Om namaak in de toeleveringsketen te bestrijden, die bedrijven jaarlijks miljarden dollars kunnen kosten, MIT-onderzoekers hebben een cryptografische ID-tag uitgevonden die klein genoeg is om op vrijwel elk product te passen en de authenticiteit ervan te verifiëren.

Een rapport uit 2018 van de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling schat dat er in 2020 wereldwijd voor $ 2 biljoen aan namaakgoederen zal worden verkocht. Dat is slecht nieuws voor consumenten en bedrijven die onderdelen van verschillende bronnen over de hele wereld bestellen om producten te bouwen.

Vervalsers hebben de neiging om complexe routes te gebruiken met veel checkpoints, waardoor het een uitdaging is om hun oorsprong en authenticiteit te verifiëren. Bijgevolg, bedrijven kunnen eindigen met imitatie onderdelen. Draadloze ID-tags worden steeds populairder voor het verifiëren van activa, aangezien ze bij elk controlepunt van eigenaar wisselen. Maar deze tags komen met verschillende grootte, kosten, energie, en veiligheidscompromissen die hun potentieel beperken.

Populaire radiofrequentie-identificatie (RFID)-tags, bijvoorbeeld, zijn te groot om op kleine objecten zoals medische en industriële componenten te passen, auto-onderdelen, of siliciumchips. RFID-tags bevatten ook geen harde beveiligingsmaatregelen. Sommige tags zijn gebouwd met coderingsschema's om te beschermen tegen klonen en om hackers af te weren, maar ze zijn groot en hongerig. Het verkleinen van de tags betekent het opgeven van zowel het antennepakket - dat radiofrequentiecommunicatie mogelijk maakt - als de mogelijkheid om sterke codering uit te voeren.

In een paper dat gisteren werd gepresenteerd op de IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), de onderzoekers beschrijven een ID-chip die al die afwegingen navigeert. Het is millimetergroot en werkt op relatief lage stroomniveaus die worden geleverd door fotovoltaïsche diodes. Het verzendt ook gegevens op grote afstanden, met behulp van een stroomloze "backscatter"-techniek die werkt met een frequentie die honderden keren hoger is dan die van RFID's. Algoritme-optimalisatietechnieken stellen de chip ook in staat een populair cryptografieschema uit te voeren dat veilige communicatie garandeert met extreem lage energie.

"We noemen het de 'tag van alles'. En alles zou alles moeten betekenen, " zegt co-auteur Ruonan Han, een universitair hoofddocent bij de afdeling Elektrotechniek en Computerwetenschappen en hoofd van de Terahertz Integrated Electronics Group in de Microsystems Technology Laboratories (MTL). "Als ik de logistiek van zeggen, een enkele bout of tandimplantaat of siliciumchip, de huidige RFID-tags maken dat niet mogelijk. We bouwden een goedkope, kleine chip zonder verpakking, batterijen, of andere externe componenten, die gevoelige gegevens opslaat en verzendt."

Bij Han op het papier staan:afgestudeerde studenten Mohamed I. Ibrahim, Mohammed Ibrahim Wasiq Khan, en Chiraag S. Juvekar; voormalig postdoc-medewerker Wanyeong Jung; voormalig postdoc Rabia Tugce Yazicigil; en Anantha P. Chandrakasan, die de decaan is van de MIT School of Engineering en de Vannevar Bush Professor of Electrical Engineering and Computer Science.

Systeemintegratie

Het werk begon als een manier om betere RFID-tags te maken. Het team wilde af van verpakkingen, wat de tags omvangrijk maakt en de productiekosten verhoogt. Ze wilden ook communicatie in de hoge terahertz-frequentie tussen microgolf- en infraroodstraling - ongeveer 100 gigahertz en 10 terahertz - die chipintegratie van een antennearray en draadloze communicatie op grotere lezerafstanden mogelijk maakt. Eindelijk, ze wilden cryptografische protocollen omdat RFID-tags door vrijwel elke lezer kunnen worden gescand en hun gegevens zonder onderscheid kunnen verzenden.

Maar om al die functies op te nemen, zou normaal gesproken een vrij grote chip moeten worden gebouwd. In plaats daarvan, kwamen de onderzoekers met "een behoorlijk grote systeemintegratie, "Ibrahim zegt, waardoor alles op een monolithische betekenis kon worden gezet, niet gelaagd - siliciumchip die slechts ongeveer 1,6 vierkante millimeter was.

Een innovatie is een reeks kleine antennes die gegevens heen en weer verzenden via terugverstrooiing tussen de tag en de lezer. terugverstrooiing, vaak gebruikt in RFID-technologieën, gebeurt wanneer een tag een ingangssignaal terugkaatst naar een lezer met kleine modulaties die overeenkomen met verzonden gegevens. In het systeem van de onderzoekers de antennes gebruiken enkele technieken voor het splitsen en mixen van signalen om signalen in het terahertz-bereik terug te strooien. Die signalen maken eerst verbinding met de lezer en verzenden vervolgens gegevens voor versleuteling.

Geïmplementeerd in de antenne-array is een "beam steering"-functie, waar de antennes signalen richten op een lezer, ze efficiënter maken, het vergroten van de signaalsterkte en het bereik, en interferentie te verminderen. Dit is de eerste demonstratie van straalsturing door een backscattering tag, volgens de onderzoekers.

Kleine gaatjes in de antennes laten het licht van de lezer door naar de fotodiodes eronder die het licht omzetten in ongeveer 1 volt elektriciteit. Dat voedt de processor van de chip, die het "elliptic-curve-cryptography" (ECC) -schema van de chip uitvoert. ECC gebruikt een combinatie van privésleutels (alleen bekend bij een gebruiker) en openbare sleutels (wijd verspreid) om communicatie privé te houden. In het systeem van de onderzoekers de tag gebruikt een privésleutel en de openbare sleutel van een lezer om zichzelf alleen te identificeren voor geldige lezers. Dat betekent dat elke afluisteraar die niet over de persoonlijke sleutel van de lezer beschikt, niet in staat zou moeten zijn om te identificeren welke tag deel uitmaakt van het protocol door alleen de draadloze verbinding te controleren.

Door de cryptografische code en hardware te optimaliseren, kan het schema op een energiezuinige en kleine processor draaien, zegt Yazicigil. "Het is altijd een afweging, "zegt ze. "Als je een hoger vermogen en een groter formaat tolereert, u kunt cryptografie opnemen. Maar de uitdaging is om beveiliging te hebben in zo'n kleine tag met een laag stroomverbruik."

Grenzen verleggen

Momenteel, het signaalbereik ligt rond de 5 centimeter, die wordt beschouwd als een verre-veld-bereik en zorgt voor handig gebruik van een draagbare tag-scanner. Volgende, de onderzoekers hopen de limieten van het bereik nog verder te verleggen, zegt Ibrahim. Eventueel, ze willen dat veel van de tags een lezer pingen die zich ergens ver weg bevindt, zeggen, een ontvangstruimte bij een controlepunt van de toeleveringsketen. Veel activa konden dan snel worden geverifieerd.

"We denken dat we een lezer als centrale hub kunnen hebben die niet in de buurt van de tag hoeft te komen, en al deze chips kunnen hun signalen sturen om met die ene lezer te praten, ' zegt Ibrahim.

De onderzoekers hopen ook de chip zelf volledig van stroom te voorzien via de terahertz-signalen, het elimineren van de noodzaak voor fotodiodes.

De chips zijn zo klein, makkelijk te maken, en goedkoop dat ze ook kunnen worden ingebed in grotere siliciumcomputerchips, die bijzonder populaire doelwitten zijn voor namaak.

"De Amerikaanse halfgeleiderindustrie leed jaarlijks tussen de 7 en 10 miljard dollar aan verliezen als gevolg van vervalste chips. ", zegt Wasiq Khan. "Onze chip kan voor veiligheidsdoeleinden naadloos worden geïntegreerd in andere elektronische chips, dus het kan een enorme impact hebben op de industrie. Onze chips kosten een paar cent per stuk, maar de technologie is onbetaalbaar, ’ grapte hij.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.