Микроскопический вскрываемый ID-тег MIT аутентифицирует что угодно с помощью терагерцовых волн

Electronics & Sensors INSIDER

Криптографический тег, разработанный в MIT, использует терагерцовые волны для аутентификации предметов, распознавая уникальный паттерн микроскопических металлических частиц, смешанных в клее, прикрепляющем тег к поверхности предмета. (Изображение: Хосе-Луис Оливарес, MIT. Чип предоставлен исследователями)

Несколько лет назад исследователи MIT изобрели криптографический ID-тег, который в несколько раз меньше и значительно дешевле традиционных радиочастотных тегов (RFID), часто приклеиваемых к продуктам для проверки их подлинности.

Этот крошечный тег, предлагающий улучшенную безопасность по сравнению с RFID, использует терагерцовые волны, которые меньше и имеют гораздо более высокие частоты, чем радиоволны. Но этот терагерцовый тег разделял серьезную уязвимость безопасности с традиционными RFID: фальсификатор мог снять тег с подлинного предмета и прикрепить его к подделке, и система аутентификации ничего не заметила бы.

Исследователи теперь преодолели эту уязвимость, используя терагерцовые волны для разработки анти-вскрываемого ID-тега, сохраняющего преимущества: крошечный, дешевый и безопасный.

Они смешивают микроскопические металлические частицы в клей, прикрепляющий тег к объекту, а затем используют терагерцовые волны для обнаружения уникального паттерна, который эти частицы формируют на поверхности предмета. Аналогично отпечатку пальца, этот случайный клеевой паттерн используется для аутентификации предмета, объяснил Ынсок Ли, аспирант по электротехнике и компьютерным наукам (EECS) и главный автор статьи об анти-вскрываемом теге.

«Эти металлические частицы по сути являются зеркалами для терагерцовых волн. Если я разбросаю кучу кусочков зеркал на поверхности и затем посвечу свет, в зависимости от ориентации, размера и расположения этих зеркал, я получу другой отраженный паттерн. Но если вы снимете чип и приклеите заново, вы уничтожите этот паттерн», — сказал Руонан Хан, доцент EECS, возглавляющий группу терагерцовых интегрированных электронных устройств в Лаборатории электроники.

Исследователи произвели светово-питаемый анти-вскрываемый тег размером около 4 квадратных миллиметров. Они также продемонстрировали модель машинного обучения, помогающую обнаруживать вскрытие, идентифицируя похожие отпечатки клеевого паттерна с точностью более 99 процентов.

Поскольку терагерцовый тег так дешев в производстве, он может быть внедрен по всей массовой цепочке поставок. И его крошечный размер позволяет прикрепить тег к предметам, слишком маленьким для традиционных RFID, таким как определенные медицинские устройства.

Статья — сотрудничество между группой Хана и группой энергоэффективных схем и систем Анантхи П. Чандракасана, главного инновационного и стратегического офицера MIT, декана школы инженерии MIT и профессора Ванневара Буша по EECS. Соавторы включают аспирантов EECS Ксиби Чена, Майтри Ашок и Чжайон Вон.

Этот исследовательский проект был частично вдохновлен любимой автомойкой Хана. Бизнес приклеил RFID-тег к его ветровому стеклу для аутентификации членства в автомойке. Для дополнительной безопасности тег был сделан из хрупкой бумаги, чтобы он разрушался, если нечестный клиент пытался снять его и наклеить на другое ветровое стекло.

Но это не особо надежный способ предотвращения вскрытия. Например, кто-то мог использовать растворитель для растворения клея и безопасно снять хрупкий тег.

Вместо аутентификации тега, лучшее решение безопасности — аутентифицировать сам предмет, говорит Хан. Для достижения этого исследователи нацелились на клей на границе между тегом и поверхностью предмета.

Их анти-вскрываемый тег содержит серию крошечных щелей, позволяющих терагерцовым волнам пройти через тег и ударить в микроскопические металлические частицы, смешанные в клей.

Терагерцовые волны достаточно малы, чтобы обнаружить частицы, тогда как более крупные радиоволны не имели бы достаточной чувствительности для их визуализации. Кроме того, использование терагерцовых волн с длиной волны один миллиметр позволило исследователям сделать чип, не требующий более крупной внешней антенны.

После прохождения через тег и удара в поверхность предмета терагерцовые волны отражаются, или бэкскеттерятся, к приемнику для аутентификации. То, как эти волны бэкскеттерятся, зависит от распределения металлических частиц, отражающих их.

Исследователи разместили несколько щелей на чипе, чтобы волны могли ударять в разные точки поверхности предмета, захватывая больше информации о случайном распределении частиц.

«Эти ответы невозможно дублировать, пока клеевой интерфейс не разрушен фальсификатором», — сказал Хан.

Продавец сделал бы начальное чтение анти-вскрываемого тега после приклеивания к предмету, а затем сохранил бы эти данные в облаке, используя их позже для верификации.

Но когда пришло время протестировать анти-вскрываемый тег, Ли столкнулся с проблемой: было очень трудно и затратно по времени делать достаточно точные измерения, чтобы определить, совпадают ли два клеевых паттерна.

Он обратился к другу в лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта MIT (CSAIL) и вместе они решили проблему с помощью ИИ. Они обучили модель машинного обучения, которая могла сравнивать клеевые паттерны и вычислять их схожесть с точностью более 99 процентов.

«Один недостаток — у нас был ограниченный образец данных для этой демонстрации, но мы могли бы улучшить нейросеть в будущем, если большое количество этих тегов будет развернуто в цепочке поставок, давая нам гораздо больше образцов данных», — сказал Ли.

Система аутентификации также ограничена тем, что терагерцовые волны страдают от высоких потерь при передаче, поэтому сенсор может быть только около четырех сантиметров от тега для точного чтения. Это расстояние не было бы проблемой для приложения вроде сканирования штрих-кода, но было бы слишком коротким для некоторых потенциальных использований, таких как автоматическая касса на шоссе. Также угол между сенсором и тегом должен быть менее 10 градусов, иначе терагерцовый сигнал слишком деградирует.

Они планируют решить эти ограничения в будущей работе и надеются вдохновить других исследователей быть более оптимистичными о том, что можно достичь с терагерцовыми волнами, несмотря на множество технических вызовов, сказал Хан.

«Одна вещь, которую мы действительно хотим показать здесь — это то, что применение терагерцового спектра может идти далеко за пределы широкополосного беспроводного. В этом случае вы можете использовать терагерцы для ID, безопасности и аутентификации. Есть много возможностей», — добавил он.

Источник