Ашкинази Леонид Александрович
Вещь, ау! Отзовись!

Lib.ru/Современная литература: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Помощь]
  • Оставить комментарий
  • © Copyright Ашкинази Леонид Александрович (leonid2047@gmail.com)
  • Обновлено: 07/04/2011. 26k. Статистика.
  • Статья: Техника
  • Иллюстрации/приложения: 5 штук.
  •  Ваша оценка:


       Вещь, ау! Отзовись!
      
       Все вы знаете, что такое штрихкод. Если раньше продавец или кассир должен был уметь читать ярлык с ценой, то теперь это необязательно. Сканер сканирует, программа распознавания распознает, программа суммирует, и далее варианты - или система снимает деньги с карты сама (кассир вообще отсутствует, фото 1), или эту же операцию производит кассир, или клиент расплачивается налом. Сосредоточим внимание на этапе получения системой информации о товаре. Эта информация считывается с штрихкода, и каждый знает, что не всегда данная процедура проходит гладко - ибо не всегда гладкой и чистой бывает сама этикетка. Кроме того, товар нужно поднести к сканеру определенной стороной, а иногда еще и с определенной скоростью, что требует от человека минимальной сообразительности и навыка. Есть варианты штрихкода не в виде штрихов, а в виде квадрата, разрисованного черными и белыми квадратиками, они могут нести больше информации, но все равно требуют аккуратности при общении. Поскольку главный вектор развития цивилизации - это создание все более умными людьми все более умных вещей для все более глупых людей, то следующим шагом оказались радиометки.
      
       Радиометка - кто такая?
      
       Это устройство, состоящее из:
       1) радиоприемника, который принимает сигнал, излученный внешним устройством,
       2) перезаписываемой памяти, содержание которой может быть изменено принятым сигналом, и
       3) передатчика, который в ответ на принятый сигнал излучает свой сигнал, содержащий некоторую информацию из той, что хранилась в памяти.
      
       Радиометки иногда делят на активные - имеющие свой источник питания и пассивные - не имеющие такового. Статья эта посвящена только пассивным радиометкам. Это логично, потому что активные радиометки лишь количественно отличаются от любых радиостанций - миниатюрных ли радиомаяков, любимых авторами детективов, или радиостанций, занимающих целые дома. Пассивные радиометки имеют свою специфическую область применения, свои преимущества (малые размеры, низкую стоимость) и свои ограничения. Возможен в некотором смысле промежуточный вариант - радиометка с солнечной батареей. Ее по стоимости и габаритам вполне можно причислить к пассивным, но широкого распространения такие устройства не получат: хорошая радиометка должна работать и в темноте, а если уж оснащать ее аккумулятором, то часть преимуществ, следующих из "пассивности", теряются.
      
       В качестве источника энергии пассивные радиометки (далее будем писать просто - радиометки) используют энергию принятого сигнала. Тут возникают две идеи - наполнить все пространство радиосигналом, позволяющим работать радиометкам, и наполнить пространство радиометками, транслирующими сигнал друг другу. Первая идея тривиальна и вообще может быть реализована уже сейчас, но нам не нужно, чтобы радиометка излучала все время, она должна "открывать рот", когда ее спросили, а уж если ее спросили радиосигналом, так этот сигнал и надо использовать как источник энергии. Ко второй идее мы обратимся позже.
      
       Немного истории
      
       Радиочастотная идентификация (RFID) появилась более тридцати лет назад - в 1973 году Марио Кардулло и соавторы опубликовали патент US 3713148, описывающий первый пассивный транспондер, то есть радиометку. Иногда утверждается, что первой была работа Харри Стокмана, опубликованная аж в 1948 году и описывающая коммуникационное устройство, функционирующее только под воздействием внешнего радиоизлучения. Наверное, были и другие предтечи, например в журнале "Радио" (N 7 за 1966 год) была опубликована статья "Приемник с питанием от свободной энергии". Часть энергии принимаемого сигнала использовалась для питания усилителя приемника. Разумеется, принимать таким способом слабые станции было нельзя, но приемник действительно работал без батарей и сигнал усиливал.
      
       Действительно новая вещь обычно воплощает не одну идею, а несколько, причем не всегда в их механическом соединении. Конкретная реализация идеи может зависеть от того, какие другие идеи воплощаются одновременно с ней. Поэтому добросовестное научное исследование "идейной" стороны нового технического решения - вещь очень сложная. Патентные споры рассматриваются в цивилизованных странах специальными патентными судами, из чего уже следует, что дело это непростое.
      
       Развитие и широкое внедрение радиочастотной идентификации долго сдерживалось отсутствием стандартизации. Использовалось множество диапазонов рабочих частот, протоколов передачи информации и форматов данных. Но в  90-x годах прошлого века Международная организация стандартизации (ISO) приняла ряд основополагающих стандартов в области RFID, которые были поддержаны производителями считывающей аппаратуры и радиометок, что подстегнуло индустрию к активному внедрению этой технологии. Хотя сегодня область стандартизована не полностью, и произойдет это нескоро, даже если и произойдет вообще. Во-первых, потому, что будут расширяться частотный диапазон и области применения, во-вторых, потому, что одним из методов защиты от несанкционированных действий, например кражи и фальсификации информации, как раз и является применение фирмами своих собственных, ни с чем не совместимых форматов.
      
       Соседи по фронту
      
       Это, во-первых, устройства с контактами. Их главное отличие очевидно - они требуют определенного положения, чистоты и аккуратности. Устройства этого класса показаны на фото 2. Все они допускают хранение и перезапись информации, а уж что там хранится - отдельный вопрос. Например, в телефонной карте может храниться информация о номерах, на которые делались звонки по этой карте, и времени звонков, а на "ключе" - информация о времени открытия двери.
      
       Второй класс соседей - устройства с хранением информации на магнитном носителе - показаны на фото 3. Все они допускают хранение и перезапись информации, а уж что там хранится - см. предыдущий абзац.
      
       Третий класс - это устройства со связью через электромагнитное поле, но без хранения информации, кроме разве что информации о своем "активном" или "стертом" состоянии. Обычно такие устройства в виде контура, настроенного на определенную частоту (фото 4, нижний ряд, справа), или определенным образом намагниченной полоски ферромагнетика (фото 4, нижний ряд, в центре) применяются для индикации попытки неоплаченного товара покинуть магазин. Контрольное устройство фиксирует либо поглощение сигнала на резонансной частоте контура, либо определенную структуру магнитного поля. При оплате контур нагревается переменным полем и замыкается легкоплавкой перемычкой, или переменным полем размагничивается полоска.
      
       Разумеется, все эти способы могут комбинироваться, например, банковская карта или пропуск в помещение может содержать одновременно радиометку и магнитную полосу и т. д. А скажем , социальная карта москвича несет на себе и то, и другое, и штрихкод.
      
       Техника
      
       Сегодня радиометки используют четыре частотных диапазона: около 125 кГц, около 13,6 МГц, около 0,9 ГГц и около 2,45 ГГц. Диапазон 125 кГц появился первым, стандартов радиосигнала в этой области не установлено, расстояние, на котором метку видит приемник - от нескольких сантиметров до метра. Объем памяти меток - 1 кб, время чтения всей памяти - 1 с. У меток диапазона 13,6 МГц больше объем памяти - до 16 кб, дальность действия и время чтения всей памяти то же. У меток диапазона 0,9 ГГц пока относительно небольшая память - до 2 кб, зато маленькое время считывания всей памяти - 20 мс, дальность - до 4 м. Наконец, самые высокочастотные метки используют диапазон около 2,45 ГГц, в этом диапазоне пока мало стандартов, у меток объем памяти до 32 кБ, время считывания - десятые доли секунды, дальность действия до 10 м.
      
       При сравнении диапазонов надо учитывать, что скорость передачи информации зависит от частоты и с ростом частоты растет. Поэтому по мере роста требований к объему памяти при ограничениях на время считывания, техника радиометок будет эволюционировать в сторону высоких частот. Естественным барьером станет прозрачность среды - метки не смогут проникнуть дальше субмиллиметрового диапазона. Поскольку сейчас используются длины волн до 30 см, вероятно освоение со временем еще двух ­- сантиметрового и миллиметрового - диапазонов.
      
       Можно даже предположить, что для ситуаций с особо большим объемом информации будут созданы инфракрасные или оптические (возможно, лазерные) "радиометки", работающие только в пределах прямой видимости, как штрихкоды, но зато в темноте. Впрочем, возможна и ситуация, когда частоты облучения и отклика различаются, и легко сконструировать требования, при которых именно такое решение будет эффективно.
      
       Плюсы и минусы
      
       Стоимость радиометок выше, чем у штрихкодов, однако на фоне стоимости изделий и получаемой экономической выгоды эта разница особого значения не имеет. Разумеется, в конкретной ситуации, пока изделие дешево и выигрыш мал, будут применяться штрихкоды, причем эта область будет сужаться и смещаться в сторону дешевых объектов по мере удешевления радиометок.
      
       Основные преимущества радиометок очевидны: не требуется прямая видимость, можно считывать сразу несколько меток, можно изменять записанную в них информацию, можно ввести защиту от несанкционированного чтения, больше объем хранимой информации.
      
       Есть у радиометок и проблемы. Во-первых, металл экранирует излучение, даже на металлической подложке радиометка работает плохо. Так что контейнер с кокаином может затеряться в груде контейнеров с подгузниками. Тут, однако, дело не спасет и штрихкод. Что касается металлических подложек, то радиометки устанавливают через дистанционную прокладку толщиной около одного сантиметра или на ферритовую подложку, поглощающую сигнал (аналог - технология "стелс").
      
       Второй недостаток - радиометка не принимает и не излучает сигнал в плоскости антенны. Если вы поднесете проездной в метро перепендикулярно к автомату, он или не зафиксирует наличия сигнала вообще, или запищит, осознав наличие сигнала, но не будучи способен его принять. Этот недостаток несуществен, если радиометка наклеена на изделие - именно перпендикулярно изделию излучение мощнее всего.
      
       Третья проблема общетехническая, вернее - общечеловеческая: все, что может сделать нормальный человек, может сделать и жулик, особенно жулик с деньгами, способный купить бессовестного специалиста. Радиометку можно перепрограммировать прямо в магазине, если прийти с соответствующей аппаратурой, и - особенно, когда продавец не заинтересован в процветании дела - вынести вещь за одну сумму, заплатив совсем другую. Естественно, данные на метке можно кодировать, это ее удорожает, хотя и не существенно. Кроме того, некоторую информацию в метке переписать вообще нельзя, а магазинный процессор способен использовать именно эту информацию.
      
       Применения
      
       Перечислять применения радиометок можно до бесконечности. Они могут быть полезны почти всегда, когда надо опознать вещь, получить о ней какую-либо информацию или эту информацию изменить. Впрочем, могут быть проблемы под водой.
      
       Первая группа применений - это производство и транспорт: управление потоками товаров, деталей, изделий, багажа, фиксация прохода и проезда, взимание платы за проезд и т. п. В этой группе случаев главное - узнать, где вещь, и направить ее куда следует. Идеально налаженное производство не требует наличия складов - детали на сборку поступают точно в срок. Это старая хорошая идея, которая в принципе не может быть реализована без цепей обратной связи: колебания неизбежны, и система должна получать о них информацию, дабы демпфировать. Сами же колебания неизбежны ввиду погодных условий и человеческого фактора. В цепи изготовления простого изделия используются сотни комплектующих, материалов, инструментов и технологических сред, в сложном техническом продукте (сотовый телефон, ракета) счет пойдет на десятки и сотни тысяч. Однако применение радиометок в принципе может позволить контролировать весь производственный процесс того или иного изделия и сэкономить большие средства, увеличив стабильность работы системы одновременно с уменьшением затрат на учет и контроль.
      
       Другой пример этой группы - прачечные. Разработана метка, которую можно закрепить на изделии из любой ткани и стирать, гладить и сушить под прессом по крайней мере сто раз. На каждом этапе обработки одежды в прачечной можно использовать датчики, которые быстро определят местонахождение любой вещи. Использование сети датчиков не только в процессе стирки, но и во время комплектования заказов и их доставки позволит создать систему управления на тех предприятиях, которые имеют дело с большими объемами текстильных товаров, например госпиталям, отелям и прачечным.
      
       Вторая группа применений - слежение за живыми объектами: домашними животными, животными в стадах, детьми в детских садах, школах и парках, сотрудниками на предприятиях. В этих случаях главное - это обнаружение, а проблема управления вообще возникает не всегда, хотя можно попытаться создать систему автоматической разводки стада коров по стойлам. Или, например, дверь, которая пропускает взрослых в детском саду и не выпускает ребенка без взрослого.
      
       Третья группа применений - криминал: предотвращение краж и вообще незаконного перемещения объектов, например товаров в магазинах. В этих случаях главной проблемой становится защита метки от попыток вывода ее из строя или фальсификации хранящейся на ней информации (например, о цене изделия).
      
       Четвертая группа применений - идентификация объектов: паспортов, векселей, да хоть стодолларовых банкнот (уже предлагалось). В этом случае главная проблема - предотвращение фальсификации данных. Для паспортов проблема защиты информации становится особенно важна и сложна.
      
       Кроме того, радиометка вообще может подтверждать, что данная вещь - именно та вещь, за которую она себя выдает. Например, это существенно для лекарств - как пишут в Интернете, "доля поддельных препаратов превышает на рынке Соединенных Штатов 7%, а в странах третьего мира достигает 80%". Здесь необходимо примечание: по-видимому, имеется в виду легальный рынок; в США есть и нелегальный рынок, на котором нет ни гарантий, ни контроля - во-первых, рынок лекарств, распространяемых через Интернет, во-вторых, рынок лекарств, контрабандой ввозимых россиянами из России и продаваемых с чудовищными наценками старушкам на Брайтон-Биче.
      
       Пятая группа - платежные документы, бесконтактные платежные карты. В этом случае главная проблема - смесь двух предыдущих ситуаций: информацию надо защищать и от несанкционированного доступа, и от несанкционированного изменения. Уже разработана система, благодаря которой граждане смогут расплачиваться за те или иные товары практически мановением руки или иной части тела, в которую имплантирована радиометка с "деньгами".
      
       А недавно появилась технология, родственная одновременно и радиометкам, и смарт-картам. Это - Near Field Communications (или NFC), разработанная совместно компаниями "Philips", "Sony" и "Nokia". Технология позволяет использовать любое мобильное устройство как суперсмарткарту с беспроводным интерфейсом. В памяти сотового телефона можно разместить программу, аналогичную программной "начинке" распространенных кредитных или бонусных карт, и владелец сможет расплатиться, "показав" свой телефон считывающему устройству на кассе.
      
       Заметим, однако, что радиометки, как и любое техническое средство, сами по себе не гарантируют отсутствия сбоев и ошибок. Важен еще уровень человеческой культуры, надежность, ответственность, стабильность работы самих людей и т. д. Как сказано у Станислава Лема (правда по несколько иному поводу): "Если бы в этих условиях еще и люди подводили, то экспедиции были бы просто самоубийством". Применение высокотехнологических решений при низкой культуре работников может и ухудшить ситуацию - люди решат, что теперь можно вообще ничего не делать, техника все сделает сама.
      
       Блокирование работы и выведение из строя
      
       У людей регулярно возникает желание гарантированно вывести радиометку из строя. Например, купил человек штанишки, цивилизованно заплатил, ушел из магазина и совершенно не хочет, чтобы каждое устройство считывания, мимо которого он пройдет, знало, что это именно он прошел мимо. Заметим, что само послепродажное отслеживание может иметь для продавца коммерческую ценность - например, изучение последовательности покупок или корреляции между покупками. Знакома ли вам формулировка "с этой книгой наиболее часто покупают то-то и то-то"? То-то!
      
       Первое, не слишком удобное для граждан решение - "блокирующая метка", которая излучает сигнал, "забивающий" сигнал метки. Второе решение - засунуть вещь в СВЧ-печь: электромагнитная волна при надлежащей мощности выводит из строя полупроводниковую часть радиометки. Третье решение - отрезать антенну от микросхемы. Но для этого надо ее найти... Четвертое, самое эффективное решение - созданное народными умельцами устройство RFID-Zapper (сделайте запрос в искалке): фотокамера-мыльница, в которой вместо вспышки установлена катушка: она излучает импульсное электромагнитное поле, разрушающее схему метки. Такая вот маленькая "электромагнитная бомба".
      
       Право и права человека
      
       С распространением радиометок начались разговоры, что
       1) в некоторых радиометках есть число 666, и это означает нечто зловещее,
       2) радиометки вызывают рак,
       3) радиометки могут быть использованы для слежения за человеком.
       Прежде чем читать дальше, найдите среди этих утверждений два дурацких.
      
       В Интернете уже определились журналисты, которые распространяют страшилки о радиометках, но пока что - в отличие от сотовых телефонов - нет организаций, которые на этих страхах строят свой бизнес. Впрочем, если есть страх, то есть возможность на нем заработать, а если нет совести, то почему бы это и не сделать?
      
       Памятуя о неистребимом желании "компетентных органов" проникать везде и всюду, видеть всех и вся и знать все и обо всех, технология повсеместного слежения за товарами и продукцией не может не вызвать тревогу. На Западе эта проблема беспокоит общество, ее обсуждают в средствах массовой информации, на эту тему выступают правозащитные организации и она становится одним из препятствий на пути внедрения радиометок в повседневную жизнь. Россиянам жить проще: у нас любой желающий за не слишком большие деньги может приобрести "Базы данных ГИБДД, базы данных по недвижимости, базы данных ПБОЮЛ и ЕГРЮЛ, базы данных МВД, базы данных таможни России..." - ну и так далее.
      
       Сбор огромного количества информации о конкретном человеке в системах считывания радиометок повышает привлекательность таких систем для злоумышленников. Собрав по кусочкам информацию из магазинов, систем внешнего наблюдения, разного рода пропускных систем и специально установленных сканеров, можно при желании составить весьма полный портрет человека. И легко вторгнуться в его частную жизнь. Единственное, что можно этому противопоставить, - законодательно установить, что только сам человек волен решать, какая информация о нем и кому именно доступна в том или ином случае, и что человек может в любой момент получить информацию о себе из любой государственной или частной организации и опротестовать ее в суде. В цивилизованных странах граждане посредством своих небедных общественных организаций и независимой судебной системы с переменным успехом ведут за это борьбу. В не цивилизованных - не ведут. Поскольку не имеют ни своих организаций, ни средств, ни независимых судов и главное - не понимают необходимости защиты своей частной жизни. У государства может появиться соблазн попытаться провести обязательную подкожную имплантацию, причем вообще не информируя об этом граждан, например, при рождении. Поскольку не во всех государствах имеется обыкновение сообщать роженицам обо всех манипуляциях, производимых при родах.
      
       Защита данных, шифрование, кодирование и т. д. будут развиваться, как это всегда и бывает, в постоянном соперничестве с воровством, хакингом (например,
       http://hellknights.void.ru/articles/0x48k-RFID-hacking.htm или наберите в искалке слова "радиометки" и "хакинг"). Равновесие является динамическим и его определяют затраты на защиту и взлом данных. Затраты же определяются общим уровнем развития техники, поэтому глобальных изменений ожидать не приходится - "продвинутые" технологии берут на вооружение и полицейские, и воры. Таким образом, реализуется нечто вроде "равновесного рынка", где в качестве товара выступает информация или ее искажение. Одно за другим создаются и устройства для раскодирования меток, и устройства для их защиты. Например, http://www.odamis.ru/doc/pub/tech/20070329_1315/ и http://www.rfidguardian.org/index.php/Main_Page
      
       Некоторые возразят, что равновесного рынка в чистом виде вообще не бывает. Конечно, не бывает его и в области защиты информации, в том числе личной. В экономике в ситуацию вмешивается например, престижное потребление, скажем, потребление журнала "Химия и жизнь". В области защиты информации равновесность нарушают традиции общества (тоталитарного, авторитарного, демократического) и личные свойства людей (честность, мужество, ум и т. д.). Например, математик и программист Филипом Зиммерманом, придумавший и сделавший общедоступной технологию PGP (Pretty Good Privacy), внес принципиальный вклад в дело защиты человека от произвола государства (например, http://privacy.hro.org/soft/gnupg/ или наберите в искалке слово "PGP").
      
       Примерно так же устанавливается равновесие между вирусами и антивирусными программами, причем поскольку можно создать вирус, который попытается проникнуть из радиометки в компьютерную систему, то и это равновесие будет иметь место.
      
       Электромагнитный мир
      
       Следующий шаг (и частично он уже сделан) наполнить пространство радиометками, образующими сеть и способными общаться друг с другом. Например,
       http://grand-ts.ru/news&page=15?shownews=44
       В этом случае не нужно подносить метку к считывателю - сигнал считает просто ближайшая метка и передаст его следующей, та - еще кому-то и в итоге информация доберется до потребителя, как сегодня добирается до вас информация по Интернету. Предложил эту вполне научно-фантастическую идею автор уже реализованной технологии "разумная пыль" (Smart Dust, самоорганизующуюся сеть микроскопических беспроводных "пылинок") Кристофер Пистер из университете Калифорнии (Беркли) http://www.electronics.ru/issue/2005/2/4
      
       Такие сети могут быть локальными, например метки могут разбрасываться над зоной бедствия и реагировать на вибрации и тепло, облегчая работу спасательным службам. Может локальная сеть защищать и конкретный военный или гражданский объект, контролировать перемещение сотрудников. Глобальная же сеть такого типа - пока объект научной фантастики, то есть реальности завтрашнего дня
      
       0x01 graphic
      
       Фото 1
       Полное самообслуживание - клиент показывает сканеру штрихкоды, система сама снимает деньги с карты (США)
      
       0x01 graphic
      
       Фото 2
       "Соседи по фронту" с микросхемами и контактами, слева внизу - то, что часто ставят на двери, остальное - телефонные карточки
      
       0x01 graphic
      
       Фото 3
       "Соседи по фронту" - карточки с магнитной полосой: для прохода в помещение, карта Ассоциации автолюбителей Америки (помощь на дорогах и т. .), студенческая международная карта, телефонные карты, студенческое удостоверение, проездные билеты
      
       0x01 graphic
      
       Фото 4
       Радиометки. Верхний ряд: справа - рекламный объект, муляж банковской карты с изображением радиометки, остальные - для прохода в помещение и проездные билеты; нижний ряд: слева - "начинка" проездного московского метро, намагниченные полоски, контуры, настроенные на определенную частоту, используется электромагнитный сигнал о наличии объекта.
      
       0x01 graphic
      
       Фото 5
       Радиометка из московского метро, начинка проездного, микросхема - темная точка посередине светлого прямоугольника

  • Оставить комментарий
  • © Copyright Ашкинази Леонид Александрович (leonid2047@gmail.com)
  • Обновлено: 07/04/2011. 26k. Статистика.
  • Статья: Техника
  •  Ваша оценка:

    Связаться с программистом сайта.