新型加密防伪标签来自MIT

2020-02-25 15:26:03 31

  近日在麻省理工学院的官网公示表明,为了防止供应链造假,该大学的研究人员发明了一种加密身份标签,其体积很小,几乎可以适合任何产品并验证其真实性。


背景


  供应链造假每年给公司造成数十亿美元的损失。经济合作与发展组织2018年的一份报告估计,2020年全球将出售价值约2万亿美元的假冒商品。这对那些从世界各地订购不同来源的零件来制造他们的产品的消费者和公司来说是个坏消息。


  造假,往往使用含有多个检查点验证其来源和真实性困难复杂的路径。因此,该公司将最终获得锻件。这些资产将在每个检查点换手,无线ID标签越来越广泛地用于资产认证。然而,这些标签是不同的尺寸,成本,能源和安全因素之间进行权衡,从而限制了他们的潜力。


  例如,现在流行的射频识别(RFID)标签是太大了,不适合用于微对象,例如,医疗和工业零件,汽车零件,或硅芯片。


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RFID标签(图片来源:EricBrockmeyer/Disney Research)


  RFID标签也没有严格的安全措施.有些标签是使用加密机制来防止克隆和防御黑客的,但它们太大了,耗电量很大。减少标签的大小意味着放弃封装天线(实现射频通信)和运行强大的加密技术的能力。


创新


  在一篇于2月20日在国际固态电路年度会议(ISSCC)上发表的论文中,研究人员们描述了一款身份芯片,权衡了所有这些因素。它的尺寸是毫米级的,并且运行在光伏二极管供电的相对低功耗的水平上。它也采用了一种无功耗的“反向散射”技术,长距离传输数据。它的工作频率比RFID技术高几百倍。算法优化技术也使得芯片能运行普通的加密方案,保证能耗极低的安全通信。


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(图片来源:MIT)


  论文合著者、微体系手艺实验室(MTL)太赫兹集成电子小组领头人、电气工程与计算机科学系副教授 Ruonan Han 暗示:“咱们称之为‘万物的标签’。一切都应该意味着一切。如果我想跟踪,如单螺杆或牙科植入物或单一硅芯片上的物流,现有的RFID标签无法做到的。我们已经创造了一个低成本的微芯片,没有包装,电池或其他外部组件,可以存储和传输敏感数据。”


  其他研究人员还包括:研究生穆罕默德I. Ibrahim、Muhammad Ibrahim Wasiq Khan、Chiraag S.Juveka,前博士后助理Wanyeong荣格,前博士后拉比耶Tugce Yazicigil,麻省理工学院电气工程与计算机科学系Anantha P.教授的研究所所长Chandra Cassandra. 


技术


  这项研究开始是要创造一款更好的RFID标签。团队想要去掉使标签变笨重以及增加制造成本的包装。他们也想要在微波与红外线之间的高太赫兹频率(约100GHz到10THz)进行通信,这样就能实现天线阵列的芯片集成,以及阅读器距离更远的无线通信。最终,他们希望要加密协议,因为RFID标签需要基本上能够被任何阅读器扫描,并随意地传输数据。


  但是,所有这些功能通常需要构造一个相当大的芯片。Ibrahim 表示,取而代之的是,研究人员提出了“一种相当大的系统集成”。这种集成使得所有东西都放在了一片(不是分层的)硅芯片上,其面积仅约有1.6平方毫米。


  下图显示,虽然只有芝麻是大小,身份标签(放大在右边)可以无线通信的距离相当于大得多的rfid标签(左)阅读器,并运行加密算法,以帮助安全几乎所有的产品在供应链。

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(来源:MIT)


  一个创新之处就是小型天线阵列,它通过标签与阅读器之间的反向散射,向前后传输数据。在RFID技术中,反向散射被普遍使用。当标签将输入信号与传输数据相对应进行轻微调制,反射回阅读器时,反向散射就发生了。

   

  在研究人员们的系统中,天线采用一些信号拆分与混合技术,在太赫兹范围内反向散射这些信号。这些信号首先与阅读器连接,然后发送数据进行加密。


  在天线阵中实现了“波束转向”功能。天线将信号聚焦到读取器上,使其更有效,增加信号的强度和范围,减少干扰。研究人员说,这是第一次使用后向散射标签来演示波束转向。


  微孔在天线以便从读出器由光电二极管,光电二极管1伏光能转化为电能的下方的光。它启动芯片,处理器芯片运行“椭圆曲线密码(ECC的)”。使用ECC私钥(只有用户知道)和公钥(普遍)来维持通信的隐私。在系统的研究人员,标签使用的公钥和私钥的读者,以确保他们只承认合法的读写器。这意味着,任何窃听者没有读者的私钥,不能仅通过监测这是协议的一部分,无线链路标签标识。


  根据Yazicigil的说法,优化密码和硬件允许该方案在小型节能处理器上运行。她说:“我们总是需要称重。如果你能承受更高的功率预算和更大的尺寸,你可以添加加密。但面临的挑战是在如此小的标签上以极低的电力预算确保安全。


  目前,信号范围在5cm左右,这被认为是远场范围,以方便使用便携式标签扫描仪。Ibrahim.接下来,研究人员希望挑战更远的距离。最终,他们希望许多标签连接到一个遥远的阅读器,例如供应链检查点的接收室。然后,可以很快核实许多资产。


  Ibrahim说:“我们相信,我们可以是一个标签阅读器要求访问所有这些芯片的中央枢纽,可以转向束的信号与读者进行交流。”


  研究人员还希望太赫兹信号本身能为芯片供电,从而消除对光电二极管的需求。


  这些芯片体积小,容易制造,价格便宜,也可以嵌入更大的硅计算机芯片中,作为假目标特别受欢迎。


  Wasiq Khan,他说:“每年的美国半导体行业由于假冒芯片损失七十亿到十几亿美刀,我们的芯片可以无缝集成到其它电子芯片,这样你就可以对我们的行业产生巨大的影响。该芯片成本只有每件几毛钱,但技术是非常宝贵的。“


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