現代社会において、大量の情報を迅速かつ容易に取得できる能力は、疑いなく高く評価されている。毎年、特定のデータを保存、送信、保護するための、便利でコンパクトなメディアの開発が進められている。
今日、人類はデジタル時代へと大きく前進し、ほぼすべての人がインターネットにアクセスできるようになった。手書きの古い本から書類、お金に至るまで、あらゆるものがデジタル化されている。人々は現金の使用をますます減らし、非接触型の銀行カードを好むようになり、政府機関は、2回のクリックで個人のあらゆる情報にアクセスできる単一の電子パスポートの導入についてますます議論している。もはや、あれこれの書類を手に入れるために何時間も列に並ぶ必要はなく、ウェブサイトから簡単に申請できる。こうした変化が一般の人々の生活を楽にしていることは否定できない。そして、こうした利便性は書類だけにとどまらない。それは業界全体に及ぶのだ。
この記事では、RFIDインデックスについて説明します。RFIDインデックスは、数十もの業界で広く利用されている技術であり、そして何よりも重要なのは、皆さんがほぼ毎日利用している技術であるということです。
RFIDとは何ですか？また、どのような働きをするのですか？
RFID（無線周波数識別）とは、無線周波数識別のことです。言い換えれば、無線信号を用いてRFIDタグ（トランスポンダとも呼ばれる）に保存された情報を記録または読み取ることで、物体を識別する方法です。
RFIDとは、タグとリーダーという2つの構成要素からなる無線システムのことです。リーダーは、1つまたは複数のアンテナを備え、電波を発信し、RFIDタグから信号を受信する装置です。
RFIDタグには、単一のシリアル番号から数ページにわたるデータまで、さまざまな情報を保存できます。リーダーは持ち運び可能なもの（そのため「トランスポンダー」と呼ばれます）もあれば、ポールや天井に取り付けるものもあります。
原則として、RFIDトランスポンダは、ほぼあらゆる形状、材質、サイズ、色で提供できます。具体的な設計は、用途によって異なります。すべてのRFIDトランスポンダに共通しているのは、2つのコンポーネントで構成されていることです。各RFIDトランスポンダの内部には、少なくとも1つのマイクロチップと、印刷、積層、またはエッチングされたアンテナが1つ含まれています。チップとアンテナ（インサートとも呼ばれます）は非常に敏感であるため、機械的、熱的、化学的影響に対する耐性が限られています。したがって、これらの電子部品を特別な「パッケージ」で覆う必要があります。最もシンプルなパッケージング形式はRFIDラベルです。
「シングルチップ」トランスポンダは、アンテナとチップ（タブの略）を内蔵した基板で構成されています。トランスポンダシステムは、リーダー、ソフトウェア、および対応するサービスを含むアプリケーションプロセスから構成されます。
RFIDの種類
電源の種類別
トランスポンダには、アクティブ型とパッシブ型の2種類が主に存在します。
アクティブRFIDトランスポンダは、内蔵バッテリーなどの独自の電源を備えており、長距離（最大100m）にわたってデータを送信できます。
パッシブRFIDトランスポンダは、データ転送に必要なエネルギーをRFIDリーダー・レコーダーの電磁場からのみ受信する。
さらに、中間的なタイプとして、半能動型または半受動型トランスポンダが存在する。これらは独自の電源を持つものの、送信機としては機能しない。RFIDトランスポンダはバッテリーで駆動するため、電磁界の特性に依存する必要はないが、応答は電磁界変調によって生成されるため、電磁界をさらに増幅することはない。
使用するメモリの種類に応じて
RO（読み取り専用）タグ – これらのタグには情報が一度だけ書き込まれます。一度限りの識別に非常に便利です。
WORM（Write Once Read Many）とは、書き込み可能な単一のメモリブロックを複数回読み出すことができる方式です。
RW（読み書き可能） – 何度も書き込みと読み出しが可能なトランスポンダ。
動作周波数による
低周波 (LF = 125 kHz)
この自由に利用できる周波数帯は、伝送速度が低く、伝送距離が短いのが特徴です。ほとんどの場合、これらのシステムの構築は安価で扱いやすく、登録や追加料金は不要です。RFIDトランスポンダは近距離電磁波を使用し、誘導結合によってエネルギーを受信します。この周波数帯のRFIDトランスポンダの利点は、金属や液体に対して比較的耐性があるため、動物や人間の識別に適していることです。これらのトランスポンダの特徴は衝突です。これは、共有環境における単一署名の伝送エラーです。
高周波（HF 13.56 MHz）
高周波トランスポンダは汎用性が高く、高速な伝送速度と高いクロック周波数を特徴としています。対応するRFIDトランスポンダは13.56MHzの周波数で動作します。これは波長が短いため、アンテナのコイル数が少なくて済みます。その結果、RFIDアンテナはより小型でシンプルな構造になります。これにより、エッチングまたは印刷されたアンテナの使用が可能になり、結果としてインレイ（チップ＋アンテナ）を連続コイルとして製造できるため、ロールツーロールプロセスで多数の製品を処理する場合に、後工程の処理が大幅に簡素化されます。
超高周波（UHF 860～950MHz、部分的な帯域に分割）
これらのシステムは非常に高速な伝送速度と伝送距離を実現しています。波長が短いため、アンテナにはコイルではなくダイポールで十分であり、ビーム光学系では十分な電界拡張が得られるため、ターゲットを絞った伝搬が可能になります。さらに、UHFトランスポンダは主に箔状で製造されるため、ロールプレイングプロセスにおいて大量の製品を扱う際に便利です。
また、この文脈において、マイクロ波スペクトルの一部の帯域はまだ経済的に採算が取れておらず、さらに、地域的な許可制限の対象となる可能性があることも言及しておく価値がある。
RFIDの応用
医療分野への応用も検討すべきかもしれない。
RFIDシステムは、複数の異なる周波数の電波を使用してデータを送信します。医療施設や病院では、RFID技術は以下のような用途に使用されています。
- 在庫管理
- 機器の追跡
- ベッドサイドからの離脱検知と転倒検知
- スタッフ追跡
- 患者が適切な薬剤と医療機器を受け取れるようにする。
- 偽造医薬品および偽造医療機器の流通を防止する。
- 患者の経過観察。
- 電子カルテシステム用のデータを提供する
- 業種
- 輸送・倉庫物流、万引き防止。
- アクセス制御および管理システム
- 手荷物管理システム
- パスポート
FDAはRFIDに関連する副作用を認識していません。しかし、RFIDなどの無線周波数送信機からの電磁干渉（EMI）が電子医療機器に及ぼす潜在的な危険性については懸念があります。電磁干渉とは、電磁干渉によって引き起こされる機器やシステム（医療機器など）の性能低下のことです。
この技術を使用する利点
- 各チップには、世界中で一度だけ割り当てられる固有のシリアル番号（UIDまたはTID）が付与されています。これにより、個々の製品内での明確な識別が保証され、製品群全体の個別化が実現されます。
- チップ上に書き換え可能なデータメモリを搭載。RFIDデータキャリア上の情報はいつでも変更、消去、追加可能。製品、サービス、生産、保守に関するデータは製品上で直接利用可能。（従来方式に対する利点） バーコード)
- RFIDデータキャリアと読み書きシステム間の通信は、視覚的な接触を必要としないため、保護された場所に設置することで汚染に対する耐性が向上し、既存製品への目に見えない統合が可能になり、プロセスも簡素化されます。
- バーコードの場合、初回通過率100%という高いデータ転送率を実現します。
- 単一の作業ステップで複数のRFIDデータキャリアを同時に読み取ることができる（一括キャプチャ）ため、処理速度が向上します。
全てが順調なのですか？
RFIDの使用は大きな論争を引き起こしており、一部の消費者プライバシー擁護者は製品のボイコットを開始している。消費者保護の専門家であるキャサリン・アルブレヒトとリズ・マッキンタイアという2人の著名な批評家は、RFIDに関する2つの主要なプライバシー上の懸念事項を指摘している。
物品の所有者はRFIDタグの存在に気づいていない可能性があり、またタグは所有者の知らないうちに遠隔から読み取られる可能性があるため、同意なしに機密データが取得される可能性がある。
タグ付き商品がクレジットカードまたはポイントカードで支払われた場合、RFIDタグに含まれる当該商品のグローバル固有識別子を読み取ることで、購入者を間接的に特定することが可能になります。これは、監視者がポイントカードとクレジットカードのデータにもアクセスでき、かつ機器を所持する者が顧客の居場所を知っている場合に可能です。
RFIDセキュリティ
様々なRFID設計の安全性について議論する際には、明確な安全目標を明示することが有益である。
- タグ（以下「タグ」という）は、所有者のプライバシーを侵害するものであってはならない。
- この情報は、許可されていない閲覧者と共有してはならず、タグとその所有者間の長期的な追跡関連付けを可能にするものであってはなりません。
- 追跡を防止するため、所有者は自分が装着しているタグを検出して無効化できる必要がある。
- タグと所有者との長期的な関連付けを避けるため、公開されるタグの出力はランダムであるか、容易に変更可能であるべきである。
- プライベートタグの内容は、アクセス制御によって保護されるべきであり、ポーリングチャネルが安全でないと想定される場合は、暗号化によっても保護されるべきである。
- タグとリーダーは互いに信頼し合わなければならない。どちらか一方によるなりすましは事実上不可能であるべきだ。
- アクセス制御メカニズムを提供するだけでなく、タグとリーダー間の相互認証は一定の信頼性も提供します。セッションハイジャックやリプレイ攻撃も懸念事項です。障害発生や電源遮断によってプロトコルが破損したり、改ざんの試みの機会が生じたりしてはなりません。タグとリーダーの両方が、リプレイ攻撃や中間者攻撃に対して耐性を持つ必要があります。
RFID技術を安全に利用するための方法
これらのセキュリティ目標を念頭に置き、読み取り専用のパッシブファクトリータグのセキュリティ特性を検討してみましょう。各タグには固有の識別子が含まれています。光学バーコードほど「煩雑」なものはありませんが、RFタグの自動監視は可能です。この基本的なパターンは、タグがリーダーの要求フィールドに適切に表現されていれば、タグ所有者の追跡やタグの内容の読み取りが可能になるため、プライバシーの目的を明らかに損ないます。タグもリーダーも認証されないため、信頼という概念は存在しません。
これらの欠点を解消するために、販売時点で固有のシリアル番号を削除する方針を採用すると仮定しましょう。消費者が保管するタグには製品コード情報は含まれますが、固有の識別番号は含まれません。残念ながら、特定の種類のタグの「集合体」を所有者のIDにリンクさせることで、追跡は依然として可能です。例えば、RFIDタグ付きのグッチの靴、ロレックスの時計、コイーバの葉巻といった特定のアイテムは、匿名性を奪う可能性があります。さらに、この方式では信頼メカニズムが全く提供されません。
明示されたセキュリティ目標を確実に達成するには、アクセス制御と認証の実装が必要です。公開鍵暗号方式は、そのための解決策となります。特定の（タイプの）リーダー公開鍵と固有の秘密鍵を各タグに埋め込むことができます。ポーリング中、タグとリーダーは、これらの鍵を用いて、よく知られたプロトコルを使用して相互に認証を行うことができます。ポーリング領域での盗聴を防ぐため、タグはランダムなワンタイムナンバーを使用してコンテンツを暗号化し、追跡を防止できます。残念ながら、強力な公開鍵暗号方式のサポートは、低価格（0.05～0.10ドル）のタグのリソースを超えていますが、より高価なタグ向けの解決策は存在します。
対称メッセージ認証では、各タグがリーダーに対して固有の鍵を持つか、タグパケットで鍵を共有する必要があります。各タグに固有の鍵をサポートするには、複雑な鍵管理のオーバーヘッドが必要です。鍵を共有する場合、タグは前述の物理攻撃に対して耐性を持つ必要があります。そうでない場合、有効なタグが1つ侵害されると、バッチ全体が危険にさらされます。数百個の論理ベントを備えた安価なタグにセキュアメモリを実装することは困難であり、特に比較的高いリソースを持つスマートカードのメモリを保護することの難しさを考えると、なおさらです。堅牢な対称暗号化をサポートすることさえ、短期的には困難です。
低コストタグの短期的なリソース制約を考慮し、一方向ハッシュ関数に基づくシンプルなRFIDセキュリティ方式について考察する。実際には、対称暗号化よりも大幅に少ないリソースで実装できると仮定すれば、ハードウェア最適化された暗号化ハッシュ関数で十分である。この方式では、ハッシュ機能を備えた各タグは「メタ識別子」用にメモリの一部を確保しており、ロック解除状態またはロック状態のいずれかで動作する。ロック解除状態では、タグのすべての機能とメモリがポーリングエリア内のすべてのユーザーに利用可能となる。
タグをロックするには、所有者はランダムなキーのハッシュ値を計算し、それをロック値としてタグに送信します（ロック = ハッシュ(キー)）。タグは、そのロック値をメタIDのメモリ領域に保存し、ロック状態になります。タグがロックされている間は、現在のメタ識別子の値で全てのクエリに応答し、他の全ての機能を制限します。タグのロックを解除するには、所有者は元のキー値をタグに送信します。タグはその値をハッシュ化し、メタIDに保存されているロック値と比較します。値が一致すれば、タグのロックが解除されます。
各タグは常に何らかの形で要求に応答し、その存在を常に明らかにします。タグには物理的な自己破壊機構が備わっており、認証されたリーダーとの通信中にのみロックが解除されます。電源喪失や通信中断が発生した場合、タグはデフォルトのロック状態に戻ります。鍵管理、タグ無効化、さらにはタグへの書き込みといった制御機能には、制御デバイスとタグ間の物理的な接触を必要とする信頼できるチャネルを設定できます。重要な機能に物理的な接触を必要とすることで、無線ネットワークの妨害行為やサービス拒否攻撃から保護することができます。
ハッシュベースのロック機構により、プライバシーに関する懸念のほとんどが解消されます。タグ付きコンテンツへのアクセス制御は、キーホルダーのみに制限されます。
この設計オプションは、望ましいセキュリティ特性の一部を部分的に満たしていますが、より安全な実装にはいくつかの開発が必要です。研究の重要な分野の一つは、低コストの暗号プリミティブのさらなる開発と実装です。これには、ハッシュ関数、乱数発生器、対称鍵暗号関数、公開鍵暗号関数などが含まれます。安価なハードウェアは、計算時間に悪影響を与えることなく、回路面積と消費電力を最小限に抑える必要があります。RFIDのセキュリティは、既存システムの改善と新規開発の両方から恩恵を受けることができます。高価なRFIDデバイスは既に対称暗号化と公開鍵アルゴリズムを提供しています。これらのアルゴリズムを低コストのパッシブRFIDデバイスに適用することは、数年以内に実現するはずです。
これらの暗号プリミティブを使用するプロトコルは、電源の中断や誤動作に耐性を持つ必要があります。スマートカードと比較すると、RFIDタグはこれらのタイプの攻撃に対してより脆弱です。プロトコルは、無線チャネルの障害や通信傍受の試みを考慮する必要があります。タグ自体は、セキュリティを損なうことなく、電源喪失や通信中断からスムーズに復旧する必要があります。技術の継続的な進歩により、RFIDデバイス、スマートカード、ユビキタスコンピュータの境界線は着実に曖昧になっています。RFIDデバイスのセキュリティを向上させるための研究は、普遍的で安全なユビキタスコンピューティングシステムへの道を開くのに役立ちます。RFIDタグやその他の組み込みシステムに関連するすべての開発は、信頼性が高く安全なインフラストラクチャに貢献し、多くの興味深い潜在的なアプリケーションを提供します。
結論
したがって、RFID識別には疑いようのない利点がある。
- 直接的な接触や視認は不要
- 迅速性と正確性
- 無制限の寿命
- 少量の媒体に大量の情報を保存
- 複数回の書き換えの可能性
- 価格
この技術の活用により、私たちは既に以下のことを達成しました。
- 手動データ入力によるエラー数を削減する
- 自動化によって多くの産業プロセスの効率を向上させる
- 生産プロセス全体を自動化する
- 業務の品質管理を改善する
良い面と同時に、悪い面も存在する。
- 干渉への曝露
- 人間の健康への影響
- 衝突
- 読み取ったデータの機密性
