Onderzoekers op het gebied van cyberbeveiliging streven ernaar om echt niet-kloneerbare identificatie- en authenticatietags te realiseren om wereldwijde systemen te beschermen tegen steeds toenemende valse aanvallen. In een nieuw rapport dat nu is gepubliceerd op Natuur:microsystemen en nano-engineering , Sushant Rassay en een team van onderzoekers in elektrotechniek en computertechniek aan de Universiteit van Florida, ONS., demonstreerde tags op nanoschaal om een ​​elektromechanische spectrale handtekening te onderzoeken als een vingerafdruk op basis van de inherente willekeur van het fabricageproces. De ultraminiatuurgrootte en transparante bestanddelen van de nano-elektromechanische (NEMS) -tags zorgden voor een aanzienlijke immuniteit tegen fysiek knoeien en klonen. De NEMS kan doorgaans vormen van mechanische en trillingsenergie uit de omgeving omzetten in elektrische energie door betrouwbare stroombronnen te ontwikkelen voor draadloze elektronische apparaten met ultralaag vermogen. Het team ontwikkelde ook adaptieve algoritmen om de spectrale handtekening digitaal te vertalen in binaire vingerafdrukken. De experimenten benadrukten het potentieel van clandestiene (sluipende) NEMS om identificatie en authenticatie te beveiligen voor een reeks producten en consumptiegoederen.

Ontwikkeling van technologieën om de handel in namaak te bestrijden

De opkomst van namaakhandel kan een aanzienlijke impact hebben op het wereldwijde economische systeem, terwijl het escaleert om brede sociale schade aan te richten en internationale veiligheidsbedreigingen te vormen als een bron van witteboordencriminaliteit. Namaakhandel wordt conventioneel bestreden met behulp van fysieke tags om te identificeren, authenticeren, en traceer echte items door digitale vingerafdrukken of watermerken te genereren. De effectiviteit van een fysieke tag kan worden bepaald door zijn toepasbaarheid op diverse goederen, variërend van eetwaren tot elektronica, zijn doorzettingsvermogen om te klonen, naast de bijbehorende productiekosten. Onderzoekers hebben een verscheidenheid aan fysieke tagtechnologieën voor algemene doeleinden ontwikkeld, inclusief quick response (QR) patronen, universele productcode (UPC) en radiofrequentie-identificatie (RFID) tags. Echter, dergelijke technieken zijn beperkt en vormen daarom veiligheidsrisico's. Wetenschappers hadden daarom onlangs fysieke niet-kloneerbare functies op nanoschaal of nanofysische niet-kloneerbare functies (PUF's) ontwikkeld om substantiële limieten van identificatie- en authenticatietags te identificeren. In dit onderzoek, Rassay et al. presenteerde een radicaal andere benadering met behulp van nano-elektromechanische systemen (NEMS) om onopvallende fysieke tags te realiseren. De constructen behielden een substantiële immuniteit tegen knoeien en klonen met generieke toepasbaarheid voor een reeks producten.

De NEMS-tags vertoonden een elektromechanische spectrale signatuur die was samengesteld uit een groot aantal hoogwaardige factor (Q) resonantiepieken. In het algemeen, de Q-factor beschrijft de eigenschappen van een oscillator of resonator en de aard van de opgeslagen energie van de resonator, waarbij een hogere Q aangeeft dat oscillaties langzaam verdwijnen om een ​​lagere snelheid van energieverlies te veroorzaken ten opzichte van de opgeslagen energie van de resonator. Deze fysieke kenmerken, gekoppeld aan hun ultraminiatuurgrootte en transparante bestanddelen, zorgden voor de immuniteit van NEMS-tags tegen fysiek knoeien en klonen. De kosteneffectieve tags kunnen worden gebruikt in onoverzichtelijke omgevingen met veel achtergrondgeluid en interferentie. Om de NEMS-tags te maken, Rassay et al. een dunne piëzo-elektrische film tussen twee metalen lagen ingeklemd en de tag verbeterd door transparante materialen te kiezen om samenstellende lagen te vormen, implementeerde vervolgens de tags op een glazen substraat om hun transparantie te evalueren. De bestanddelen zorgden voor een grote elektromechanische koppelingscoëfficiënt om excitatie van de mechanische resonantiemodi met minuscule magnetische krachten mogelijk te maken. Het team heeft uiteindelijk de NEMS-tag gemodelleerd en het product geobserveerd met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM) om de optische transparantie te benadrukken.

Principe-van-actie en digitale vertaling

Tijdens de ontwikkeling van de NEMS-tags, de wetenschappers doken in de eigenschappen van de elektromechanische spectrale handtekening om identificatie te vergemakkelijken. Het team ontwierp de laterale geometrie van de NEMS-tags om een ​​grote reeks mechanische resonantiemodi met hoge Q te creëren over een klein interessant frequentiebereik (80-90 MHz). Op basis van de variërende kenmerken van de overeenkomstige pieken voor de resonantiemodi, Rassay et al. een binaire tekenreeks toegewezen aan de NEMS-tags.

Door de willekeurige aard van de materiaaldistributie konden ze visueel identieke NEMS-tags maken met unieke digitale vingerafdrukken die alleen werden weerspiegeld in hun spectrale handtekening, en daarom bijna onmogelijk om te reverse engineeren. De willekeurige en intrinsieke onzekerheden van de labelbestanddelen waren wenselijk omdat het twee duidelijke beveiligingsvoordelen opleverde; eerst, het stelde het team in staat om unieke identificatiecodes of vingerafdrukken te maken voor elk van de in batches vervaardigde apparaten. Tweede, de op materiaal gebaseerde intrinsieke willekeur was voordelig om de informatie tijdens de productie te beschermen, waardoor namaakproducten worden voorkomen. De vertaalprocedure bevatte draadloze ondervragings- en digitale vertaalcomponenten, waarbij het team een ​​reeks uitgebreide stappen implementeerde om een ​​unieke binaire string te genereren die aan elke NEMS-tag werd toegewezen.

Kenmerkend voor de NEMS-tag

Om de spectrale handtekeningtags te meten, Rassay et al. gebruikte near-field draadloze ondervraging over het frequentiebereik van 80 tot 90 MHz. Om dit te bereiken, ze plaatsten een intelligente karakterherkenning (ICR) magnetische nabij-veld microsonde met een spoelstraal van 50 µm voor draadloze ondervraging door middel van magnetische koppeling. Het team plaatste de microsonde op een verticale afstand van minder dan 2 mm van het label, aangesloten op een netwerkanalysator om de reflectierespons over het frequentiespectrum te meten. Het team vergeleek vervolgens de spectrale handtekeningen van vier NEMS-labels, die ze willekeurig uit de array hebben gekozen. Bijvoorbeeld, de 31-bits string die is toegewezen aan de spectrale handtekeningvingerafdrukken benadrukte de entropie van de clandestiene NEMS-technologie. Als proof-of-concept, het team kwantificeerde de entropie onder verschillende temperatuurbereiken voor tien NEMS-tags met identieke ontwerpen met behulp van de Hamming-afstand tussen apparaten (een maatstaf om twee binaire gegevensreeksen te vergelijken) om de uniciteit van de binaire reeksen die overeenkomen met de spectrale handtekeningen te meten.

Vooruitzichten van de stealth-technologie tegen namaak

Op deze manier, Sushant Rassay en collega's toonden een nieuwe fysieke tag-technologie om het gebruik van de elektromechanische spectrale handtekeningen van clandestiene nano-elektromechanische (NEMS) tags te identificeren en te authenticeren. Het ultraminiatuurapparaat bood een optisch transparante en visueel niet-detecteerbare indirecte methode voor informatieopslag. Ze ontwierpen de spectrale signatuur van de NEMS-tag om een ​​groot aantal mechanische resonantiepieken met hoge Q te hebben. Het team verkreeg verschillende vingerafdrukken voor de NEMS-tags vanwege intrinsieke variaties van de materiaaleigenschappen en extrinsieke variaties van het fabricageproces. De wetenschappers ontwikkelden ook een vertaalalgoritme om een ​​binaire string toe te wijzen aan de spectrale handtekening van elke tag. De resulterende grote entropie en robuustheid van de NEMS-tags benadrukten het potentieel van de technologie om producten te identificeren en te authenticeren.

© 2020 Wetenschap X Netwerk