ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (ΤΕΙ) ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (ΤΕΙ) ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Μελέτη των βασικών και κρυπτογραφικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για να ενισχύσουν τα επίπεδα ασφαλείας των συστημάτων Radio Frequency Identification (RFID) systems. (Παράρτημα Καστοριάς) ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ της ΣΕΡΔΑΡΗ ΠΕΤΡΟΥΛΑΣ (ΑΕΜ:508) Επιβλέπων: Σπυρίδων Νικολάου Καθηγητής Εφαρμογών

Καστοριά, Νοέμβριος 2012

3

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (ΤΕΙ) ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Μελέτη των βασικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για να ενισχύσουν τα επίπεδα ασφαλείας των συστημάτων Radio Frequency Identification (RFID) systems. (Παράρτημα Καστοριάς) ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Της ΣΕΡΔΑΡΗ ΠΕΤΡΟΥΛΑΣ (ΑΕΜ:508) Επιβλέπων: Σπυρίδων Νικολάου Καθηγητής Εφαρμογών Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την 7 η Νοεμβρίου 2012.... Νικολάου Σπυρίδων Καθηγητής Εφαρμογών... Μιχάλας Άγγελος Προϊστάμενος Τμήματος... Γεωργιάδης Παντελής Επιστημονικός Συνεργάτης Καστοριά, Νοέμβριος 2012 4

Copyright 2012 Σερδάρη Πετρούλα Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν αποκλειστικά τον συγγραφέα και δεν αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας. 5

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η τεχνολογία ραδιοσυχνικής αναγνώρισης (RFID), αν και σχετικά νέα τυγχάνει να εξελίσσεται συνεχώς και να συγκεντρώνει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας και αγοράς. Έχει ως βασική δυνατότητα να ταυτοποιεί μοναδικά αντικείμενα στα οποία δεν απαιτείται η ύπαρξη οπτικής επαφής αλλά και την παρακολούθηση και άντληση πληροφοριών για αντικείμενα τα οποία έχουν ενταχθεί σε ένα σύστημα RFID συνδυάζοντας ολοκληρωμένα κυκλώματα και αισθητήρες. Η διαδικασία ανίχνευσης γίνεται εξ αποστάσεως κάνοντας χρήση ραδιοκυμάτων και η άντληση και η επεξεργασία πληροφοριών πραγματοποιείται με ψηφιακή τεχνολογία. Η εν λόγω τεχνολογία είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική σε μια μεγάλη κλίμακα εφαρμογών. Μεγάλη σημασία δίνεται και στην ασφάλεια των συστημάτων RFID καθώς και στις κρυπτογραφικές μεθόδους αλλά και σε διάφορους μηχανισμούς και υπηρεσίες ασφάλειας που έχουν αναπτυχθεί για την προστασία τους από ανεπιθύμητους κινδύνους και επιθέσεις. Συνοπτικά, με την παρούσα εργασία επιδιώκονται οι εξής στόχοι: Να μελετηθεί η τεχνολογία RFID, τα χαρακτηριστικά και η λειτουργία της. Να παρουσιαστούν οι εφαρμογές της τεχνολογίας αυτής. Να παρουσιαστούν διάφορα πρότυπα, όπως το EPC, κ.α. Να αναλυθούν οι απειλές και επιθέσεις που υφίστανται τα συστήματα RFID καθώς και τα μέτρα προστασίας τους. Να περιγραφούν τα θέματα και μηχανισμοί ασφάλειας των συστημάτων RFID. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: RFID, κρυπτογραφία, ασφάλεια, επιθέσεις, ετικέτες, αναγνώστες, ραδιοκύματα, κεραία, πρότυπα, συχνότητα. 6

ABSTRACT The Radio Frequency IDentification technology (RFID) although relatively new attracts the interest of the scientific community and market those benefits from its constant evolvement. Its basic ability is to identify unique items that do not require the existence and visual monitoring for gathering information about objects that are integrated in a system combining RFID chips and sensors. The scanning process is done remotely using radio waves pumping and processing of information carried by digital technology. RFID technology is particularly effective in a wide range of applications, like monitoring of goods in the pharmaceutical industry, monitoring of animals, etc. The aim of this diploma thesis is to examine the security issues of RFID systems. In other words, this thesis analyses the main cryptographic methods and security mechanisms and services that have been developed to protect RFID systems from unwanted risks and attacks. In summary, the study covers the following objectives: - To present the RFID technology, features and functionality. - To present the applications of this technology. - To present various standards related to RFID such as EPC, etc. - To analyze the threats and attacks on RFID systems and present methods and countermeasures for their protection. - To describe the issues and security mechanisms of systems RFID. KEΥWORDS: RFID, HMNB, cryptography, security, attacks, tags- transponders, readers- interrogators, radio waves, antenna, standard, frequency. 7

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον κ. Νικολάου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε με την ανάθεση του συγκεκριμένου θέματος καθώς και για την πολύτιμη βοήθεια και στήριξη που μου προσέφερε για να ολοκληρωθεί αυτή η εργασία. Ένα μεγάλο ευχαριστώ απευθύνεται ξεχωριστά στους γονείς μου, για την αμέριστη συμπαράσταση και στήριξή τους με όποιο τρόπο μπορούσαν, όχι μόνο για την πτυχιακή μου εργασία αλλά και καθ όλη την διάρκεια σπουδών μου στο ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας. 8

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ...6 ABSTRACT...7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ...8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ & ΣΧΗΜΑΤΩΝ...12 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ...13 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ...14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ - RFID...15 1.1 Αυτόματη Αναγνώριση...15 1.1.1 Ορισμός...15 1.1.2 Ιστορία Γραμμωτού Κώδικα...15 1.1.3 Γραμμωτός Κώδικας- Λειτουργία...16 1.2 Ιστορική Αναδρομή των RFID...16 1.3 Εφαρμογές της Τεχνολογίας RFID...19 1.3.1 Ταυτοποίηση Αντικειμένων...19 1.3.2 Τομέας Παραγωγικής Διαδικασίας...22 1.3.3 Τομέας Υγείας...23 1.3.4 Ασφάλεια και Έλεγχος Πρόσβασης...24 1.3.5 Τομέας Εφοδιαστικής Αλυσίδας...25 1.4 Μελλοντικές Εφαρμογές της Τεχνολογίας RFID...27 1.5 Προβλήματα και Σκέψεις για την τεχνολογία RFID...27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ - RFID...30 2.1 Εισαγωγή στην τεχνολογία RFID...30 2.2 Αρχιτεκτονική Συστημάτων RFID...31 2.3 Πώς Λειτουργεί ένα Σύστημα RFID...33 2.4 Συστατικά Μέρη των Συστημάτων RFID...34 2.4.1 Ετικέτες (Tags)...34 2.4.1.1 Κεραία (Antenna)...36 2.4.1.2 Μέγεθος και Τύπος Κεραίας...37 2.4.1.3 Προβλήματα Λειτουργίας Ετικετών...38 2.3.2 Αναγνώστες RFID (Readers or Interrogators)...38 2.4.2.1 Ελεγκτής / Μονάδα Ελέγχου RFID...41 9

2.4.2.2 Κατηγορίες Αναγνωστών RFID...41 2.4.2.3 Προβλήματα Λειτουργίας Αναγνωστών...43 2.4.3 Βάση Δεδομένων και Ενδιάμεσο Λογισμικό...44 2.4.3.1 Λειτουργίες του Ενδιάμεσου Λογισμικού...46 2.5 Κατηγορίες Ετικετών με Βάση Διάφορα Κριτήρια...47 2.5.1 Πηγή Ενέργειας...47 2.5.1.1 Ενεργές Ετικέτες (Active Tags)...47 2.5.1.2 Παθητικές Ετικέτες (Passive Tags)...48 2.5.1.3 Ημι παθητικές Ετικέτες (Semi passive Tags)...49 2.5.2 Δυνατότητα Ανάγνωσης - Γραφής...51 2.5.2.1 Ανάγνωσης και Εγγραφής (Read / Write)...51 2.5.2.2 Μόνο Ανάγνωσης (Read Only)...52 2.5.2.3 Μιας Εγγραφής Πολλών Αναγνώσεων (Write Once Read Many, WORM) 52 2.5.2.4 Συχνότητα Λειτουργίας και Εμβέλεια Ανάγνωσης...53 2.5.3 Υλικό Τοποθέτησης...53 2.5.4 Λειτουργικότητα...54 2.5.5Κατασκευή και Εφαρμογή...55 2.5.5.1 Έξυπνες Ετικέτες (Smart Labels)...55 2.5.5.2 Ετικέτα Δίσκος (Disk Tag)...56 2.3.5.3 Γυάλινοι Σωλήνες (Glass Tubes)...57 2.5.5.4 Ετικέτα Ενωτίου (Ear Tag)...57 2.6 Συχνότητα Λειτουργίας Συστημάτων RFID...57 2.6.1 Χαμηλή Συχνότητα (Low Frequency)...58 2.6.2 Υψηλή Συχνότητα (High Frequency)...59 2.6.3 Πολύ υψηλή Συχνότητα (Ultra High Frequency)...59 2.6.4 Μικροκυματική Συχνότητα (Microwave Frequency)...60 2.7 Παράγοντες που Επηρεάζουν την Ανάγνωση Δεδομένων...61 2.8 Σύγκριση της Τεχνολογίας RFID και BARCODE...64 2.8.1 Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα των RFID...64 2.9 Πρότυπα Τεχνολογίας RFID...68 2.9.1 Κατηγορίες Προτύπων RFID...70 2.9.1.1 Πρότυπα τεχνολογίας (Technology standards)...70 2.9.1.2 Πρότυπα τεχνολογίας δεδομένων (Data content standards)...70 10

2.9.1.3 Πρότυπα εφαρμογών (Application standards)...70 2.9.1.4 Πρότυπα προσαρμογής και ελέγχου (Conformance and control standards)71 2.9.1.5 Πρότυπα ορολογίας (Terminology standards)...71 2.9.2 Οργανισμοί Προτυποποίησης Τεχνολογίας RFID...71 2.9.2.1 ISO...71 2.9.2.2 EPC GLOBAL...72 2.9.2.3 ETSI...74 2.9.2.4 IEC...75 2.10 Κατασκευαστές Συστημάτων RFID...75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΘΕΜΑΤΑ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ RFID...77 3.1 Ασφάλεια Συστημάτων RFID...77 3.2 Βασικές Έννοιες Ασφάλειας και Μηχανισμοί Ασφάλειας...77 3.2.1 Εμπιστευτικότητα (confidentiality)...78 3.2.2 Διαθεσιμότητα (availability)...78 3.2.3 Ακεραιότητα (integrity)...78 3.2.4 Εξουσιοδότηση (authorization)...78 3.2.5 Ανωνυμία (anonymity)...79 3.2.6 Έλεγχος πρόσβασης...79 3.2.7 Μη Αποποίηση- Αποδοχή (non- repudiation)...79 3.2.8 Πιστοποίηση Ταυτότητας - Αυθεντικότητα (authentication)...79 3.3 Ιδιωτικότητα και Ασφάλεια...81 3.4 Επιθέσεις κατά των Συστημάτων RFID...82 3.4.1 Βασικοί Τύποι και Τεχνικές Επιθέσεων...82 3.4.1.1 Τύποι Επιθέσεων...83 2.4.1.1 Τεχνικές Επιθέσεων...86 3.4.2 Επιθέσεις από τις Ίδιες τις Ετικέτες...86 3.4.3 Παράδειγμα Επίθεσης...87 3.5 Πιθανοί Κίνδυνοι από τη Χρήση Συστημάτων RFID...88 3.6 Μέτρα Ασφαλείας για την Προστασία των RFID...89 3.7 Πρωτόκολλο Ασφάλειας των Συστημάτων RFID Μελέτη Περίπτωσης...90 3.7.1 Περιγραφή Πρωτοκόλλου...91 3.7.2 Αυθεντικότητα- Πιστοποίηση...93 3.7.3 Ανεξιχνίαση...96 2.7.4 Αποσυγχρονισμός...99 11

3.8 Αμφισβήτηση για την Εφαρμογή Συστημάτων RFID...102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΚΡΥΠΤΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ RFID ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ...104 4.1 Εισαγωγή...104 4.2 Τι είναι η Κρυπτογραφία...106 4.2.1 Συμμετρική Κρυπτογράφηση...106 4.2.2 Κρυπτογραφία Δημοσίου Κλειδιού...108 4.2.3 Ψηφιακή Υπογραφή...111 4.3 Πιστοποίηση Αυθεντικότητας Μηνυμάτων...112 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5.ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ.114 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...117 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ & ΣΧΗΜΑΤΩΝ Εικόνα 1-1. Συστατικά του UPC γραμμωτού κωδικού... 15 Εικόνα 1-2. Ιστορική αναδρομή RFID... 17 Εικόνα 1-3. Ετικέτα RFID για ταυτοποίηση ζώων... 20 Εικόνα 1-4. Ετικέτα RFID για την πληρωμή διοδίων... 21 Εικόνα 1-5. Εφαρμογές RFID στον τομέα της υγείας... 22 Εικόνα 1-7. Έλεγχος πρόσβασης και RFID chip σε ετικέτα... 24 Εικόνα 1-8. Εφαρμογή Ετικέτας RFID στην εφοδιαστική αλυσίδα... 25 Εικόνα 2-1. Λειτουργία συστήματος RFID... 30 Εικόνα 2-2. Αρχιτεκτονική συστήματος RFID... 31 Εικόνα 2-3. Συστατικά Ετικέτας RFID... 34 Εικόνα 2-4. Κάτοψη Ετικέτας RFID... 35 Εικόνα 2-5. Σχεδιάγραμμα τύπων κεραίας / σύζευξη ετικετών RFID... 36 Εικόνα 2-6. Αναγνώστης RFID... 38 Εικόνα 2-7. Αναγνώστες RFID κατά την χρήση τους... 39 Εικόνα 2-8. Διασύνδεση RFID αναγνώστη με το RFID σύστημα... 40 Εικόνα 2-9. Έξυπνη Ετικέτα (smart label) και έξυπνη κάρτα μη επαφής (contactless) 54 Εικόνα 2-10. Ετικέτα Δίσκος (disk)... 55 Εικόνα 2-11. Ετικέτα γυάλινου σωλήνα (glass tube)... 55 Εικόνα 2-12. Φάσμα ραδιοσυχνοτήτων... 56 Εικόνα 2-13. Σύγκριση προτύπων για την τεχνολογία RFID... 67 Εικόνα 2-14. Τα πρότυπα του EPC Global... 72 12

Εικόνα 3-1. Τύποι Επιθέσεων σε RFID συστήματα... 83 Σχήμα 3-1. Το πρωτόκολλο HMNB... 92 Σχήμα 3-2. Επίθεση αποσυγχρονισμού στο πρωτόκολλο HMNB... 99 Σχήμα 4-1. Ένα συμμετρικό κρυπτοσύστημα......104 Σχήμα 4-2. Κρυπτογραφία δημοσίου κλειδιού.107 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1-1. Η ανάπτυξη του RFID ανά δεκαετία... 17 Πίνακας 2-1. Χαρακτηριστικά σταθερών και ολοκληρωμένων αναγνωστών RFID... 41 Πίνακας 2-2. Χαρακτηριστικά RFID χειρός και ενσωματωμένων αναγνωστών... 42 Πίνακας 2-3. Ενεργές, παθητικές και ημι παθητικές ετικέτες RFID... 48 Πίνακας 2-4. Πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα ενεργών, παθητικών & ημι- παθητικών ετικετών... 49 Πίνακας 2-5. Σύγκριση μεταξύ αναγνώσιμων, επανεγγράψιμων και ετικετών μίας εγγραφής... 51 Πίνακας 2-6. Κατηγορίες RFID ετικετών με βάση την λειτουργικότητά τους... 53 Πίνακας 2-7. Συχνότητες και χρήσεις RFID συστημάτων... 59 Πίνακας 2-8. Οι ιδιότητες & χαρακτηριστικά των συχνοτήτων σε RFID συστήματα. 61 Πίνακας 2-9. Τεχνολογία γραμμωτού κώδικα (barcode) και RFID... 65 Πίνακας 2-10. Κλάσεις ετικετών RFID... 71 Πίνακας 2-11. Κατασκευαστές RFID συστημάτων... 74 Πίνακας 3-1. Υπηρεσίες και μηχανισμοί ασφάλειας...79 Πίνακας 3-2. Επαλήθευση του αναγνώστη και η διαδικασία ενημέρωσης του πρωτόκολλου HMNB... 90 13

ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Παρακάτω, γίνεται μια συνοπτική αναφορά για τη δομή της εργασίας, η οποία έχει οργανωθεί σε 4 κεφάλαια: Στο κεφάλαιο 1, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο των RFID. Συγκεκριμένα, γίνεται συνοπτική ιστορική αναδρομή της αυτόματης αναγνώρισης RFID και του ραβδωτού κώδικα (barcode). Επίσης, γίνεται και μια σύντομη αναφορά στον τρόπο λειτουργίας των συστημάτων αυτών. Μελετώνται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα χρήσης των συστημάτων RFID και barcode. Τέλος, παρουσιάζονται ενδεικτικές εφαρμογές των συστημάτων RFID που μπορούν να υλοποιηθούν σε διάφορους τομείς της κοινωνίας και της οικονομίας και οι εφαρμογές. Μάλιστα, εξετάζονται οι δυνατότητες της τεχνολογίας RFID για μελλοντική χρήση. Στο κεφάλαιο 2, περιγράφεται το τεχνολογικό υπόβαθρο των RFID. Συγκεκριμένα, περιγράφονται οι βασικές έννοιες, τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, η αρχιτεκτονική και ο τρόπος λειτουργίας των συστημάτων RFID. Επιπλέον, θα μελετήσουμε τα πρότυπα και τους κανονισμούς που ισχύουν για τη λειτουργία των συστημάτων RFID. Στο κεφάλαιο 3, εξετάζονται τα θέματα ασφαλείας και ιδιωτικότητας που αφορούν την τεχνολογία RFID καθώς και μέτρα προστασίας για τα συστήματα RFID. Δίνεται έμφαση στους πιθανούς κίνδυνους και επιθέσεις κατά των συστημάτων RFID, Επιπλέον, γίνεται αναφορά και για πιθανές μελλοντικές χρήσεις της τεχνολογίας RFID. Μάλιστα γίνεται αναφορά στο πρωτόκολλο HMNB, το οποίο είναι υπεύθυνο για την ασφάλεια των συστημάτων RFID. Επίσης, γίνεται και μια παρουσίαση των χαρακτηριστικών ασφαλείας του πρωτοκόλλου αλλά και πιθανών επιθέσεων που πιθανό να δεχτεί. Στο κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της συμμετρικής και ασύμμετρης κρυπτογραφίας (ή κρυπτογραφία δημοσίου κλειδιού) και περιγράφονται οι αλγόριθμοι υλοποίησης της συμμετρικής κρυπτογραφίας και κρυπτογραφίας δημοσίου κλειδιού. Γίνεται επίσης, μελέτη των συναρτήσεων κατακερματισμού αλλά και των υπηρεσιών που είναι διαθέσιμες μέσα από την υλοποίηση της κρυπτογραφίας του δημοσίου κλειδιού. Τέλος, στο κεφάλαιο 5, παρατίθενται τα συμπεράσματα και μελλοντικές προτάσεις που προέκυψαν από τη μελέτη της εργασίας αυτής. 14

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ - RFID 1.1 Αυτόματη Αναγνώριση Η ανάπτυξη του εμπορίου και των μεταφορών, είχε ως αποτέλεσμα να γίνει επιτακτική η ανάγκη για αναγνώριση των αντικειμένων. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκαν απλές ετικέτες οι οποίες επέτρεπαν στους εμπόρους να αναγνωρίζουν πακέτα προϊόντων χωρίς να είναι απαραίτητο να γίνεται έλεγχος για κάθε πακέτο ξεχωριστά. Με αποτέλεσμα η αυτόματη αναγνώριση να δίνει την δυνατότητα να καθορίζεται ταχύτερα το περιεχόμενο ενός πακέτου ως συνέπεια να ελαττώνεται το κόστος αλλά και ο χρόνος μεταφοράς. Μέχρι τότε τα δεδομένα των απογραφών, παρείχαν ένα αποτελεσματικό μέσο καταγραφής (accounting). Για την ακρίβεια, κάποιες από τις αρχαιότερες μορφές ανθρώπινης γραφής αποτελούνταν από απογραφές οι οποίες καταγράφονταν σε πλάκες. 1.1.1 Ορισμός Αυτόματη Αναγνώριση ή auto- id, είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει την διαδικασία της αυτόματης συλλογής δεδομένων και της αυτόματης ταυτοποίησης που διενεργείται σε πραγματικό χρόνο. Στις τεχνολογίες αυτόματης αναγνώρισης ανήκουν και η τεχνολογία των ραβδωτών κωδικών (barcodes) και η τεχνολογία ραδιοσυχνικής αναγνώρισης (RFID), κτλ. 1.1.2 Ιστορία Γραμμωτού Κώδικα Η ιδέα της αυτόματης αναγνώρισης (auto - ID) προβλημάτισε το 1949 έναν απόφοιτο φοιτητή στο Drexel Institute of Technology με το όνομα Norman Woodland. Ο Woodland επιχείρησε να λύσει το πρόβλημα συσχετίζοντας το με τον κώδικα Μορς. Ο κώδικας Μορς χρησιμοποιούνταν για την κωδικοποίηση μηνυμάτων και αποτελούνταν από απλές τελείες και παύλες ( dots and dashes ) οι οποίες μπορούσαν να διαβαστούν αυτόματα από τους ανθρώπους. Αναφέρεται ότι ο Woodland έγραψε ένα μήνυμα κωδικοποιημένο με τον κώδικα Μορς και Στη συνέχεια επέκτεινε τις τελείες και τις παύλες προς τα κάτω δημιουργώντας έτσι τις λεπτές και παχιές γραμμές οι οποίες εμφανίζονται στον γνωστό γραμμωτό κώδικα. Η παρακάτω εικόνα παρουσιάζει τη δομή του γραμμωτό κώδικα: 15

(A) Κωδικός της εφαρμογής (Application Code), (B) Κωδικός του κατασκευαστή (Manufacturer Code), (C) Κωδικός Προϊόντος (Product Code), (D) Ψηφίο Ελέγχου Αθροίσματος (Checksum Digit) Εικόνα 1-1. Συστατικά του UPC γραμμωτού κωδικού 1.1.3 Γραμμωτός Κώδικας- Λειτουργία Ο γραμμωτός κώδικας (barcode), είναι μια αναπαράσταση πληροφοριών η οποία μπορεί να αναγνωστεί από μηχανή και βρίσκεται αναγραμμένος σε μια επιφάνεια, όπως για παράδειγμα σε προϊόντα που πωλούνται σε καταστήματα λιανικής πώλησης, σε κάρτες αναγνώρισης (ID -cards) και σε πακέτα μεταφορικών εταιρειών. Σκοπός της χρήσης του γραμμωτού κώδικα αποτελεί ο προσδιορισμός ενός συγκεκριμένου προϊόντος, ενός ανθρώπου ή μια τοποθεσίας. Οι πληροφορίες που βρίσκονται στο γραμμωτό κώδικα έχουν τη μορφή μιας μικρής εικόνας με γραμμές και διαστήματα. Παρ όλα αυτά, ένας γραμμωτός κώδικας είναι στην πραγματικότητα ένας δυαδικός κώδικας, δηλαδή μια αλληλουχία από 0 και 1, αυτή η αλληλουχία δημιουργεί ένα κείμενο το οποίο μεταφράζεται σε πολλές γλώσσες. Για την ανάγνωση του γραμμωτού κώδικα, απαιτείται η χρήση οπτικών σαρωτών που ονομάζονται αναγνώστες ραβδωτών κωδικών (barcode readers). Όμως, για να είναι εφικτή η σάρωση / ανάγνωση του γραμμωτού κώδικα δεν αρκεί η ύπαρξη ενός αναγνώστη, αλλά θα πρέπει και η μορφή εμφάνισης του γραμμωτού κώδικα να είναι σαφής και να υπάρχει επαρκής αντίθεση ανάμεσα στις γραμμές και στα διαστήματα. Οι σαρωτές / αναγνώστες, αξιοποιούν διάφορες τεχνολογίες προκειμένου να διαβάσουν τους κώδικες και οι πιο συνηθισμένες είναι τα λέιζερ και οι κάμερες. 1.2 Ιστορική Αναδρομή των RFID Η χρήση του συστήματος RFID ακόμα και σήμερα δεν είναι ευρέως διαδεδομένη. Από πολλούς θεωρούνται ο διάδοχος των Bar Codes. Αυτό δεν είναι όμως 16

αλήθεια. Είναι διαφορετικής τεχνολογίας, απευθύνονται σε διαφορετικές εφαρμογές και μερικές φορές το ένα υπερκαλύπτει το άλλο. Μπορούν να λύσουν πολλά από τα προβλήματα των bar codes αλλά θα συνυπάρχουν για πολλά χρόνια. Όπως όλα, και τα συστήματα RFID παρουσιάζουν αρκετά προβλήματα. Με την πάροδο του χρόνου μπορούν να αντιμετωπιστούν και έτσι η χρήση τους να είναι πιο προσιτή στους ενδιαφερόμενους. Ας δούμε, όμως πως ξεκίνησε η χρήση των συστημάτων RFID. Η ιστορική εξέλιξη των συστημάτων RFID ξεκινάει από την εποχή του δευτέρου παγκοσμίου πολέμου με την χρήση των ραντάρ. Η ανακάλυψη έγινε το 1935 από τον σκοτσέζο φυσικό Robert Alexander Watson Watt, ο οποίος κατασκεύασε το πρώτο σύστημα γνωστό ως Identify: Friend or Foe (IFF) το οποίο είναι βασισμένο σε παθητικούς ανακλαστήρες ραντάρ, για να μπορεί να αναγνωρίζει και να διακρίνει τα εχθρικά από τα φιλικά αεροσκάφη. Σ αυτήν την εφαρμογή τοποθέτησαν έναν πομπό σε κάθε βρετανικό αεροπλάνο, όταν ο πομπός λάμβανε σήματα από σταθμούς ραντάρ στο έδαφος, άρχιζε να εκπέμπει πίσω ένα σήμα από τα αεροσκάφος που το προσδιόριζε ως φιλικό. Το σύστημα RFID, λειτουργεί πάνω στην ίδια κεντρική ιδέα. Ένα από τα πρώτα, ίσως και το πρώτο σύγγραμμα το οποίο μελετά την RFID είναι η εργασία του Harry Stockman Communication by Means of Reflected Power το 1948. Στη δεκαετία του 50 υπήρξε μια θεωρητική εξερεύνηση των τεχνικών του RFID με έναν ικανοποιητικό αριθμό από επιστημονικά άρθρα τα οποία δημοσιεύθηκαν. Τις δεκαετίες του 1960 και 1970 υπήρξε αυξημένο ενδιαφέρον για το RFID από την επιστημονική ερευνητική κοινότητα. Διάφορες τεχνικές σύζευξης, μεταφοράς ενέργειας και επικοινωνίας αναπτύχθηκαν εκείνη την περίοδο. Ιδιαίτερα την δεκαετία του 1960 αρχίζει να χρησιμοποιείται για εμπορικούς σκοπούς σε επιχειρήσεις, σαν αντικλεπτικό σύστημα. Η δεκαετία του 1980 ήταν η εποχή εξερεύνησης των RFID τεχνικών ακολουθώντας τις τεχνικές εξελίξεις στα ραδιοκύματα και το ραντάρ. Η δεκαετία του 1990, συντελέστηκε ουσιαστικά η πλήρης εφαρμογή της τεχνολογίας RFID. Η αύξηση της εμπορικής χρήσης οδήγησε στην ανάγκη δημιουργίας προτύπων έχοντας ως αποτέλεσμα πολλές δραστηριότητες τυποποίησης έλαβαν χώρα κυρίως την δεκαετία του 1990. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Προτύπων (ISO) και η Διεθνής Ηλεκτρονική Επιτροπή (IEC) ανέπτυξαν πρότυπα για διάφορους τομείς. Η αποδοχή που συνέχισε να λαμβάνει η τεχνολογία RFID, κινιτοποιησε περισσότερες δραστηριότητες τυποποίησης από διάφορους οργανισμούς (ANA, EAN, UCC). Η δημιουργία ενός παγκοσμίου 17

προτύπου για τον προσδιορισμό προϊόντων ανατέθηκε στο Auto ID Center του πανεπιστημίου MIT και ονομάστηκε Electronic Product Code (EPC). Στην παρακάτω εικόνες παρουσιάζεται συνοπτικά η χρονολογική εξέλιξη της τεχνολογία RFID. Εικόνα 1-2. Ιστορική αναδρομή RFID. Πίνακας 1-1. Η ανάπτυξη του RFID ανά δεκαετία. 18

Η τεχνολογία ραδιοσυχνικής αναγνώρισης (Radio Frequency Identification), πιο γνωστή ως RFID, αποτελεί νέα και διαχρονικά εξελισσόμενη τεχνολογία και η εφαρμογή της έχει σαν στόχο την ταυτοποίηση, παρακολούθηση αλλά και άντληση πληροφοριών για αντικείμενα ή και έμβια όντα τα οποία έχουν ενταχθεί σε ένα RFID σύστημα. Στις μέρες μας, γνωρίζει σημαντική ανάπτυξη και υιοθετείται σε πολλές εφαρμογές παγκοσμίως. Η διαδικασία ανίχνευσης των στοιχείων που ταυτοποιούνται γίνεται εξ αποστάσεως με χρήση ραδιοκυμάτων και η άντληση και η επεξεργασία των πληροφοριών πραγματοποιείται με ψηφιακή τεχνολογία. Πρόκειται για μια τεχνολογία αυτόματης αναγνώρισης που συγκεντρώνει σημαντικά χαρακτηριστικά που μπορούν να αξιοποιηθούν για την υποστήριξη υποδομών απανταχού υπολογιστικής (ubiquitous computing) και συστημάτων ελέγχου. Επίσης, αναφέρεται από πολλούς πως είναι η μετεξέλιξη των ραβδωτών κωδικών (barcodes). [9] [24] [27] [20] 1.3 Εφαρμογές της Τεχνολογίας RFID Στην εποχή μας η τεχνολογία RFID παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο σε πολλές εφαρμογές και λειτουργίες αλλά και συγχρόνως έχει δημιουργήσει τη βάση για νέες. Όπως προαναφέρθηκε μια από τις βασικές εφαρμογές της τεχνολογίας RFID είναι η αναγνώριση αντικειμένων, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί πρακτικά σε όλους τους τομείς της καθημερινής ζωής και των επιχειρήσεων. Κάποιες από τις εφαρμογές της τεχνολογίας που έχουν ήδη εμφανιστεί μπορεί να βρίσκονται ακόμα σε πειραματικό στάδιο ενώ άλλες είναι ήδη πραγματικότητα χωρίς αυτό να σημαίνει πως έχουν γίνει αντιληπτές. Μάλιστα, η εφαρμογή της τεχνολογία RFID, δεν είναι ευρέως εφαρμόσιμη στην Ελλάδα αν και αναπτύσσεται πάνω από 6 χρόνια σε παγκόσμιο επίπεδο, επίσης το απαιτούμενο φάσμα συχνοτήτων απελευθερώθηκε τον Απρίλιο του 2006. Αξίζει να αναφερθεί, ότι αρχικά χρησιμοποιούνταν στις στρατιωτικές εφαρμογές αλλά από τότε έχει επεκταθεί και στον εμπορικό τομέα. Στη συνέχεια περιγράφονται οι πιο σημαντικές εφαρμογές της RFID τεχνολογίας σε διάφορους τομείς βασιζόμενη στο αντικείμενο και στην μεθοδολογία της εφαρμογής τους.[17] 1.3.1 Ταυτοποίηση Αντικειμένων Με βασικό χαρακτηριστικό την ταυτοποίηση αντικειμένων η τεχνολογία RFID χρησιμοποιείται σε πληθώρα εφαρμογών, όπως η ταυτοποίηση και ο εντοπισμός ζώων, τα συστήματα συλλογής απορριμμάτων, τα σημεία πωλήσεων (point of sales), τα 19

συστήματα πρόσβασης σε θεματικά πάρκα και πολυχώρους (theme parks), τα συστήματα διαχείρισης αποσκευών, η διαχείριση βιβλιοθηκών, ο εντοπισμός ταχυδρομικών πακέτων και πολλά άλλα. Στη συνέχεια θα κάνουμε μια σύντομη αναφορά σε κάποια από αυτά με σκοπό να υπογραμμιστούν μερικές από τις δυνατότητες και τα χαρακτηριστικά της τεχνολογίας RFID. o εκτροφή ζώων: η τεχνολογία RFID, βρίσκει ευρεία εφαρμογή στον κλάδο εκτροφής ζώων. Είναι από τους πρώτους κλάδους που εφαρμόζονται τα συστήματα αναγνώρισης και μάλιστα χρησιμοποιούνται εδώ για περίπου 30 χρόνια για τον εντοπισμό και την μοναδική ταυτοποίηση των ζώων. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε μηρυκαστικά και χοιρίδια παθητικές ετικέτες (ετικέτες περιλαίμιου, ενωτίου, κεραμικές και γυάλινος σωλήνας) και αναγνώστες σταθεροί ή χειρός που λειτουργούν σε χαμηλές συχνότητες (LF). Η εφαρμογή RFID στον συγκεκριμένο κλάδο προσφέρει πολλές δυνατότητες, όπως η άμεση, αυτόματη και ηλεκτρονική ταυτοποίηση των ζώων, η πρόληψη πλαστογραφίας και ο έλεγχος γνησιότητας των ενδεικτικών που φέρουν τα ζώα καθώς και η ιχνηλασιμότητα/ καταγραφή των ζώων από την γέννησή τους μέχρι την σφαγή και την πώληση τους. Εκτός αυτών, χρησιμοποιούνται για την αυτόματη παροχή τροφής και την εκτίμηση των επιδόσεων των ζώων. Τα τελευταία χρόνια, είναι επιτακτική η ανάγκη τεκμηρίωσης της καταγωγής, του τρόπου εκτροφής και κυρίως της υγείας του ζώου για την επιλογή του από τους υποψήφιους καταναλωτές, λόγω των επιδημιών που έχουν εμφανιστεί κατά καιρούς (για παράδειγμα η σπογγώδης εγκεφαλοπάθεια των βοοειδών, η γρίπη των χοίρων) οι οποίες είναι αποτελούν απειλή για την υγεία των καταναλωτών. o παρακολούθηση ζώων (animal tracking): όλο και συχνότερα πολλοί οργανισμοί αλλά και ιδιώτες εξοπλίζουν με ετικέτες RFID κατοικίδια, αγροτικά αλλά ζώα που είναι είδος υπό εξαφάνιση έτσι ώστε να είναι εφικτή η παρακολούθηση, η διάσωση και η διαχείριση τους. Στο εξωτερικό και κυρίως στις ΗΠΑ πολλοί ιδιοκτήτες έχουν εμφυτεύσει RFID chips στα κατοικίδια τους (γατιά, σκύλους κλπ.) [1]. Επίσης, το 2000 στο Λος Άντζελες το δημοτικό συμβούλιο εφάρμοσε ένα μέτρο με το οποίο απαιτούσε την εμφύτευση ενός micro chip σε κάθε ζώο που θα υιοθετούνταν από τα καταφύγια της πόλης. Αυτό είχε ως στόχο, εάν χάνονταν κάποιο ζώο να περισυλλεγούν από τα καταφύγια και μετά να επιστραφούν στους ιδιοκτήτες τους, διότι τα καταφύγια διαθέτουν αναγνώστες RFID. 20

Μάλιστα, κάποιοι ερευνητές έχουν εντοπίσει δελφίνια και άλλα θαλάσσια ζώα με τη χρήση συστημάτων RFID σε συνδυασμό με GPS δέκτη. Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από τον πομπό μπορούν να συλλέγουν δεδομένα από δορυφόρο. Συμπεραίνουμε, πως η εφαρμογή της τεχνολογίας RFID στον κλάδο της εκτροφής των ζώων καθίστανται ολοένα και πιο απαραίτητη. Εικόνα 1-3. Ετικέτα RFID για ταυτοποίηση ζώων. [20] o σημεία πωλήσεων (point of sales, POS): ένας ακόμα σημαντικός χώρος στον οποίο έχει βρει μεγάλη εφαρμογή η τεχνολογία RFID, είναι αυτός των σημείων πωλήσεων. Τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογής τους είναι τα συστήματα είσπραξης διοδίων (για παράδειγμα E- pass στην Αττική οδό), τα συστήματα ταχείας πληρωμής (για παράδειγμα drive through καταστήματα της εταιρείας MacDonald s), τα συστήματα αυτόματης πώλησης υγρών καυσίμων (για παράδειγμα το σύστημα Mobil/ Exxon Speed pass, ουσιαστικά γίνεται αυτόματη πώληση καυσίμων) και πολλά άλλα. Εδώ, οι ετικέτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κουπόνια (tokens) για πληρωμές τα οποία μοιάζουν με πιστωτικές κάρτες και περιέχουν ένα σειριακό αριθμό, ο οποίος αποστέλλεται από έναν αναγνώστη μέσω του δικτύου και ένας απομακρυσμένος υπολογιστής χρεώνει το λογαριασμό του καταναλωτή. Πιο συγκεκριμένα λειτουργούν ως εξής: ο καταναλωτής έχει στην κατοχή του μια ετικέτα RFID, όπως σε μορφή έξυπνης κάρτας, η οποία έχει την δυνατότητα χρέωσης ή πίστωσης και του επιτρέπει την αγορά προϊόντων. Στο σημείο πώλησης (για παράδειγμα το πέρασμα των διοδίων) έχει εγκατασταθεί ένας αναγνώστης ο οποίος χρεώνει με αυτόματο τρόπο τον καταναλωτή κατά την διέλευσή του. 21

Οι δυνατότητες που προσφέρει η τεχνολογία RFID στον καταναλωτή είναι άμεσες, διότι αποφεύγεται η αναμονή σε ουρές, διότι δεν απαιτούνται μετρητά ή χρήση πιστωτικής κάρτας. Συνοψίζοντας, τα συστήματα RFID είναι οικονομικότερα για τις εταιρείες αλλά και πιο προσοδοφόρα, αφού δεν είναι απαραίτητη παρουσία υπαλλήλου για την πληρωμή και λειτουργούν χωρίς ωράριο. Εικόνα 1-4. Ετικέτα RFID για την πληρωμή διοδίων. 1.3.2 Τομέας Παραγωγικής Διαδικασίας Ένα από τα βασικότερα χαρακτηριστικά της ετικέτας RFID είναι πως έχει την ικανότητα να κάνει αισθητή την παρουσία της. Εν συντομία καθιστά εφικτή την παρουσία ή απουσία ενός προϊόντος στο οποίο είναι προσαρμοσμένη η ετικέτα RFID σε ένα συγκεκριμένο χώρο. αυτό το χαρακτηριστικό δεν θα μπορούσε να μείνει αναξιοποίητο από τις επιχειρήσεις αφού μπορούν να εντοπίσουν τα ελαττωματικά προϊόντα κατά την ανάλωσή τους, έτσι ώστε να διασφαλιστεί ότι δεν θα συνεχίσουν στα επόμενα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας. Ακόμα ένα σημαντικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας RFID είναι η δυνατότητα ταυτοποίησης εξαρτημάτων κατά τη συναρμολόγηση ενός προϊόντος, αφού δεν απαιτείται οπτική επαφή ανάμεσα σε ετικέτα και αναγνώστη σε αντίθεση με την τεχνολογία των barcode. Το χαρακτηριστικό αυτό είναι χρήσιμο σε εφαρμογές που για πολλούς λόγους (προστασία ετικέτας από φθορά, marketing) δεν μπορεί να υπάρχει barcode στη συσκευασία. Μια σημαντική εφαρμογή της τεχνολογίας αποτελεί η δυναμική διαχείριση των αποθηκών. Ένα σύστημα διαχείρισης της αποθήκης μπορεί να αποκτήσει καλύτερη γνώση για τα προϊόντα στο χώρο αποθήκευσης, ενώ με τα barcodes απαιτείται η 22

επικόλληση ετικετών σε κάθε ράφι αντίθετα με τις RFID ετικέτες το σύστημα διαχείρισης αποθήκης ενημερώνεται δυναμικά και εξυπηρετεί στη βέλτιστη σχεδίαση και διαχείριση του υπόλοιπου της αποθήκης. Τέλος, η τεχνολογία RFID εφαρμόζεται αποδοτικά και στην διαχείριση του εξοπλισμού. Η εφαρμογή ενεργών ετικετών RFID βοηθά τις επιχειρήσεις να εντοπίσουν οποιαδήποτε στιγμή ευκολότερα τον υπάρχον εξοπλισμό τους(για παράδειγμα με το σύστημα RFIDμπορεί να εντοπιστεί η τοποθεσία ενός εργαλείου που είναι κρίσιμο κάποια στιγμή κατά την παραγωγή χωρίς να καθυστερεί για την αναζήτηση του). 1.3.3 Τομέας Υγείας Στο χώρο της υγείας η τεχνολογία RFID χρησιμοποιείται για την βέλτιστη διαχείριση των φαρμακευτικών προϊόντων, των ασθενών αλλά και του υλικού που αφορά εξετάσεις ασθενών (αίμα, κ.α.). Όσον αφορά τη φαρμακοβιομηχανία η τεχνολογία RFID χρησιμοποιείται για τη παρακολούθηση (tracking) των φαρμάκων και η ταυτοποίηση αυτών, στοχεύοντας στην αποφυγή κλοπής κατά τη μεταφορά τους, φαινόμενα εξαπάτησης των καταναλωτών αλλά και την παραποίηση/ πλαστογράφηση (counterfeiting). Επειδή τα φάρμακα είναι ευπαθή προϊόντα και συνάμα μεγάλης επικινδυνότητας για τους καταναλωτές, επιβάλλεται να υπάρχει αποδοτικότερος έλεγχος και δυνατότητα γρήγορης ανάκλησης αυτών. Μάλιστα, με τη χρήση των συστημάτων RFID σε νοσοκομεία επιτυγχάνεται η ταυτοποίηση των ιατρικών δειγμάτων που λαμβάνονται από τους ασθενείς και η παρακολούθηση αυτών για αποφυγή λαθών, προστασία των προσωπικών δεδομένων των ασθενών από μη εξουσιοδοτημένη χρήση και αποτελεσματικότερη διαχείρισή τους. Επίσης, η τεχνολογία RFID χρησιμοποιείται για την ταυτοποίηση και τον εντοπισμό ασθενών, κυρίως εμβρύων εντός των νοσοκομείων για θέματα ασφαλείας. Επιπλέον, μία ακόμα εφαρμογή στο χώρο της υγείας είναι η παρακολούθηση και η διευκόλυνση ατόμων με κάποια είδους αναπηρία ή ηλικιωμένων. Εικόνα 1-5. Εφαρμογές RFID στον τομέα της υγείας. 23