Technische Universität Dresden, Fakultät Wirtschaftswissenschaften
Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik, insbesondere Systementwicklung
Dresden, 24. Juli 2006

RFID - Ein Überblick

von: Jörg Hermes

Inhaltsverzeichnis

0 Einleitung 1

1 Grundlagen der RFID-Technologie 3

1.1 Prinzip der Energieversorgung  3
1.2 Antikollisionsverfahren  4
1.3 Frequenzbereiche  5
1.4 Speichertechnologien &-kapazitäten  6
1.5 Standards 7

2 Anwendungspotenziale von RFID 8

2.1 Potenziale für die Wirtschaft 8

2.1.1 Kennzeichnung von Objekten 9
2.1.2 Echtheitsprüfung von Dokumenten  9
2.1.3 Instandhaltung und Reparatur, Rückrufaktionen 10
2.1.4 Diebstahlsicherung und Reduktion von Verlustmengen 10
2.1.5 Zutritts-und Routenkontrollen 10
2.1.6 Umweltmonitoring und Sensorik  11
2.1.7 SCM - Automatisierung, Steuerung und Prozessoptimierung  11

2.2 Potenziale für den Konsumenten  12

3 RFID und Privatsphäre 13

4 Risiken und Hemmnisse 15

4.1 Risiken durch RFID-Viren 15
4.2 Hemmnisse 16

5 Konzepte zur Erhöhung der Sicherheit 18

6 RFID vs. Barcode 20

6.1 Abgrenzung der Identifizierungskonzepte  20
6.2 Vorteile des Barcodes gegenüber RFID  20

7 RFID-Hardware 22

7.1 Tags  22
7.2 Lese/Schreibgeräte  23

8 Fazit 24

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

Anhänge

A Überblick über RFID-Standards

A.1 ISO-Standards
A.2 EPCglobal-Standards

B Privatspharenschutz-Checkliste
C Algorithmus von Karthikeyan und Nesterenko
D Überblick über Eigenschaften von Tags in Abhängigkeit der verwendeten Frequenz

Abstract

Vorliegende Arbeit soll einen Überblick über das umfangreiche Themengebiet „Radio Frequency Identification (RFID)“ geben. Nach Erläuterung der Grundlagen wird auf Potenziale aufseiten der Wirtschaft und des Konsumenten eingegangen. Anschließend werden die Auswirkungen der Technologie in Hinblick auf die Privatsphäre erörtert. Im weiteren Verlauf werden Risiken und Hemmnisse sowie Konzepte zur Erhöhung der Sicherheit formuliert. Schlussendlich wird ein Vergleich mit dem Barcode gezogen, RFID-Hardware beschrieben und ein Fazit gezogen.

0 Einleitung

RFID - Radio Frequency Identification, sinngemäß übersetzt „kontaktlose Identifikation“, ist eine aufkommende Querschnittstechnologie, die in Anbetracht ihrer technischen Möglichkeiten Auswirkungen auf die Wirtschaft und die verschiedensten Ebenen der Gesellschaft haben wird. Dabei ist die Technologie nicht neu. Vielmehr gehen ihre Wurzeln zurück bis in die 40er Jahre des letzten Jahrhunderts. Damals nutzte das Amerikanische Militär eine auf Radiowellen basierende Technologie zur Identifikation von alliierten Flugzeugen (vgl. [BrRi03], S. 11). In den 60er Jahren wurden RFID-Systeme erstmals im zivilen Bereich in Form von Warensicherungssystemen eingesetzt. In den 70er Jahren wurde die Technologie zur Kennzeichnung von Tieren angewandt. In den darauffolgenden zwanzig Jahren wurde das Potenzial der Technologie erkannt und die Einsatzgebiete wurden auf Mautsysteme, Wegfahrsperren und Zugangskontrollen erweitert, um nur einige Beispiele zu nennen. Jedoch zeichnet sich erst in den letzten Jahren der wahre Durchbruch der Technologie ab, da u. a. Standards wie der Electronic Product Code (EPC) sowie ISO-Normen für die RFID-Luftschnittstelle spezifiziert wurden. Die zukünftige Entwicklung darf mit Spannung erwartet werden, da eine große Vielfalt von Einsatzgebieten denkbar und ökonomisch sinnvoll ist. Das größte Potenzial wird die Technologie im Bereich der Logistik ausspielen konnen, da nun erstmals die vollständige Integration der physischen mit der digitalen Welt möglich wird. Der Einsatz von RFID nimmt derzeit stetig zu, wird jedoch u. a. noch durch zu hohe Preise für RFID-Einheiten (Tags) gebremst. Die Anwendung von RFID ist weiterhin als zentraler Schritt zur weiteren integrierenden Technikentwicklung in Richtung „Ubiquitous Computing“ - frei übersetzt: Allgegenwart der Informationstechnologie - zu sehen. Dabei birgt sie die Gefahr das alltägliche Leben für Dritte transparenter werden zu lassen, was tief greifende Auswirkungen für das Verständnis von Sicherheit und Privatsphäre haben kann. Deshalb ist ein öffentlicher Dialog mit Politik, Wirtschaft, zivilrechtlichen Gruppen sowie Bürgern über diese Probleme zu führen. Neben dem voraussichtlich nur temporären Problem der Tag-Kosten wird es zu massiven Akzeptanzproblemen kommen, falls die Öffentlichkeit nicht rechtzeitig ausreichend über die Technologie, deren Möglichkeiten und potenzielle Gefahren sowie die Folgen für die Privatsphäre aufgeklärt wird. Nicht außer Acht zu lassen sind auch die negativen Folgen der zu erwartenden Rationalisierungseffekte auf die Gesellschaft in „(...) ohnehin bereits hochmobilen und flüchtigen Lebens- und Arbeitswelten“. ([BSI04], S. 12)

Im folgenden Kapitel werden die Grundlagen der RFID-Technologie erläutert. Im anschließenden Kapitel 2 werden die verschiedenartigen Potenziale der Technologie aufgezeigt. Daran schließt die ausführliche Darlegung der Auswirkungen von RFID auf die Privatsphäre an. In Kapitel 4 werden Risiken und Hemmnisse formuliert. Kapitel 5 legt den Fokus auf Konzepte zur Erhöhung der IT- und Privatsphären-Sicherheit. In Kapitel 6 wird die Barcode-Technologie gegenüber RFID abgegrenzt und Vorteile des Barcodes erklärt. Im vorletzten Kapitel werden Unterschiede von RFID-Hardware beschrieben. Schließlich wird ein Fazit gezogen.

1 Grundlagen der RFID-Technologie

Mit RFID-Technologie ist es möglich Objekte automatisch über Funk zu identifizieren. RFIDSysteme werden i. d. R. dort eingesetzt, wo automatisch gekennzeichnet, erkannt, registriert, gelagert, überwacht oder transportiert wird. Dabei ist ein RFID-System durch drei Eigenschaften gekennzeichnet:

1. Elektronische Identifikation: Objekte werden eindeutig durch elektronische Daten gekennzeichnet.
2. Kontaktlose Datenübertragung: Objektdaten können drahtlos über einen Funkfrequenzkanal ausgelesen werden.
3. Senden auf Abruf: Ein Objekt sendet seine Daten nur dann, wenn ein Lesegerät diese anfordert. (vgl. [BSI04], S. 27)

Technologisch gesehen besteht ein RFID-System aus einem Transponder, einem Lesegerät und der Middleware (siehe Abbildung 1). Der Transponder oder Tag ist ein Computerchip, der eine Antenne besitzt und z. B. eine Identifikationsnummer kommunizieren kann. Er wird an dem zu kennzeichnenden Objekt angebracht oder integriert und ist das Äquivalent zum derzeitigen Barcode. Der Tag kann ausgelesen und je nach Art des Tags wieder beschrieben werden. Transponder existieren in den unterschiedlichsten Varianten, wie in Kapitel 7.1 dargelegt wird. Das Lesegerät besteht aus einer Leseeinheit und einer Antenne und kann Tags sowohl auslesen als auch beschreiben. Es ist mit der Middleware verbunden. Aufgabe der Middleware ist das Sammeln, die Aggregation und Filterung sowie die Weiterleitung der Daten an betriebliche Informationssysteme. Die Filterung der Daten ist hierbei eine sehr wichtige Aufgabe, da durch sie die Systemleistung entscheidend beeinflusst wird (vgl. [StFl05a], S. 46).

1.1 Prinzip der Energieversorgung

Transponder können in aktive und passive Transponder unterschieden werden. Aktive Transponder verfügen über eine eigene Energiequelle zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen. Sie befinden sich i. d. R. im Ruhezustand und wachen auf sobald ein Lesegerät eine Anfrage stellt. Passive Transponder werden über Funkwellen mit Energie versorgt. Im Vergleich zu aktiven Transpondern besitzen sie normalerweise eine geringere Reichweite. Die Energieversorgung wird hauptsächlich durch das Verfahren der induktiven Kopplung erreicht. Findet die Energieversorgung über induktive Kopplung statt, besitzt der Transponder ein Radiofrequenzmodul in Form einer großflächigen Spule. Diese fungiert als Antenne.

Abbildung 1: Aufbau eines RFID-Systems ([StFl05a], S. 47) [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

Die Antennenspule des Lesegeräts erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Dieses elektromagnetische Feld durchdringt die Antennenspule des Transponders, sofern dieser in Reichweite ist. Durch In-duktion wird anschließend im Transponder eine Spannung generiert, die als Energieversorgung dient. Um kommunizieren zu können, müssen Transponder und Lesegerät dieselbe Frequenz benutzen. Dies wird dadurch erreicht, dass sowohl der Antenne des Lesegeräts als auch der des Transponders ein Kondensator parallel geschaltet wird. Diese Parallelschaltung bewirkt die Entstehung eines Schwingkreises mit einer gewissen Resonanzfrequenz. Wird nun die Kapa-zitat des Kondensators des Transponders so gewählt, dass die entstehende Resonanzfrequenz der des Lesegeräts gleich ist, können die beiden Komponenten kommunizieren (vgl. [BSI04], S. 31 f., [StFl05a], S. 46).

Abbildung 2: Passiver Transponder [Ass06] [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

1.2 Antikollisionsverfahren

RFID-Systeme werden häufig eingesetzt, um viele Objekte gleichzeitig zu identifizieren (Pulkerkennung). Um dies zu gewährleisten, müssen Antikollisionsverfahren während der Datenübertragung angewandt werden. Von Bedeutung sind das transpondergesteuerte „Aloha-Verfahren“ und das schnellere, lesegerätgesteuerte „Tree-Walking-Verfahren“. Beim Aloha-Verfahren sendet das Lesegerät ein stets gleichlautendes Request-Kommando an alle Tags. Diese reagieren darauf mit einer individuellen, zufälligen Zeitverzögerung und sen-den ihre gespeicherte Daten. Die Datenübertragung eines Tags ist verglichen mit der Dauer des Request-Intervalls kurz. Daher kommt es bei einer begrenzten Anzahl von Tags im Lesebereich nur sehr selten zu Kollisionen. Durch mehrfaches Durchlaufen dieses Zyklus ist die Chance hoch, dass alle Tags ihre Daten mindestens einmal kollisionsfrei übertragen können. Beim Tree-Walking-Verfahren führt das Lesegerät eine deterministische Suche durch den Adressraum der möglichen Identifikationsnummern aus. Alle Tags werden durch ein Request- Kommando dazu aufgefordert ihre ID-Nummer, beginnend von der höchsten Stelle, zu senden. An einer niederen Stelle i der Bitfolge werden zwei Tags gleichzeitig verschiedene Bits senden, was zu einer Kollision führt. Nun wird an der Stelle i eine Verzweigung des binären Adressraums ausgewählt und weiterverfolgt. Treten in niederen Stellen erneut Kollisionen auf, wird dieser Vorgang so lange wiederholt bis nur noch ein einziges Tag antwortet. Nach Auslesen wird dieses stumm geschaltet. Jetzt werden die restlichen Tags ab der Stelle i der ersten Verzweigung nach dem gleichen Muster selektiert und identifiziert (vgl. [BSI04], S. 34-37).

1.3 Frequenzbereiche

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