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微型无电池身份识别芯片可以帮助打击伪造的损失

科技 2020-03-16 13:01:04

为了打击每年可能使公司损失数十亿美元的供应链假冒行为,麻省理工学院的研究人员发明了一种密码ID标签,它足够小,几乎适合任何产品,并验证其真实性。

经济合作与发展组织(OECD)2018年的一份报告估计,到2020年,全世界将销售$2万亿美元的假冒商品。 这对从世界各地不同来源订购零件来制造产品的消费者和公司来说是个坏消息。

伪造者往往使用复杂的路线,包括许多检查站,这使得核实其来源和真实性具有挑战性。 因此,公司最终可以使用仿制品。 无线ID标签在每个检查点转手时,越来越流行于验证资产。 但是这些标签带有各种大小、成本、能量和安全权衡,限制了它们的潜力。

例如,流行的射频识别(R FID)标签太大,无法安装在微小的物体上,如医疗和工业部件、汽车零部件或硅芯片。 RFID标签也不包含严格的安全措施。 一些标签是用加密方案建立的,以防止克隆和抵御黑客,但它们很大,电力饥饿。 缩小标签意味着放弃天线包-这使得射频通信-和运行强加密的能力。

在昨天在IEEE国际固态电路会议(IS SCC)上发表的一篇论文中,研究人员描述了一个ID芯片,它导航了所有这些权衡。 它是毫米大小,运行在相对较低水平的功率由光伏二极管提供。 它还在远距离传输数据,使用一种无功率的“后向散射”技术,其工作频率比RFID高数百倍。 算法优化技术还使芯片能够运行一种流行的加密方案,保证使用极低能量的安全通信。

“我们称之为”一切的标签。“ 作者之一、电气工程和计算机科学系副教授、微系统技术实验室太赫兹集成电子集团负责人韩若南(Ruonan Han)表示:“一切都意味着一切。 “如果我想追踪,比如说,一个单一的螺栓或种植牙或硅片的物流,目前的RFID标签不能做到这一点。 我们制造了一种低成本、微小的芯片,没有封装、电池或其他外部组件,存储和传输敏感数据。

参加论文的有:研究生Mohamed I.I brahim、Muhammad I brahim Wasiq Khan和Chiraag S.Juvekar;前博士后助理Wanyeong Jung;前博士后Rabia Tugce Yazicigil;以及Anantha P.Chandrakasan,他是麻省理工学院院长和Vannevar Bush电气工程和计算机科学教授。


这项工作开始是为了创造更好的RFID标签。 该团队希望取消包装,这使标签笨重,增加制造成本。 他们还希望微波和红外辐射之间的高太赫兹频率通信-约100千兆赫和10太赫兹-这使得天线阵列的芯片集成和更远的读取器距离的无线通信。 最后,他们想要加密协议,因为RFID标签基本上可以被任何读取器扫描,并不分青红皂白地传输它们的数据。

但包括所有这些功能通常需要建立一个相当大的芯片。 相反,研究人员提出了“一个相当大的系统集成,”I brahim说,这使得所有的东西都可以放在一个单片的硅芯片上而不是分层的-只有1.6平方毫米的硅芯片上。

一个创新是一组小天线,通过标签和读取器之间的后向散射来回传输数据。 反向散射,通常用于RFID技术,发生在标签反映输入信号回读器与轻微调制,对应于传输的数据。 在研究人员的系统中,天线使用一些信号分裂和混合技术在太赫兹范围内反散射信号。 这些信号首先与读取器连接,然后发送数据进行加密。

在天线阵列中实现的是一个“波束转向”功能,天线将信号聚焦到读取器上,使它们更有效,增加信号强度和范围,减少干扰。 根据研究人员的说法,这是第一次用后向散射标签演示光束转向。

天线上的小洞允许从读取器发出的光通过到光电二极管下面,将光转换成大约1伏的电。 这为芯片的处理器提供了动力,该处理器运行芯片的“椭圆曲线加密”(ECC)方案。 ECC使用私钥(仅为用户所知)和公钥(广泛传播)的组合来保持通信私有。 在研究人员的系统中,标签使用私钥和读者的公钥只对有效的读者进行识别。 这意味着,任何不拥有阅读器私钥的窃听者都不能通过仅监视无线链路来识别哪个标签是协议的一部分。

Yazicigil说,优化密码代码和硬件可以使该方案在节能和小型处理器上运行。 “这总是一种权衡,”她说。 如果你能容忍更高的预算和更大的规模,你可以包括密码学。 但面临的挑战是,在如此小的规模、低功耗的预算中拥有安全性。

突破极限

目前,信号范围位于5厘米左右,这被认为是一个远场范围-并允许方便地使用便携式标签扫描仪。 接下来,研究人员希望进一步“推动”范围的限制,I brahim说。 最终,他们希望许多标签能让一个定位在某处很远的地方的阅读器,比如供应链检查站的接收室。 许多资产可以迅速核实。

I brahim说:“我们认为,我们可以让一个阅读器作为一个不需要靠近标签的中心枢纽,所有这些芯片都可以通过光束引导它们的信号与那个阅读器对话。”

研究人员还希望通过太赫兹信号本身为芯片充分供电,从而消除对光电二极管的任何需求。

这些芯片非常小,易于制造,而且价格低廉,它们也可以嵌入到更大的硅电脑芯片中,这是特别受欢迎的假冒目标。

Wasiq Khan说:“美国半导体行业每年因伪造芯片$损失70亿至100亿美元。” 为了安全起见,我们的芯片可以无缝地集成到其他电子芯片中,从而对工业产生巨大影响。 我们的筹码各花几美分,但技术是无价的。

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