Lille bitte, batterifri ID-chip kan hjælpe med at bekæmpe tab som følge af forfalskning

For at bekæmpe varemærkeforfalskning i forsyningskæden, som kan koste virksomheder milliarder af dollars årligt, MIT-forskere har opfundet et kryptografisk ID-tag, der er lille nok til at passe på stort set ethvert produkt og bekræfte dets ægthed.

En rapport fra 2018 fra Organisationen for Økonomisk Samarbejde og Udvikling anslår, at forfalskede varer for omkring 2 billioner dollars vil blive solgt på verdensplan i 2020. Det er dårlige nyheder for forbrugere og virksomheder, der bestiller dele fra forskellige kilder verden over for at bygge produkter.

Falskmøntere har en tendens til at bruge komplekse ruter, der inkluderer mange kontrolpunkter, gør det udfordrende at verificere deres oprindelse og ægthed. Følgelig, virksomheder kan ende med imiterede dele. Trådløse ID-tags bliver mere og mere populære til autentificering af aktiver, efterhånden som de skifter hænder ved hvert kontrolpunkt. Men disse tags kommer med forskellige størrelser, koste, energi, og sikkerhedsafvejninger, der begrænser deres potentiale.

Populære radiofrekvensidentifikation (RFID) tags, for eksempel, er for store til at passe på små genstande såsom medicinske og industrielle komponenter, bildele, eller siliciumchips. RFID-tags indeholder heller ingen skrappe sikkerhedsforanstaltninger. Nogle tags er bygget med krypteringssystemer for at beskytte mod kloning og afværge hackere, men de er store og strømkrævende. Formindskelse af tags betyder at opgive både antennepakken – som muliggør radiofrekvenskommunikation – og evnen til at køre stærk kryptering.

I et papir præsenteret i går på IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), forskerne beskriver en ID-chip, der navigerer i alle disse afvejninger. Den er millimeterstørrelse og kører på relativt lave niveauer af strøm leveret af fotovoltaiske dioder. Det transmitterer også data i fjerne afstande, ved hjælp af en strømfri "backscatter"-teknik, der fungerer ved en frekvens, der er hundredvis af gange højere end RFID'er. Algoritmeoptimeringsteknikker gør det også muligt for chippen at køre et populært kryptografiskema, der garanterer sikker kommunikation ved brug af ekstremt lav energi.

"Vi kalder det 'mærket for alting'." Og alt burde betyde alt, " siger medforfatter Ruonan Han, en lektor ved Institut for Elektroteknik og Datalogi og leder af Terahertz Integrated Electronics Group i Microsystems Technology Laboratories (MTL). "Hvis jeg vil spore logistikken af, sige, en enkelt bolt eller tandimplantat eller siliciumchip, nuværende RFID-tags gør det ikke muligt. Vi byggede en lavpris, lille chip uden emballage, batterier, eller andre eksterne komponenter, der gemmer og overfører følsomme data."

Med Han på papiret er:kandidatstuderende Mohamed I. Ibrahim, Muhammad Ibrahim Wasiq Khan, og Chiraag S. Juvekar; tidligere postdoc associeret Wanyeong Jung; tidligere postdoc Rabia Tugce Yazicigil; og Anantha P. Chandrakasan, der er dekan for MIT School of Engineering og Vannevar Bush professor i elektroteknik og datalogi.

Systemintegration

Arbejdet begyndte som et middel til at skabe bedre RFID-tags. Holdet ønskede at gøre op med emballage, hvilket gør mærkerne omfangsrige og øger produktionsomkostningerne. De ønskede også kommunikation i den høje terahertz-frekvens mellem mikrobølge- og infrarød stråling - omkring 100 gigahertz og 10 terahertz - der muliggør chipintegration af et antennearray og trådløs kommunikation ved større læseafstande. Endelig, de ønskede kryptografiske protokoller, fordi RFID-tags kan scannes af stort set enhver læser og overføre deres data vilkårligt.

Men at inkludere alle disse funktioner ville normalt kræve at bygge en ret stor chip. I stedet, forskerne kom med "en ret stor systemintegration, " siger Ibrahim, der gjorde det muligt at sætte alt på en monolitisk – betydning, ikke lagdelt — siliciumchip, der kun var omkring 1,6 kvadratmillimeter.

En nyskabelse er en række små antenner, der transmitterer data frem og tilbage via backscattering mellem tag og læseren. Backscatter, anvendes almindeligvis i RFID-teknologier, sker, når en tag reflekterer et inputsignal tilbage til en læser med små modulationer, der svarer til transmitterede data. I forskernes system antennerne bruger nogle signalopdelings- og blandingsteknikker til at backscatter signaler i terahertz-området. Disse signaler forbindes først med læseren og sender derefter data til kryptering.

Implementeret i antenne-arrayet er en "strålestyring"-funktion, hvor antennerne fokuserer signaler mod en læser, gøre dem mere effektive, øge signalstyrke og rækkevidde, og reducere interferens. Dette er den første demonstration af strålestyring ved hjælp af et tilbagespredningsmærke, ifølge forskerne.

Små huller i antennerne tillader lys fra læseren at passere igennem til fotodioder nedenunder, der omdanner lyset til omkring 1 volt elektricitet. Det giver strøm til chippens processor, som kører chippens "elliptic-curve-cryptography" (ECC) skema. ECC bruger en kombination af private nøgler (kun kendt af en bruger) og offentlige nøgler (udbredt bredt) for at holde kommunikation privat. I forskernes system tagget bruger en privat nøgle og en læsers offentlige nøgle til kun at identificere sig selv for gyldige læsere. Det betyder, at enhver aflurer, der ikke er i besiddelse af læserens private nøgle, ikke bør være i stand til at identificere, hvilket tag, der er en del af protokollen, ved kun at overvåge det trådløse link.

Optimering af den kryptografiske kode og hardware lader ordningen køre på en energieffektiv og lille processor, siger Yazicigil. "Det er altid en afvejning, " siger hun. "Hvis du tolererer et budget med større effekt og større størrelse, du kan inkludere kryptografi. Men udfordringen er at have sikkerhed i sådan et lille tag med et lavt strømbudget."

At rykke grænserne

I øjeblikket, signalområdet er omkring 5 centimeter, som betragtes som et fjernfelt-område - og giver mulighed for bekvem brug af en bærbar tag-scanner. Næste, forskerne håber at "skubbe grænserne" for rækkevidden endnu længere, siger Ibrahim. Til sidst, de vil gerne have mange af taggene til at pinge en læser placeret et sted langt væk i, sige, et modtagerum ved et forsyningskædecheckpoint. Mange aktiver kunne derefter verificeres hurtigt.

"Vi tror, ​​vi kan have en læser som et centralt knudepunkt, der ikke behøver at komme tæt på mærket, og alle disse chips kan strålestyre deres signaler for at tale med den ene læser, " siger Ibrahim.

Forskerne håber også at kunne drive chippen fuldt ud gennem terahertz-signalerne selv, eliminerer ethvert behov for fotodioder.

Chipsene er så små, let at lave, og billigt, at de også kan indlejres i større siliciumcomputerchips, som er særligt populære mål for forfalskning.

"Den amerikanske halvlederindustri led $7 milliarder til $10 milliarder i tab årligt på grund af forfalskede chips, Wasiq Khan siger. "Vores chip kan integreres problemfrit i andre elektroniske chips af sikkerhedsmæssige årsager, så det kan have stor indflydelse på industrien. Vores chips koster et par øre hver, men teknologien er uvurderlig, " grinede han.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.