• brand eins kaufen
• brand eins hören

• Text: Christoph Rosol

• Artikel downloaden
• Artikel drucken
• Artikel weiter empfehlen
• Leserbrief versenden
• Share |
• Informiert bleiben

Wanzen für die Welt

Datenschützer, IT-Vorstände, Journalisten, Technophobe und Technophile haben eines gemeinsam: den starren Blick auf die vier Buchstaben RFID - Radio Frequency Identification. Das sind kleine Chips, die in verschiedenen Dingen stecken können - selbst in Menschen - und deren Daten sich über Funk verbreiten.

Eine Technik, die die Fantasie anregt. Kühlschränke könnten via RFID-Chip den Getränkelieferanten verständigen, bevor die letzte Flasche Bier geköpft ist. Etiketten an Waren aller Art könnten sich die Einkaufsgewohnheiten ihrer Käufer merken. Und RFIDs in der Kleidung könnten gleich das ganze Leben ihrer Benutzer dokumentieren - und die Daten an gewiefte Marketingstrategen weiterleiten.

Fester Bestandteil all dieser Szenarien ist eine bewährte Mischung aus Übertreibung und Unterschätzung. Fest steht: Hinter RFID verbirgt sich eine vielgestaltige, komplexe, jahrzehntealte Kommunikationstechnik. Und RFID ist in der Welt.

20 Millionen Kunden des Nahverkehrsnetzes in der südkoreanischen Hauptstadt Seoul benutzen kontaktlose Chipkarten als Tickets. Argentinische Großfarmer markieren ihre Rinder per RFID. Jeder Zündschlüssel für einen deutschen Neuwagen deaktiviert eine elektronische Wegfahrsperre durch seine funkende Präsenz. „Auch das ist RFID-Technologie. Darüber spricht nur keiner", sagt Klaus Finkenzeller. Der Technologieverantwortliche beim Münchener Unternehmen für Sicherheitstechnik Giesecke & Devrient muss es wissen. Er ist nicht nur seit zwölf Jahren an der Formulierung nationaler und internationaler RFID-Standards innerhalb der zuständigen DIN- und ISO-Normierungsgremien beteiligt. Sein „RFID-Handbuch" ist mittlerweile in sieben Sprachen und drei Auflagen erschienen und hat den Boom der vergangenen Jahre als eine Art internationales Standardwerk begleitet. Die hier penibel aufgeführten physikalischen Grundlagen bilden die Basis für Anwendungen in aller Welt. Bei Finkenzeller steht, was RFID kann und, vor allem, was es nicht kann.

Wer Angst vor Datenklau hat, sollte seinen Pass in Aluminiumfolie einschlagen Alles, was RFID wirklich gut kann, kann es nur in sehr spezieller Umgebung. Chips zur Erkennung von WM-Tickets am Stadioneingang, solche zur Identifizierung von Haustieren oder Zündschlüsseln - alle Varianten haben unterschiedliche Parameter, Übertragungsarten und Funktionalitäten. Es gibt also nicht das RFID-System für alles.

Dass trotzdem so viele Anwendungen unter dem Akronym subsummiert werden, liegt an dem einen grundlegenden Prinzip: Geringe Datenmengen werden zwischen einer Sende- und Empfangsstation, dem sogenannten Lesegerät oder Reader, und mehr oder minder kleinen Datenträgem, sogenannten Transpondern oder Tags, hin- und hertransferiert. Dieser Datentransfer an sich ist nichts Ungewöhnliches, das können alte Chipkarten auch. Während jedoch unsere Krankenversichertenkarten in ein Kartenlesegerät gesteckt werden müssen, um einen direkten Metallkontakt herzustellen, funktionieren RFID-Chipkarten berührungslos. Sie funken über eine lange Spulenantenne, die innerhalb der Karte aufgedruckt ist. Die Schnittstelle ist der Äther. Das ist ein gewaltiger Unterschied.

Theoretisch erweitert sich durch die Funkübertragung der Funktionsraum nahezu grenzenlos. Radiowellen sind nicht nur über den halben Erdball, sondern auch aus den Tiefen des Weltalls zu empfangen. Und tatsächlich sind unsere Fernsehsatelliten nichts anderes als Transponder, ein Kunstwort bestehend aus Transmitter (Sender) und Responder (Beantworter): Sie empfangen Signale von den Fernsehstationen und senden sie zurück auf unseren Planeten. Auch jedes Flugzeug besitzt einen Transponder. Auf die periodisch ankommenden Abfragesignale des Kontroll-Towers antwortet diese Elektronik-Box automatisch mit ihrer Kennung. Erst mit einer solchen Identifikation ist es möglich, die zahlreichen wandernden Punkte auf dem Radarschirm auseinanderzuhalten.

Mit RFID hat das jedoch nur bedingt zu tun. Der Flugfunktransponder bringt eine enorm hohe Eigenenergieleistung auf, um über große Distanzen zu senden. Das kann ein RFID-Transponder nicht. Niemand möchte einen kleinen Satelliten mit einer großen Batterie an seine Chipkarte heften. Und bei der Miniaturisierung von Energietechnik gibt es deutliche Grenzen. Batteriegetriebene Geräte können nicht beliebig klein sein, und in jedem Fall erfordern sie regelmäßige Wartung.

Batteriebetriebene RFID-Transponder, sogenannte Aktive Tags, werden daher nur bei hochwertigen, sicherheitstechnisch anspruchsvollen oder datenintensiven Anwendungen verwendet. Das Militär ist dabei, wie so oft, Pionier: Schon seit 1993 setzen die US-Streitkräfte aktive Transponder ein. Zum Beispiel bei der Verschiffung eines Containers voller Kriegsgerät. Dabei fallen eine Menge sensibler Daten an: Inhalt, Herkunft und Ziel, Stationen, Sicherheitsstufen und Spezifikationen. Im Hafenbetrieb ist es nötig, all diese Informationen über eine Reichweite von wenigstens ein paar Metern zu übertragen - selbstverständlich verschlüsselt. Dabei wird viel Energie verbraucht.

Ein kleiner, rentabler Transponder, den man in Millionen von Chipkarten unterbringen kann, muss weitaus sparsamer sein - so sparsam, dass er ohne eigene Batterie auskommt. Denn was würde passieren, wenn im RFID-Reisepass die Batterie leer ist? Transponder dieser Klasse müssen also auf eine eigene Energieversorgung verzichten, sie müssen - im wahrsten Sinne des Wortes - passiv werden. Dies wird bei den Anwendungen des Chipkarten-Typs erreicht, indem man die Sende-Energie aus dem Magnetfeld des Lesegerätes bezieht. Ein Ladekondensator im Chip wird aufgeladen und stellt Energie bereit, um selbst ein schwaches Magnetfeld zur Datenübertragung zu erzeugen.

Eine solche sogenannte induktive Kopplung lässt allerdings die Reichweite eines Transponders von vielen Kilometern auf wenige Zentimeter schrumpfen. Da kennen die Ausbreitungsgesetze elektromagnetischer Strahlung kein Pardon. Die Karte muss dem Lesegerät also schon sehr nahe kommen, um aus ihrer Passivität geweckt zu werden und ihren Inhalt preiszugeben.

Und das ist auch gut so. Das Lesegerät, etwa an der Passkontrolle, soll schließlich nur den elektronischen Pass lesen, der ihm vorgelegt wurde, und nicht von den tausendfachen Signalen anderer E-Pässe im Flughafengebäude belästigt werden. Von den Interferenzen, die dabei entstünden und jegliches Auslesen unmöglich machten, ganz zu schweigen. Hinzu kommt, dass kleine Transponder mit geringem Energieverbrauch kleine Reichweiten haben. Die Physik kommt also dem Datenschutz entgegen.

Darüber hinaus beziehen induktiv gekoppelte Systeme immer noch genügend Energie aus dem Magnetfeld, um auch kryptografische Funktionen zu übernehmen. Die passiven Chipkarten und passiven Pässe funken nicht nur lediglich aus nächster Nähe, sie tun dies in der Regel auch verschlüsselt. Der verschlüsselte Funkverkehr beim E-Pass kann zudem überhaupt erst gestartet werden, wenn der Pass sich mit einer persönlichen Zugangsnummer (PIN) authentifiziert hat. Diese wird aus den maschinenlesbaren Daten berechnet, die unterhalb des Fotos aufgedruckt sind. Man wird seinen Pass also - wohl oder übel - nach wie vor aufgeklappt vorzeigen müssen. Um eine schnellere Abfertigung geht es beim RFID-Pass nicht, sondern darum, mehr Daten austauschen zu können.

Wer jetzt immer noch Angst um seine Daten hat, wickelt seinen E-Pass einfach in eine abschirmende Metallfolie. So wird der Aufbau eines konsistenten Magnetfeldes selbst bei engsten Sitznachbar-Spionen auf ausgedehnten Überseeflügen faktisch unmöglich gemacht. Über diese bereits funktionierenden Anwendungen spricht mit dem Physiker Klaus Finkenzeller kaum jemand. Offenbar sind wir bereits zu vertraut mit den kleinen Karten zur Zugangskontrolle, beugen uns willfährig staatstragenden Techniken, sind froh, im Krieg mit den Autodieben eine Schlacht gewonnen zu haben -und spätestens seit BSE sind wir sowieso für jegliche Form der Rinder-Identifiziering zu gewinnen. Für Furore in den Medien dagegen sorgt, dass die Logistikbranche die Funkchips für sich entdeckt hat. Nicht nur jeder Container, sondern jede Palette, jedes Paket, ja, jedes Produkt soll damit ausgestattet werden.

Die endlosen Ströme des alltäglichen und -nächtlichen Warenverkehrs werden schon längst elektronisch erfasst, nur geschieht dies optoelektronisch. Seitdem die erste mit einem Strichcode versehene Kaugummi-Packung am 26. Juni 1974 an einer Supermarkt-Kasse in Troy, Ohio, an einem Scanner vorbeigezogen wurde, war der Triumphzug der hellen und dunklen Balken nicht mehr aufzuhalten. Barcodes sind heute überall.

Für die datenhungrige Logistik ist RFID jedoch viel attraktiver. Die Transponder können nicht nur viel mehr Daten aufnehmen, sie brauchen vor allem keinen Sichtkontakt zum Lesegerät. Sie können etwa aus einem geschlossenen Container gelesen werden. Mit der Ablösung der Barcodes durch einen vollelektronischen Lieferschein soll RFID zum Massenmedium werden.

Diese völlig neue Dimension von RFID ist eine gleichermaßen gigantische wie knifflige Aufgabe. Es muss nicht nur ein weltweites Transportsystem umgestellt werden, sondern die grundlegende Technologie muss sich noch deutlich weiterentwickeln. Um massentauglich zu werden, darf ein Transponder vor allem zweierlei nicht: Er darf weder mehr kosten noch größer sein als ein herkömmlicher Barcode. Transponder müssen also tatsächlich zu kleinen Schildchen werden. Billig und leistungsstark - bisher funktioniert das nicht.

So ist der allgegenwärtige Funkchip auch noch nicht in der Gegenwart angekommen. „Aus dem Bauch heraus" schätzt Klaus Finkenzeller die momentanen Kosten für einen einfachen passiven Transponder auf „20 Cent, vielleicht 10, wenn er gut ist. Man kann aber nicht einen Transponder für 10 Cent auf einen Joghurtbecher kleben, der im Verkauf 35 Cent Umsatz macht." Der Experte hat ernsthafte Zweifel daran, dass der Preis in nächster Zeit weit genug gedrückt werden kann. Während schon Millionen RFID-Chipkarten, Schlüsselanhänger und E-Pässe hergestellt werden und das Militär viel Geld für neue aktive Systeme ausgibt, bleiben die Billionen passiver Schildchen noch Zukunftsmusik.

Dabei wird an den Schildchen bereits seit mehr als einem Jahrzehnt geforscht. 1995 rief der Physiker Neil Gershenfeld am berühmten Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) das Industriekonsortium „Things That Think" ins Leben. Multimedia und Internet waren bereits dabei, unseren Umgang mit der Welt zu verändern, aber sie blieben von der realen Welt der Dinge noch abgekoppelt. Gershenfeld wollte das mit der Hilfe von Chip-Herstellern wie Motorola und Produkt-Herstellern wie Nike ändern.

Gemeinsam mit seinen Studenten machte er sich auf die Suche nach dem heiligen Gral des „Penny-Tags". Der begeisternde Professor gab die Stoßrichtung vor: Um für einen Penny mit den Dingen in Kontakt zu treten, muss man die Dinge selbst antworten lassen, ihnen Intelligenz verpassen. Einfach nur teure RFID-Transponder zu modifizieren kam für den Physiker nicht in Frage. Vielmehr müsse Materie selbst zu Bits werden, dann könne man sich all die Antennenspulen, Kondensatoren und Transistoren sparen.

Wie das funktionieren könnte, wurde in den folgenden Jahren klar. Atomkerne rotieren, wie die Erde, in einer Schräglage. Wenn man ein magnetisches Feld anlegt, richtet sich dieser Spin nach den Feldlinien aus; in einem Wechselfeld „schalten" die Atomkerne zwischen zwei Lagen kreiselnd hin und her. Bestrahlt man die Kerne dann mit Radioimpulsen, ergibt dieses Umschalten im Zusammenspiel mit der nuklearen Umgebung eine charakteristische Resonanz.

Chemiker und Biologen verwenden die Kernresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance, NMR), um Moleküle zu analysieren. Mediziner verwenden Magnetresonanztomografen, um Bilder von Organen und Gelenken zu erzeugen. Der Physiker Gershenfeld wollte damit einen molekularen Quantencomputer bauen. Quanten können nicht nur 0 und 1, sondern alle Zustände dazwischen abbilden. Übertragen auf NMR bedeutet das, die Kreiselbewegungen der Atomkerne per Radioimpuls so anzutippen, dass sie beliebige Rotationswinkel zwischen 0 und 1 einnehmen können. In der internuklearen Verschränkung zwischen diesen Zuständen innerhalb von ganzen Molekülen ließe sich eine Unmenge an Daten speichern. Man könnte Informationen über Dinge in ihren Molekülen speichern - eine fantastische Idee. Und gleichsam ein utopisches Unterfangen. Der Industrie jedenfalls dürfte Gershenfelds molekulare Radiofrequenz-Identifikation sicher ein wenig zu fantastisch geklungen haben.

Was sie wollte, waren billige Schildchen für funktionierende Lieferketten - und das im nächsten als im übernächsten Jahrhundert. Anlässlich des 25-jährigen Jubiläums des Ur-Barcodes aller Supermärkte, des Universal Product Codes (UPC), machte man daher Nägel mit Köpfen. Im September 1999 trafen sich Vertreter von Procter & Gamble und Gillette mit den Hütern der weltweiten Strichcode-Identifikation, dem Uniform Code Council (UCC) und der European Article Numbering Association (EAN), um einen Nachfolge-Code auf den Weg zu bringen.

Dass beide Gruppen heute jeweils fusioniert sind (P&G hat 2005 Gillette übernommen, EAN und UCC firmieren seit 2005 unter dem Namen GS1), mag für die Durchschlagskraft ihres gemeinsamen Vorhabens sprechen. In wenigen Jahren sollte ein vollständiges RFID-System für den globalen Warenaustausch entworfen sein. Dazu brauchte man ein Team von Praktikern, keine Visionäre wie Neil Gershenfeld.

Der zog es vor, der euphorischen Avantgarde des Media Labs treu zu bleiben und weiter an der Verschmelzung von physischer Welt und logischen Schaltungen zu tüfteln (siehe auch brand eins 01/2006). Während der Professor Pläne für sein neues Media-Lab-Projekt, das Center for Bits and Atoms, schmiedete, gründete das Konsortium um P&G kurzerhand das Auto-ID Center. Nur ein paar Campus-Ecken weiter entstand so das Steuerungszentrum der RFID-Zukunft, ein weltweites Forschungs- und Entwicklungsprogramm.

Noch schneller als die Zahl kooperierender Labore in Europa, Asien und Australien wuchs die Sponsorengruppe des Centers zu einer illustren Gemeinschaft von Global Playern der verschiedensten Branchen: Wal-Mart, UPS, Sun, Metro, Unilever, Intel, Philips, Philip Morris, Coca-Cola, Accenture, SAP, US Postal Service und nicht zuletzt das US-Verteidigungsministerium beteiligten sich an der Finanzierung. Nach nur drei Jahren löste sich der militärischakademisch-industrielle Komplex des Auto-ID Centers in seine weltweiten Laborbestandteile auf und legte zugleich die erste Version für ein komplettes RFID-Netzwerk vor.

Seitdem basiert die noch unbestimmte Zukunft unserer Warenströme auf dem massengefertigten RFID-Tag, auf welchem neben Dipolantennen, Dioden und Transistoren noch ein Electronic Product Code (EPC) sitzt. Die Sponsoren hatten von Beginn an auf die Anschlussfähigkeit zum alten Barcode-System bestanden. Und so ist der EPC zunächst nichts anderes als ein UPC, erweitert um eine individuelle Seriennummer.

Wurden bei den Barcodes Herkunftsland, Hersteller und Artikelgruppe in den schwarzen und weißen Balken codiert, kommt zum EPC noch eine Nummer für jeden einzelnen Artikel hinzu: die weltweite Individualisierung jedes einzelnen Produktes. Jedoch ist die Nummer allein für sich genommen ohne Wert. Erst die Einspeisung in das Internet macht aus diesem Nummernschild relevante Informationen. So wie der „Domain Name Server" www-Adressen mit korrespondierenden IP-Adressen verknüpft, leitet in der Objektwelt ein „Object Name Server" eine EPC-Nummer an die zuständige Internet-Adresse weiter, hinter der eine Datenbank die Einträge verwaltet.

Vor schlauen Dingen muss man keine Angst haben. Sie bleiben aus Kostengründen dumm Aus Neil Gershenfelds Traum von einer Intelligenz der Dinge wurde so das Schlagwort vom „Internet der Dinge". Zwar wird mit diesem Begriff in arglosen Powerpoint-Präsentationen gern noch einmal die Zukunft smarter Produkte beschworen. Nur sind Kühlschränke und Joghurts an sich nicht smart und werden es auch so schnell nicht werden. Erst das Zusammenspiel mit verteilten Informationen, mit riesigen Datenbanken und cleveren Algorithmen, verleiht den dumm gebliebenen Dingen mit ihren absichtlich simpel entworfenen Nummern-Etiketten das bisschen an Intelligenz, das man ihnen zugestehen wollte. Nüchterne Referenznummern ließen die Speicherarchitektur und die Kosten eines Transponders zur Freude der Logistik-Industrie drastisch schrumpfen. Gleichzeitig wurde so jedoch aus der Embedded Intelligence, wie sie vor zehn Jahren im Media Lab visioniert wurde, die ökonomische Realität einer Outsourced Intelligence. Erst wurde der Intellekt von den Dingen aufs Etikett ausgelagert und dann vom Etikett ins Internet.

Und so ist es an den Nachfolgern des Auto-ID Centers, das Internet der Dinge smart zu machen, ja, es überhaupt erst einmal zu verwirklichen. Während die aus den Resten des Centers entstandene Standardisierungs-Organisation EPC global die weltweite Wirtschart auf den elektronischen Produkt-Code einschwört, brüten die global verteilten Auto-ID-Labs weiter über billige Label-Techniken, komplexe IT-Architekturen und ihre sozialen und ökonomischen Folgen.

Dabei haben die Labore nicht nur mit Datenschutz-Aktivisten, sondern vor allem mit der Technik selbst zu kämpfen. Allen Visionen, Initiativen und Deadlines von Handelsketten und Sponsoren zum Trotz findet man EPC-Tags bislang fast ausschließlich auf Paletten und einigen Umverpackungen. Nur zögerlich wird begonnen, RFID-Labels auch auf wenigen Artikeln - deren Wert eine Systemumstellung rentabel macht - anzubringen, zum Beispiel auf Medikamenten oder Rolex-Uhren.

Ein verkaufsflächendeckender Einsatz von RFID setzt, das sagen selbst Befürworter der Technik, weitere zehn Jahre an Entwicklungsarbeit voraus. Zu schaffen machen den Auto-ID-Laboranten in Industrie und Wissenschaft dabei insbesondere die unzuverlässigen Leseraten in der Nähe von Metallen und Flüssigkeiten. Reflexionen, Streuung, Interferenzen - es ist erbarmungslose Physik, die die Forscher auf Trab hält. So einfach, wie gedacht, ist der Internetanschluss der Dinge nicht zu realisieren.

Vielleicht muss man auch ganz anders denken oder einen Schritt weiter gehen. Damit aus einem Transponder ein wirkliches Schildchen werden kann, muss er nicht nur aufhören, besonders intelligent zu sein, sondern auch das Senden sein lassen. Die Lösung könnte so aussehen: Der miniaturisierte Massen-Tag reflektiert nur noch seine Daten. Genauer gesagt, er reflektiert die ankommende Strahlung des Readers und jubelt ihr dabei seine Informationen unter.

Modulated Backscatter, modulierter Rückstrahlquerschnitt, nennt man das im Fachjargon. Zugrunde liegen diesem Kopplungsverfahren Erfahrungen aus der mehr als 60 Jahre alten Geschichte des Radars. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde eine der führenden Forschungsstätten für diese Technik, das Radlab des Massachusetts Institute for Technology MIT, der US Air Force überantwortet. In dessen Cambridge Field Station (CFS) Institut war ein junger, aus Schweden stammender Ingenieur namens Harry Edmond Stockman tätig. Ihm gelang es, in jahrelanger Bastelarbeit aus den bisher bekannten Techniken einen passiven Modulated Backscatter Transponder zu bauen. Er nannte ihn Number Identification Target System: das erste passive RFID-System.

Der heutige EPC-Tag arbeitet zwar nicht mit sich drehenden Reflektoren, funktioniert aber nach dem gleichen Prinzip wie Stockmans Reflected Power Communication: durch die kontaktlose Abfrage eines passiven Identifizierungscodes durch Radarwellen, die so zu Trägerwellen werden. Aufgeprägte Nummern machen ein Radar zu einem Reader.

Es ist ein halbes Jahrhundert vergangen, bevor Stockmans Vision hinter den drehenden Eckreflektoren umgesetzt wurde. Nur geschah dies auf eine völlig andere Art und Weise als Stockman es sich je gedacht hätte. Es mag wieder eine halbe Ewigkeit dauern, bis Gershenfelds Vision der intelligenten Dinge verwirklicht sein wird. Und wieder ist unvorhersehbar, wie diese Wirklichkeit letztlich aussieht.

„Technikentwicklungen langfristig vorherzusagen ist fast nicht möglich, da liegen Sie immer daneben", sagt Klaus Finkenzeller. Und der muss es wissen.