RFID

Пока в стране идут новогодние праздники и все отдыхают наконец соберу весь накопленный материал в одну кучку. Я давно не писал в блог, постараюсь исправиться в нынешнем году. Я не пишу о политике, философии, событиях моей жизни, только о железках. Увы о железах на работе я писать не могу в силу определенных причин, но копится материал научно-популярного и просветительского толка.  Очень сложно написать лучше, чем уже написано в той же википедии.

RFID — Radio Frequency IDentification — радиочастотная идентификация. На сегодня RFID метки это более широкое понятие и сюда приплетают в том числе и беспроводные сенсоры, хотя идентификация — не их основное занятие. RFID метка — это небольшое устройство, которое позволяет на расстоянии, в отсутствие прямой видимости считать сохраненные на нем данные, тем самым идентифицировать объект. Это как штрихкод, наклеенный на товар, только работающий по радио.

RFID метки бывают разных типов. По способу электропитания различают пассивные (полностью получают питание для работы от излучения считывателя) и активные (имеют на себе батарейку). Само собой у пассивных дальность действия ниже, зато срок службы ничем не ограничен. У активных все лучше, и дальность действия, и начинка поинтеллектуальнее, но батарейку нужно будет менять.

По радиочастотному диапазону различают LF (125 кГц), HF (13.56 МГц) и UHF (860-960 МГц).

Принцип действия

Считыватель и метка имеют катушки индуктивности, образующие колебательный контур. Когда считыватель создает переменное магнитное поле своей катушкой, магнитный поток проходя через катушку метки возбуждает в ней ток. Точно так же как работает к примеру беспроводная зарядка. Метка от возбужденного в катушке тока получает питание, и используя транзистор может на некоторое время (питаясь в это время от накопленного в конденсаторе заряда) замыкать катушку накоротко, тем самым меняя значение амплитуды тока в катушке считывателя. Считыватель фиксирует эти изменения, тем самым принимая сигнал от метки.

(Иллюстрация из книги RFID Handbook by Klaus Finkenzeller 2 редакция)

Устройства UHF диапазона работают аналогично, только вместо катушек — диполи:

(Иллюстрация из книги RFID Handbook by Klaus Finkenzeller 2 редакция)

Само собой это означает что весь обмен данными между меткой и считывателем происходит публично, и при решении задач определения подлинности нужно это учитывать.

Активные метки более разнообразны по устройству, некоторые вообще по сути являются радиомаяками, по несколько раз в секунду просто посылая в эфир свой номер (parsec). RFID метка помимо микроконтроллера, обеспечивающего передачу уникального номера может быть оснащена различными датчиками. Например датчиком давления. Такой датчик можно разместить в шину автомобиля и непрерывно контролировать давление воздуха в шине.

С каждым днем RFID меткам находят все больше применений. Начиная от использования в качестве ключей для домофона заканчивая противокражными метками в магазинах самообслуживания. Именно увеличение спроса, снижение стоимости из-за массового производства позволяет находить все новые и новые применения.

Метка передает считывателю в ответе на запрос свой уникальный номер. Более сложные метки имеют немного памяти на борту и могут хранить какую либо информацию, например количество оставшихся поездок, что избавляет от необходимости создания центрального сервера и поддержки его на связи всегда. Метка также может иметь на борту криптопроцессор и обеспечивать проверку подлинности или обмен секретными данными. Изучается вопрос добавления RFID меток к банкноты как дополнительная мера защиты.

В будущем возможно все продукты будут снабжены RFID метками на стадии производства, а холодильник RFID считывателем. Тогда взяв вечером спросонья из холодильника пакет молока он молвит человеческим голосом «Сдурел? Выкинь, оно во мне уже пол года лежит, испортилось давно».

Примеры

Екарта — проездная карточка на все виды транспорта в г.Екатеринбурге. Представляет собой карточку Mifare. Внешний вид:

Немного ацетоновых ванн и видно катушку индуктивности по периметру. Система полностью децентрализованная и информация о количестве денег хранится на самой карте в зашифрованном виде.

Московский метрополитен. Конструкция попроще для удешевления, карточка одноразовая:

Брелок от домофона «Факториал»

Внутри тоже RFID чип от Texas Instruments

При этом при каждом открывании двери данные в ключе перезаписываются, таким образом невозможно увеличить количество ключей. Копия будет работать, но после первого открывания перестанет работать оригинал, так как данные в ключе меняются. Этим хитрым апгрейдом факториал разом сделал бизнес копирования домофонных ключей невозможным.

Активные метки parsec

Представляют собой герметичный контейнер с микроконтроллером, батарейкой и радиомодулем, который посылает в эфир пару раз в секунду свой уникальный номер. Закрепив такой на автомобиле можно определять какие авто на данный момент сейчас находятся к примеру в гараже. Основная задача этих меток в автоматическом открывании ворот и шлагбаумов.

При этом вариант на последнем фото снабжен еще и пассивной меткой, можно повесить как брелок для ключей, и открывать не только ворота но и двери.

Правда безопасность автомобиля, основанная на наличии такой метки уязвима.

Если разберем ключ от автомобиля то найдем в нем чип иммобилайзера, который по сути тоже RFID метка:

Справа на крышке. Надежность и секретность механических замков ограничивается точностью механической обработки и достигла своего предела. Электронные замки и ключи имеют значительно большее число комбинаций.

RFID метки могут внедряться на стадии производства, например гитар:

Производитель таким образом не только облегчает себе отслеживание продукции на складах, но и гарантирует себе способ отличить свою продукцию от подделок.

Вот шапка с RFID меткой пришитой при производстве:

Еще одна от куртки:

Немного растворителей и достаем метки:

Отдельного слова заслуживают так называемые противокражные метки, или 1-битные транспондеры. Это RFID метка которая передает всего 1 бит — информацию о своем наличии. Такие метки используются для защиты товара от краж. Я писал про одну такую. Чаще всего встречаются метки электромагнитной системы (метка — колебательный контур), и акустомагнитной. Метки других типов в наших краях встречаются редко.

Если вы параноик

Возможно вам пригодится RFID Zapper. Перманентно отключить метку можно также в микроволновке, просто включив на пару секунд. Пассивные метки считываются на расстоянии в несколько метров (для LF и HF вообще не более 20 см). Что бы считать метку на расстоянии 100 метров в считыватель придется закачивать неприлично большие мощности.

Что почитать?

Рекомендую книгу Klaus Finkenzeller RFID Handbook. В русском переводе, с испорченными схемами и картинками:

Справочник по RFID

Автор: Клаус Финкенцеллер
Год: 2008
Издательство: Додэка XXI
ISBN: 978-5-94120-151-8