasai, turintys RFID lustus, gali būti gaminami su viršeliais, nepraleidžiančiais elektromagnetinių bangų. Tokiu būdu būtų galima apsisaugoti nuo sekimo, nes, specialistų teigimu, pasitelkus itin galingą įrangą, įmanoma nuskaityti RFID luste esančią informaciją daug didesniu atstumu, nei buvo numatyta kuriant lustą.

Daug nepasitenkinimo sukėlę pagal RFID technologiją pažymėti dolerių ir eurų banknotai taip pat potencialiai leidžia sekti atskirus individus. Nuo šiol ne tik atsiskaitymai kortele, bet ir grynųjų pinigų srautai gali būti sekami. Siekiant apsaugoti kreditines korteles ir pinigus, į pinigines įsiuvama aliuminio folija, patikimai atspindinti elektromagnetines bangas. Gali būti, jog ateityje sulauksime vis daugiau tokių piniginių ir rankinių. Tiesa, mobiliesiems telefonams tokios rankinės turbūt ne itin patiks.

Kalifornijos senatorė Debra Bowen dar 2003 m. retoriškai klausė: „Ar jums patiktų, jei, pavyzdžiui, vieną dieną sužinotumėte, jog dėvimos kelnės praneša jūsų buvimo vietą?“ „Metro Group“ savo ateities parduotuvėje pateikė įtaisą, sunaikinantį RFID etiketes. Jei pirkėjas nenori, kad kiti asmenys turėtų potencialią galimybę pažiūrėti, kas jo pirkinių krepšelyje, pirkinių etiketes jis gali išjungti visam laikui. Tačiau tokiu būdu pirkėjas turbūt prarastų galimybę naudotis išmoningųjų įrenginių (šaldytuvo, skalbyklės ir kt.) privalumais. Daugelis privatumo problemų išsprendžiamos ar apeinamos, tačiau tikrai ne visos. Sakoma, kad mes niekuomet nesprendžiame problemų – tiesiog keičiame tas, kurios mums nepatinka, į tas, kurios atrodo ne tokios didelės.

Labai tikėtina, kad RFID technologijų taikymas kitą dešimtmetį augs geometrine progresija. Atsiras daug naujų, patogesnių sistemų. Atsiras ir žmonių, kurie jose įžvelgs daugiau pavojų nei naudos. Tačiau RFID revoliucija neišvengiama, tad pravartu žinoti jos mastą, naujas galimybes, tariamus ir realius pavojus.