Система RFID: что это такое, как работает, виды меток и карт

RFID — технология идентификации объектов с помощью радиоволн. Аббревиатура происходит от английского Radio-Frequency Identification. RFID применяется в повседневной жизни, в том числе в системах контроля доступа, торговле и бесконтактных платежах. В этой статье мы разберём принцип работы RFID, сравним RFID-метки разных частотных диапазонов, обсудим безопасность физических и виртуальных платёжных карт, а также рассмотрим устройство RFID-антенны.

RFID — как это работает?

Система радиочастотной идентификации позволяет быстро считывать и передавать данные. Радиоволны могут не только переносить информацию, но и питать электронную схему RFID-метки, которая служит идентификатором объекта. Благодаря этому считыватель распознаёт объект без физического контакта. RFID-метки применяются, например, в системах учёта товаров. Данные можно считывать, передавать и изменять по радиоканалу даже на значительном расстоянии. Конкретная дальность считывания зависит от:

• антенны, установленной в метке;
• типа RFID-считывателя;
• рабочего диапазона частот — чаще всего используются 125 кГц и 13,56 МГц, но встречаются и другие диапазоны, например 860–956 МГц.

Конструкция системы RFID

Простейшая система RFID состоит из двух электронных узлов: считывателя и транспондера, который также называют меткой или RFID-тегом.

• RFID-считыватель содержит генератор частоты, резонансный контур с катушкой, которая одновременно служит антенной, и вольтметр, измеряющий напряжение в детекторе — резонансном контуре.
• Транспондер — метка или RFID-тег — состоит из контура, настроенного на частоту сигнала считывателя, и микропроцессора. Антенны транспондера и RFID-считывателя находятся на некотором расстоянии друг от друга, но расположены так, чтобы их катушки могли быть магнитно связаны. Далее термины «транспондер», «метка» и «тег» используются как взаимозаменяемые.

Считыватель является центральным активным элементом системы и содержит передатчик и приёмник радиоволн. Он может работать автономно либо подключаться к центральному контроллеру, например к компьютеру со специальной платой расширения и программным обеспечением. Метка представляет собой микросхему со специальной антенной. Когда метку подносят к считывателю, её антенна принимает несущую волну, которую считыватель передаёт циклически.

Примеры применения RFID

RFID окружает нас во многих сферах повседневной жизни. С этой технологией можно столкнуться в раздевалке бассейна, где водонепроницаемый RFID-браслет открывает шкафчик, в магазинах при маркировке товаров и на спортивных мероприятиях при измерении времени участников. Бесконтактные карты и RFID-брелоки также широко применяются в системах доступа жилых домов.

Наиболее распространённые области применения RFID:

• торговля — защита товара от кражи, инвентаризация, определение местоположения товаров по зонам и контроль складских остатков;
• контроль доступа — учёт рабочего времени, разрешение или ограничение доступа к помещениям и оборудованию, управление движением и парковочные системы;
• мобильные устройства — бесконтактные платежи и обмен информацией между устройствами.

С RFID связан и ряд угроз, например риск несанкционированного считывания данных. Для защиты используют RFID-кошельки, экранирующие чехлы и блокираторы RFID/NFC. Существуют также инструменты, например ChameleonUltra, с помощью которых специалисты оценивают безопасность RFID- и NFC-систем в различных сценариях атак.

Читайте также статью в блоге SAPSAN: «Что такое RFID-карта?»

Стандарты систем RFID — обзор частот

Существует несколько стандартов RFID-систем, которые различаются прежде всего рабочей частотой.

Частота 125 кГц

На рабочей частоте 125 кГц используется система Unique; к похожим решениям относится Hitag.

• Простая конструкция и пассивные метки с небольшой дальностью действия — несколько сантиметров.
• Низкая скорость передачи данных: от 2 кбит/с для Unique до 4 кбит/с для Hitag.
• Данные не аутентифицируются и никак не защищены. Как только карта оказывается в зоне действия считывателя, она начинает передавать сигнал.
• Для работы метку достаточно поднести к считывателю — так открывают двери и шкафчики или регистрируют сотрудников.
• Низкий уровень защиты: карту легко скопировать или считать, в том числе из чужого кармана.

Частота 13,56 МГц

На частоте 13,56 МГц работают системы MIFARE и NFC. Они поддерживают пассивные транспондеры и активные метки, которые могут обмениваться данными. Для активных меток требуется отдельный источник питания.

• Скорость передачи данных — 800 кбит/с; используются более сложные протоколы.
• Дальность действия — 1 м для MIFARE и 20 см для NFC.

• Высокая помехоустойчивость.
• RFID-системы этого диапазона поддерживают шифрование, аутентификацию и другие криптографические механизмы.
• Примеры применения: банковские карты, противокражные системы в торговле, продажа и проверка билетов, мобильные платежи.
• Высокий уровень безопасности.

Частота 860 - 956 МГц

Существуют также RFID-системы нового поколения, работающие в более высоком диапазоне — от 860 МГц до 956 МГц. Здесь перечислены их основные характеристики:

• дальность — более 20 м;
• высокая скорость передачи данных;
• возможность быстро считывать множество меток одновременно.

Как выглядят транспондеры RFID?

Транспондеры — RFID-метки или теги — выпускаются в виде:

• тонких и более толстых карт;
• брелоков;
• жетонов;
• наклеек;
• колец;
• браслетов.

Метки также могут выглядеть как небольшие гибкие самоклеящиеся полоски или вшиваться в ярлыки одежды.

По одному лишь корпусу RFID-метки невозможно определить её рабочую частоту или протокол. Производители нередко используют одинаковые либо очень похожие корпуса для RFID-брелоков разных типов. Поэтому внешне метки могут выглядеть одинаково, хотя внутри они устроены совершенно по-разному.

Как отличить метки RFID низкой и высокой частоты?

Чтобы определить рабочую частоту RFID-метки, можно просветить её антенну: приложить карту к лампе и направить через неё свет. В низкочастотных метках 125 кГц антенна выполнена из тонкой проволоки. У неё обычно много витков, поэтому она может выглядеть как плотный кусок металла. У высокочастотных RFID-карт 13,56 МГц витков заметно меньше, они толще, а промежутки между ними хорошо видны.

Безопасность виртуальных и физических банковских карт

Низкочастотные метки сравнительно легко считывать, записывать, клонировать на другую карту и экспортировать для анализа. Одно из устройств, позволяющих эмулировать RFID-метки, — Flipper One; оно поддерживает и высокочастотные метки. Как в таком случае устроена защита физических и виртуальных банковских карт?

• При оплате смартфоном виртуальная банковская карта использует механизм смены UID. При каждом считывании карты с помощью Flipper её UID меняется, поэтому посторонний не может связать полученный идентификатор с конкретной банковской картой. Имя и фамилия владельца виртуальной карты также недоступны.
• В случае физической банковской карты после эмуляции метки может оказаться возможной интернет-оплата, если известны номер карты и срок её действия; иногда также доступны имя и фамилия владельца.

Виртуальная карта раскрывает меньше информации и безопаснее при офлайн-платежах.

Система RFID – преимущества и недостатки

Теперь, когда принцип работы RFID понятен, рассмотрим преимущества и недостатки этой технологии. Одно из её главных достоинств — быстрое бесконтактное считывание данных с меток, которое ускоряет идентификацию, мониторинг и управление ресурсами.

RFID широко применяется в логистике: технология упрощает инвентаризацию, отслеживание грузов на всех этапах цепочки поставок и автоматизацию складских процессов. Это экономит время и уменьшает количество ошибок. Отрасли, использующие RFID для автоматизации, снижения операционных расходов и повышения производительности, могут получить от внедрения технологии значительную пользу.

Некоторые RFID-системы работают на значительном расстоянии и позволяют считывать сразу несколько меток. Благодаря этому технология эффективна на складах, в магазинах и на производственных линиях. Интеграция RFID с другими системами помогает автоматизировать процессы и сократить количество ошибок, вызванных человеческим фактором.

У RFID есть и недостатки. Одна из основных проблем — безопасность данных, особенно в старых низкочастотных системах, уязвимых для несанкционированного считывания и клонирования. Внедрение сложных RFID-решений может быть дорогим и создавать барьер для небольших компаний. Кроме того, электромагнитные помехи, металлы и жидкости способны ухудшать передачу радиоволн и снижать эффективность системы.

Итоги и интересные факты о RFID

RFID расшифровывается как Radio-Frequency Identification. Эта технология ежедневно влияет на нашу жизнь, хотя мы не всегда это замечаем. В завершение приведём несколько интересных фактов, которые дополняют основную часть статьи.

• Хотя RFID кажется современной технологией, её истоки восходят ко времени Второй мировой войны. Именно тогда в Великобритании разработали технологию, позволявшую радарам различать самолёты без физического контакта. Это раннее применение радиоволн стало одной из основ дальнейшего развития RFID.

• RFID нередко появляется в фильмах и сериалах как элемент футуристических систем управления. В одном из эпизодов сериала «Теория большого взрыва» — The Big Bang Theory — Шелдон готовится к поездке и использует RFID для учёта своих вещей. Посмотрите этот фрагмент на YouTube: The Big Bang Theory RFID Tags 😂

• RFID применяется и в индустрии моды. Некоторые премиальные бренды встраивают метки в ярлыки одежды, чтобы подтверждать подлинность товаров и противодействовать подделкам.

• RFID используется не только в бизнесе, но и в сфере развлечений. В парках аттракционов и музеях технология помогает создавать интерактивные сценарии для посетителей. RFID-метки в браслетах позволяют персонализировать игры и приложения в зависимости от посещённых объектов.

RFID — постоянно развивающаяся технология с широким спектром применений. Она уже заметно влияет на многие отрасли и повседневную жизнь, а в будущем её возможности будут расширяться.

Подписывайтесь на наш Instagram: SAPSAN. Мы регулярно делимся там технологическими новостями и практическими советами.