Das Internet der Dinge und seine Verwendung im VeChain-Ökosystem

Das Internet der Dinge (IoT) ist ein neuartiges Paradigma, das im Rahmen der modernen drahtlosen Telekommunikation immer mehr an Bedeutung gewinnt. IoT ist ein weltweites Netzwerk von miteinander verbundenen Objekten und Menschen, die durch einzigartige Systeme in der Lage sind, miteinander zu interagieren und zusammenzuarbeiten.

Die größte Stärke von IoT ist der hohe Einfluss, den sie auf verschiedene Aspekte des Alltags und des Verhaltens potenzieller Nutzer haben wird. Aus der Sicht eines Privatanwenders werden die offensichtlichsten Auswirkungen der IoT-Einführung sowohl im Arbeits- als auch im Privatbereich sichtbar sein. Gebäudeautomation, betreutes Wohnen, E-Health und computergestütztes Lernen sind in diesem Zusammenhang nur einige Beispiele für mögliche Anwendungsszenarien, in denen das neue Paradigma in naher Zukunft eine führende Rolle spielen wird. Ebenso werden aus Sicht von geschäftlichen Nutzern Effekte in Bereichen wie Automatisierung und industrielle Fertigung, Logistik, Geschäfts-/Prozessmanagement, intelligenter Transport von Personen und Gütern gleichermaßen sichtbar sein.

In Kombination mit Blockchain wurde festgestellt, dass die Synergie zwischen den beiden Technologien stark ist und viele Branchen verändern wird. So können IoT-Geräte beispielsweise autonome Transaktionen durch Smart Contracts durchführen. In Kombination mit künstlicher Intelligenz (KI) und Big-Data-Lösungen können signifikantere Auswirkungen erzielt werden.

VeChain verwendet drei unterschiedliche Technologien in Bezug auf IoT: QR-Codes, RFID und NFC.

QR-Code

QR-Codes zählen zu den zweidimensionalen Barcodes, die im Vergleich zu konventionellen Barcodes die Informationsdichte erhöhen und sowohl horizontal als auch vertikal Informationen enthalten. Ein QR-Code stellt durch seinen zweidimensionalen Aufbau folglich sehr viel mehr Speicher zur Verfügung als ein eindimensionaler Barcode, nämlich bis zu 4.000 Zeichen, was etwa einer DIN A4-Seite voll kleingedrucktem Text entspricht. QR steht dabei für “Quick Response” („schnelle Antwort“). Damit ist gemeint, dass man komplexe Informationen so verkürzt darstellt, dass sie schnell und unkompliziert wieder abgerufen werden können. Nach demselben Prinzip funktionieren Barcodes oder Strichcodes an der Supermarktkasse: der Scanner „liest” aus den Streifen, um welches Produkt es sich handelt, und gibt diese Information an das Kassensystem weiter. QR-Codes sind vor allem deshalb so weit verbreitet, da sie aufgrund einer automatischen Fehlerkorrektur (bis zu einer 50%-igen Zerstörung) sehr robust sind. Datengrundlage für die Darstellung sind verschlüsselte Zeichensätze im binären System, bei dem Buchstaben, Zahlen oder Zeichen als Einser und Nuller, bzw. als schwarz und weiß dargestellt werden. Mit QR-Codes können Nutzer auf diese Weise zu verschiedenen Inhalten geführt werden, z.B. URLs, Bilder, Videos oder Texte.

QR-Codes werden im VeChain-Ökosystem hauptsächlich als Anzeigeinstrument genutzt. Zum einen, um die Einzigartigkeit eines Produktes zu ermitteln und zum anderen, um die Authentizität (authentisch oder nicht authentisch) eines Produktes zu gewährleisten. Durch Scannen des QR-Codes auf dem Produkt hat der Verbraucher den Zugriff auf die gesamte Geschichte des Produkts. Vor allem MyStory und Haier’s Internet of Clothing sind Anwendungen, die vor allem auf QR-Codes setzen.

Nachstehendes Bild zeigt eine Weinflasche mit MyStory-Tag. Diese Flasche Wein ist sowohl sicher (nicht kopierbar) als auch spezifiziert, d.h. das Tag bezieht sich auf eine bestimmte Flasche Wein und keine Charge. Das Tag entspricht einem Mikro-QR-Code, der sich durch einen gelblichen Farbton auszeichnet und nicht kopiert werden kann. Dabei wird die gleiche Technologie angewandt, die zum Schutz von Geld verwendet wird.

QR-Codes sind vergleichweise einfach zu erstellen. Im VeChain ToolChain Kit ist ein QR-Code-Drucker samt Anwendungssoftware enthalten, sodass sofortiges Drucken von QR-Codes möglich ist.

RFID

RFID steht für Radio Frequency IDentification. Die Technik ist bereits seit Jahrzehnten bekannt und im Einsatz. In den 40er Jahren wurde RFID als Freund- bzw. Feinderkennungssystem in britischen Kampfflugzeugen verwendet. Die RFID-Technologie wurde in den 60ern in Warensicherungssystemen eingesetzt, die bis heute Bestand haben. Zusätzlich kam RFID bei der Tieridentifikation in der Landwirtschaft und bei Mautsystemen zum Einsatz. Heute findet man RFID in zahlreichen Anwendungen.

RFID ist ein technisches System, mithilfe dessen Daten kontaktlos gelesen und gespeichert werden können. Diese müssen dabei weder gesehen, noch berührt werden, da die Übermittlung ausschließlich via Funkerkennung erfolgt. RFID-Systeme können verwendet werden, um Objekte in Echtzeit zu überwachen, ohne dass sie sich in der Sichtlinie befinden müssen. Dies ermöglicht die Abbildung der realen Welt in die virtuelle Welt. Sie können daher in den unterschiedlichsten Anwendungsszenarien eingesetzt werden, die von der Logistik über E-Health bis hin zur Sicherheit reichen.

Ein RFID-System besteht normalerweise aus zwei Komponenten:

• einem Transponder (auch RFID-Tag genannt) und
• einem RFID-Lesegerät (auch RFID-Reader genannt).

Aus physikalischer Sicht ist ein RFID-Tag ein kleiner Mikrochip, der an einer Antenne (die sowohl für den Empfang des Lesesignals als auch für die Übertragung der Tag-ID verwendet wird) in einer Verpackung angebracht ist, die in der Regel einem Klebeetikett ähnelt. Die Abmessungen können sehr gering sein. In der Regel sind RFID-Tags passiv, d. h. sie haben keine Energieversorgung und gewinnen die Energie, die für die Übertragung ihrer ID benötigt wird, aus dem Abfragesignal, das von einem RFID-Lesegerät in der Nähe übertragen wird. Dennoch gibt es auch RFID-Tags, die durch Batterien mit Strom versorgt werden. In diesem Fall lassen sich semi-passive und aktive RFID-Tags unterscheiden. In semi-passiven RFID-Batterien wird der Mikrochip mit Strom versorgt, während die Energie für das Senden/Empfangen von Informationen aus der Energie des elektromagnetischen Felds des Lesegeräts stammt. Bei aktiven RFIDs versorgt die Batterie dagegen auch den Energiebedarf zur Übertragung des Signals. Transponder lassen sich in einer Vielzahl von Bauformen realisieren, z.B. im Scheckkartenformat, als Knopfzelle, in Röhren- oder Nagelform.

Wie funktioniert das System? Bei der RFID-Technik setzt man ebenfalls ein Lesegerät ein, das ein Signal an den Transponder eines Mikrochips senden und dazu veranlasst, die gewünschten Informationen zu übermitteln — das funktioniert auch über große Distanzen. Vom Lesegerät wird dabei ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches die Antenne des Transponders empfängt und weiterleitet. In dem Magnetfeld befindet sich demzufolge der jeweilige Befehl, etwa eine Abfrage zur Seriennummer. Kurz darauf treffen in diesem Feld auch die Antworten beziehungsweise Daten ein, werden vom Lesegerät erfasst und danach vom abfragenden Menschen verwertet.

Der größte Vorteil von RFID ist der Tatsache zu verdanken, dass es nicht mehr notwendig ist, einen direkten Kontakt zwischen dem Sender und dem Empfänger herzustellen. Weitere Vorteile von RFID sind, dass der Funk viele Sorten von Materialien problemlos durchdringen kann, eine Identifizierung der Ware, des Tiers oder der Person innerhalb von wenigen Sekunden möglich ist (20 Mal schneller als mittels Barcode) und der Mikrochip resistent gegenüber Umwelteinflüssen ist. Außerdem lassen sich Größe und Form der Transponder an die Gegebenheiten anpassen und diese Teile können komplett in das Produkt integriert werden. Daten und Informationen können selbst bei grober Verschmutzung noch auslesen werden. Der Hauptnachteil von RFID liegt in Störeinflüssen. Es existieren Schwierigkeiten bei der Pulkerfassung von metallischen Teilen oder durch andere Sendegeräte im gleichen Frequenzbereich.

NFC

NFC steht für Near Field Communication (Nahfeldkommunikation). Dahinter verbirgt sich eine Funkttechnik, die die Kommunikation von Geräten über eine kurze Distanz zueinander ermöglicht. Die Kommunikation erfolgt dabei kontaktlos. Beide Geräte können sowohl Daten senden als auch empfangen. Das unterscheidet NFC zum Beispiel von der ähnlichen RFID-Technik, auf der die NFC-Technik basiert.

Daraus wiederum ergibt sich der größte Vorteil von NFC: Es ist äußerst sicher gegen das Manipulation von außen. Mögliche Täter müssten sich dem Chip auf engsten Raum nähern, um Daten auszuspionieren. NFC bietet somit eine schnelle, einfache und sichere Möglichkeit, um Daten zu übertragen, ohne dabei ein großes Sicherheitsrisiko einzugehen.

Einsatz der RFID/NFC-Chips

VeChain liefert fünf Arten von IoT-Tags, die sowohl NFC-Tags als auch Zweifrequenz-Tags (NFC+RFID) beinhalten. Alle Tags sind mit VeChain-IDs und kryptographischen Schlüsseln vorprogrammiert. Darüber hinaus entsprechen sie internationalen Normen wie ISO/IEC14443A und dem NFC Forum Standard.

VeChain nutzt selbst entwickelte Chips, arbeitet aber auch mit Jiangsu Printed Electronics Co., Ltd. zusammen, die eine hochfrequente RFID-Lösung zur Temperaturüberwachung entwickelten. Dieses Tag garantiert die Vertrauenswürdigkeit, Qualität und Zuverlässigkeit des Kühlkettentransports durch ständige Überwachung von Temperaturschwankungen innerhalb der Produkte. Diese Tags kommen vor allem bei Produkten zum Einsatz, die während des gesamten Transportprozesses eine Lagerung bei konstanter Temperatur erfordern (wie Lebensmittel und Medikamente). Zusätzlich werden die in diesen Sensoren verwendeten Chips von den weltweit besten Herstellern wie Bosch, ST, Qualcomm, MTK bezogen.

Der von VeChain selbst entwickelte NFC/RFID-Smart-Chip stellt eine der Kerntechnologien bei der Entwicklung des IoT-Ökosystems dar. Als führendes Unternehmen für flexible Batterietechnologie sorgt Jiangsu Printed Electronics Co. Ltd. mit ihren flexiblen Batterien für eine enorme technische Leistungsfähigkeit der Smart Chips von VeChain. Der IoT-Sensor weist dabei im Vergleich zu ähnlichen Produkten auf dem Markt deutlich bessere Eigenschaften auf.

Die passiven IoT-Tags von VeChain arbeiten nahtlos mit den Blockchain-Lösungen von VeChain wie ToolChain zusammen. Mit ToolChain bietet VeChain verschiedene Arten von NFC-, RFID- und kombinierten NFC/RFID-Chips für alle Anwendungsfälle. Ob für weiche, flexible oder harte Produkttypen — die Chips können an allen Bedürfnissen angepasst werden. Hier die fünf verschiedenen Chips im Überblick:

Rundes, manipulationssicheres NFC-Tag

Anwendung: Das Tag mit einem Durchmesser von 2,6 cm wird als Aufkleber auf Schmuck, Lebensmitteln, Tabak, Alkohol, Medikamenten, Kosmetik und Ersatzteilen verwendet. Die Antenne des Tags wird beim Abziehen zerstört, um eine Wiederverwendung zu verhindern.

Ringförmiges, manipulationssicheres NFC-Tag

Anwendung: siehe vorheriges Tag

Langes, recheckiges, manipulationssicheres NFC-Tag

Anwendung: Das Tag wird als Verpackung für Weinflaschen verwendet. Die Antenne wird beim Abziehen zerstört, um eine Wiederverwendung zu verhindern.

Wasserdichtes NFC-Tag

Anwendung: Das Tag mit einem Durchmesser von 2,4 cm wird als Knopf oder Zubehör für Kleidung oder Wäsche verwendet. Es kann nicht nur gewaschen und eingeweicht werden, sondern auch mehrfach gerieben und direkt gebügelt werden.

Zweifrequenz-Tag (NFC+RFID)

Anwendung: Das Tag wird bei hochwertigen Produkten wie z.B. Luxustaschen eingesetzt. Es kann mit einem RFID-Lesegerät im Lager aus der Ferne und mit einem NFC-fähigen Smartphone von Einzelhandelskunden gescannt werden. RFID kann optional deaktiviert werden, um Bedenken bezüglich des Datenschutzes im Einzelhandel auszuräumen.

Sicherheit

Datensicherheit und Datenschutz sind bei BaaS-Lösungen seit jeher die obersten Prinzipien. Dazu hat VeChain mehrere Ebenen an Sicherheitsmaßnahmen gegen potenzielle Sicherheitsschwachstellen implementiert. Um das zu realisieren, setzt VeChain auf drei wesentlichen Säulen:

1. Manipulationssichere digitale Tags: Der VeChain-Chip verfügt über einen eingebauten asymmetrischen Verschlüsselungsalgorithmus. Der private Schlüssel wird innerhalb des Chip mittels eines physikalischen Zufallszahlengenerators erzeugt und ist gegen externen Zugriff geschützt. Die ID des Tags ist der entsprechende öffentliche Schlüssel, der in der Blockchain registriert ist.
2. Tags und Produkte können nicht getrennt werden: Es werden einmalige Tags verwendet. Dadurch bedeutet ein zerrissenes Tag, dass das Produkt beschädigt wurde. Dieser Prozess stellt sicher, dass die Tags und Artikel nicht getrennt werden können. Es stellt ebenfalls sicher, dass die Tags nicht wiederverwendet werden können.
3. Registrierung der Tag-IDs auf der Blockchain: Die Tag-ID wird auf der Blockchain registriert, ebenso wie alle Vorgänge im Zusammenhang mit der ID auf der Blockchain aufgezeichnet werden. Die RFID/NFC-Chips können nicht dupliziert werden, da der private Schlüssel innerhalb der Hardware erzeugt und im geschützten Bereich gespeichert wird, was den Zugriff unmöglich macht.

Ein Beispiel ist, dass in den Smart-Chips einen asymmetrischen Verschlüsselungsalgorithmus verwendt wird, um die Sicherheit und Einzigartigkeit zu gewährleisten. Nehmen wir als Beispiel die NFC-Chips:

• Unternehmensserver sendet zufällig generierte Zahlen an NFC-Chips.
• Verwendung eines privaten Schlüssels, der im NFC-Chip gespeichert ist, um die Zufallszahl zu signieren.
• Dann wird die digitale Signatur an den Unternehmensserver zurück-geschickt.
• Unternehmensserver verifiziert die digitale Signatur.

Aufgrund der Einzigartigkeit jeder Zufallszahl kann der obige Prozess nicht dupliziert werden, da die Zufallszahl nicht vorhergesagt werden kann.

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