Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее

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 товарам для проверки их подлинности.

Эта крошечная метка, обеспечивающая повышенную безопасность по сравнению с RFID, использует терагерцовые волны, которые меньше и распространяются гораздо быстрее, чем радиоволны. Но у этой терагерцовой метки есть общая с традиционными радиометками уязвимость: Фальшивомонетчик мог отклеить метку от подлинного товара и прикрепить ее к подделке, и система аутентификации ничего не узнала бы.

Исследователи решили устранить эту уязвимость, используя терагерцовые волны для разработки идентификационной метки, защищающей от вскрытия, но при этом обладающей такими преимуществами, как миниатюрность, дешевизна и безопасность.

Они подмешивают микроскопические металлические частицы в клей, которым метка приклеивается к предмету, а затем используют терагерцовые волны для обнаружения уникального рисунка, который эти частицы образуют на поверхности предмета. Подобно отпечатку пальца, этот случайный рисунок клея используется для проверки подлинности предмета, объясняет Еунсок Ли, аспирант факультета электротехники и информатики (EECS) и ведущий автор статьи о метке для защиты от несанкционированного доступа.

Эти металлические частицы по сути являются зеркалами для терагерцовых волн. Если я разложу кучу зеркальных частиц на поверхности, а затем посвечу на нее светом, то в зависимости от ориентации, размера и расположения этих зеркал я получу разный отраженный рисунок. Но если вы отклеите чип и прикрепите его заново, вы уничтожите этот рисунок, — добавляет Руонан Хань, доцент кафедры EECS, возглавляющий группу терагерцовой интегральной электроники в Исследовательской лаборатории электроники.

Исследователи изготовили светосильную метку для защиты от несанкционированного доступа размером около 4 квадратных миллиметров. Они также продемонстрировали модель машинного обучения, которая помогает обнаружить фальсификацию, определяя схожие отпечатки пальцев по рисунку клея с точностью более 99 процентов.

Поскольку терагерцовая метка так дешева в производстве, ее можно использовать в масштабных цепочках поставок. А ее крошечный размер позволяет прикреплять метку к предметам, слишком маленьким для традиционных радиометок, например, к некоторым медицинским приборам.

Работа, которая будет представлена на конференции IEEE Solid State Circuits Conference, является результатом сотрудничества группы Хана и группы энергоэффективных схем и систем Ананты П. Чандракасана, директора по инновациям и стратегии MIT, декана Инженерной школы MIT и профессора EECS Ванневара Буша. Среди соавторов — аспиранты EECS Ксиби Чен, Маитри Ашок и Джаееон Вон.

Предотвращение взлома

Этот исследовательский проект был отчасти вдохновлен любимой автомойкой Хана. Предприятие приклеило RFID-метку на его лобовое стекло, чтобы подтвердить подлинность его членства в автомойке. Для дополнительной безопасности метка была сделана из хрупкой бумаги, так что она будет уничтожена, если не очень честный клиент попытается отклеить ее и приклеить на другое лобовое стекло.

Но это не слишком надежный способ предотвратить подделку. Например, кто-то может использовать раствор для растворения клея и безопасно удалить хрупкую метку.

По словам Хана, вместо того чтобы проверять подлинность метки, более надежным решением является проверка подлинности самого предмета. Чтобы добиться этого, исследователи направили клей на границу между меткой и поверхностью предмета.

Их метка против вскрытия содержит ряд миниатюрных щелей, которые позволяют терагерцовым волнам проходить через метку и поражать микроскопические частицы металла, которые были подмешаны в клей.

Терагерцовые волны достаточно малы, чтобы обнаружить эти частицы, в то время как более крупные радиоволны не обладают достаточной чувствительностью, чтобы их заметить. Кроме того, использование терагерцовых волн с длиной волны 1 миллиметр позволило исследователям создать чип, которому не нужна большая антенна, расположенная вне чипа.

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

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

Эти отклики невозможно скопировать, если только клеевой интерфейс не будет разрушен поддельщиком, — говорит Хан.

Продавец будет снимать первые показания с метки для защиты от вскрытия, как только она будет наклеена на товар, а затем сохранять эти данные в облаке, чтобы впоследствии использовать их для проверки.

ИИ для аутентификации

Но когда пришло время испытать метку против вскрытия, Ли столкнулся с проблемой: было очень сложно и долго проводить достаточно точные измерения, чтобы определить, совпадают ли два образца клея.

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

Один из недостатков заключается в том, что у нас была ограниченная выборка данных для этой демонстрации, но мы могли бы улучшить нейронную сеть в будущем, если бы большое количество этих меток было развернуто в цепочке поставок, что дало бы нам гораздо больше образцов данных, — говорит Ли.

Система аутентификации также ограничена тем фактом, что терагерцовые волны имеют высокий уровень потерь при передаче, поэтому датчик может находиться на расстоянии около 4 сантиметров от метки, чтобы получить точные показания. Это расстояние не является проблемой для таких приложений, как сканирование штрих-кодов, но оно слишком мало для некоторых потенциальных применений, например, в автоматизированных кассах для оплаты проезда по автомагистралям. Кроме того, угол между датчиком и меткой должен составлять менее 10 градусов, иначе терагерцовый сигнал будет сильно ослаблен.

Они планируют устранить эти ограничения в дальнейшей работе и надеются вдохновить других исследователей на более оптимистичный взгляд на то, чего можно достичь с помощью терагерцовых волн, несмотря на множество технических проблем, говорит Хан.

Мы хотим показать, что применение терагерцового спектра может выходить далеко за рамки широкополосной беспроводной связи. В данном случае терагерцовый спектр можно использовать для идентификации, безопасности и аутентификации. Возможностей очень много, — заключает он.

Иллюстрация: Courtesy of Ruonan Han, Eunseok Lee, et al

17.02.2024