System RFID – co to i jak działa? Porównanie różnych tagów i kart

RFID to po prostu identyfikacja za pomocą fal radiowych. Skrót RFID pochodzi z angielskiego Radio-Frequency Identification. Tę technologię stosuje się w codziennym życiu (m.in. w kontroli dostępu, handlu czy płatnościach zbliżeniowych). Z tego wpisu dowiesz się m.in. jak działa RFID. W artykule porównamy tagi RFID (rodzaje znaczników) o różnych częstotliwościach oraz omówimy kwestie bezpieczeństwa fizycznej i wirtualnej karty płatniczej. Prześwietlimy także budowę anteny RFID. 

RFID – jak działa? 

System zdalnej identyfikacji radiowej daje możliwość szybkiego odczytu i przesyłu danych. Dzięki wykorzystaniu fal radiowych da się także zasilić elektroniczny układ (etykietę RFID), który stanowi etykietę obiektu, aby bezdotykowo zidentyfikować obiekt za pomocą czytnika. Co to jest system RFID i jak jest zbudowany? Etykiety RFID stosuje się m.in. w systemach do inwentaryzacji towaru. Dane mogą być odczytywane, transmitowane, a także zmieniane drogą radiową nawet z dużej odległości. Jak dużej? Zasięg konieczny do odczytu zależy od:

• zastosowanej anteny we wkładzie,
• rodzaju czytnika RFID,
• pasma częstotliwości (najbardziej popularne to 125 kHz  i 13.56MHz, jednak występują też np. 860 - 956 MHz).

Budowa systemu RFID

Najbardziej podstawowy system RFID zbudowany jest z dwóch układów elektronicznych: czytnika oraz transpondera (zwanego znacznikiem, a czasem tagiem RFID).

• Czytnik RFID zawiera generator częstotliwości, obwód rezonansowy z cewką, która stanowi równocześnie antenę i woltomierz, który wskazuje napięcie panujące w detektorze (obwodzie rezonansowym). 
• Transponder (znacznik lub tag RFID) składa się z obwodu, który jest dostrojony do częstotliwości sygnału w czytniku i mikroprocesora. Anteny transpondera i czytnika RFID znajdują się od siebie w pewnej odległości, jednak w taki sposób, aby obie cewki mogły być ze sobą sprzężone magnetycznie. W tym artykule pojęć transponder, znacznik i tag, będziemy używać zamiennie.

Czytnik jest elementem centralnym i aktywnym. Zawiera on nadajnik i odbiornik fal radiowych. Taki czytnik RFID może być samodzielnym urządzeniem lub może być podłączony do centralnego sterownika (np. komputera ze specjalną kartą rozszerzeń i oprogramowaniem). Znacznik jest układem scalonym, który współpracuje ze specjalną anteną. W dużym skrócie: po zbliżeniu znacznika do czytnika, antena zaczyna odbierać falę nośną, która jest cyklicznie nadawana z czytnika. 

RFID – przykłady zastosowania

RFID towarzyszy nam każdego dnia w różnych dziedzinach życia. Z identyfikacją obiektów przy pomocy fal radiowych spotykasz się chociażby w szatni na basenie (dostęp do szafek za pomocą gumowych, wodoodpornych zegarków), w sklepach (znakowanie towaru) czy podczas imprez sportowych (np. pomiary czasu na zawodach biegowych). Wszędzie tam wykorzystuje się właśnie RFID. Zastosowanie tej technologii jest więc naprawdę szerokie. Czytniki kart zbliżeniowych i breloków RFID stały się też swego czasu mocno popularne w budynkach mieszkalnych. 

Oto najpopularniejsze przykłady użycia RFID:

• handel (RFID pozwala tu m.in. zabezpieczać towar przed kradzieżą, przeprowadzać remanent, lokalizować asortyment w danych strefach, monitorować aktualny stan magazynu);
• kontrola dostępu (kontrola czasu pracy, wstęp lub ograniczenie dostępu ludzi do wybranych lokalizacji i maszyn, zarządzanie ruchem, systemy parkingowe);
• urządzenia mobilne (płatności zbliżeniowe, przesył informacji pomiędzy urządzeniami). 

Z użyciem RFID wiąże się oczywiście szereg zagrożeń, np. ryzyko niepożądanego odczytania danych. Z tego względu wielu ludzi chętnie korzysta np. z portfeli RFID czy ochrony RFID i NFC Blockera. Istnieją też narzędzia (tj. ChameleonUltra), które mogą być wykorzystane do oceny bezpieczeństwa w środowiskach RFID i NFC w różnych scenariuszach ataków. 

Sprawdź też wpis na blogu Sapsan: co to jest karta RFID?

Standardy systemów RFID – przegląd częstotliwości

Istnieje kilka standardów systemów RFID. Podział następuje ze względu na częstotliwości działania. 

Częstotliwość 125 kHZ

Na częstotliwości pracy (125 kHz) działa system zwany Unique. Podobnym systemem jest Hitag. 

• Posiadają one prostą konstrukcję i znaczniki pasywne małego zasięgu (kilka cm). 
• Wolna transmisja danych: od 2kb/s (Unique) do 4kb/s (Hitag). 
• Dane nie są uwierzytelniane i nie są chronione w żaden sposób. Gdy karta znajdzie się w zasięgu czytnika od razu zaczyna przesyłać sygnał. 
• W takich systemach po prostu przykłada się znacznik do czytnika (otwieranie drzwi, szafek, rejestracja pracowników).
• Niski poziom bezpieczeństwa (łatwość kopiowania i odczytu karty z czyjejś kieszeni). 

Częstotliwość 13,56 MHz

Na częstotliwości 13,56 MHz działają systemy Mifare i NFC. Mogą one działać z transponderami pasywnymi, ale także z tagami aktywnymi, wymieniając między sobą dane, co stwarza już duże możliwości. Tagi aktywne potrzebują już oczywiście osobnego zasilania.

• Prędkość transmisji to 800 kb/s. Wykorzystanie złożonych protokołów.
• Zasięg działania - 1 m (Mifare), 20 cm (NFC).

• Wysoka odporność na zakłócenia.
• Systemy RFID na tej częstotliwości obsługują szyfrowanie, uwierzytelnianie i kryptografię.
• Przykładowe zastosowanie: obsługa kart kredytowych, systemy antykradzieżowe w handlu, aplikacje sprzedaży biletów, płatności telefonem.
• Wysoki poziom bezpieczeństwa.

Częstotliwość 860 - 956 MHz

Istnieją też systemy RFID najnowszej generacji pracują na najwyższych częstotliwościach (zakres od 860 MHz do 956 MHz). Nie będziemy ich jednak tutaj opisywać szerzej. Wymienimy tylko główne cechy, do których należą:

• zasięg - ponad 20 m,
• duża prędkość przesyłania danych,
• możliwość odczytania wielu tagów jednocześnie w krótkim czasie.

Jak wyglądają transpondery RFID?

Transpondery (znaczniki lub tagi RFID) mogą występować w postaci:

• cieńszych i grubszych kart, 
• breloczków, 
• monet, 
• naklejek, 
• pierścionków 
• opasek na rękę. 

Mogą też być bardzo dyskretnymi, małymi i elastycznymi paskami samoprzylepnymi lub takimi, które wszywa się do metek odzieży. 

Patrząc tylko na obudowy znaczników RFID, nie sposób jest odróżnić na jakich częstotliwościach lub protokole działa dany tag. Zwłaszcza, że producenci często wykorzystują podobny lub identyczny rodzaj obudowy do różnych typów breloków RFID, które działają na innych częstotliwościach. Na zewnątrz, wizualnie tag może więc wyglądać bardzo podobnie, ale w środku być zupełnie inny. 

Jak odróżnić tagi RFID niskiej i wysokiej częstotliwości? 

Zamiast zgadywać na jakiej częstotliwości pracuje dany tag RFID, możesz prześwietlić jego antenę. Dosłownie przyłóż kartę do lampy i przepuść przez nią światło. Znaczniki o niskiej częstotliwości (125 kHZ) charakteryzuje antena RFID wykonana z cieniutkiego drutu. Ale uwaga: antena ta ma zwykle dużą liczbę zwojów, dlatego może sprawiać wrażenie solidnego kawałka metalu. Karty RFID o wysokiej częstotliwości (13,56 MHz) mają o wiele mniejszą liczbę grubszych zwojów i widoczne przerwy między tymi zwojami. 

Bezpieczeństwo wirtualnych i fizycznych kart bankowych

Tagi niskiej częstotliwości mają to do siebie, że łatwo je odczytać, zapisać i sklonować na nową kartę lub wyeksportować do analizy. Urządzeniem, które umożliwia m.in. emulację tagów RFID jest Flipper One. Jednak może on tego dokonać zarówno w przypadku tagów wysokiej częstotliwości! Jak więc w takim wypadku wygląda bezpieczeństwo kart bankowych (w formie fizycznej i wirtualnej)?

• Na wirtualnych kartach bankowych, gdy płacimy smartfonem, działa mechanizm zmiany UID. Na czym on polega? Działa to tak, że za każdym razem, gdy odczytuje się kartę za pomocą Flippera, to numer UID się zmienia. Dzięki temu, ktoś z zewnątrz nie jest w stanie dopasować transakcji do naszej karty bankowej. Imię i nazwisko posiadacza wirtualnej karty również jest niedostępne. 
• W przypadku fizycznych kart bankowych, po emulacji tagów, istnieje możliwość dokonania płatności internetowej (jeśli data ważności i numer karty są znane) oraz czasami jest też dostępne imię i nazwisko posiadacza karty. 

Wirtualna karta dostarcza więc mniej informacji i jest bezpieczniejsza w przypadku płatności offline. 

System RFID – zalety i wady

Skoro wiemy już, co to jest RFID i jak działa, warto przyjrzeć się jego silniejszym i nieco słabszym punktom. Ma on naprawdę wiele zalet, które przyczyniają się do jego szerokiego zastosowania RFID w bardzo różnych dziedzinach życia. Przede wszystkim, zasada działania RFID umożliwia szybki i bezdotykowy odczyt danych z tagów, co znacznie przyspiesza procesy identyfikacji, monitorowania i zarządzania zasobami. 

System RFID ma zastosowanie m.in. w logistyce (to, jak działa RFID, ułatwia m.in. inwentaryzację, śledzenie przesyłek na każdym etapie łańcucha dostaw oraz automatyzację procesów magazynowych, co prowadzi do znacznej oszczędności czasu i redukcji błędów). Tak naprawdę wszystkie branże, które wykorzystują RFID do automatyzacji, redukcji kosztów operacyjnych i zwiększenia wydajności bardzo wiele zyskują. Oznacza to, że technologia RFID jest dla nich niezwykle cenną inwestycją.

Systemy RFID mogą działać z dużej odległości, a w przypadku niektórych częstotliwości, możliwe jest nawet odczytywanie wielu tagów jednocześnie. Dzięki temu RFID jest niezwykle efektywnym rozwiązaniem w magazynach, sklepach czy na liniach produkcyjnych. Kolejną zaletą jest możliwość integracji RFID z innymi systemami, co umożliwia automatyzację wielu procesów i redukcję błędów ludzkich.

Jednak system RFID nie jest pozbawiony wad. Jednym z głównych problemów jest kwestia bezpieczeństwa danych, zwłaszcza w starszych systemach działających na niskich częstotliwościach, które są podatne na nieautoryzowane odczyty i klonowanie. Koszty wdrożenia systemów RFID, zwłaszcza tych zaawansowanych, mogą być również wysokie, co stanowi barierę dla mniejszych przedsiębiorstw. Ponadto skuteczność działania systemu RFID może być ograniczona przez zakłócenia elektromagnetyczne oraz obecność metali lub cieczy, które mogą utrudniać transmisję fal radiowych.

Podsumowanie + ciekawostki o RFID

RFID –  co to znaczy? Jest to skrót od angielskiego Radio-Frequency Identification,  technologia ta codziennie wpływa na nasze życie, często w sposób, który może umknąć naszej uwadze! W podsumowaniu tego wpisu postanowiliśmy zawrzeć kilka interesujących faktów, które wprawdzie nie zostały omówione w artykule, a które mogą dodatkowo wzbogacić Twoją wiedzę na temat RFID.

• Czy wiesz, że choć RFID może wydawać się nowoczesną technologią, jej korzenie sięgają czasów II wojny światowej? Tak to prawda! Właśnie w tym okresie w Wielkiej Brytanii opracowano technologię, która pozwoliła na identyfikację samolotów bez ich fizycznego kontaktu z radarami. Niewiele osób zdaje sobie sprawę, że to wczesne zastosowanie technologii RF (radiowych fal) stanowiło fundament dla późniejszego rozwoju RFID.

• Technologia RFID często pojawiała się w różnych filmach jako element futurystycznych wizji i zaawansowanych systemów zarządzania. A w jednym z odcinków popularnego serialu telewizyjnego Teoria Wielkiego Podrywu (org. „The Big Bang Theory”) Sheldon szykuje się do wyjazdu i używa RFID do zarządzania swoimi rzeczami. Zobacz to na Youtube: The Bing Bang Theory RFID Tags 😂

• RFID znalazło swoje miejsce również w świecie mody. Niektóre bardzo ekskluzywne marki zaczęły stosować tagi RFID w metkach odzieżowych, aby monitorować autentyczność produktów i zapobiegać wszelkim fałszerstwom. 

• RFID może być wykorzystywane nie tylko w poważnych i biznesowych zastosowaniach, ale również w zabawie. Na przykład, w parkach rozrywki i muzeach, RFID jest używane do tworzenia interaktywnych doświadczeń dla odwiedzających. Tagi RFID w opaskach mogą personalizować doświadczenia, takie jak interaktywne gry i aplikacje, w zależności od tego, jakie atrakcje odwiedza użytkownik.

Cóż, jak widać RFID jest ciekawą technologią, która nieustannie się rozwija i zaskakuje nas swoimi wszechstronnymi zastosowaniami. Wpływ na różne branże i codzienne życie jest ogromny, a przyszłość obiecuje jeszcze więcej innowacji.

Wbijaj na nasz Instagram: LINK Regularnie dzielimy się tam nowinkami technologicznymi i praktycznymi poradami!