RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät

Transkriptio

1 Lappeenrannan teknillinen yliopisto Tuotantotalouden tiedekunta Tietotekniikan koulutusohjelma Kandidaatintyö RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät Aleksi Raskinen Työn tarkastaja: TkT Ari Happonen Työn ohjaaja: TkT Ari Happonen Päiväys:

2 TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Tuotantotalouden tiedekunta Tietotekniikan koulutusohjelma Aleksi Raskinen RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät Kandidaatintyö sivua 9 kuvaa 5 taulukkoa Työn tarkastaja: TkT Ari Happonen Hakusanat: RFID, kulunvalvonta, tunnistus, RFID-markkinat Keywords: RFID, access control, identification, RFID market RFID on radioaaltoja hyväksikäyttävä langaton kommunikointitekniikka, jota käytetään tunnistamaan tunnisteella merkittyjä esineitä tai ihmisiä yksilöinä. RFID on jo pitkään ollut tunnettu tekniikka, mutta vasta viime vuosikymmeninä sitä on alettu hyödyntämään kaupallisesti eri sovellusaloilla. Kandidaatintyön tarkoituksena on tehdä yleiskatsaus RFID:n historiaan, järjestelmien osiin ja niiden toimintaan sekä kartoittaa RFIDmarkkinoiden nykytilaa ja lähitulevaisuutta sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Lopuksi työssä tarkastellaan RFID-perusteisten kulunvalvontajärjestelmien perusominaisuuksia ja niiden toimintaa. ii

3 ABSTRACT Lappeenranta University of Technology Faculty of Industrial Engineering and Management Degree Program in Information Technology Aleksi Raskinen RFID technology and access control systems Bachelor s Thesis 43 pages 9 figures 5 tables Examiner: D.Sc. (Tech.) Ari Happonen Keywords: RFID, access control, identification, RFID market RFID is radio waves utilizing wireless communication technology which can be used to identify tags attached to objects or people. RFID, as a technique, has long been known but not until the last few decades it has been utilized commercially in different types of application areas. The aim of the bachelor s thesis is to create a general overview of the history of RFID, how RFID-applications and their components work and to cover the current and near future of RFID market in global scale and in Finland. In the end, RFID based access control systems basic features and their functionality is presented. iii

4 ALKUSANAT Tämä kandidaatintyö on tehty Lappeenrannan teknillisen yliopiston tietotekniikan osastolla syksyllä Kiitokset työni ohjaajalle Ari Happoselle rakentavista kommenteista ja parannusehdotuksista läpi työn. Kiitokset hänelle myös runsaasta lisämateriaalin tarjoamisesta RFID:hen liittyen, jota ilman työn sisältö olisi jäänyt huomattavasti heikommaksi. Lappeenranta, 10. joulukuuta 2013 Aleksi Raskinen iv

5 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO TAUSTA TAVOITTEET JA RAJAUKSET TYÖN RAKENNE TYÖN AINEISTO RFID:N HISTORIA LUKU: RFID:N ESIAIKA LUKU: TEORIAN KEHITYS JA ENSIMMÄISET KENTTÄTESTIT JA 1980-LUKU: RFID-TEKNIIKAN KASVU JA KAUPALLISTUMINEN LUKU: RFID VALTAVIRTAAN LUKU: RFID:N KÄYTTÖÖNOTTO JOKAPÄIVÄISESSÄ ELÄMÄSSÄ RFID-TEKNIIKKAKATSAUS TUNNISTEET Passiivinen Aktiivinen Puolipassiivinen LUKIJAT VÄLI- JA TAUSTAOHJELMISTOT KÄYTTÖTAAJUUDET LF HF UHF Mikroaallot MUISTI RO, read-only RW, Read/Write WORM, Write-once-read-many RO-RW-yhdistelmät TIETOTURVA

6 3.7 STANDARDOINTI RFID:N MARKKINATILANNE MARKKINATILANNE GLOBAALISTI RFID SUOMESSA MARKKINOIDEN TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT KULUNVALVONTAJÄRJESTELMÄT JÄRJESTELMIEN RAKENNE KOMPONENTIT JÄRJESTELMIEN TARJOAJAT YHTEENVETO JA TULEVAISUUS LÄHTEET

7 SYMBOLI- JA LYHENNELUETTELO CEPT CMOS DOS EAS EEPROM EPC ERP HF IEC IFF ISO JTC 1 LF NFC PVC RFID RO RW SRAM TIRIS UHF WORM European Conference of Postal and Telecommunications Administrations Complementary Metal Oxide Semiconductor Denial-of-Service Electronic article surveillance Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory Electronic Product Code Enterprise resource planning High frequency, korkea taajuus International Electrotechnical Commission Identification friend or foe International Organization of Standards Joint Technical Committee (A joint committee of ISO and IEC) Low frequency, matala taajuus Near Field Communication Polyvinyylikloridi Radio-frequency identification Read-only Read/Write Static random-access memory Texas Instruments Registration and Identification System Ultra High Frequency, ultra korkea taajuus Write-once-read-many 3

8 1 JOHDANTO Tässä kappaleessa käsitellään kandidaatintyön aiheen taustoja, määritetään toteutetun työn tavoitteet ja asetetut rajaukset sekä esitellään kandidaatintyön rakenne. Työn rakenne koostuu neljästä kokonaisuudesta: RFID:n (Radio-frequency identification) historiasta, RFID-tekniikan teoriasta, RFID:n markkinakatsauksesta ja kulunvalvonnan sovellusalueen tarkastelusta. 1.1 Tausta Viime vuosikymmeninä automaattisen tunnistuksen ja tiedonkeruun järjestelmät ovat lisääntyneet huomattavasti yhä useammilla sovellusalueilla. Automaattisiksi tunnistuksen ja tiedonkeruun järjestelmiksi luetaan: viivakoodi, tekstintunnistus, biometrinen tunnistus, sirukortit ja radiotaajuinen etätunnistus eli RFID (Finkenzeller, 2010). Kyseisiä järjestelmiä tapaa muun muassa teollisuudessa, logistiikan ja materiaalivirtojen hallinnassa, tuotannossa sekä kulunvalvonnassa. Tunnistuksia voidaan tehdä tuotteilla, eläimillä ja jopa ihmisillä biologissa passeissa. Tässä työssä keskitytään RFID-järjestelmiin. RFID on radioaaltoja hyväksikäyttävä langaton kommunikointitekniikka, jota käytetään tunnistamaan tunnisteella merkittyjä esineitä tai ihmisiä yksilöinä (Hunt, Puglia, Puglia, 2007). RFID:tä on jo pitkään pidetty viivakoodien korvaajana parempien ominaisuuksien takia. Toistaiseksi kuitenkin viivakoodien halpa hinta pitää sen silti vielä käytössä. RFIDteknologian markkinaosuus kuitenkin kasvaa vuosi vuodelta ja monet yrityksetkin käyttävät jo RFID:tä eri tarkoituksiin kuten tuotantoketjun seuraamiseen ja kulunvalvontaan (Sweeney II, 2005). 1.2 Tavoitteet ja rajaukset Työn historiaosuuden tavoitteena on antaa lukijalle yleinen käsitys RFID:n synnystä luvulta ja siitä, kuinka kyseinen tekniikka on kehittynyt nykypäivään saakka. Tekniikan teoriaosuuden jälkeen lukijalla tulisi olla ymmärrys perinteisten RFID-järjestelmien eri komponenteista, niiden toiminnasta, heikkouksista ja ominaisuuksista, kuten tunnisteiden muistin määrästä ja käyttötaajuuksista. Tekniikkaosuuteen kuuluu myös tietoturvaan liittyvät ratkaisut, käytössä olevien standardien esittely sekä niiden tarkoitus ja vaikutus 4

9 komponenttien yhteensopivuuteen eri valmistajien välillä. Markkinatilanne-kappaleessa tehdään markkinoiden nykytilan selvitys kartoittamalla markkinoiden laajuus niin globaalisti kuin Suomessa. Kappaleessa tarkastellaan myös eri järjestelmätyyppien jakautumista markkinoille, mille sovellusaloille RFID-tekniikan sovellutukset ovat asettuneet ja pohditaan, mitkä sektorit voisivat olla kysynnän ja tarjonnan kannalta potentiaalisia käyttökohteita. Kulunvalvonta-luvun tavoite on havainnollistaa RFID-tekniikan teorioita kulunvalvonnassa. Luvussa selostetaan esimerkin avulla, kuinka kulunvalvontajärjestelmät käytännössä toimivat. Osiossa tarkastellaan muun muassa kulunvalvontajärjestelmän komponentteja, niiden toimintaa ja sitä, mitä järjestelmän ostajana kannattaa ottaa huomioon. Työssä ei käydä tarkasti NFC-tekniikkaa (Near Field Communication), joka voidaan myös mieltää RFID:n osa-alueeksi (Finkenzeller, 2010). NFC:n toimintaperiaatteet kuitenkin poikkeavat RFID:stä siinä määrin, että niitä tarkastellaan vain sivuuttaen taajuusalueiden kappaleessa. Järjestelmien tietoturva-osiossa ei käsitellä mahdollisia taustaohjelmahyökkäyksiä, sillä niihin pätevät tavallisiin ohjelmistoihin perustuvat tietoturvakäytännöt. Koska työn aiheeseen kuuluu kulunvalvonnan katsaus, ei muista sovellusaloista tarkemmin raportoida. 1.3 Työn rakenne Luku 1 toimii kandidaatintyön johdantona. Luvussa käsitellään työn taustoja, tavoitteet ja rajaukset sekä työn rakenne. Luvussa 2 tehdään katsaus RFID:n historiaan: mistä RFID alkoi ja mitkä olivat tärkeimmät vedenjakajat sen tekniikan historiassa? Luvussa 3 selostetaan RFID:n tekninen puoli. Siinä esitellään järjestelmät, niiden osat ja tyypit, tunnisteiden käyttötaajuudet ja niiden muisti sekä kansainväliset standardit. 5

10 Luvussa 4 tarkastellaan RFID:n tämän hetken markkinatilanteen laajuutta sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Luvussa käsitellään muun muassa vuosittaista tunnistemyyntiä, yleisimpiä sovellusaloja ja markkinoiden tulevaisuutta. Luvussa 5 sovelletaan osittain luvun 3 teorioita havainnollistamalla niitä RFID-perusteisen kulunvalvonnan järjestelmien avulla. Luvussa 6 esitetään yhteenveto työstä sekä pohditaan RFID-tekniikan tulevaisuuden näkymiä. 1.4 Työn aineisto Koska työ suoritetaan pääsääntöisesti kirjallisuuteen perustuvana tutkimuksena, esitetään tässä kappaleessa joitain mainitsemisen arvoisia RFID:tä käsitteleviä teoksia ja lähteitä. Kirjallisuutta on etsitty perinteisten hakukoneiden ja muun muassa Google Scholarin avulla. Kappaleessa käsitellään RFID:stä jo tehtyjä opinnäytetöitä, kirjallisia alan perusteoksia ja verkkolähteitä. RFID-teknologiasta on kirjoitettu useita suomalaisia opinnäytetöitä. Muun muassa Jari Koskisen opinnäytetyössä RFID-tekniikka ja sen sovellukset (2007) ja Jussi Tielisen opinnäytetyössä RFID - Teknologia, historia ja sovellukset (2011) käsitellään RFIDtekniikkaa ja sen sovelluksia yleiseltä kannalta. Jesse Keräsen kandidaatintyössä Design of RFID-system for industrial after-sale service (2011) keskitytään RFID-järjestelmän suunnittelemiseen teollisuuden asiakaspalveluun. RFID-tekniikasta on myös kirjoitettu paljon kirjoja. Työssä käytettyjen kirjallisten teosten heikkous on kuitenkin se, että suurin osa niistä on julkaistu jo lähes kymmenen vuotta sitten, joten etenkin markkinatilanteista kertovia kappaleita ei voi pitää kovin luotettavina lähteinä. Onneksi RFID:n perustekniikka ei ole paljon muuttunut, sillä monet jo luvun alkupuolella käyttöön otetut standardit ovat vieläkin käypiä. Tämän takia tekniikan perusteoksia ja historiaa käsitteleviä julkaisuja, kuten Bill Gloverin ja Himanshu Bhattin RFID Essentials (2006), Patrick J. Sweeney II:n RFID for dummies (2005) ja Klaus Finkenzellerin kirjaa RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless 6

11 Smart Cards and Identification (2010) voidaan käyttää luotettavasti työssä. RFID:stä on tehty lisäksi monia yksittäisiä tutkimustöitä, joissa on tutkittu muun muassa antennien muotoa, metallien ja veden vaikutusta signaaliin sekä signaalin paikannusta ja kartoitusta. Verkkodokumentteja käytetään tukemaan organisaatioiden sekä huomattavien tieteellisten tutkimusten ohessa. Internetissä sijaitsevat ajankohtaisimmat RFID-teknologiaan liittyvät julkaisut sekä monia raportteja ja asiaa käsitteleviä artikkeleita. Kattavimpiin RFIDtekniikkaa käsitteleviin internetsivuihin lukeutuva RFID Journal 1 sisältää laajasti RFID:n aihealueita niin perustekniikasta, markkinoista kuin käyttämisestä eri sovellusalueilla. RFID Journal on lisäksi mukana järjestämässä erinäisiä RFID-teknikkaan liittyviä tapahtumia. Suomalaisista tunnistusteknologiaa edistävistä yhdistyksistä mainitsemisen arvoinen on RFIDLab Finland ry, joka tarjoaa RFID-tietoutta seminaarien, koulutustilaisuuksien ja omien internetsivujensa tietopankin kautta. Sivuilta löytyy myös palvelu eri RFID-tekniikkaa myyvien yritysten löytämiseksi

12 2 RFID:N HISTORIA Tässä kappaleessa tarkastellaan yleisesti, kuinka RFID-tekniikka on kehittynyt sen alkuajoista nykyaikaan 2000-luvulle. Tiivistetty aikajana RFID:n historiasta on esitetty osion lopussa kuvassa luku: RFID:n esiaika RFID-teknologian alkulähdettä on vaikea määrittää tarkasti. Ensimmäiset järjestelmät, joissa käytettiin lähettimiä ja kyseisen lähettimen tunnistamiseen käytettyä havaintalaitteistoa, voidaan kuitenkin sijoittaa toisen maailmansodan läheisee n aikaan luvuille, jolloin ilma-aluksia havaitseva tutka keksittiin. Perinteisen tutkan ongelmana oli, että vaikka laite havaitsikin lähestyvät lentokoneet, ei se pystynyt erottamaan omia aluksia vihollisen koneista. Tähän ongelmaan kehitettiin ensimmäinen RFID-tekniikkaa muistuttava järjestelmä, Identification friend or foe eli IFF, johon kuuluivat omien joukkojen lentokoneissa oleva lähetin ja maassa oleva radioasema. Radioasema lähetti signaalin lähestyvän koneen suuntaan, jolloin koneen lähetin signaalin saatuaan alkoi lähettää omaa signaalia takaisin, jolloin maassa pystyttiin tunnistamaan kone omaksi (Roberti, 2005). Vuonna 1948 Harry Stockman julkaisi tieteellisen julkaisun kyseisestä point-to-point-kommunikointitekniikasta, joka on ensimmäisiä RFID:n syntyyn vaikuttaneista teoksista (Hunt, et al., 2007) luku: Teorian kehitys ja ensimmäiset kenttätestit 1960-luvulla RFID:n kehitys jatkui pääasiassa elektromagneettisen säteilyn sekä RFIDinnovaatioiden teorian tutkimisella. Huomattavia teoksia ovat muun muassa R.F. Harringtonin elektromagneettista säteilyä tarkastelevat tutkimukset Field Measurements Using Active Scatterers ja Theory of Loaded Scatterers. Itse RFID-innovaatioihin liittyviä julkaisuja ovat muun muassa Robert Richardsonin Remotely activated radio frequency powered devices ja J. H. Vogelman Passive data transmission techniques utilizing radar echoes. (Landt, 2001) 1960-luvulla tehtiin myös ensimmäiset kenttätestit ja yksittäiset kaupalliset sovellukset. 8

13 Yritykset Sensormatic ja Checkpoint perustettiin tarkoituksena kehittää vähittäiskauppoihin ja myöhemmin myös muun muassa kirjastoihin varkaudenesto ratkaisuja, jotka käyttäisivät hyväkseen radioaaltoja. EASvarkaudenhavaitsemisjärjestelmissä (Electronic article surveillance) käytettävät tunnisteet sisälsivät 1-bitin verran muistia ilmaisemaan, onko kyseinen tuote ostettu vai ei. EASratkaisut eivät näin ollen kuulu RFID:n piiriin, koska ne eivät pysty erottamaan tuotteita toisistaan vaan pystyvät havaitsemaan vain tunnisteen läsnäolon. (Roberti, 2005) ja 1980-luku: RFID-tekniikan kasvu ja kaupallistuminen 1970-luvulla RFID-tekniikan kehitys alkoi kasvaa räjähdysmäisesti. Yritykset, akateemiset instituutiot ja hallinnolliset virastot alkoivat kiinnostua RFID:stä. Alfred Koellen, Steven Deppin and Robert Freymanin tutkimus Short-Range Radio- Telemetry for Electronic Identification Using Modulated Backscatter vuonna 1975 aloitti passiivisten RFIDtunnisteiden kehityksen (Landt, 2005). Muun muassa USA:n hallinto aloitti tutkimukset kulkuneuvojen tunnistamiseksi luvun lopulla aloitettiin myös tutkimukset tietokoneiden yhdistämiseksi RFID-tunnistustekniikkaan (Hunt, et al., 2007). Tämä mahdollisti myöhemmin kätevän ja taloudellisen tavan kerätä ja hallita tietoa järjestelmissä. Kuvassa 1 on esitetty perinteinen RFID-järjestelmä yhdistettynä tietokoneeseen. Kuva 1. RFID-järjestelmä yhdistettynä tietokoneeseen. (Cal Poly RFID Lab, 2008) 9

14 1980-luku oli ensimmäisten kaupallisten RFID-sovellusten sekä passiivisten tunnisteiden ilmestymisen aikaa. Passiiviset tunnisteet käyttivät CMOS-teknologiaa (Complementary Metal Oxide Semiconductor), joka käytti energialähteenä sähkömagneettista induktiota lukijasta, eikä näin ollen tarvinnut erillistä virtalähdettä. Ensimmäiset passiiviset tunnisteet toimivat taajuusalueella 100 khz 250 khz (Seppä, 2011). Sovellukset olivat pitkälti hyvin yksinkertaisia, kuten karjan yksilötunnistusta, tuotteiden kuljetuksen hallintaa ja henkilöiden kulunvalvontaa (Hunt, et al., 2007). Ensimmäinen tietullijärjestelmä, jossa käytettiin RFID-tekniikkaa, otettiin käyttöön Norjassa vuonna 1987 (Landt, 2005). Yleisesti järjestelmät olivat 1980-luvulla lähes aina sovelluskohtaisia, joten kilpailua oli vähän, mikä hidastutti kehitystä ja piti järjestelmäkokonaisuuksien hinnat korkeina. Myös passiivisten LF-taajuusalueella (Low Frequency, matala taajuus) toimivien tunnisteiden induktioon tarvitsemat, usean kierroksen pituiset lankakäämit vaikuttivat nostavasti tunnisteiden hintaan (Seppä, 2011) luku: RFID valtavirtaan 1990-luvun saavutukset RFID-tekniikassa liittyivät pääosin laajeneviin tullisovelluksiin sekä HF-tunnisteiden (High Frequency, korkea taajuus) kehittämiseen. Koska ymmärrettiin, että käyttötaajuutta nostamalla ja korvaamalla lankakäämi (Kuva 2) etsausprosessilla (kemiallisesti syövyttämällä haluttuun muotoon) valmistetulla antennilla (Kuva 3), tunnisteiden kokoa ja hintaa pystyttiin alentamaan. Perinteiseksi HF-taajuudeksi vakioitui MHz, joka myös nosti tunnisteiden lukuetäisyyttä LF-tunnisteiden noin 10 cm:stä jopa yhteen metriin (Seppä, 2011). RFID-sovelluksissa etenkin USA:ssa monet eri tullivirastot ottivat laajalla rintamalla tekniikan käyttöönsä luvun tullisovellukset pystyivät havaitsemaan tunnisteet autoissa jo maantienopeuksissa. Osa sovellusten lukijoista pystyi myös ensimmäisen kerran tunnistamaan tunnisteita, jotka käyttivät eri standardeja (Landt, 2005). 10

15 Kuva 2. Lankakäämiantenni Kuva 3. Etsattu antenni (Priority 1 Design, 2007) (Libramation, 2008) RFID alkoi kukoistaa myös muilla aloilla. Esimerkiksi puolijohteiden valmistajayrityksen Texas Instrumentsin kehittämä TIRIS-järjestelmä (Texas Instruments Registration and Identification System) kehitti ratkaisuja muun muassa auton käynnistyksenestoon, kulkuneuvojen kulunvalvontaan sekä laskettelupassijärjestelmiin. Lisääntyneet sovellusalat ja tekniikan kehityksen hidastuminen aiheuttivat myös tarpeen tekniikan standardoinnille. Standardointiorganisaatiot kuten ISO (International Organization of Standards), CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) ja Auto-ID Center alkoivat julkaista standardeja ja suosituksia HF-taajuuksiin (Hunt, et al., 2007). Auto-ID Centerin, joka perustettiin vuonna 1998, tehtävänä oli myös luoda globaali numerointijärjestelmästandardi EPC (Electronic Product Code) avoimiin logistiikkaketjuihin (RFIDLab Finland ry/rfid-standardit, s.a.) luku: RFID:n käyttöönotto jokapäiväisessä elämässä Vaikka 1990-luvulla kehitettiin ensimmäiset UHF-antennit (Ultra High Frequency, ultra korkea taajuus), vasta 2000-luvulla alkoi sen hyödyntäminen taloudellisesti. Koska HFtekniikka oli toimiva ja standardoitu, alkoi AutoID Center standardoida UHF-tekniikkaa tavoitteena minimoida EPC-koodilla varustettujen tunnisteiden muistin määrä 96 bittiin, jolloin se kuitenkin riittäisi merkitsemään jokaisen tunnisteella merkityn kohteen. Standardointia käytettiin myös mahdollistamaan useiden tunnisteiden lukemisen samaan aikaan (Seppä, 2011) luvulla RFID-tekniikan kehitys eteni myös siihen, että tunnisteissa oli komponentteina enää vain CMOS-mikropiiri ja antenni. Tunnisteiden koko alkoi näin riippua enemmän antennin koosta. Tämä mahdollisti pienempien tunnisteiden kehittämisen sekä niiden liittämisen tarraan, jonka pystyi kiinnittämään esimerkiksi auton 11

16 tuulilasiin tai tuotepakkaukseen (Landt, 2005). Kuvassa 4 on esitetty RFID-tunnisteiden kokojen kehitys. Ylimpänä kuvassa on 12-bittinen RO-tunniste (Read-only) vuodelta 1976, jossa on CMOS-mikropiiri varustettuna paksulla kalvovastuksella. Keskellä 128-bittinen RO-tunniste vuodelta 1987, jossa on CMOS-piirin lisäksi ulkoisia komponentteja. Alimpana kuvassa on 1024-bittinen RW-tunniste (Read/Write), jossa on integroitu CMOSpiiri vuodelta Tunnisteiden komponenttien halpeneminen mahdollisti näin myös itse tunnisteiden edullisuuden, ja hinnat ovatkin jatkaneet laskuaan (Hunt, et al., 2007). Kuva 4. RFID-tunnisteita verrattuna yhden sentin kolikkoon. (Landt, 2005) Hintojen halpenemisen ja EPC-standardin julkistamisen myötä RFID:n käyttäminen toimitusketjun ja logistiikan ja tuotteen seurannan sovellusalueilla kasvoi. Vähittäistavarakauppajätti Wal-Mart ja Yhdysvaltain puolustusministeriö alkoivat hyödyntää toimissaan RFID-tekniikkaa vuonna 2003, jolloin tekniikan markkinat lähtivät rajuun kasvuun. (Hunt, et al., 2007) RFID:n kehittyminen ja yleistyminen tavallisten ihmisten keskuudessa aiheuttivat myös kysymyksiä tekniikan eettisyyden liittyvissä asioissa, sillä tunnisteiden lukuetäisyys oli kasvanut paljon. Näin ollen alettiin panostamaan enemmän muun muassa järjestelmien 12

17 ohjelmistojen suunnitteluun, ylläpitämiseen, antennien ja mikropiirien muotoiluun sekä informaation salaamiseen. (Cormode, 2006) Kuva 5. Aikajana RFID:n historiasta. 13

18 3 RFID-TEKNIIKKAKATSAUS Tässä kappaleessa käsitellään RFID-järjestelmien komponentteja, tarkastellaan kuinka ja millä taajuuksilla kommunikointi eri komponenttien välillä tapahtuu, minkälainen muisti tunnisteilla on ja tehdään yleinen katsaus RFID:n tietoturvaan ja standardointiin. RFID-järjestelmät koostuvat minimissään sarjanumeron sisältävästä tunnisteesta ja lukijasta, jolla tunnisteen sisältämä tieto voidaan lukea. Usein järjestelmiin kuluu myös tietojen säilytykseen ja hallintaan tarkoitettuja ohjelmistoja, joita kutsutaan väli- ja taustaohjelmistoiksi. RFID:tä verrataan usein viivakoodiin, ja sitä pidetäänkin viivakoodin kehittyneempänä versiona. Taulukossa 1 vertaillaan RFID:n ja viivakoodin ominaisuuksia toisiinsa. Ympäristön vaikutus datan lukemiseen Tunnisteiden kestävyys Automaatio Viivakoodi Näköetäisyys, läheisyys koodin koosta riippuen Yleensä sama kestävyys kuin pakkauksella, johon kiinnitetty Yleensä vaaditaan lukijalle ihmiskäyttäjä 14 RFID Ei näköetäisyyttä, läheisyys tunnisteesta ja taajuudesta riippuen Vähemmän altis ympäristön vaikutuksille koteloituna Sovelluksesta riippuen vain vähäinen vaatimus ihmisen osallistumisesta Tunnisteen sisältö Tuote ja tuottaja Tunnus, muistin koosta riippuen Turvallisuus Hinta Heikko, väärentäminen suhteellisen helppoa Edullinen, käytännössä jopa ilmainen, jos kuuluu pakkaukseen paljonkin mahdollisuuksia muihin eri tietoihin Tiettyjen tunnisteiden tieto voidaan salata Kalliimpi, mutta vaihtelee tunnistetyypistä riippuen Taulukko 1. Viivakoodin ja RFID:n ominaisuuksien vertailua. (Supply Chain Digest, 2010; Adaptalift Hyster, 2010)

19 3.1 Tunnisteet Tunnisteet eli tagit ovat toinen RFID-järjestelmien peruskomponenteista. Perinteiset tunnisteet sisältävät mikropiirin muistin säilyttämiseen ja antennin signaalin vastaanottamiseen ja lähettämiseen pakattuna käyttötarkoituksesta riippuen esimerkiksi PVC-muovista (Polyvinyylikloridi) valmistettuun kapseliin, jolloin tätä antennin ja mikropiirin muodostamaa kokonaisuutta kutsutaan tunnisteeksi (Hunt, et al., 2007). RFIDtunnisteet voidaan jakaa kolmeen kategoriaan niiden energianlähteiden mukaan. Passiiviset tunnisteet eivät vaadi toimiakseen omaa virtalähdettä vaan käyttävät hyödykseen lukijasta lähetettyjä radioaaltoja tai sähkömagneettista kenttää energianlähteenä. Aktiiviset tunnisteet sisältävät oman energianlähteen ja voivat näin lähettää itse signaalin. Aktiivisen ja passiivisen lisäksi on olemassa myös puolipassiivisia tunnisteita, jotka aktiivisten lähettimien tapaan sisältävät oman virtalähteen sisäisiin toimintoihin, mutta käyttävät lukijan lähettämää signaalia lähettääkseen informaatiota. Taulukossa 2 vertaillaan aktiivisia, passiivisia ja puolipassiivisia tunnisteita toisiinsa. Aktiivinen Puolipassiivinen Passiivinen Virtalähde Kyllä, sekä Kyllä, sisäisiin Ei, virta lukijasta kommunikointiin että sisäisiin operaatioihin operaatioihin Tunnisteiden Kallis Aktiivista edullisempi, Edullinen hinta mutta passiivista kalliimpi Toimintasäde Pitkä, > 100 m Keskipitkä, < 100 m Lyhyt, < 10 m Tunnisteiden Yleisesti suuri, mutta Keskisuuri Pieni koko sovelluksesta riippuvainen Sovellusalueesimerkkejä Kulkuneuvojen kulunvalvonta, Älyetiketit, turvakortit Kuluttajatuotteet, kulunvalvonta armeijakalusto Taulukko 2. Aktiivisten, puolipassiivisten ja passiivisten tunnisteiden ominaisuuksia. (Seetharan & Fletcher, 2007; Mind Commerce, 2012) 15

20 3.1.1 Passiivinen Passiiviset tunnisteet eivät sisällä omaa virtalähdettä, vaan vaativat energianlähteeksi lukijan magneettisen tai elektromagneettisen kentän. Tämä aiheuttaa passiivisia tunnisteita käyttäville järjestelmille erinäisiä rajoitteita. Passiivisten tunnisteiden toimintaetäisyys rajoittuu muutamiin metreihin, mikä on paljon pienempi kuin aktiivisilla tunnisteilla. Koska kommunikoimiseen tarvittava energia tulee yksinomaan lukijasta, vaatii se siltä enemmän tehoa. Passiiviset tagit sisältävät myös vähemmän muistia verrattuna aktiivisiin. Perinteiset passiiviset tunnisteet sisältävät yleensä vain tunnisteen ID-numeron, jolla se voidaan erottaa toisista tunnisteista. Passiiviset tunnisteet kommunikoivat lukijan kanssa joko induktiivisen kytkennän tai radioaaltojen avulla riippuen järjestelmän käyttötaajuudesta. Perinteisesti matalan taajuuden tunnisteet (LF ja HF) kommunikoivat induktiivisen kytkennän avulla, kun taas korkean taajuuden tunnisteet (UHF ja mikroaallot) radioaaltojen kautta. Induktiivisessa kytkennässä lukija luo oskilloivan (jaksollisesti värähtelevän) magneettikentän. Se indusoi lähellä olevan tunnisteen antennin eli käämin, josta tunnisteen mikrosiru saa virtansa. Sirun data moduloi tunnisteen käämin virtaa, jonka lukijan antenni havaitsee. Radioaaltojen avulla kommunikoitaessa tunnisteen dipoliantenni vastaanottaa lukijan lähettämät radioaallot ja heijastaa niitä takaisin sisältäen sirun datan. (RFIDLab Finland ry/rfidtekniikan käyttämät taajuusalueet, s.a.) Koska passiiviset tunnisteet eivät sisällä omaa virtalähdettä, ovat ne halvempia kuin aktiiviset tunnisteet. Perinteisten passiivisten tunnisteiden hinnat vaihtelevat noin 0,1 dollarin ja 1,00 dollarin välillä (Hunt, et al., 2007), mutta ostettaessa suurina volyymeinä yksittäisen tunnisteen hinta voi pudota jopa 0.01 dollariin tai sitä alemmas. Virtalähteen puuttuminen mahdollistaa myös sen, että tunnisteiden koko voi olla hyvinkin pieni. Esimerkki passiivisesta tunnisteesta on esitetty kuvassa 6. 16

21 Kuva 6. Rulla ALN-9630 Alien Technology Squigglette-passiivisia tunnisteita (Frontweb Inc., 2011) Aktiivinen Aktiiviset RFID-tunnisteet eroavat niiden passiivisista vastineista siten, että ne käyttävät toimintoihinsa omaa sisäistä virtalähdettä usein pariston tai aurinkokennon kautta (Finkenzeller, 2010). Koska aktiivinen tunniste ei ole riippuvainen lukijan magneettikentän energiasta, voi se toimia itsenäisesti ja sisältää toimintoja, jotka vaativat enemmän energiaa. Tämän takia aktiivisten tunnisteiden muisti on tavallisesti suurempi kuin passiivisten. Aktiivisten tunnisteiden muisti voi nousta jopa 128 kilotavuun (Hunt, et al., 2007). Sisäinen energianlähde mahdollistaa myös suuremman toimintasäteen lukijan kanssa, ja aktiivisissa tageissa se voi olla jopa yli 100 metriä. Aktiivisia tunnisteita on kahta eri perustyyppiä: transponder- ja beacon-tunnisteet. Transponder-tunniste pysyy passiivisena kunnes lukijan signaali herättää sen, jolloin tunniste alkaa lähettämää omaa dataansa. Tämä toimintatapa säästää virtalähdettä. Beacontunnisteet lähettävät dataansa tasaisin väliajoin, joten ne soveltuvat mainiosti esimerkiksi ympäristön tarkkailuun ruokavarastossa. (OmniID, 2009) Sisäisen energialähteen ja sovelluskohtaisten suojaamisvaatimusten takia aktiiviset tunnisteet ovat suurempia kuin passiiviset. Tällöin myös kyseisten tunnisteiden hinta on suurempi kuin passiivisilla. Esimerkki aktiivisesta tunnisteesta on esitetty kuvassa 7. 17

22 Kuva 7. Omni-ID Power 400-aktiivinen tunniste (OmniID, 2013) Puolipassiivinen Puolipassiivisiksi eli paristotuetuiksi RFID-tunnisteiksi kutsutaan tunnisteita, jotka sisältävät oman virtalähteen, mutta käyttävät lukijan signaalin energiaa lähettääkseen oman signaalin tunnisteesta. Puolipassiiviset tunnisteet käyttävät sisäistä virtalähdettään antaakseen energiaa tunnisteen sisäisille toiminnoille kuten ympäristön lämpötilan mittaamiseen, mutta eivät käytä sitä signaalinsa lähettämiseen aktiivisten tunnisteiden tapaan. 3.2 Lukijat Toinen RFID-järjestelmien peruskomponenteista on lukija. Lukijan osana järjestelmissä on toimia rajapintana tunnisteiden ja väliohjelmistojen välillä. Käytännössä lukijan tehtäviin kuuluvat datan lukeminen ja kirjoittaminen tunnisteeseen, datan välittäminen väliohjelmistosta tunnisteeseen ja toisin päin, sekä energian välittäminen passiivisille tunnisteille (Hunt, et al., 2007). Lukija-laitteiden fyysisinä komponentteina ovat perinteisesti yksi tai useampi antenni, jonka avulla lukija kommunikoi tunnisteen kanssa, ohjainyksikkö ja verkkorajapinta väliohjelmistoja varten. Lukijan ohjainyksikön tehtäviin kuuluvat kommunikointi väli- ja taustaohjelmien kanssa ja niiltä saamien käskyjen toteuttaminen. Lisäksi ohjainyksikkö hallinnoi kommunikointia tunnisteen kanssa, hoitaa signaalien muuntamisen sekä järjestelmän kompleksisuudesta riippuen salaa tunnisteen ja lukijan välisen tietoliikenteen. Verkkorajapinta yhdistää lukijan väliohjelmistoon kiinteästi tai langattomasti riippuen lukijan tyypistä. (Glover & Bhatt, 2006; Finkenzeller, 2010) 18

23 Lukijoiden tyyppi, toiminnallisuus- ja taajuusvaatimukset vaikuttavat enenevissä määrin laitteen hintaan. Matalan taajuuden lukija-laitteiden hinnat vaihtelevat alle 100 dollarin ja 750 dollarin välillä kun taas korkean taajuuden lukijoiden hintaväli on noin $500 - $2000. (RFID Journal/How much do RFID readers cost today?, s.a.) 3.3 Väli- ja taustaohjelmistot Väliohjelmistoiksi (Middleware) kutsutaan ohjelmia, jotka sijaitsevat RFID-järjestelmissä rajapintana lukijoiden ja taustaohjelmien välissä. Väliohjelmistojen ensisijaisena tehtävänä on ottaa vastaan lukijoilta saamansa data ja muuttaa se taustaohjelmille, esimerkiksi ERPjärjestelmille (Enterprise resource planning), hyödylliseen muotoon. Lukijat saattavat lukea saman tunnisteen datan satoja kertoja sekunnissa, joten tällainen suodattamis- ja puskurointitoimenpide on järjestelmissä välttämätön (Violino, 2005). Väliohjelmistojen toiminnan piiriin kuuluu usein myös lukija-laitteiden hallinta sekä tiedon reitittäminen oikeille taustaohjelmille (Hunt, et al., 2007). Kuvassa 8 on esitetty pelkistetty lukijoiden, väliohjelmistojen ja taustaohjelmistojen välinen kommunikointi. Kuva 8. RFID-järjestelmän väli- ja taustaohjelmistot (Hunt, et al., 2007) Taustaohjelmistot toimivat ihmisen ja RFID-järjestelmien välisenä rajapintana (Violino, 2005). Kyseiset ohjelmat luonnollisesti sisältävät jonkinlaisen tietokannan datan säilyttämiseen. Taustaohjelmat ovat tavallisesti sovelluskohtaisia ja voivat vaihdella lokiasiakirjojen säilytyksestä aina suuriin usean päätteen suorittamiin ja tuhansien lukijalaitteiden tuottaman datan analysointiin. Taustaohjelmat ovat tietoturvan kannalta RFIDjärjestelmien kriittisimpiä osia, koska ne sisältävät tavallisesti järjestelmän arkaluontoisimman informaation (Thornton, Haines, Das, Bhargava, Campbell, Kleinschmidt, 2006). 19

24 3.4 Käyttötaajuudet Yksi tunnisteen ja lukijan välisen kommunikoinnin edellytyksistä on, että niiden tulee olla konfiguroituneena käyttämään samaa taajuutta. RFID-järjestelmien käyttötaajuudet voidaan jakaa karkeasti voimakkuudeltaan neljään eri taajuusluokkaan: LF-, HF-, UHF- ja mikroaaltotaajuuksiin. Eri taajuudet vaikuttavat lähinnä sovellusten vaatimaan etäisyyteen tunnisteen ja lukijan välillä sekä tiedonsiirron nopeuteen. Yhteenveto eri passiivisten tunnisteiden käyttötaajuuksista ja niiden eroista on esitetty taulukossa 3. Taulukossa ei ole mainittu mikroaaltotaajuutta, sillä tunnisteet ovat pääasiassa aktiivisia tunnisteita kyseisellä taajuudella. LF, matala taajuus HF, korkea taajuus UHF, ultra korkea taajuus Taajuusalue (Tavallisin taajuus) khz (125 khz & 134, MHz (13,56 MHz) MHz ( MHz) khz) ISO standardeja ISO 11784, ISO 11785, ISO ISO 15693, ISO ISO C (EPC Gen2) Tiedonsiirron < 10 kb/s < 100 kb/s < 200 kb/s nopeus Toimintasäde 0,1 1 m < 1 m 3 5 m Toiminta metallien ja nesteiden lähettyvillä Hyvä Suhteellisen hyvä Huono ellei suunnittelussa ole otettu tätä huomioon Muistin määrä Vähäinen 256 bitistä 8 kilotavuun Tavallisesti 96 bitistä n bittiin Taulukko 3. Yhteenveto käyttötaajuuksista perinteisten passiivisten tunnisteiden kannalta. (Technology Solutions, 2011; Roberti, ; Brooks, 2013; Chabanne, Urien, Susini, 2013) Eri taajuusalueilla on perinteisesti käytössä erilaiset fysikaaliset kommunikointitavat. Matalan tason taajuuksilla (LF ja HF) tiedonsiirto tapahtuu yleensä induktiivisen kytkennän ja korkean tason taajuuksilla (UHF ja mikroaallot) radioaaltojen avulla. 20

25 (RFIDLab Finland ry/rfid-tekniikan käyttämät taajuusalueet, s.a.) LF LF-taajuuden järjestelmät toimivat pääsääntöisesti 125 ja 134,2 khz:n alueella. Matalan tason taajuus rajoittaa kyseisten järjestelmien toimintasädettä, ja ne toimivatkin yleensä alle metrin matkalla. Matalaa taajuutta hyödyntävät järjestelmät ovat kuitenkin verrattain parempia toimintavarmuudeltaan kuin korkeamman taajuuden järjestelmät, sillä taajuuden noustessa myös ympäristön vaikutus radioaaltoihin kasvaa. LF-järjestelmiä käytetään lähinnä eläinten tunnistukseen ja kulunvalvontajärjestelmissä. (RFIDLab Finland ry/rfidtekniikan käyttämät taajuusalueet, s.a.; Brooks, 2013) HF HF-taajuuden järjestelmät ovat standardoituneet kansainvälisesti 13,56 MHz:n alueelle. Korkean taajuuden passiiviset tunnisteet voidaan tyypillisesti lukea maksimissaan 1,5 metrin matkalta, ja näin ne soveltuvat parhaiten lähietäisyystunnistukseen, kuten kirjastokorttien tai lähitavaratuotteiden tunnistukseen. Myös RFID:n alalaji NFC, joka suunniteltiin turvalliseen tiedonvaihtoon, toimii samalla HF-taajuusalueella. NFClaitteiden toimintaetäisyys on normaaleista HF-taajuuden komponenteista poiketen vain noin 10 cm. (RFIDLab Finland ry/rfid-tekniikan käyttämät taajuusalueet, s.a.; Thrasher, 2013) UHF UHF-taajuusalueet vaihtelevat jonkin verran eri maanosien mukaan. Esimerkiksi Yhdysvalloissa UHF-taajuus on asettunut MHz:iin kun taas Euroopassa yleisesti käytetty taajuus on noin 869 MHz. UHF-taajuuden järjestelmät toimivat pidemmällä etäisyydellä kuin sen LF ja HF vastineet, minkä lisäksi tiedonsiirto on nopeampaa. Korkea taajuus aiheuttaa kuitenkin rajoituksia, sillä muun muassa metallien ja nesteiden läheisyydessä UHF-järjestelmien toimintavarmuus pienenee. UHF-taajuutta hyödyntäviä sovelluksia ovat muun muassa logistiikan toimitusketjuratkaisut. (RFIDLab Finland ry/rfid-tekniikan käyttämät taajuusalueet, s.a.) 21

26 3.4.4 Mikroaallot Mikroaaltojen tavallisin toimintataajuus on 2,4 GHz. Mikroaaltoja hyödyntävät tagit ovat pääsääntöisesti aktiivisia tunnisteita, koska niiden toimintaetäisyysvaatimukset ovat usein suuria, yli 10 metriä. Tämän takia mikroaaltoja käytävät järjestelmät asettuvat lähinnä tietulli- ja ajoneuvojen tunnistusratkaisuihin. (RFIDLab Finland ry/rfid-tekniikan käyttämät taajuusalueet, s.a.) 3.5 Muisti Tunnisteiden kokoon ja hintaan vaikuttavat olennaisesti mikrosirun sisältämä muisti. Induktiivista kytkentää hyödyntävät tunnisteet sisältävät ensisijaisesti EEPROM-muistia (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) ja radioaaltoja hyödyntävät SRAM-muistia (Static random-access memory). Muistien määrä vaihtelee tavallisesti EEPROM-muistissa 16 tavun ja 8 kilotavun ja SRAM-muistissa 256 tavun ja 64 kilotavun välillä (Finkenzeller, 2010). Tunnisteiden sisältämän sirun muistin tyyppi voidaan jakaa karkeasti kahteen ryhmään: RO ja RW. Näistä tyypeistä on myös erilaisia variaatioita kuten WORM (Write-once-read-many) ja RO-RW-yhdistelmät (Hunt, et al., 2007) RO, read-only RO-muistia sisältävät tunnisteet ovat nimensä mukaisesti vain luettavissa. Tunnisteet ovat yleensä ohjelmoituja jo tuotantovaiheessa, jonka jälkeen niiden muistia ei voida enää muuttaa, joten niiden toimintaperiaate muistuttaa viivakoodia. Useimmiten sirut eivät sisällä muuta dataa kuin tagin tunnuksen tai EAS-järjestelmissä yhden bitin, joten ne ovat halpoja ja helposti integroitavissa eri järjestelmiin. (Hansen & Gillert, 2008) RW, Read/Write RW-muistia voidaan muokata ja lukea useita kertoja, ja ne muistuttavatkin ulkoisia tiedontallennusvälineitä, minkä vuoksi RW-muistia sisältäviä tunnisteita sanotaankin joskus älytunnisteiksi. Tunnisteet sisältävät yleensä muutakin dataa kuin tagin tunnuksen kuten käyttöohjeita ja prosessitietoja, joten verrattuna RO-muistiin ne sisältävät enemmän tietoa. Tämän johdosta RW-muistin tunnisteilta vaaditaan, että niiden tiedot voidaan myös salata (Hansen & Gillert, 2008). Nykyajan tunnisteiden kehitys on keskittynyt eniten RWmuistia sisältäviin tageihin (Hunt, et al., 2007). 22

27 3.5.3 WORM, Write-once-read-many WORM-muisti toimii lähes samalla tavalla kuin RO-muisti eli sisältää staattisen muistin. Erona RO:hon on kuitenkin se, että WORM-muisti voidaan kirjoittaa kerran CD-R-levyjen polttamisen tapaan, jonka jälkeen se voidaan vain lukea. Tällaista muistia käytetään esimerkiksi tuotantolinjalla päiväyksen tai valmistuspaikan merkitsemiseen. (Hunt, et al., 2007) RO-RW-yhdistelmät RO- ja RW-muistia voidaan myös joissain tapauksissa käyttää samassa mikrosirussa. Muisti on tällöin jaettu eri osiin, joista toisessa on vain luettavissa oleva tagin tunnus ja toisessa sovelluksesta riippuen oleva uudelleen kirjoitettava osa. (Hunt, et al., 2007) 3.6 Tietoturva Lisääntynyt RFID-tekniikan hyödyntäminen eri sovellusaloilla on aiheuttanut tarpeen yksityisyyden suojaamiseen ja tietojen salaukseen. Tässä kappaleessa tarkastellaan yleisimpiä RFID-järjestelmää vastaan tehtäviä tietoturvahyökkäyksiä ja sitä, kuinka eri hyökkäyksiä vastaan voidaan suojautua. Hyökkäykset RFID-järjestelmää vastaan voidaan jakaa kolmeen kategoriaan: tunnisteita, radioaaltoja ja taustaohjelmia vastaan tehtäviin hyökkäyksiin. Tunnistehyökkäyksiin kuuluvat perinteisesti tunnisteiden tuhoaminen, suojaaminen radioaalloilta ja kopioiminen. Yksinkertaisempiin hyökkäyksiin RFID-järjestelmää vastaan kuuluu tunnisteen tuhoaminen fyysisesti esimerkiksi katkaisemalla antenni tai altistamalla tagi suurelle määrälle säteilyä, jolloin tunniste tuhoutuu ylimääräisen energian purkauduttua lämpönä. Kommunikointia tunnisteen ja lukijan välillä voidaan häiritä pakkaamalla tunniste radioaaltoja heijastavaan materiaaliin kuten metalliin. RO-muistia sisältävä tunniste voidaan myös kopioida altistamalla tunniste toimintataajuutensa mukaiselle säteilylle, jolloin tagin tunnus voidaan lukea sopivalla lukijalla. Tunnisteen kopio voidaan näin ohjelmoida luetulla tunnuksella. (Finkenzeller, 2010) Koska RFID-järjestelmät hyödyntävät toiminnassaan langatonta kommunikointia 23

28 radioaaltojen avulla, voi hyökkääjä käyttää myös tätä hyväkseen. Radioaaltorajapintaa hyödyntäviä hyökkäyksiä ovat muun muassa salakuuntelu, häirintä, DOS-hyökkäykset (Denial-of-Service) ja relay-hyökkäys. Salakuuntelu on yksi langattoman viestinnän suurimmista tietoturvauhkista niin tavallisissa tietovirroissa kuin RFID-tekniikassakin. Radioaaltoja voidaan kuunnella asianmukaisilla lukijoilla. Tunnisteen ja lukijan välistä yhteyttä voidaan häiritä perinteisesti kahdella tavalla. Syöttämällä lukijalle sen taajuusalueella olevaa signaalia voidaan peittää tunnistekontaktit ja vaihtoehtoisesti DOShyökkäyksellä voidaan ylikuormittaa lukijan käsittelykapasiteetti. Relay-hyökkäyksessä mallinnetaan lukija-tunniste-kommunikaatiota välityslaitteen avulla, jolloin lukijan ja tunnisteen ei tarvitse olla toimintasäteellä. (Finkenzeller, 2010) Koska salauksen mahdollistamiseksi tunnisteelta vaaditaan enemmän muistia ja virtaa, jotka kasvattavat tuotantokustannuksia, ei se monissa sovelluksissa ole taloudellisesti kannattavaa. Koska RFID:tä kuitenkin hyödynnetään myös turvallisuutta vaativilla aloilla, kuten maksujen asioinnissa, on puolustusmekanismit niissä välttämättömät muun muassa salakuuntelulle ja niin sanotulle skimmaukselle eli tunnisteen datan kopioimiselle. Lukijan ja tunnisteen välistä kommunikointia voidaan salata usealla tavalla, kuten salausavaimilla ja tietovirran salauksella. Lukija ja tunniste voivat käyttää samaa avainta sekä salaukseen että purkamiseen, jolloin kyseessä on symmetrinen salaus. Suurissa, monen tuhannen tunnisteen järjestelmissä tämä käytäntö voi avaimen paljastuttua aiheuttaa suuren tietoturvariskin, joten näissä järjestelmissä tunnisteet sisältävät toisistaan poikkeavat salausavaimet ja noudattavat asymmetristä salausta. (Finkenzeller, 2010) 3.7 Standardointi Standardeilla on tärkeä rooli RFID-tekniikan kehityksessä. Yksi standardoinnin tavoitteista RFID:n kannalta on yhteensopivuuksien mahdollistaminen eri käyttöalakokonaisuuksien kuten kaupallisten ja hallinnollisten toimialojen kanssa. Standardoinnilla on tarkoitus myös luoda ohjesääntöjä järjestelmän eri laitteiden (tunnisteet, lukijat ja ohjelmistot) yhteensopivuuksiin valmistajariippumattomuuden mahdollistamiseksi. Lisäksi tarkoituksena on RFID-markkinoiden laajentaminen ja kilpailun lisääminen. Kilpailun tavoitteena taas on RFID-laitteiden hintojen laskeminen. Suurimmat kansainväliset organisaatiot, jotka näitä standardeja luovat ovat IEC (International Electrotechnical 24

29 Commission), ISO, GS1 eli RFID:n tapauksessa EPCglobal ja JTC 1 (Joint Technical Committee) (RFID Information.org, 2013). Sovellusalan ja alueellisiin standardeihin ja säännöksiin vaikuttavat lisäksi erilliset yksittäiset organisaatiot, kuten Viestintävirasto Suomessa (Seppä, 2011). Standardit jaetaan tyypillisesti neljään avainkategoriaan, joista tärkeimmät ovat tiedonvälitysprotokolla- ja tunnisteen tietosisältö-standardit. Tiedonvälitysprotokolla määrittää tavan, jolla tunniste ja lukija kommunikoivat toistensa kanssa. Tunnisteen tietosisältö määrää, mitä ja millä tavalla data on säilötty tunnisteen muistiin. Muita alueita, joita standardoidaan liittyvät laitteiden ja ohjelmistojen yhteensopivuuteen sekä järjestelmien testaukseen, jolla voidaan todistaa, että järjestelmä täyttää standardin vaateet. (RFID Information.org, 2013) Tunnetuimpia standardeja ovat ISO/IEC perheen yksittäiset standardit, jotka määrittävät ilmarajapinnan eli tiedonvälitysprotokollan eri taajuuksille. Globaalilta kannalta olennaisin näistä standardeista on vuonna 2004 ensimmäisen kerran muodostettu ISO/IEC C, joka tunnetaan paremmin nimellä EPCglobal Class-1 Generation-2 tai lyhyemmin UHF Gen 2. Kyseisen standardin ansiosta UHF-taajuudella tapahtuva tunnistus saatiin varmemmaksi ja nopeammaksi. Uusin versio tästä standardista julkaistiin vuonna 2013, ja se keskittyi tietoturvan parantamiseen. (Impinj/RFID Standards, s.a.; RFIDLab Finland ry/rfid-standardit, s.a.) 25

30 4 RFID:N MARKKINATILANNE Tässä kappaleessa tutkitaan RFID:n markkinatilannetta. Markkinatilannetta tarkastellaan sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Lopuksi käsitellään RFID:n markkinatrendejä ja tarkastellaan, miltä tekniikan tulevaisuuden näkymät näyttävät markkinoiden näkökulmasta. 4.1 Markkinatilanne globaalisti RFID:n markkinat ovat jo pitkään noudattaneet kasvavaa trendiä. IDTechEx:n tekemän markkinatutkimuksen, joka sisältää niin tunnisteet, lukijat, väli- ja taustaohjelmat, mukaan RFID:n markkinaosuus jatkaa edelleen kasvuaan (Das & Harrop, 2013). IDTechEx on yhtiö, joka tuottaa markkina- ja liiketaloudellisia tutkimuksia uusista teknologioista. RFID:stä IDTechEx tuottaa vuosittain uuden markkinoita käsittelevän tutkimuksen. Tutkimuksessa ennustetaan markkinoiden kasvavan vuoden 2013 loppuun mennessä 7,88 miljardiin dollariin. Tämä olisi lähes miljardin kasvu edellisvuoteen, jolloin markkinoiden arvo oli 6,98 miljardia dollaria ja yli kaksinkertainen verrattuna vuoden 2008 tulokseen, jolloin kokonaisarvo oli 3,5 miljardia dollaria (Panizza, Lindmark, Rotter, 2010). IDTechEx antaa myös RFID-markkinaosuudelle varovaisen pitkän ajan ennusteen, jonka mukaan vuonna 2024 osuus olisi jopa $30,24 miljardia. RFID-järjestelmien komponenteista passiiviset tunnisteet luovat toistaiseksi suurimmat tulot, mutta panostukset väli- ja taustaohjelmiin voivat tulevaisuudessa aiheuttaa niiden osuuden nousemisen passiivisten tunnisteiden ohi. RFID-markkinoiden lähitulevaisuuden ennuste ja komponenttien osuus siitä on esitetty taulukossa 4. 26

31 Taulukko 4. RFID:n komponenttien markkinaosuudet ja lähitulevaisuus (Das & Harrop, 2013) IDTechEx:n tutkimus ennustaa myös, että tunnisteiden määrät nousevat runsaasti vuoden 2013 loppuun mennessä. Tämä selittyy lisääntyvinä tarpeina vähittäismyyntisektorilla ja eläinten tunnistuksen laillisista vaatimuksista, jota vaaditaan monilla alueilla. Näitä alueita ovat muun muassa kehittyvät Kiinan ja Australaasian alueet. UHF-taajuusalueen tunnisteita myydään eniten, vaikka niiden markkinaosuus on vain 11 % HF-taajuusalueen kokonaisarvosta. Kaiken kaikkiaan IDTechEx ennustaa myytäväksi 5,9 miljardia tunnistetta vuonna 2013, mikä on yli miljardi enemmän kuin 2012, jolloin myytyjen tunnisteiden määrä oli 4,8 miljardia. Vähittäismyynnin osuus tästä olisi noin 2,25 miljardia tunnistetta. (Das & Harrop, 2013) Tällä hetkellä RFID:n suurimmat markkinat ja käyttöönotto ovat asettuneet teollisesti vahvoille alueille Pohjois-Amerikkaan ja Eurooppaan, joissa RFID:n tunnettuus on suuri. Suurimmat RFID:n hyödyntämis- ja käyttöönottoprosessit sijoittuvat eniten juuri Pohjois- Amerikkaan, lähinnä Yhdysvaltoihin, jossa ensimmäiset testit RFID:n hyödyntämiseksi tehtiin jo 1970-luvulla. Euroopassa tehdään vielä laajalla skaalalla pilottitestejä tekniikan käyttöönottamiseksi. (Rantasila & Permala, 2012) 27

32 4.2 RFID Suomessa Vuonna 2009 Suomi oli prosentuaalisesti yksi Euroopan suurimmista RFID:n käyttöönottajista yritystasolla (Rantasila & Permala, 2012). Yrityksistä lähes 8 % hyödynsi toiminnoissaan RFID-tekniikkaa, joista suurimpia sovellusaloja olivat tunnistus ja kulunvalvonta 4,4 %:lla ja toimitusketjun tuotteiden seuraaminen ja jäljittäminen 1,1 %:lla. Esimerkkinä suomalaisista RFID-yrityksistä on UPM:n tytäryhtiö UPM Raflatac (Pitkänen, 2009). Taulukossa 5 on esitetty Suomen ja EU:n RFID:n hyödyntäminen sovellusaloittain yrityksissä. 9.00% 8.00% 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 0.30% 0.50% 0.80% 0.80% 1.10% Maksaminen Tuotannon seuranta ja hallinta Palvelut ja ylläpito Tuotteiden tunnistus 3.00% 2.00% 1.00% 0.00% 4.40% Suomi 0.40% 0.40% 0.20% 0.40% 0.50% 1.10% EU27 Seuraaminen ja jäljittäminen Tunnistus ja kulunvalvonta Taulukko 5. Suomen ja EU:n RFID:n käyttäminen yrityksissä vuonna (Rantasila & Permala, 2012) Esimerkki onnistuneesta RFID-tekniikan käyttöönottamisesta Suomessa on NP Collectionin (Naisten Pukutehdas Oy) tilaus-toimitusketjun ja ostokokemuksen parantaminen vuonna Laajentuessaan NP Collection tarvitsi tehokkaan toimitusketjun hallintajärjestelmän. RFID-tunnisteita hyödynnettiin tuotantolinjalla varustamalla tuotteet tunnisteilla, jolloin valmistuksen ja jakelun lähetys- ja vastaanottotoiminta voitiin automatisoida. Myös yrityksen kaupoissa hyödynnettiin RFID:tä muun muassa vastaanoton, hyllytyksen, varkaudeneston ja inventaarion kanssa. Järjestelmän käyttöönotosta saatuja hyötyjä olivat muun muassa toimituksen, vastaanoton 28

33 ja kauppahenkilökunnan työskentelyn nopeutuminen ja virheiden väheneminen niissä, hyllypuutteiden väheneminen ja asiakastyytyväisyyden nousu. Järjestelmä myös maksoi itsensä takaisin 6 kuukaudessa. (Vilant Systems Oy/NP Collection, s.a.; RFIDLab Finland ry/case NP, s.a.) 4.3 Markkinoiden tulevaisuuden näkymät Vaikka RFID:n käyttöönottaminen on ollut verrattain hidasta, markkinoiden tulevaisuudessa pääosaan tulevat nousemaan kehittyvät taloudet, joissa tekniikan hyödyntäminen on vielä tuloillaan (Rantasila & Permala, 2012; Sahayan, 2010). Näitä talousalueita ovat pääsääntöisesti Aasian maat, joissa markkinaveturina on jo pitkään ollut Kiina, sekä Etelä-Amerikka, jossa viimeaikoina Brasilia on noussut uudeksi kansainväliseksi talousmahdiksi. Alat, joissa RFID:n uskotaan saavan tulevaisuudessa enemmän jalansijaa, ovat vähittäismyynti, kaupalliset palvelut, elektroniikka sekä terveydenhoito ja lääketiede (Rantasila & Permala, 2012). Kysymysmerkkeinä ovat perinteiset sovellukset kuten kulunvalvonta, kuljetus ja maksupalvelut. Tuleeko RFID:n käyttö lisääntymään niissä myös tulevaisuudessa? RFID:n markkinoiden vetovoimaisuuteen vaikuttavat monet eri tekijät. Hallintoelinten osallistuminen tekniikan kehitykseen on olennaisesti ollut yksi ajavista voimista RFID:n historiassa. Tämä on korostunut muun muassa Yhdysvaltojen tapauksessa, jossa tekniikka kehittyi ensimmäisenä. Järjestelmien ja komponenttien edullisuus adaptaation helpottamiseksi sekä toimintavarmuuden säilyttäminen ovat myös tärkeitä tekijöitä tulevaisuuden kannalta. Frost & Sullivanin tutkimus antaa myös ennusteita, mihin RFID:tä markkinoivien tahojen tulisi panostaa tulevaisuudessa. Markkinoijien tulisi keskittyä investointien tuottoprosenttien kasvattamiseen sekä asiakaskunnan niche-sektoreihin ja uusien sovellusalojen tutkimiseen. (Sahayan, 2010) 29

34 5 KULUNVALVONTAJÄRJESTELMÄT Kulunvalvontajärjestelmät ovat yksi RFID-teknologian tavallisimpia ja käyttöönoton kannalta vanhimpiin kuuluvia sovellusaloja. Kulunvalvonnaksi kutsutaan laitteistoa ja ohjelmistoja, jotka mahdollistavat pääsyn tiettyyn tilaan, sen jälkeen kun käyttäjä on tunnistettu ja kulun salliminen varmistettu. Tässä kappaleessa tehdään yleinen katsaus RFID-tekniikkaan perustuvan kulunvalvonnan järjestelmiin ja niiden ominaisuuksiin. 5.1 Järjestelmien rakenne Ensisijaisesti kulunvalvontajärjestelmät voidaan jakaa kahteen ryhmään: online- ja offlinejärjestelmiin (Finkenzeller, 2010). Online-järjestelmissä lukijat eli terminaalit ovat yhteydessä järjestelmän pääkoneelle verkon yli. Päätietokoneella sijaitsee järjestelmän tunnistetiedot sisältävä tietokanta, jossa tunnistetietoja voidaan tarpeen mukaan säädellä. Koska tärkeimmät tiedot sijaitsevat pääkoneella, ei tunnisteen katoaminen johda suurempiin toimenpiteisiin kuin kyseisen tunnisteen kulkulupien estämiseen tietokannassa. Online-järjestelmiä käytetään useimmiten kulunvalvontaratkaisuissa, joissa kulkuporttien läpi kulkee paljon käyttäjiä, kuten toimistotiloissa, rakennusten pääovissa tai tietulleissa. Offline-järjestelmissä terminaalit eivät ole yhteydessä keskustietokoneeseen vaan kulkuluvat määrätään terminaalien avaintunnisteiden avulla. Avaintunnisteet ohjelmoidaan tunnisteisiin ohjelmointikeskuksessa. Tunnisteen hävitessä avaintunnisteet tulee poistaa terminaalista. Offline-järjestelmiä käytetään pääsääntöisesti tapauksissa, joissa käyttäjiä on vähän, kuten joidenkin hotellien ovikorttijärjestelmissä, joiden tunnisteet eli kortit ohjelmoidaan hotellin vastaanotossa. Kulunvalvontajärjestelmän perusrakenne on esitetty kuvassa 9. Tunnisteen tullessa lukijan havaitsemisalueelle, lukija lähettää tunnisteen tiedon verkon, esimerkiksi yrityksen intranetin, kautta hallinnointipäätteelle. Päätteellä varmistetaan tunnisteen käyttäjän kulkulupa ja mahdollisesti tallennetaan lukijan luoma aikaleima tietokantaan. Kulkuluvan varmistettua järjestelmä luo komentosignaalin oviyksikölle lukon avaamiseksi. Kommunikointi lukijan ja hallinnointipäätteen välillä voi järjestelmästä riippuen tapahtua esimerkiksi ethernet- tai langattomilla ratkaisuilla. (Verma & Tripathi, 2010) 30