Nanoelektromekaniske tags til manipulationssikker produktidentifikation og autentificering

Forskere i cybersikkerhed sigter mod at realisere virkelig uklonbare identifikations- og autentificeringsmærker for at forsvare globale systemer mod stadigt stigende forfalskningsangreb. I en ny rapport, der nu er offentliggjort den Natur:Mikrosystemer og nanoteknik , Sushant Rassay og et team af forskere i elektro- og computerteknik ved University of Florida, OS., demonstreret tags i nanoskala til at udforske en elektromekanisk spektral signatur som et fingeraftryk baseret på den iboende tilfældighed i fremstillingsprocessen. Ultraminiaturestørrelsen og gennemsigtige bestanddele af de nanoelektromekaniske (NEMS) tags gav betydelig immunitet over for fysisk manipulation og kloning. NEMS kan typisk konvertere former for mekanisk og vibrationsenergi fra omgivelserne til elektrisk strøm ved at udvikle pålidelige strømkilder til trådløse elektroniske enheder med ultralav effekt. Holdet udviklede også adaptive algoritmer til digitalt at oversætte den spektrale signatur til binære fingeraftryk. Eksperimenterne fremhævede potentialet ved hemmelige (snuglige) NEMS til at sikre identifikation og autentificering på tværs af en række produkter og forbrugsvarer.

Udvikling af teknologier til at bekæmpe forfalskning

Fremkomsten af ​​forfalskning kan påvirke det globale økonomiske system betydeligt, samtidig med at den eskalerer for at pålægge bred social skade og udgøre internationale sikkerhedstrusler som en kilde til hvidkravekriminalitet. Forfalskning bekæmpes traditionelt ved hjælp af fysiske tags til at identificere, autentificere, og spor ægte genstande ved at generere digitale fingeraftryk eller vandmærker. Effektiviteten af ​​et fysisk mærke kan defineres ved dets anvendelighed på forskellige varer lige fra spiselige varer til elektronik, dens vedholdenhed over for kloning sideløbende med de dermed forbundne produktionsomkostninger. Forskere har udviklet en række generelle fysiske tag-teknologier, inklusive quick response (QR) mønstre, universel produktkode (UPC) og radiofrekvensidentifikation (RFID) tags. Imidlertid, sådanne teknikker er begrænsede og udgør derfor sikkerhedsrisici. Forskere havde derfor for nylig udviklet nanoskala fysiske uklonbare funktioner eller nanofysiske uklonbare funktioner (PUF'er) for at identificere væsentlige grænser for identifikations- og autentificeringsmærker. I dette studie, Rassay et al. præsenterede en radikalt anderledes tilgang ved hjælp af nanoelektromekaniske systemer (NEMS) til at realisere snigende fysiske tags. Konstruktionerne opretholdt væsentlig immunitet over for manipulation og kloning med generisk anvendelighed på tværs af en række produkter.

NEMS-taggene viste en elektromekanisk spektral signatur bestående af et stort sæt højkvalitetsfaktor (Q) resonanstoppe. Generelt, Q-faktoren beskriver egenskaberne af en oscillator eller resonator og arten af ​​den lagrede energi i resonatoren, hvor en højere Q indikerer, at oscillationer spredes langsomt for at forårsage en lavere hastighed af energitab i forhold til den lagrede energi i resonatoren. Disse fysiske egenskaber koblet til deres ultraminiaturestørrelse og gennemsigtige bestanddele sikrede NEMS-tags immunitet mod fysisk manipulation og kloning. De omkostningseffektive tags kan bruges i rodede omgivelser med stor baggrundsstøj og interferens. For at oprette NEMS-tags, Rassay et al. anbragt en tynd piezoelektrisk film mellem to metalliske lag og forbedret mærket ved at vælge gennemsigtige materialer til at danne konstituerende lag, implementerede derefter taggene på et glassubstrat for at evaluere deres gennemsigtighed. Bestanddelene gav en stor elektromekanisk koblingskoefficient for at tillade excitation af de mekaniske resonanstilstande med minimale magnetiske kræfter. Holdet mønstrede i sidste ende NEMS-mærket og observerede produktet ved hjælp af scanning elektronmikroskopi (SEM) for at fremhæve dets optiske gennemsigtighed.

Handlingsprincip og digital oversættelse

Under udviklingen af ​​NEMS tags, forskerne dykkede ned i egenskaberne af den elektromekaniske spektrale signatur for at lette identifikation. Holdet designede NEMS-taggenes laterale geometri for at skabe et stort sæt høj-Q mekaniske resonanstilstande på tværs af et lille frekvensområde af interesse (80-90 MHz). Baseret på de varierende karakteristika for de tilsvarende toppe til resonanstilstandene, Rassay et al. tildelt en binær streng til NEMS-tags.

Den tilfældige karakter af materialefordelingen gjorde det muligt for dem at skabe visuelt identiske NEMS-tags med unikke digitale fingeraftryk, der kun blev afspejlet i deres spektrale signatur, og derfor næsten umuligt at reverse engineering. De tilfældige og iboende usikkerheder ved etikettens bestanddele var ønskelige, da det gav to særskilte sikkerhedsfordele; først, det gjorde det muligt for teamet at oprette unikke identifikatorer eller fingeraftryk for hver af de batch-fremstillede enheder. Sekund, den materialebaserede iboende tilfældighed var fordelagtig for at beskytte informationen under fremstillingen, og dermed forhindre forfalskede produkter. Oversættelsesproceduren indeholdt trådløse forespørgsler og digitale oversættelseskomponenter, hvor teamet implementerede en række omfattende trin for at generere en unik binær streng, der er udpeget til hvert NEMS-tag.

Karakteriserer NEMS-tagget

For at måle de spektrale signaturmærker, Rassay et al. brugt nærfelts trådløs interrogation over frekvensområdet på 80 til 90 MHz. For at opnå dette, de placerede en intelligent karaktergenkendelse (ICR) magnetisk nærfeltsmikrosonde med en spoleradius på 50 µm til trådløs forespørgsel gennem magnetisk kobling. Holdet placerede mikrosonden i en lodret afstand på under 2 mm fra etiketten, tilsluttet en netværksanalysator for at måle reflektionsresponsen på tværs af frekvensspektret. Holdet sammenlignede derefter spektralsignaturerne fra fire NEMS-etiketter, som de tilfældigt valgte fra arrayet. For eksempel, den 31-bit streng, der er tildelt de spektrale signatur-fingeraftryk, fremhævede entropien i den hemmelige NEMS-teknologi. Som proof of concept, holdet kvantificerede entropien under forskellige temperaturområder for ti NEMS-tags med identiske designs ved hjælp af interenheden Hamming-afstand (en metrik til at sammenligne to binære datastrenge) for at måle unikheden af ​​de binære strenge, der svarer til de spektrale signaturer.

Udsigter for stealth-teknologien til bekæmpelse af forfalskning

På denne måde Sushant Rassay og kolleger viste en ny fysisk tag-teknologi til at identificere og autentificere brugen af ​​de elektromekaniske spektrale signaturer af hemmelige nanoelektromekaniske (NEMS) tags. Ultraminiature-enheden gav en optisk gennemsigtig og visuelt uopdagelig indirekte metode til informationslagring. De konstruerede den spektrale signatur af NEMS-tagget til at have et stort antal høj-Q mekaniske resonanstoppe. Holdet opnåede distinkte fingeraftryk til NEMS-tags på grund af iboende variationer af materialeegenskaberne og ydre variationer af fremstillingsprocessen. Forskerne udviklede også en oversættelsesalgoritme til at udpege en binær streng til den spektrale signatur af hvert tag. Den resulterende store entropi og robusthed af NEMS-tags fremhævede teknologiens potentiale til at identificere og autentificere produkter.

© 2020 Science X Network