Крошечная, защищенная от несанкционированного доступа идентификационная метка MIT аутентифицирует все, что угодно, используя терагерцовые волны

Электроника и датчики INSIDER

Криптографическая метка, разработанная в Массачусетском технологическом институте, использует терагерцовые волны для аутентификации предметов, распознавая уникальный рисунок микроскопических металлических частиц, которые смешиваются с клеем, прикрепляющим метку к поверхности предмета. (Изображение:Хосе-Луис Оливарес, Массачусетский технологический институт. Чип предоставлен исследователями)

Несколько лет назад исследователи Массачусетского технологического института изобрели криптографическую идентификационную метку, которая в несколько раз меньше и значительно дешевле традиционных радиочастотных меток (RFID), которые часто прикрепляются к продуктам для проверки их подлинности.

Эта крошечная метка, обеспечивающая повышенную безопасность по сравнению с RFID, использует терагерцовые волны, которые меньше по размеру и имеют гораздо более высокие частоты, чем радиоволны. Но у этой терагерцевой метки есть серьезная уязвимость в безопасности, как и у традиционных RFID:фальшивомонетчик может отклеить метку от подлинного предмета и повторно прикрепить ее к подделке, и система аутентификации ничего не поймет.

Исследователи теперь преодолели эту уязвимость безопасности, используя терагерцовые волны для разработки идентификационной метки с защитой от несанкционированного доступа, которая по-прежнему обладает преимуществами:она миниатюрна, дешева и безопасна.

Они смешивают микроскопические частицы металла с клеем, который прикрепляет метку к объекту, а затем используют терагерцовые волны, чтобы обнаружить уникальный узор, который эти частицы образуют на поверхности предмета. Подобно отпечатку пальца, этот случайный рисунок клея используется для аутентификации предмета, объясняет Ынсок Ли, аспирант электротехники и информатики (EECS) и ведущий автор статьи о метке защиты от несанкционированного доступа.

"Эти металлические частицы по сути подобны зеркалам для терагерцовых волн. Если я разложу кучу кусочков зеркала на поверхность, а затем осветлю ее светом, в зависимости от ориентации, размера и расположения этих зеркал, я получу различный рисунок отражения. Но если вы снимите чип и снова прикрепите его, вы разрушите этот рисунок", - сказал Руонан Хан, доцент EECS, возглавляющий группу терагерцовой интегрированной электроники в Исследовательской лаборатории электроники.

Исследователи создали световую бирку для защиты от несанкционированного доступа размером около 4 квадратных миллиметров. Они также продемонстрировали модель машинного обучения, которая помогает обнаруживать несанкционированный доступ путем идентификации похожих отпечатков пальцев с клеевым рисунком с точностью более 99 процентов.

Поскольку производство терагерцовой метки настолько дешево, ее можно внедрить в масштабную цепочку поставок. А его крошечный размер позволяет прикреплять метку к предметам, слишком маленьким для традиционных RFID, например к некоторым медицинским приборам.

Этот документ является результатом сотрудничества группы Хана и группы энергоэффективных схем и систем Ананты П. Чандракасан, главного директора по инновациям и стратегии Массачусетского технологического института, декана инженерной школы Массачусетского технологического института и профессора EECS Ванневера Буша. В число соавторов входят аспиранты EECS Сиби Чен, Майтри Ашок и Джэён Вон.

Частично этот исследовательский проект был вдохновлен любимой автомойкой Хана. Компания прикрепила RFID-метку к его лобовому стеклу, чтобы подтвердить его членство в автомойке. Для дополнительной безопасности бирка была сделана из хрупкой бумаги, поэтому ее можно было уничтожить, если нечестный покупатель попытается отклеить ее и приклеить на другое лобовое стекло.

Но это не очень надежный способ предотвратить вмешательство. Например, кто-то может использовать раствор, чтобы растворить клей и безопасно удалить хрупкую бирку.

По словам Хана, вместо аутентификации метки лучшим решением для обеспечения безопасности является аутентификация самого предмета. Для этого исследователи нанесли клей на границу раздела между биркой и поверхностью предмета.

Их метка с защитой от несанкционированного доступа содержит ряд крошечных прорезей, которые позволяют терагерцовым волнам проходить через метку и поражать микроскопические металлические частицы, смешанные с клеем.

Терагерцовые волны достаточно малы, чтобы обнаружить частицы, тогда как более крупные радиоволны не обладают достаточной чувствительностью, чтобы их увидеть. Кроме того, использование терагерцовых волн с длиной волны в один миллиметр позволило исследователям создать чип, которому не нужна внешняя антенна большего размера.

Пройдя через метку и ударившись о поверхность объекта, терагерцовые волны отражаются или обратно рассеиваются на приемник для аутентификации. То, как эти волны рассеиваются обратно, зависит от распределения отражающих их металлических частиц.

Исследователи поместили в чип несколько слотов, чтобы волны могли ударять в разные точки на поверхности объекта, собирая больше информации о случайном распределении частиц.

«Эти ответы невозможно повторить, пока фальшивомонетчик не уничтожит связующий интерфейс», — сказал Хан.

Поставщик сначала считывает метку защиты от несанкционированного доступа, как только она прикрепляется к товару, а затем сохраняет эти данные в облаке, используя их позже для проверки.

Но когда пришло время проверить бирку защиты от несанкционированного доступа, Ли столкнулся с проблемой:было очень сложно и отнимало много времени провести достаточно точные измерения, чтобы определить, совпадают ли два рисунка клея.

Он обратился к другу из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL), и вместе они решили проблему с помощью ИИ. Они обучили модель машинного обучения, которая могла сравнивать образцы клея и рассчитывать их сходство с точностью более 99 процентов.

«Одним из недостатков является то, что у нас была ограниченная выборка данных для этой демонстрации, но мы могли бы улучшить нейронную сеть в будущем, если бы большое количество этих тегов было развернуто в цепочке поставок, что дало бы нам гораздо больше выборок данных», — сказал Ли.

Система аутентификации также ограничена тем фактом, что терагерцовые волны страдают от высоких уровней потерь во время передачи, поэтому датчик может находиться всего в четырех сантиметрах от метки, чтобы получить точные показания. Это расстояние не будет проблемой для таких приложений, как сканирование штрих-кода, но оно будет слишком коротким для некоторых потенциальных применений, например, в автоматизированных пунктах взимания платы за проезд по автомагистралям. Кроме того, угол между датчиком и меткой должен быть меньше 10 градусов, иначе терагерцовый сигнал будет слишком сильно ухудшаться.

Они планируют устранить эти ограничения в будущих работах и надеются вдохновить других исследователей более оптимистично смотреть на то, чего можно достичь с помощью терагерцовых волн, несмотря на множество технических проблем, сказал Хан.

"Одна вещь, которую мы действительно хотим показать здесь, это то, что применение терагерцового спектра может выходить далеко за рамки широкополосной беспроводной связи. В этом случае вы можете использовать терагерцовый диапазон для идентификации, безопасности и аутентификации. Существует много возможностей", - добавил он.

Источник