射频识别(RFID)趋势的调查报告外文翻译资料

A Survey Paper on Radio Frequency Identification (RFID) Trends

Abstract: This paper provides a survey on radio frequency identification (RFID) technology. Initially RFID tags were developed to eventually replace barcodes in supply chains. Their advantages are that they can be read wirelessly and without line of sight, contain more information than barcodes, and are more robust. The paper describes the current technology, including the frequency ranges used and standards. With the increasing ubiquity of RFID tags, however, privacy became a concern. The paper outlines possible attacks that can violate ones privacy and it also describes counter measures. The RFID technology did not stop at item-level tagging. The paper also presents current research that focuses on locating and tracking labeled object that move. Since the uses for RFID tags are so widespread, there is a large interest in lowering the costs for producing them. It turns out that printing tags might become a viable alternative to traditional production. The paper reviews the current progress.

1. Introduction

RFID tags, or simply 'tags', are small transponders that respond to queries from a reader by wirelessly transmitting a serial number or similar identifier. They are heavily used to track items in production environments and to label items in supermarkets. They are usually thought of as an advanced barcode. However, their possible area of use is much larger. This paper presents a few new applications that are possible using RFID technology such as locating lost items, tracking moving objects, and others. RFID tags are expected to prolife rate into the billions over the next few years and yet, they are simply treated the same way as barcodes without considering the impact that this advanced technology has on privacy. This paper presents possible exploits of RFID systems and some proposed solutions as well.

2. Historic Development of RFID

The first RFID application was the 'Identification Friend or Foe' system(IFF) [Wiki-RFID][Wizard Wars] and it was used by the British in the Second World War. Transponders were placed into fighter planes and tanks, and reading units could query them to decide whether to attack. Successors of this technology are still used in armies around the world.

The first commercial RFID application was the 'Electronic Article Surveillance' (EAS). It was developed in the seventies as a theft prevention system. It was based on tags that can store a single bit. That bit was read when the customer left the store and the system would sound alarm when the bit was not unset. In the end-seventies RFID tags made its way into the agriculture for example for animal tagging.

In the eighties RFID technology got a boost when Norway and several US states decided to uses RFID for toll collection on roads [EZ-Pass]. In addition to toll collection the following decade brought a vast number of new applications, such as ski passes, gasoline cards [Speed Pass], money cards, etc.

In 1999 the Auto-ID Center at MIT was founded. Its task was to develop a global standard for item-level tagging. The Auto-ID was closed in 2003 after completing the work on the

Electronic Product Code (EPC). At the same time the newly founded EPC global Inc. continues the work.

The probably first paper related to RFID technology was the landmark paper by Harry Stock man, 'Communication by Means of Reflected Power' in October 1948. The first patent on RFID was issued in 1973 for a passive radio transponder with memory [US. Patent 3,713,148].

3. Current RFID Technology

This section describes out of which parts RFID tags consist of, how they work in principle, and what types of tags do exist. It focuses on how tags are powered and what frequency ranges is used. The section concludes by covering a few important standards.

RFID transponders (tags) consist in general of: Micro chip, Antenna, Case, Battery (for active tags only)

The size of the chip depends mostly on the Antenna. Its size and form is dependent on the frequency the tag is using. The size of a tag also depends on its area of use. It can range from less than a millimeter for implants to the size of a book in container logistic. In addition to the micro chip, some tags also have rewritable memory attached where the tag can store updates between reading cycles or new data like serial numbers.

A RFID tag is shown in figure 1. The antenna is clearly visible. As said before the antenna has the largest impact of the size of the tag. The microchip is visible in the center of the tag, and since this is a passive tag it does not have an internal power source.

In principle an RFID tag works as follows: the reading unit generates an electro-magnetic field which induces a current into the tags antenna. The current is used to power the chip. In passive tags the current also charges a condenser which assures uninterrupted power for the chip. In active tags a battery replaces the condenser. The difference between active and passive tags is explained shortly. Once activated the tag receives commands from the reading unit and replies by sending its serial number or the requested information. In general the tag does not have enough energy to create its own electro-magnetic field, instead it uses back scattering to modulate (reflect/absorb) the field sent by the reading unit. Because most fluids absorb electro-magnetic fields and most metal reflect those fields the reading of tags in presence of those materials is complicated.

During a reading cycle, the reader has to continuously power the tag. The created field is called continuous wave, and because the strength of the field decreases with the square of the distance the readers have to use a rather large power. That field overpowers any response a tag could give, so therefore tags reply on side-channels which

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射频识别(RFID)趋势的调查报告

摘要：

本文提供的是关于射频识别(RFID)技术的一项调查。最初开发的射频识别标签用以取代条形码。它的优势是能够进行无线阅读，虽然没有可看见的线但比条形码包含更多的信息,而且功能也更强大。本文介绍了该技术的目前发展状况,包括使用的频率范围和标准。然而,随着RFID电子标签的普及,隐私问题就越来越受到人们的关注。该文概述了可能存在的个人私隐攻击而且还介绍了应对措施。此项技术在项目级标签方面仍有研究，而且本文还着重介绍了该技术当前在定位和跟踪标示物体移动方面的研究。RFID标签的用途是如此广泛,所以在生产时降低成本就可以有很大利润。结果表明,印刷标签可能是替代传统生产的一个可行方案。本文综述了此方案近期的研究进展状况。

关键词:射频识别RFID,RFID电子标签,电子产品代码EPC,供应链管理，安全，有机印刷，定位和跟踪

1．前言

RFID电子标签或仅是“标签”,是小转发器响应阅读器查询到的无线传输序列号或类似的标识符的要求。该标签正在被大量使用于生产环境和超市的标签项目跟踪上。它们通常可认为是一个先进的条码，且应用广泛。本文介绍了一些新应用，可能利用RFID技术如定位丢失物品,跟踪移动的物体和其他人。随后几年里RFID电子标签预计增产到几十亿个。然而它只不过是被当做条形码，没有考虑到该先进技术对隐私的影响。本文还介绍了RFID系统的可能扩展领域,同时也提出了一些解决方案。

2．RFID技术的发展历史

第一个RFID应用的系统是“识别的朋友或敌人”,被英国人用在第二次世界大战中。转发器被置于战斗机和坦克中,这样阅读单元就可以检测敌机并决定是否进行攻击。世界各地的军队仍在使用该技术的演变；第一个RFID商业应用是“电子物品监视”，是在70年代开发的一个防盗系统。它的基础是可储存单点的标签。当用户离开了商店时该点会被识别,若该点没被设置则警报器会响起来。70年代末RFID电子标签成功迈进农业如对动物的标签。

80年代,射频识别技术在挪威和美国几个州决定使用RFID收费公路上的[EZ-Pass]时又得到了很大发展。除了收费，在接下来的十年里它又有了很多新的应用,比如滑雪通行证,汽油卡[速度通过],钱卡等方面。

1999年,麻省理工学院的Auto - ID中心成立了，任务是建立一个全球的标准的项目级标签。Auto – ID中心在完成了电子产品代码(EPC) 的作业后，于2003年关闭了。同时新成立的全球EPCglobal Inc. 继续这项工作。

可能出现有关RFID技术信息的第一篇论文是亨利·斯托克曼在1948年10月发表的标志性论文——《反射功率手段的通信》。在1973年认证的第一个关于RFID的专利是一个被动式有内存的无线电发射器[US. Patent 3,713,148]。

3．当前的RFID技术

该节描述的是RFID标签由哪些部分组成、工作原理和确实存在的标签类型，关注标签的供电方式和使用频率范围。这部分也总结了一些重要的标准。

RFID应答器的一般组成:微芯片、天线、线圈和电池(仅适用于有源标签)。

芯片的大小主要取决于天线，它的规模和形式的取决于标签的使用频率，也取决于它的使用面积。它的大小范围可从不到一毫米的植入体大到一本关于集装箱物流的书。除了微型芯片,有些标签也附有可重写内存，这样标签就可储存更新阅读周期之间的或新的数据，如序号。

如图1所示的RFID标签。天线清晰可见。正如前面所说的，天线对标签大小的影响最大。在标签的中心可看见的是芯片。因为这是一个无源标签所以无内部的能源。

图1：无源RFID标签（[维基RFID]，下GNU自由文档许可证）

RFID标签工作原理是如下:阅读单元产生电磁场引导电流流进标签的天线。该电流用以给芯片提供能源。在无源标签中该电流还为冷凝器充电，以保证芯片的不间断供电。在有源标签中电池取代了冷凝器。有源和无源标签的区别是短期内的信息阐释。一旦被激活的标签收到阅读的命令它就可以发送序列号或所要求的信息。总的来说,标签没有足够的能量来创造自己的电磁场, 相反它可以采用反向散射调制（反映/吸收）来产生由阅读单元发射的电磁场。由于大多数流体吸收电磁场和大多数金属反射这些场，故可使用的标签阅读材料是复杂的

在一次循环解读中, 阅读器不得不持续给标签供电。它所建立的场将产生连续波,因为磁场的强度随距离的平方而减少，故阅读器必须有一个相当大的能源。该场迅速响应标签给的任何指示, 因此标签位于正下方的侧渠道可以响应上述连续波的频率。

3.1能源

我们辨别三种不同的RFID电子标签的能量或能源：被动、半被动和主动。

被动式标签没有内部电源,因此它们的能量来源于阅读器。这意味着阅读器必须保持磁场直到转换完成。由于没有电池,故这些都是可用的最小和最便宜的标签。但它的阅读范围可从2毫米和几米。这些标签的另一个好处是适用于印刷生产。此外，因为它不依赖于内部电源，所以它们的寿命是无限的。

第二种类型是半被动式标签。这些标签都有内部电源可在任何时候都给微芯片供电。它有许多优点:由于芯片在持续带电的情况下反应迅速,因此可以增加每秒查询的标签数量，这是非常重要的应用。此外,由于天线不需要收集能量，故可以优化用以反向散射和回归来增加阅读范围。最后但并非不重要，因为标签不使用任何磁场能量所以反向散射的信号越强，阅读范围更广。由于最后两个原因，半被动标签通常比被动标签应用范围更广泛。

第三种类型是主动式标签。类似于半主动标签，它的内部也有能源但它的能源用于两个方面：给微芯片供电和使天线产生信号。主动式标签发送信号而不被质疑,这被称为信标。主动标签可查询的范围是几十公尺,从而使其适宜于定位对象或理想标志点。寿命长达5年的。

3.2频带

RFID电子标签按照频率分为三个部分:低频(LF,30 - 500千赫)、高频 (HF、10 - 15兆赫)、超高频 (UHF),（850 - 950兆赫,2.4 - 2.5兆赫,5.8兆赫)。

低频标签比任何高频率的标签都便宜。对于大多数应用程序来讲,它们的响应速度很快。 但是，留在阅读器的大量标记数据的时间范围将增加。另一个优点是低频标签由于流体的存在或金属的存在而受到的影响最小。这类标签的缺点是它们识别范围很短。最常见的低频标签频率是125 - 134.2千赫和140 -148.5千赫。

高频标签有更高的传输速率和更广的范围，成本也比低频标签高。该类标签中最常见的是智能标签，工作于13.56赫兹。

超高频标签是所有标签中工作范围最广的，其范围可从被动标签的3 - 6米到主动标签的30 米。此外传送速率也很高,这使得可在很短时间识别单标签。此功能在标记高速度运动实体的位置时是很重要的，但在识别范围内只保持很短的一段时间。超高频标签也比其他任何标签都贵，受流体和金属的影响也是最严重的。这些特性在超高频自动收费系统中得到了极大应用。它的典型频率是868 MHz(欧洲),915兆赫(美国),950兆赫(日本)和2.45兆赫。

LF和HF标签频率无限制，全球通用。但UHF标签的频率标准不同，各国分别都有认证标准。

3.3标准

标签的应用范围广泛并且由于矛盾的目的(如低成本和安全)，这就可能需要很多不同种类的标签。这体现在标准的数量上。一个短期的RFID标准名单如下:国际标准11784,年国际标准11785、国际标准14223,国际标准10536、国际标准14443,国际标准15693、国际标准18000。 注意该列表并不是完全的。由于RFID技术不是直接与互联网有关的，所以是否有可用的RFC这并不奇怪。最近围绕RFID技术的炒作，导致了专利爆炸。目前，已经发行的RFID相关专利超过了1800个（从1976年至2001年），积压了超过5700个描述RFID系统或应用程序的专利。

3.4 RFID系统

一个RFID阅读器和一些标签一般来说是没用的。检索序列号不向用户提供大量的信息，也无助于保持生产链中的项目跟踪。真正的动力来自于RFID的后端存储额外的结合信息，如产品的描述和一定的标签被扫描时。在一般的RFID系统结构如图2所示。射频识别读取机扫描标签,提出后台的信息。后台一般包括一个数据库和一个非常明确的应用接口。当后台接收新信息时,根据是否需要执行一些相关领域的计算来决定增加数据库。应用程序检索后台数据。在许多情况下,阅读器都配有应用程序。例如超市的结帐点(注:给的例子是使用条码代替RFID电子标签,因为它们更常见,然而如果标签被使用,这个系统也会产生同样效果) 。当阅读器扫描条码时，应用程序使用派生标识符查找当前价格。此外，后端也提供合格产品的折扣信息。如果数量低于一定的阈值，后端也减少了那种产品的数量，并通知经理。

图2：一个简单的RFID系统

该节描述RFID标签一般是如何工作的, 存在的类型和区别。RFID标签通常使用的三个频率段LF、HF、和UHF，也解释了被动,半被动和主动标签的不同点并对优缺点进行了比较。本节总结了不同的标准并显示了业界在发行和积压此类专利的极大兴趣[美国专利局]

4 安全

RFID标签预计增产到数十亿，这就引起了对隐私和安全的关注。常见的问题便是隐私的泄露，企业扫描标签以获取有关客户的信息，然后利用数据挖掘技术创建个人配置文件。该节将描述在可能的情况下被利用的RFID电子标签，击败那些存在威胁或者至少使它们很难执行的机制。之后的部分关注的是针对RFID系统的攻击。

随着RFID技术的日趋复杂化，项目级标签在企业内标签项目其生产过程的供应链管理上具有更强的控制力和节省力。为了利益最大化，企业开始要求该公司的所有项目都有标签。例如，沃尔玛、宝洁和美国国防部要求其供应品都有项目级标签。然而，产品不是唯一的实体标签。动物标签在大型农场相当普遍以跟踪其移动的“财产”。此外，人类标记开始出现。在西班牙巴哈海滩俱乐部，VIP会员可以植入标签用它来支付他们在该俱乐部的饮品。这个植入的标签是Very Chip。

反RFID活动家创建了几个方案，以显示若没有采取预防措施而受到的可能攻击。最常见的一种是以创建用户配置文件，扫描未经授权的标签。例如扫描一个进行治疗的疑似病人而受到的影响，或扫描一大群人而选出一个人携带了许多贵重物品（甚至金钱，如果有建议标签）。如果标签代替信用卡而造成窃听，也成为一个问题，则必须加以解决。上述问题是隐私问题，但并不是唯一的问题。认证也是必要的。例如，新的标签有可擦写内存，可存储在生产过程中的额外信息。例如，如果商店依此类资料来确定销售价格，必须小心客户根据便携式阅读器而更换商品类型以求便宜。此外kill命令必须受到保护，这是一个永久禁用性标签的机制，以求免遭未经授权的访问。最近的一份文件声称在RFID社会化中，手机应重新编程，以禁用HF标签。如果标签中记录了个人信息（如读者病史，信用卡号码），那么阅读器必须在访问数据之前进行身份验证和授权。在前面的例子中，阅读器必须验证标签，也有标签来验证阅读器的情况，例如检测伪造的标签。

4.1 隐私

此节介绍了保护隐私方法。这通常是在用户购买该产品后的机制。该机制是在购买时生效或由用户自备的仪器来控制。

·禁用命令:该命令由EPC1级和2标签支持。一旦我们收到标签，该命令将感染标签使它无法使用。为了防止对方调用这些命令，它有密码保护：EPC 1级标签有八位密码和EPC二级标签有32位密码。一篇理论性文章介绍了一部手机, 它扫描标签时，一旦发现可快速找出所有可能的密码就进行固件更新以重组软件。在[Oren06]中介绍了更明智的方法，通过使用功率分析反向散射信号来找到的禁用命令密码。因为反向散射的信号强度而功率分析工作取决于标签芯片通道的电量，该通道又取决于它的数量和计算类型。较新的芯片尝试设计一种电路，使这种功率分析变得不可能。

·睡眠命令:一个标签不能总被消除。消除一个图书馆的书的标签，这本书在归还后又需要重新标签，这就没有达到目的。但是图书馆的隐私权应受到保护。消除命令与睡眠命令很相似。一旦收到可接受的唯一密码保护命令，它将被激活。睡眠命令也与消除命令存在相同的问题。

·重新标记:[Inoue03]中描述了一个方法,使得用户可以根据其选择的字符串来标记标签。然而有些旧信息仍处于密码保护的区域。该想法是要当产品被丢弃时使保护信息仍可用,回收厂可通过这些信息进行分类。

·分离法:该方法使信息分布在两个标签中，其中一个标签是对用户来说是可移动的(比如说衣服上的纸签)。固定标签一般只是存储的产品信息有类型、保健信息等而移动标签则包含序号。此方法以其独特的标识符达到项目跟踪，也允许客户追踪自己的物品。

·代理法:[Rieback05]介绍了RFID的门卫。它假设所有的标签可以由用户自己设置的PIN码来保护。一旦一件物品有了门卫，那么就有了新的PIN码。如果另一个阅读器想获得的存储在标签上的信息，那么阅读器就要从门卫上标记检索信息。如果阅读器允许的话就可将该信息转发。

·距离法:[Fishkin04]中描述的是标签使用信噪比得到一个粗略估计的阅读器距离。阅读器的距离越近,就会出现更多的信息。在扫描一个远处的物品将会反馈一般信息，例如“我是一件长袖棉毛衫”的中长度范围扫描可反馈为“我是一件某品牌的蓝色衬衫”,最后近距离的扫描将显示序号。该方案的优点是不需要客户的活动，还能获得同样好处。然而,这些标签可能要更贵一些。

阻塞法:下面介绍的是一个相当拙劣的方法:这是一个没有遵循介质存取协定的特殊标签。RFID电子标签使用的是一个特殊的协议,它实现的访问是共享介质(空气)的控制。当在一个区域上有多个标签的阅读器首次发现在其范围内的所有标签后就调查每个标签。特殊标签有抑制反散射随机信号的机制，切实干扰使用频率。本文给的实例类似于以下：超市购买的物品在收款台处扫描时,然后在塑料袋里放入拦

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