Hintergrundwissen RFID


Die RFID-Technologie dient der eindeutigen und fehlerfreien Identifikation von Personen beziehungsweise Gegenständen. Zum Einsatz kommt sie auf unterschiedlichste Art und Weise, so zum Beispiel in Türkontrollsystemen, Diebstahlsicherungen oder bei vielen Arbeitsschritten im Logistikbereich. Besonders die Möglichkeit, die RFID-Chips schon aus einiger Entfernung auslesen zu lassen, stellt einen enormen Vorteil gegenüber alternativen Identifikationssystemen dar. Dies ermöglicht es beispielsweise, Skipässe aus einer gewissen Entfernung zu erfassen, so dass der Skifahrer nahezu ungehindert den Lift betreten kann. Zusätzlich können mit Transpondern versehene Gegenstände, die eine Person bei sich trägt, erkannt werden, ohne dass die Person dies überhaupt bemerkt.

Viele Datenschützer kritisieren besonders diese automatische Weiterverarbeitung und mögliche Speicherung solcher eventuell unbemerkt aufgenommener Daten. Hier gibt es bereits verschiedene Lösungsansätze, die von der Kennzeichnung des RFID-Einsatzes bei Produkten bis hin zur Deaktivierungsmöglichkeit solcher Sicherheitssysteme reichen. In erster Linie sollte beim Einsatz von RFID aber auf Transparenz gegenüber den Verbrauchern gesetzt werden, um unberechtigten Zweifeln schon im Vorfeld aus dem Weg zu gehen.

RFID-Systeme sind heute weit verbreitet für unterschiedliche Anwendungen. Sie funktionieren im Prinzip alle ähnlich. Für den interessierten Laien sind die Systeme jedoch meist so verpackt, dass sich ihre interne Funktionsweise schlecht erschließen lässt. Daher soll die Funktionsweise hier anhand der bekannten Diebstahlsicherungsetiketten erläutert werden.

Jeder, der einmal eines der meist sehr fest klebenden, quadratischen Etiketten von einem gekauften Produkt abgezogen hat, hatte Gelegenheit, auf der Rückseite eine Metallspirale zu entdecken. Bei dieser Metallspirale handelt es sich um eine kleine Antenne. Diese Antenne hat in einem solchen Etikett zwei Funktionen. Zum einen dient sie dazu, die auf dem Etikett gespeicherten Informationen zu senden. Dies ist in etwa vergleichbar mit einer Antenne für ein Handfunkgerät, nur dass die gesendete Radiofrequenz-Strahlung in Ihrer Leistung um viele Größenordnungen geringer ist.

Die zweite Funktion dieser Antennenspirale liegt in der elektrischen Versorgung eines nur staubkorngroßen Chips, der die Daten speichert und bei korrekter Anregung wieder über die Antenne abstrahlt. Der Chip nutzt also die wenigen Mikrowatt, die von der Antenne empfangen werden, für seinen Betrieb und zum Versand der in ihm gespeicherten Information.

Damit ist das Etikett für sich genommen ein passives Bauteil, da es keine eigene Energieversorgung (wie beispielsweise eine Batterie) hat. Das ist wichtig, damit es eine unbegrenzte Lebensdauer hat und reduziert zudem wesentlich die Kosten für ein solches Etikett (ab ca. 30 Cent). Der Nachteil der Energieversorgung mittels HF-Strahlung liegt in der Notwendigkeit, das Etikett einer recht hohen elektromagnetischen Feldstärke auszusetzen, um den Chip ausreichend mit Energie versorgen zu können, damit er überhaupt funktioniert. Da jedoch die elektromagnetische Feldstärke gewissen Strahlungsgrenzwerten unterliegt und üblicherweise die Feldstärke quadratisch mit der Entfernung von der Antenne abnimmt, können meist nur relativ kleine Räume überwacht werden.

Um beim Beispiel der Diebstahlsicherungsetiketten zu bleiben, ist der ausreichend elektromagnetisch "ausgeleuchtete" Bereich meistens auf den Bereich zwischen den beiden Torantennen am Ausgang beschränkt - was in diesem Fall genügt.

Dies zeigt jedoch schon das zweite, sehr wichtige Element eines solchen RFID-Systems - die Antennen. Die Antennen auf der Systemseite haben ähnlich wie die Antennen in den Etiketten zwei Funktionen. Zum einen müssen sie im jeweiligen Frequenzband (und nur dort!) ausreichend elektromagnetische Energie abstrahlen, damit beim Etikett ausreichend Strom erzeugt werden kann. Eine weitere Funktion liegt darin, das wesentlich schwächere Datensignal zu empfangen (häufig nur der 1/1.000.000 Teil der abgestrahlten Energiemenge!). Das Datensignal wird zudem vom Etikett auf fast der gleichen Frequenz abgestrahlt wie das Anregungssignal. Die Trennung des schwachen Datensignals vom wesentlich stärkeren Anregungssignal stellt eine der großen Herausforderungen eines RFID-Systems dar.

Die Antennen bilden in einem RFID-System eine extrem wichtige Komponente, da sie wesentlichen Einfluss auf die Reichweite und Leseeffizienz eines solchen Systems haben. Es gibt solche Antennen in sehr unterschiedlichen Formen und Größen. Beispiele sind z.B. die Tor-Antennen, die in Warenhäusern an den Ausgängen stehen, um einen Diebstahl zu verhindern. Diese Antennen sind recht groß und decken einen relativ breiten Bereich ab. Kleine Antennen hingegen kennt man von Bezahlkartensystemen in Cafeterien und Mensen und von Gebäudezugangssystemen. Diese kleinen Antennen haben jedoch meist nur eine Reichweite von wenigen Zentimetern, was einen Kontakt oder ein sehr nahes Heranführen des Transponders erfordert.

Außerdem unterscheiden sich die Antennen in dem jeweils verwendbaren Frequenzbereich - Torantennen in Kaufhäusern funktionieren beispielsweise nur im LF-Bereich - und in der Anzahl und Anordnung der Antennen. Die Verwendung von zwei Antennen in einer Torkonfiguration beispielsweise erlaubt es, die Reichweite circa zu verdoppeln. Außerdem kann eine Antenne zur Anregung des Etiketts und eine zweite zum Lesen der Antwort verwendet werden. Dies ist von Vorteil, da damit ein Teil der Signalaufbereitung erleichtert wird. Zusätzlich können Antennen auch noch in einer 3D-Anordnung aufgebaut werden, um sicherzustellen, dass Etiketten unabhängig von Ihrer Orientierung ausgelesen werden können.

Möchte man nun ein solches Mehrantennen-Tor realisieren, muss entweder jede Antenne an ein eigenes Lesegerät angeschlossen werden oder das verwendete Lesegerät besitzt bereits mehrere Antennenanschlussmöglichkeiten. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, zwischen Antenne und Lesegerät einen so genannten Multiplexer einzubauen. Dabei handelt es sich um einen einfachen, elektronisch gesteuerten Umschalter zwischen den Antennen. So kann automatisch eine Antenne nach der anderen ausgelesen werden. Solche Multiplexer werden oft genutzt, um die Kosten eines großen Systems zu senken, da wesentlich weniger Lesegeräte eingesetzt werden müssen (es gibt Multiplexer mit bis zu 16 Antenneneingängen). Außerdem reduzieren sie wesentlich die Komplexität eines solchen Systems, da weniger Lesegeräte angesteuert werden müssen.

Die Lesegeräte selbst stellen üblicherweise das letzte Glied in der Hardware eines RFID-Systems dar. Üblicherweise werden sie an einen Computer angeschlossen betrieben, an den sie die auf den Transpondern gespeicherten Daten weiterleiten. Lesegeräte unterscheiden sich vor allem in ihrer Betriebsfrequenz (LF, HF oder UHF) und in ihrer Sendeleistung. Die bereits im Bereich Antennen diskutierte Leseentfernung hängt ganz wesentlich von der Sendeleistung des Lesegeräts ab, da diese den Bereich bestimmt, in dem ausreichend elektromagnetische Feldstärke für die Energieversorgung des Transponders erreicht wird. Neben der erzielbaren Reichweite unterscheiden sich die unterschiedlichen Frequenzen auch bezüglich der jeweils angebotenen Übertragungsprotokolle. Abhängig von den verwendeten Protokollen können dabei unterschiedliche Anzahlen an Etiketten gleichzeitig ausgelesen werden. Wählt man ein UHF-System, so ist das Auslesen von bis zu 200 Transpondern gleichzeitig möglich.

Die Leseentfernung eines RFID-Systems hängt dabei ganz wesentlich von den eingesetzten Transpondern, von gut eingestellten Antennen, von möglichst verlustfreien Multiplexern, von der verwendeten Frequenz und nicht zuletzt von der Sendeleistung des Lesegeräts ab. Die Sendeleistung unterliegt gewissen Strahlungsgrenzwerten, die sicherstellen sollen, dass von RFID-Systemen keine Gefährdung für die Öffentlichkeit ausgeht. Unter idealen Bedingungen kann mit einem UHF-System im Labor bis zu etwa 5 m weit gelesen werden. LF- und HF-Systeme erreichen meist etwa 1 m Reichweite. Kommen hingegen ungünstige, reale Bedingungen hinzu, kann die Lesereichweite sehr schnell dramatisch abnehmen. Beispiele hierzu sind die Anwesenheit von Wasser oder Metallen im Lesebereich. Beispielsweise ist ein direkt auf ein Metallfass aufgeklebtes UHF-Etikett praktisch unauslesbar - und dies bei guten Antennen, Multiplexern und einem sendestarken Lesegerät. Selbst die Luftfeuchtigkeit kann einen messbaren Einfluss auf die Lesereichweite haben. Die Lesereichweite kann beispielsweise deutlich sinken, wenn es regnet.

Wie Sie vielleicht aus dem vorangegangenen Erläuterungen entnommen haben, sind Szenarien, in denen eine Vielzahl an Personen gleichzeitig über eine große Entfernung gescannt werden, zur Zeit eher unrealistisch, was die datenschutzrechtliche Situation etwas entspannt. Wer jedoch durch ein RFID-Tor geht, kann schon durchaus "komplett" ausgelesen werden, sofern sich keine Etiketten in oder direkt an Metallbehältnissen befinden. Hinzu kommt, dass ein gezieltes Auslesen nur einer Person technisch zur Zeit fast unmöglich ist. Alle Etiketten, die sich im Lesebereich des RFID-Systems befinden, werden stattdessen stets gleichzeitig ausgelesen. Anküdigungen, in denen mit Hilfe einer einzelnen Antenne zuverlässig in Entfernungen von mehr als einem Meter Etiketten ausgelesen werden sollen, sind nur unter sehr kontrollierten Bedingungen realistisch. Dies ist an der Supermarktkasse auf jeden Fall nicht gegeben.